摘要：北京燕山分公司化学品部PIA装置目前在用的焚烧炉由进料、转炉、旋风分离器、除尘塔、冷却器、风机等设备组成，因产能的变化造成焚烧炉存在环保不达标，且存在设备老旧、腐蚀严重等问题。根据GB 18484—2015《危险废物焚烧污染控制标准》征求意见稿二次修订版要求，同时为了预防未来环保提标等不确定因素，决定对PIA装置焚烧系统进行达标改造，通过针对性的项目控制方案设计，使PIA装置的焚烧炉排放烟气能达标排放，从而实现PIA装置能长周期安全运行。

　　关键词：焚烧炉；焚烧控制；一次风控制；安全联锁；减排

　　0引言

　　PIA（间苯二甲酸）装置目前在用的焚烧炉设备老旧、腐蚀严重，并且由于产能的变化造成焚烧炉存在环保不达标。随着国家标准GB 18484—2015《危险废物焚烧污染控制标准》征求意见稿二次修订版要求的落地实施，同时为了预防未来环保提标等不确定因素，需要对PIA装置焚烧系统进行达标改造，使PIA装置的焚烧炉排放烟气能达标排放，从而实现PIA装置能长周期安全运行[1]。

　　本焚烧达标改造项目包括废液焚烧、急冷、干法脱酸、布袋除尘、碱洗、湿电、SCR脱硝等系统。

　　本文主要针对各种工况下的焚烧炉炉膛温度控制、急冷塔出口烟气温度控制、SCR脱硝控制及焚烧炉安全仪表控制方案进行探讨。

　　1 PIA焚烧装置控制方案

　　1.1焚烧流程概述

　　PIA废液焚烧装置是利用在高温条件下，将废液（PIA废液、C10重组份、有机废液）中的可燃组分与空气中的氧在焚烧炉中进行剧烈的燃烧化学反应，将其中的有机物转化为水和二氧化碳等无害物质。

　　废液的组分为：

　　1）间苯二甲酸废液：间苯二甲酸、醋酸、水等。

　　2）有机废料：醋酸、EGDA、其他酯类。3）C10重组分废料：C10、C12~20等。

　　废液及天然气燃料燃烧的化学反应方程式为式（1）—式（8）：

　　间苯二甲酸废液：

　　C10重组份废液：

　　有机废液：

　　天然气燃料：

　　废液在焚烧炉中操作温度控制在1 100℃,操作压力控制在-200 Pa，通过过氧燃烧，保证废液的充分燃烧。燃烧后产生的高温烟气，首先通过急冷塔进行迅速降温，温度降至190℃,降温后的烟气进入布袋除尘器，除去烟尘及活性碳，险尘后的烟气通过引风机加压，送入碱洗塔进行碱洗除酸，碱洗后的烟气进入湿电除尘器，除尘后的烟气通过热风炉进行升温，升温的烟气进入SCR脱硝反应器进行脱硝处理，脱硝合格的烟气通过烟囱排烟。工艺流程简图如图1所示。

　　1.2焚烧炉温度控制方案

　　焚烧炉目的是将界区来的三股废液（PIA废液、C10重组份、有机废液）在高温（1 100℃)下进行充分燃烧。

　　本项目废液成分各异，有些含有有机可燃物，热值较高，有些含水量大，热值较低，焚烧工况复杂：

　　1）开车阶段，天然气作为焚烧炉的燃料气；

　　2）正常运行阶段，天然气和C10重组分可作为焚烧炉的燃料气或燃料油。

　　3）当焚烧炉正常运行时，温度及负荷正常时，根据操作人员判断，可手动切断天然气，将C10切换为燃料油调节炉膛温度及负荷[2]。

　　由于不同的热值对应的风燃比系数不同，而废液的热值受废液组分影响，并不是固定的。为此在DCS画面中，设计了废液组份占比输入功能，这样就可以自动计算出3种废液在不同的组份下的风燃比系数K1、K2、K3。各种废液空燃比DCS画面及计算公式见表1—表3。

　　制定以上方案时需要说明的几点内容存在以下几点：

　　1）表1—表3中的输入值为实时废液组份组成。

　　2）空燃比公式部分，输入值引入公式编程计算。
　　3）C10重组分和有机废液的组分太过复杂，编程

　　程序对组分的数量做了精简，然后根据废液的流量，就可以计算出每种废液对应的需要的助燃风量，控制回路图如图2所示。

　　1.2.1风燃比串级比例控制说明

　　PIA流量（FIC-2001）乘以风燃比K1，作为消耗空气的设定值；C10重组份流量（FIC-2002）乘以风燃比K2，作为消耗空气的设定值；有机废料流量（FIC-2003）乘以风燃比K3，作为消耗空气的设定值；天然气流量（FIC-2007）乘以风燃比K4（9.6 m3/m3），作为消耗空气的设定值。

