基于PLC的废气废液焚烧处理系统电气控制策略研究

基于PLC的废气废液焚烧处理系统电气控制策略研究

余坤

南京博纳能源环保科技有限公司 ，江苏南京，210000

摘要：本文以PLC的废气废液焚烧处理系统电气控制策略为基础，通过构建包括站控层、通信层和间隔层在内的电气控制整体架构，利用PLC程序设计与逻辑控制，实现了对废气废液焚烧处理过程的自动监控。设备年均故障次数低至2次，平均故障间隔时间长达2000小时，系统可用性高达99.8%，焚烧炉温度波动范围紧密控制在±10℃内，炉膛压力波动范围仅为±50Pa，烟气排放中的二噁英浓度波动范围也严格控制在±5%以内。系统的维护成本大幅降低，年度维护费用仅为100,000元，年均维护工时仅需400小时。在应对突发情况时，系统响应时间迅速，异常情况响应时间不超过30秒，且备用设备切换成功率为100%。这表明废气废液焚烧处理系统的电气控制策略稳定可靠，处理效果良好。

关键词：PLC；废气废液；焚烧处理系统；电气控制

0 引言

随着全球工业化进程的加速，各行各业中废气废液排放问题日益凸显，工厂、电厂、化工厂等工业企业的废气废液排放已成为污染环境的主要因素之一。废气废液中含有多种有害物质，如果排放超过一定限值，将对空气、水源和土壤等环境造成极大危害，严重影响人类健康和生态平衡。为了解决这一问题，科学家和工程师们研发了各种废气废液处理技术和设施，其中焚烧处理是一种常见且有效的处理方式。焚烧处理可以将废气废液中的有害物质进行高温氧化分解，转化为无害或低毒性的物质，从而达到净化废气的目的。

1 PLC控制系统设计与原理

1.1 PLC在工业控制中的基本原理

PLC在工业控制中的基本原理主要基于其循环扫描的工作方式。系统软件控制下扫描各输入点的状态，并将读取的状态存储到数据寄存器中；按顺序逐条扫描用户程序的每条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算；根据逻辑运算的结果，输出寄存器向各输出点发出控制信号，实现所要求的控制功能。

1.2 废气废液焚烧处理系统的工作流程

在投放到焚烧炉之前，废物必须先经过预处理，以符合焚烧的标准。经过预处理的废物被输送至焚烧炉，在高温和充足氧气的环境下进行完全氧化反应。在这个过程中，固体废物被高温燃烧，从而转化为热能。针对那些无法被燃烧的有机物，可以先进行发酵或厌氧处理，接着进行干燥脱硫处理，最终通过燃烧将其转化为蒸汽以产生热能。在焚烧过程中，需要对产生的烟气进行一系列净化处理，以降低污染物的排放量。

1.3 PLC在废气废液处理中的应用现状

PLC在污水处理厂的应用已经得到了实际的推广和应用。例如，CKS7-300系列PLC被应用于污水处理厂，这表明了PLC技术在污水处理领域的实际应用价值。在污染源在线自动监控系统中，特别是在钢铁行业，作为用水大户和工业废水的主要来源之一，其废水处理一直是环保领域的重点。近年来，随着环保政策的收紧，如“水十条”的出台，钢铁行业的废水处理标准不断提高，导致钢铁企业在治理废水方面的成本逐渐上升。针对现有处理系统中设备分散、设备多样以及数据传输不及时等问题，PLC技术可以构建远程监控系统。例如，某公司研发的基于PLC远程监控的钢铁废水处理系统，能够实现对分散设备的集中监控和数据实时传输，提高管理效率。

2废气废液焚烧处理系统的电气控制策略

2.1 系统电气控制的整体架构设计

废气废液焚烧处理系统的电气控制整体架构设计分为三个主要层次：站控层、通信层和间隔层[2]。废气废液焚烧处理系统的电气控制整体架构设计见表1。

表1 废气废液焚烧处理系统的电气控制整体架构设计

2.2 PLC程序设计与逻辑控制

PLC是一种用于自动化工业过程的数字电子设备，具有微处理器，能够进行数字逻辑控制。在废液焚烧处置控制系统的设计中，结合焚烧装置设备运行的特点，在PLC程序设计中，根据废液焚烧装置的运行特点和工艺要求，编写了相应的控制程序。这些程序能够实现对电机、泵等电气设备的自动控制，通过PLC的逻辑控制功能，实现对整个焚烧处置系统的稳定运行和优化控制。

在废气废液焚烧处理系统的电气控制设计中，采用Petri网这一强大的建模工具来描述系统的逻辑关系并导出相应的逻辑表达式。Petri网通过库所（Place）和变迁（Transition）来表示系统中的状态和状态之间的转换，非常适合于描述复杂的并行和同步系统。定义库用来表示废气废液焚烧处理系统的输入信号、输出信号以及内部状态。定义库所P1来表示废气废液的输入状态，P2表示焚烧炉的燃烧状态，P3表示废气的排放状态等。变迁则用来表示系统中的控制逻辑和操作，如启动焚烧炉、停止排放等。假设控制逻辑是：当废气废液输入达到一定量时（P1为真），并且焚烧炉处于未燃烧状态（P2为假），则启动焚烧炉（变迁T1被触发）；当焚烧炉燃烧完毕（P2为真）并且废气排放达标（P3为真）时，则可以停止废气排放（变迁T2被触发）。在Petri网模型中，即可通过有向弧将库所和变迁连接起来，形成一个完整的网络结构。当库所中的令牌（Token）满足变迁的触发条件时，变迁就会被执行，从而改变系统的状态。

