有机氟化工废物焚烧炉燃烧工艺及自动控制

邹 平

（浙江巨化股份有限公司氟聚合物事业部，浙江 衢州 324004）

氟化工

有机氟化工废物焚烧炉燃烧工艺及自动控制

邹 平

（浙江巨化股份有限公司氟聚合物事业部，浙江 衢州 324004）

介绍了有机氟化工废物焚烧炉工艺及自动控制系统，从焚烧理论出发，推导出了废液、废气及燃气与空气的燃烧比例计算方法，由此计算得到，1 kg废液和1 m3废气完全焚烧分别需要空气1.574 m3和2.370 m3。在实际使用过程中得到验证，并取得较好效果。

有机氟化工；焚烧炉；燃烧比例

某有机氟化工厂家有1套废液、废气焚烧炉装置，该焚烧炉装置工艺先进，技术成熟。生产中产生的各种有害废液、废气，通过添加燃料氢气与一定的过剩空气量在高温下燃烧后排放，以达到保护环境的目的。

在实际生产过程中，废液、废气及燃气的组成会因各种因素发生变化，按照整个焚烧炉的工艺设计理念，必须首先保证废液、废气及燃气与空气的正确燃烧比例，才能保证废液、废气的完全燃烧，减少焚烧过程中有害物质的产生及减少因配比不当导致的焚烧炉损坏，因此，根据废液、废气组分的变化，正确计算废液、废气与空气的燃烧比例，并掌握废液、废气与空气的燃烧系数比的调整方法，是焚烧炉废物完全燃烧运行的重要保障[1-2]。

1 工艺简介

废液用氮气压送至焚烧炉的雾化装置，废气由调节阀减压后送往废气喷嘴，氢气经调节阀控制送入燃气喷嘴，与从鼓风机送入的过量空气经配比后在焚烧炉膛内高温燃烧，其中的有机物在炉膛燃烧分解，合格尾气排入大气。

根据不同的废液、废气及燃气组成，分别设定废液、废气及燃气等单股物料与空气的燃烧比例，所需的空气总和再乘以一个过量系数，以保证完全燃烧。燃烧控制采用2个串级回路的控制系统：

串级回路一：焚烧炉温度TIC-01与氢气流量FIC-03之间的串级控制，通过此回路控制焚烧炉的温度；

串级回路二：燃烧空气总量与废液、废气及燃气流量成串级回路，按照预先设定好的废液、废气及氢气与空气的燃烧比例，在燃烧过程中自动计算出所需要的空气量。

2 高温焚烧理论分析

焚烧炉焚烧的主要物料是氢氯氟烃（CnHmClpFs），包括四氟乙烯、六氟丙烯、八氟异丁烯、八氟环丁烷、氟醚和甲醇等，在1 350℃的高温下裂解成C、H、Cl、F，这些单个原子通过与氧和水的进一步反应，生成二氧化碳和水、氯化氢和氟化氢等，是一种典型的分子裂解、原子重组的化学反应[3]。

主反应（裂解反应）方程式：

副反应方程式：

微量反应方程式：

此外还有其他溶解副反应。在焚烧过程中通入装置空气（O2）和蒸汽是有利于式(1)反应进行，加快反应进程，以及式(5)和式(6)朝右移动生成更多的氯化氢、氟化氢。

3 燃烧比例的计算

3.1 说明

1)废液、废气完全裂解和燃烧，即遵守式(1)～式(6)；

2)根据焚烧炉先进成熟的工艺设计理念和在实际生产中尾气所达到的排放标准，忽略微量反应(7)和(8)对燃烧系数推导的影响；

3)按照式(3)和式(4)，物料中的 C、H、S 是耗 O 原子组分，其消耗的空气量按反应方程式计算；物料中所含的O原子相当于空气提供的O原子；

4)按照式(5)和式(6)，物料中的 Cl、F 在反应中消耗水分子（来自蒸汽及氢气燃烧所产生的H2O）中的H原子，每反应掉1 mol的Cl原子或F原子，可从水分子中置换出0.5 mol的O原子，这部分置换出的O原子与空气提供的O原子作用相当。

3.2 计算公式

由上述，可得到普遍化的计算公式。1 mol物料完全焚烧需要的O原子的量：

1 mol物料需要供应的空气体积：

式中，x(C)、x(H)、x(S)、x(O)、x(Cl)和 x(F)分别为物料中 C、H、S、O、Cl和 F 原子的摩尔分数；Vm为理想气体的摩尔体积，0.022 414 m3/mol；φ(O2)为空气中O2的体积分数，21%。

3.3 实例

具代表性的焚烧物料组成见表1。

废气和氢气（标准状态）的密度分别为4.87和0.097 kg/m3；1 kg 废液折算为 92.53 mol，1 m3废气折算为325.27 mol，1 m3氢气折算为89.85 mol。

表1 废液、废气和燃气组成Tab 1 Composition of waste liquid,waste gas and fuel gas

根据上述条件及式(9)和式(10)可得：

1 mol废液完全焚烧需要的O原子的量n液(O)=0.319 mol，即1 kg废液完全焚烧需要O原子92.53 mol；需要空气 0.017 mol，即 1.574 m3。

1 mol废气完全焚烧需要的O原子的量n气(O)=0.418 6 mol，即1 m3废气完全焚烧需要O原子325.3 mol；需要空气 0.026 mol，即 2.370 m3。

1 mol氢气完全焚烧需要的O原子的量n气(O)=0.494 5 mol，即1 m3氢气完全焚烧需要O原子325.3 mol；需要空气 0.022 mol，即 7.262 m3。

4 结论

计算得到，1 kg废液和1 m3废气完全焚烧分别需要空气1.574 m3和2.370 m3，采用以2个串级比值调节为基础的先进控制，在控制上与工艺上均是可行的，能比较精密、准确的计算出燃烧空气的流量，确保有机氟废物的完全燃烧。同时，经过生产实践验证，在原料组成发生变化时，调整物料的燃烧比例，能保证废液、废气完全燃烧，焚烧炉排放的尾气符合环保标准。该方法能够在类似的焚烧装置上推广应用。

[1]余秉权.焚烧炉控制系统[J].石油化工自动化,2003(6):31-33.

[2]汪琦.化工焚烧炉的燃烧过程和结构类型[J].化工装备技术,2004,25(3):44-47.

[3]刘勇.焚烧炉环保装置节能技术应用[J].上海节能,2003(3):15-17.

Combustion Technology and Automatic Control of the Incinerator in Waste of Organic Fluorine Chemical Industry

Zou Ping

(1.Fluoropolymer department,Zhejiang Juhua CO.,LTD.,Quzhou,Zhejiang 324004)

Introduced the technology and autoclave control system of the incinerator in waste of organic fluoride chemical industry,deduced the combustion ratio calculation method of waste liquid,waste gas,gas and air,and got the result that 1.574 m3and 2.370 m3air were needed for completely burning 1 kg waste liquid and 1 m3waste gas respectively.The method was proven in the process of actual use.

organic fluorine chemical industry;incinerator;the ratio of combustion

X783

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2012.02.002

2012-01-05；

2012-02-09