　　以上四种燃料所消耗的空气加和后，乘以空气过剩系数K5（K5设定范围为1.2~1.8之间，开车初始暂给定此值为1.4，在开车过程中根据实际运行情况修改），与最小空气量（1 800 m3/h）作比较：如大于最小空气量（1 800 m3/h），四种燃料所需空气量的和作为一次风量（FIC-2010）的设定值，调节一次风风门（FCV-2010）开度大小；如小于最小空气量（1 800 m3/h），最小空气量（1 800 m3/h）作为一次风量（FIC-2010）的设定值，调节一次风风门（FCV-2010）开度大小。

　　1.2.2焚烧炉炉膛温度控制

　　焚烧炉炉膛温度主要通过串级天然气或C10重组分的流量进行控制调节。

　　1）当天然气作为燃料气时：当焚烧炉炉膛温度（TIC-2004）在1 100℃±50℃以内时，串级天然气流量（FIC-2007）来控制炉膛温度。当焚烧炉炉膛温度（TIC-2004）＞1 100℃时，减少天然气流量（FIC-2007）；当焚烧炉炉膛温度（TIC-2004）＜1 100℃时，增加天然气流量（FIC-2007）。当焚烧炉炉膛温度（TIH-2004）＞1 150℃时，操作工根据实际投入废液情况判断，从热值较大的废液顺序切断，利用DCS软按钮依次将三种废液流量调节阀（FCV-2002、FCV-2003、FCV-2001）的开度手动置0，同时将配套的雾化蒸汽压力调节阀（PCV-2014、PCV-2015、PCV-2013）的开度利用DCS软按钮手动置0。

　　2）当C10重组分作为燃料油时：当焚烧炉炉膛温度（TIC-2004）在1 100℃±50℃以内时，主要串级调节C10重组分流量（FIC-2002）来控制炉膛温度；当焚烧炉炉膛温度（TIC-2004）＞1 100℃时，减少C10重组分流量（FIC-2007）；当焚烧炉炉膛温度（TIC-2004）＜1 100℃时，增加C10重组分流量（FIC-2007）；当C10重组分作为燃料油时，为了保证C10重组分还可以当作废液正常燃烧，暂设定其流量调节范围为

　　125 kg/h±25 kg/h；当炉膛温度（TIH-2004）＞1 150℃时，操作工根据实际投入废液情况判断，从热值较大的废液顺序切断，通过DCS软按钮依次将其余二种废液的流量调节阀（FCV-2003、FCV-2001）的开度手动置0，同时将配套的雾化蒸汽压力调节阀（PCV-2015、PCV-2013）的开度通过DCS软按钮手动置0。

　　1.3 SCR脱硝系统控制流程

　　烟气经急冷后，依次进入活性炭系统、干式脱酸系统、除尘系统和湿式脱酸洗涤系统。利用活性炭系统吸附烟气中的二噁英和重金属，NaOH碱洗去除金属氧化物和酸性气体，废水为中性溶液，收集后集中处理。

　　由于环保对烟气排放洁净度的要求，在碱洗塔后设置湿式静电除尘装置，从静电除尘器出来的低温烟气经热风炉将约60℃左右的低温烟气再加热到260℃左右高温烟气，加热后的高温烟气分成两路，一路烟气经稀释风机加压后，送入烟气加热器加热600℃左右，送至热解炉，作为热载体将雾化的尿素溶液分解为氨气和水。含氨气的高温烟气利用喷氨格栅与另一路烟气混合后，进入SCR脱硝塔，脱硝合格后烟气送入烟囱高点排放。SCR脱硝系统的控制要点为尿素溶液流量控制，控制方案如下：

　　来自CEMS（烟气自动监控系统）的氮氧化物的NOx实时浓度串级尿素溶液流量去调节尿素溶液泵变频器频率的大小。

　　本系统自动调节主要调节尿素输送计量泵频率和CEMS的NOx实时浓度，操作人员设定CEMS的NOx质量浓度值80 mg/m3±10 mg/m3。

　　当CEMS的NOx实时浓度升高，尿素溶液流量增加，尿素输送计量泵变频器频率增加；

　　当CEMS的NOx实时浓度下降，尿素溶液流量减少，尿素输送计量泵变频器频率慢慢降低。

　　1.4急冷塔出口烟气温度控制

　　从焚烧炉出来的高温烟气进入急冷塔，烟气在1 s内急冷至190℃,可以减少二噁英的产生。急冷塔出口烟气温度（TIC-2009）通过串级调节急冷水流量（FIC-2009）来控制，使温度维持在190℃±5℃,如图3所示。

　　急冷塔出口烟气温度（TIC-2009）＞190℃,增加急冷水流量（FIC-2009）；急冷塔（T-2001）出口烟气温度（TIC-2009）＜190℃,减少急冷水流量（FIC-2009）。