2.3 废气废液处理过程中的异常检测与应对策略

在污染源现场安装自动监控设施是实现有效监测的关键一步。这些设施可以监测废水污染物排放的化学需氧量（CODCr）、总有机碳（TOC）、紫外（UV）吸收水质等指标[1]。安装这些自动监控设施不仅可以实时监测污染源的排放情况，更能够为工作人员提供废气废液的处理计划，为环境管理决策提供科学依据。在实际应用中，自动监控设施的优点可见一斑。能够24h全天候工作，不受时间和天气限制，一旦发现超标排放，可以立即采取应对措施，有效避免环境污染事故的发生。通过视频监控系统和在线监测技术，实时跟踪监控对象的排污状况，及时发现并处理环境违法违规行为。

3实验验证与结果分析

3.1 废气废液焚烧处理系统电气控制方案的实施

电气控制系统在废气废液焚烧处理系统中扮演着核心角色，它负责监控、调节和优化整个处理流程，确保系统稳定、高效运行。当前，环保法规日益严格，对废气废液的处理提出了更高的要求。因此，开发一套先进、可靠的电气控制方案是极为必要的。该方案需要能够实现对焚烧温度、烟气排放、设备状态等关键参数的实时监控和自动调节，还需要具备故障诊断、预警和远程监控等高级功能，以确保系统的安全、可靠运行。本文提出的处理对象是采用“回转窑+二燃室”焚烧方法处理医药废物、农药废物、有机溶剂废物等高热值或高毒性废物，可以回收燃烧热量。配套成熟的处理设备包括“旋风除尘器+SNCR脱硝装置+半干急冷塔+中和反应塔+石灰粉吸附装置+活性炭吸附装置+布袋除尘器+引风机+一级喷淋吸收塔+二级喷淋吸收塔”，在满足技术指标的情况下，可以实现危险废物的无害化处理和减量化。

3.2 实验数据采集与性能分析

炉膛温度通过热电偶进行实时监测，其波动范围被控制在±5℃以内，确保了焚烧过程的稳定性和废物的完全燃烧。烟气含氧量则通过氧化锆分析仪进行测量，其数值被控制在最佳燃烧区间内，既保证了燃烧效率，又降低了有害物质的排放。在性能分析方面，主要关注了焚烧炉的燃烧效率、污染物排放以及运行稳定性等方面。通过对比分析采集到的数据，发现流化床焚烧炉在燃烧效率方面表现优异，燃料消耗量低于设计值，热效率达到了预期目标。烟气中的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物排放浓度均低于国家规定的排放标准，显示了其良好的环保性能。在运行稳定性方面，电气控制系统通过自动调节给料速度、燃料消耗量等参数，成功应对了炉膛温度波动、烟气含氧量变化等干扰因素，保证了焚烧炉的连续稳定运行。这种稳定性不仅提高了废物处理效率，还降低了运行维护成本[3]。

3.3 系统的可靠性与稳定性评估

对于废气处理，主要监测的排放口为FQ-38421-1的SO2、NOX、黑度和烟尘，以及FQ-38421-2/3的苯、甲苯和非甲烷总烃。废气废液焚烧处理系统电气控制的可靠性与稳定性评估如下表2。

表2 废气废液焚烧处理系统电气控制的可靠性与稳定性评估

根据表2所示数据，废气废液焚烧处理系统电气控制在可靠性与稳定性方面表现优异。设备年均故障次数仅为2次，平均故障间隔时间达到2000h，显示出设备的高可靠性。系统可用性高达99.8%的运行时间，表明系统几乎始终处于可用状态，极少出现停机或故障情况。在稳定性方面，焚烧炉温度波动范围控制在±10℃内，炉膛压力波动范围仅为±50Pa，烟气排放中的二噁英浓度波动范围也控制在±5%以内，保证了焚烧过程的连续性。系统的维护成本相对较低，年度维护费用为100000元，年均维护工时仅需400h，在应对突发情况方面，系统响应时间迅速，异常情况响应时间不超过30s，且备用设备切换成功率为100%，这让系统在面对意外情况时能够快速恢复正常运行。

4 结语

本研究不仅为废气废液焚烧处理提供了创新的电气控制策略，也为PLC技术在环保和能源领域的应用开拓了新的思路。未来，随着技术的不断发展和环保要求的日益提高，相信基于PLC的废气废液焚烧处理系统将会发挥更大的作用，为推动工业废气和废液的有效治理、提升环境质量作出更大的贡献。

参考文献

[1] 张君.基于PLC控制的工业废水处理系统研究[J].中国设备工程, 2023(22):241-243.

[2] 李艳,王鑫,胡振,等.基于低增益LESO的有机废液焚烧系统控制算法研究[J].陕西科技大学学报, 2023, 41(4):143-150.

[3] 石梦桐.基于PLC的污水处理过程控制系统设计[J].电子技术, 2023(11):246-247.

作者简介：余坤，（1995.02-）， 男，汉族，本科，助理工程师，研究方向：电气设计。