一种用于正畸托槽大批量脱脂的废气回收协同辅助分解方法及系统与流程

本发明涉及控制与调节，具体涉及一种用于正畸托槽大批量脱脂的废气回收协同辅助分解方法及系统，尤其涉及对脱脂废气浓度与管路压力进行协同控制与调节的技术。

背景技术：

1、金属注射成型是制备正畸托槽的常用工艺。成型后的生坯需要通过催化脱脂炉进行脱脂处理，以去除坯体内部的粘结剂。以草酸催化脱脂炉为例，脱脂过程中，坯体内的粘结剂在高温和草酸蒸汽的催化作用下分解，产生的废气中主要含有甲醛蒸汽和草酸蒸汽等组分。设备本体通常集成有环保尾气处理系统，能够将脱脂过程产生的这类废气分解燃烧，在正常工况下排放二氧化碳、氮气和水蒸气。

2、现有尾气处理系统的处理能力按照常规生产负荷设计，存在固定的处理上限。脱脂炉在实际生产中会交替经历开机置换、小批量脱脂、自净吹扫、大批量脱脂等多种工况，废气的产生量并不恒定。在单批装料量偶然偏高或者原料特性发生波动时，废气中甲醛、草酸组分的浓度会在短时间内快速抬升，形成偶发的瞬时浓度峰值，而此时管道内的气体总流量未必同步上涨。

3、针对这类工况，现有设备自带尾气处理系统以及常规废气旁路缓冲方案存在不足。其一，普遍采用固定阈值触发模式，只有检测到气体流量或压力超过设定值后才启动干预，响应存在滞后，浓度冲击峰值可能已经部分进入尾气处理单元，容易出现分解不完全。其二，缺乏针对气体流量变化不大、仅有害组分浓度瞬时飙升这类突发工况的应对手段。其三，若采用向废气出口管路中通入外购纯净氮气的方式进行稀释，需要持续消耗大量高纯氮气，增加生产成本。

4、因此，需要一种能够在浓度快速上升阶段提前介入、并且不依赖大量外购氮气进行稀释的废气处理方案。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于正畸托槽大批量脱脂的废气回收协同辅助分解系统，能够利用设备脱脂过程自身产生的低浓度废气作为稀释气源，根据废气浓度变化趋势，在浓度达到预设超标阈值之前提前兑入稀释气体并同步分流暂存，从而在降低进入尾气处理系统的废气浓度峰值的同时维持管路压力稳定，避免对脱脂炉炉膛微正压环境造成扰动。

2、本发明提供一种用于正畸托槽大批量脱脂的废气回收协同辅助分解系统，所述系统设置于脱脂炉的废气出口管路与尾气处理系统之间，包括；

3、调浓系统，与所述废气出口管路连接，用于收集脱脂炉在低浓度排放阶段产生的低浓度废气，并将收集的低浓度废气作为稀释气体兑入流经所述废气出口管路的废气中，以降低废气浓度；

4、调压旁路缓冲系统，与所述废气出口管路连接，用于对所述废气出口管路中的气体进行分流暂存，并调节所述废气出口管路内的气体流量与压力；

5、浓度检测组件，设置于所述废气出口管路上且位于所述调浓系统向所述废气出口管路兑入所述稀释气体的兑气位置的上游，用于检测流经所述废气出口管路的原始废气的浓度，并获取反映废气浓度变化趋势的趋势信号；

6、控制系统，分别与所述浓度检测组件、所述调浓系统和所述调压旁路缓冲系统通信连接，其用于：

7、在所述趋势信号表明废气浓度呈上升趋势时，在废气浓度达到预设超标阈值之前，触发所述调浓系统兑入稀释气体，同时同步触发所述调压旁路缓冲系统对气体进行分流暂存，使稀释气体的兑入与气体的分流暂存同步执行，以在废气浓度达到峰值之前完成稀释干预，并抵消兑入稀释气体引起的气体流量增加和压力扰动；

8、并且，在废气浓度回落时，依据浓度下降趋势，同步减小所述调浓系统的兑气量与所述调压旁路缓冲系统的分流量，使浓度调控与压力调控在干预全过程中保持协同。

9、可以理解，本发明的技术方案所提供的系统作为辅助设备设置在脱脂炉的废气出口管路与尾气处理系统之间。 脱脂炉产生的废气先经过废气出口管路，再进入尾气处理系统完成分解处理。本系统不改动脱脂炉本体及其自带尾气处理系统的结构，而是在两者的连接管路上增加一套协同控制装置，因此可以直接适配既有脱脂设备。