　　2安全仪表控制系统

　　在PIA废液焚烧装置中，存在烃类、废酸等危险介质，如果这些介质燃烧不充分或者发生泄漏，可能会发生火灾、爆炸或者人员中毒等严重后果。根据HAZOP分析结果，本装置安全完整性等级设定为SIL2级，测量仪表和控制阀选型时均要求满足SIL2安全认证，对重要的监控点测量仪表采用了3选2的冗余设计，主要联锁如下：

　　1）焚烧炉炉膛火检熄火联锁。联锁条件：焚烧炉炉膛火检熄火2 s后（三取二）。

　　2）焚烧炉炉膛温度高高联锁。联锁条件：焚烧炉炉膛温度≥1 250℃（三取二）

　　3）布袋除尘器入口烟气温度高高联锁。联锁条件：布袋除尘器入口烟气温度≥240℃（三取二）

　　4）焚烧炉天然气压力高高联锁。联锁条件：焚烧炉天然气压≥220 kPa（三取二）。

　　5）焚烧炉天然气压力低低联锁。联锁条件：焚烧炉天然气压力≤5 kPa（三取二）

　　6）焚烧炉紧急停车联锁。联锁条件：按下焚烧炉紧急停车按钮。联锁动作：PIA切断阀关闭，C10切断阀关闭，有机废料切断阀关闭；雾化蒸汽切断阀关闭；焚烧炉天然气进料双切断阀关闭，天然气放空阀打开放空；鼓风机出口风门保位；热风炉天然气进料切断阀关闭，热风炉天然气进料放空阀打开放空；稀释风机、尿素稀释、烟气加热器停止运转；SCR脱硝系统烟气进料开关阀关闭，旁路阀打开；延时30 s：消石灰卸料阀、活性炭卸料阀停止运转；延时70 s：罗茨风机停止运转。

　　7）焚烧炉炉膛压力高高联锁。联锁条件：焚烧炉炉膛压力≥300 Pa（三取二）。

　　8）鼓风机出口压力低低联锁，联锁条件：鼓风机出口压力≤200 Pa（三取二）。联锁动作：PIA切断阀关闭，C10切断阀关闭，有机废料切断阀关闭；蒸汽切断阀关闭；焚烧炉天然气进料切断阀关闭，天然气放空阀打开放空；鼓风机出口风门保位；热风炉天然气进料切断阀关闭，热风炉天然气进料放空阀打开放空；稀释风机、尿素稀释泵、烟气加热器停止运转；SCR脱硝系统烟气进料开关阀关闭，旁路阀打开；延时30 s：消石灰卸料阀、活性炭卸料阀停止运转；延时70 s：鼓风机、急冷却水泵、罗茨风机停止运转；延时75 s：引风机停运。

　　9）急冷却水泵出口压力低低低联锁。联锁条件：急冷水出口压力≤0.38 MPa（三取二）。

　　联锁动作：PIA切断阀关闭，C10切断阀关闭，有机废料切断阀关闭；蒸汽切断阀关闭；焚烧炉天然气进料切断阀关闭，天然气放空阀打开放空；鼓风机出口风门保位；应急水切断阀打开，急冷却水泵停止运行；热风炉天然气进料切断阀关闭，热风炉天然气进料放空阀打开放空；稀释风机、尿素稀释泵、烟气加热器停止运转；SCR脱硝系统烟气进料开关阀关闭，旁路阀打开；延时30 s：消石灰卸料阀、活性炭卸料阀停止运转；延时70 s：罗茨风机停止运转；延时30 min：应急水切断阀关闭。

　　3结论

　　本废液焚烧及烟气处理系统主要是对在PIA装置中产生的废液进行处理，并对其所产生的烟气进行急冷降温及烟气洗涤处理，以实现焚烧处理后的烟气达到合格排放的要求，不对环境造成损害。

　　本项目焚烧工况复杂，三股废液的组分与热值各异，保证在不同工况下的风燃比是实现三股废液充分燃烧的主要因素。本项目针对各种工况，通过在DCS中输入各种介质的组份占比，自动计算出合适的风燃比系数，然后根据工作工况选择温度控制方案，使得三股废液能够充分燃烧。另外本文还介绍了安全仪表控制方案，该方案降低了装置的过程风险，保证了焚烧炉安全可靠的运行。

　　焚烧装置于2020年8月投运，投运后，设备整体运行安全稳定，经监测，烟气中颗粒物质量浓度≤10 mg/m3；二氧化硫质量浓度≤80 mg/m3；氮氧化物质量浓度≤100 mg/m3；烟气黑度为林格曼1级，烟气排放达到了当前环保要求。

　　参考文献

　　[1]李文辉.炼油加热炉烟气的污染及防治[J].中外能源，2010，15（8）：93-98.

　　[2]陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].北京：化学工业出版社，2015.