廢氣焚燒爐系統設計與軟冗余監控系統設計應用研究

摘 要：當前主要采用焚燒法處理有毒有害的廢氣，為此亟需進行廢氣焚燒爐系統的結構設計，可以采用上位機與下位機相結合的方式，設計焚燒爐爐體結構、燃燒器及配風管道系統的軟冗余監控系統，并對其進行調試安裝和后期維護，以較好地實現對廢氣的焚燒處理。

關鍵詞：廢氣焚燒爐；軟冗余監控系統；設計

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0224-01

引 言

面對當前環保及節能減排的趨勢，要重視對工業廢氣中有毒有害組分的處理，通常采用焚燒法進行處置，并大規模推廣廢氣焚燒處理裝置和技術，然而在實踐中也暴露出一些缺陷和問題，諸如：廢氣噴嘴無法與燃燒器相匹配，導致廢氣由爐膛逃逸；燃燒不充分；焚燒爐出現余熱鍋爐積灰等，為此有必要加強對廢氣焚燒爐的設計，并基于PLC系統和技術設計研發廢氣焚燒爐的軟冗余監控系統，使焚燒處理的高溫煙氣熱量轉化為可利用的熱能，獲得良好的節能環保效果。

1 廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統設計目標及思路

廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統設計旨在保證燃燒器結構、爐內配風布置結構、爐體結構的合理性，使之能夠在合理的工藝系統流程條件下，進行現場PLC控制和配套軟冗余監控，該系統主要是面對乙二醇裝置廢氣處理的需求，處理有毒有害廢氣，體現出自動化程度高、余熱回收效率高、運行安全穩定等特點。

廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統設計研發的總體思路主要為：明確系統輸入參數、輸出參數等指標，制定廢氣焚燒及余熱回收裝置的工作參數及工藝控制流程，使廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統的廢氣燃燒器具有高強度的有效燃燒旋流，排煙溫度<250℃，余熱回收率≥75%，實現廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統的PLC自動獨立控制。

2 廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統的設計關鍵技術

（1）廢氣組合式燃燒器。廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統的組合式燃燒器要體現出良好的配風調節性能、點火性能和安全監測性能，其設計關鍵構件主要包括有：電點火器接口、長明槍、點火空氣入口、點火風葉輪、網罩、看火孔、火焰監測器等。

（2）廢氣焚燒爐及配風裝置。廢氣焚燒爐要保證良好的燃燒工況，并能夠進行二次燃燒，在冷卻風的配套應用下，較好地保持爐內的溫度，通常將其控制在950～1050℃為宜。為了達到更好的運行效果，可以將燃燒器出口處設計成錐體結構，添加二次配風噴管，并設計采用鋼板卷制、內襯耐火材料的爐膛結構，其長度為65m，廢氣在爐膛內的停留時間不低于1.3s。同時，考慮燃燒器廢氣入射角、配風比例調節等因素，計算廢氣在爐膛中焚燒的溫度約為1000℃，以確保廢氣裂解的完全性。

（3）余熱鍋爐。廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統的余熱鍋爐主要設計如下構件：壓力接口、放空口、安全閥門、蒸汽閥口、汽包入孔、下降管排污口、煙氣進口等?？梢栽O計采用薄管板，避免廢氣焚燒爐高溫煙氣與汽水混合物之間的熱應力而引發的變形。還要設計磁套管，減少和規避管頭及焊縫受高溫煙氣的沖刷和腐蝕。并且，在前管板要敷設高溫耐火澆注料，規避高溫煙氣輻射對前管板、煙管的變形損壞現象[1]。

（4）軟冗余監控系統。廢氣焚燒爐的軟冗余監控系統要能夠自動啟動點火順控制程序，并能夠進行爐膛溫度及升溫自動控制，可以自動調節出口蒸汽壓力、汽包液位，并對系統實施聯鎖保護和故障預警。其主要構成主要包括有以下內容：

（1）實時監控系統硬件。該系統采用可編程控制器（PLC）軟件采用循環掃描的工作方式，實現了實時的數字化自動控制，并日趨集中分散化的自動控制模式，適用于高可靠性、惡劣環境的復雜應用控制。設計采用上位機（工控機PC）與下位機（PLC）相結合的方式，實現PLC自診斷、通訊、輸入輸出處理、程序執行等操作，具有極強的抗干擾性能。具體來說，上位機體現出如下功能：①實時監視和顯示溫度、流量、壓力等參數，并對異常情況進行報警和響應。②監視并顯示系統各組成部分的運行狀態。③通訊過程。PLC采用通信技術，利用多種數據接口與上位計算機進行數據通信，并采用串行通信、分布式多級鏈接模式，實現對PLC的集中監視和管理[2]。

（2）實時監控系統的軟件。①廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統的上位機主要采用STL、FBD、LAD等編程方式，它們各有其應用特點，可以通過混合編程的方式，實現復雜的運算。并采用Windows XP操作系統軟件，體現出多線程的先進性和穩定性，還具有直觀、可視化的人機交互功能。②廢氣焚燒爐系統與軟冗余監控系統的下位機主要采用STEP7編程語言，通過調用語句形成結構化的用戶程序，主要包括組織塊、功能塊和數據塊，充分體現PLC結構化程序設計的清晰性和可修改性。

3 小 結

綜上所述，廢氣燃燒爐系統與軟冗余監控系統設計要基于運行需求進行合理的設計，可以研發設計大容量的廢氣組合式燃燒器、分級配風式焚燒爐、PLC技術下的軟冗余自動監控系統，較好地實現對廢氣焚燒的自動點火控制、工藝流程控制和實時監控，通過設計相關的硬件和軟件編程組態技術，實現對復雜工藝過程的自動監控和聯鎖報警等操作，提升廢氣焚燒及余熱回收的效率，充分體現其環保、節能的應用優勢和性能，有極其廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]白 剛.基于DCS廢氣焚燒爐優化控制的研究[D].西安石油大學2014.

[2]陸文一.基于PLC的鍋爐燃燒控制系統設計[D].上海交通大學2011.

收稿日期：2018-11-8

作者簡介：王慶龍（1976-），男，漢族，江蘇南京人，大專，從事廢液廢氣焚燒處理方面電氣及自動化方面的研究工作。