10、从系统组成来看，本系统包括四个部分：调浓系统、调压旁路缓冲系统、浓度检测组件和控制系统。下面依次说明各部分的作用，以及各部分在运行中的配合关系。

11、调浓系统负责处理废气浓度偏高的问题。它与废气出口管路连接，能够把脱脂炉在低浓度排放阶段产生的低浓度废气收集起来，再作为稀释气体兑入流经废气出口管路的废气中，以降低废气浓度。这里的低浓度排放阶段，指的是脱脂过程中废气浓度较低的时间段，例如设备开机置换阶段、脱脂完成后的降温阶段。在这些时段，尾气处理系统处于低负荷运行状态，处理能力没有被充分利用，排出的废气浓度又不高，本系统把这些低浓度废气先收集储存起来，留到后续废气浓度升高时再兑入高浓度废气中。 这样做相当于用脱脂过程自身产生的废气充当稀释气，而不是从外部采购纯净氮气来充当稀释气，既降低了稀释气体的获取成本，也把低负荷时段产出的废气重新利用起来。

12、调压旁路缓冲系统负责处理管路压力稳定问题。它与废气出口管路连接，能够对废气出口管路中的气体进行分流暂存，并调节管路内的气体流量与压力。当管路中气体量偏多、压力有升高趋势时，该系统把一部分气体分流出来暂存，避免压力继续上升；当管路中气体量恢复正常时，再视情况把暂存的气体放回管路。它的作用相当于给废气出口管路增加了一个能够存储和释放气体的缓冲环节。

13、浓度检测组件设置在废气出口管路上，并且位于调浓系统向废气出口管路兑入稀释气体的兑气位置的上游。这个位置安排有明确的考虑。浓度检测组件检测的是流经废气出口管路的原始废气的浓度，也就是还没有被稀释气体掺混过的浓度。如果检测位置放在兑气位置的下游，测到的是已经被稀释过的浓度，真实的浓度风险反而会被掩盖。 放在上游，检测到的始终是脱脂炉排出的原始浓度，控制系统的判断依据才是真实可靠的。浓度检测组件不仅采集浓度的绝对值，还获取反映废气浓度变化趋势的趋势信号，也就是浓度在随时间上升还是下降、上升得快还是慢。

14、控制系统分别与浓度检测组件、调浓系统和调压旁路缓冲系统通信连接，是整套系统的核心控制部分。它接收浓度检测组件输出的趋势信号，据此决定何时启动兑气、何时启动分流、各自动作到多大程度。

15、控制系统的工作过程分为两个阶段。

16、第一阶段是浓度上升阶段。当趋势信号表明废气浓度呈上升趋势时，控制系统在废气浓度达到预设超标阈值之前就触发调浓系统兑入稀释气体，同时同步触发调压旁路缓冲系统对气体进行分流暂存。这里的预设超标阈值，指的是预先设定的、用于判断废气浓度是否偏高的浓度界限值。上述干预动作包含两个关键点。 第一，干预时机提前了。系统不是等到浓度已经超标才动手，而是判断出浓度有快速上升的势头，就在浓度还没有达到预设超标阈值之前介入，使稀释气体的兑入与气体的分流暂存在废气浓度达到峰值之前完成。这样，浓度冲击峰值在形成过程中就被削减掉一部分，进入尾气处理系统的废气浓度峰值相应降低。第二，兑气和分流是同步执行的。兑入稀释气体本身会使管路内的气体总量增加，如果不做处理，管路压力会因此升高，进而扰动脱脂炉炉膛的微正压环境。这里的微正压环境，指的是炉膛内部压力略高于外界大气压力的状态，脱脂炉依靠这种压力状态防止外部空气渗入炉膛。 控制系统在触发兑气的同时触发分流暂存，把兑气带来的多余气体分流走，抵消兑入稀释气体引起的气体流量增加和压力扰动，使浓度调控动作不引起新的气流和压力波动。

17、第二阶段是浓度回落阶段。当废气浓度回落时，控制系统依据浓度下降趋势，同步减小调浓系统的兑气量与调压旁路缓冲系统的分流量。这样做的考虑是，如果兑气阀门和分流阀门快速关断，管路内的气体流量会发生突变，同样会引起气流和压力波动。控制系统跟着浓度下降的节奏，把兑气量和分流量同步、渐进地减小，使浓度调控与压力调控在干预全过程中保持协同。

18、综合来看，本系统中调浓系统负责降低浓度、调压旁路缓冲系统负责稳定压力，两者以浓度趋势信号为联动依据，通过控制系统实现联动：浓度上升时同步启动，浓度回落时同步收尾。浓度检测组件的位置保证了控制系统获取到的始终是原始浓度信息。上述各部分配合起来，实现了对废气浓度和管路压力的同步调控。

19、与此同时，本发明还提供一种用于正畸托槽大批量脱脂的废气回收协同辅助分解方法，应用于脱脂炉的废气出口与尾气处理系统之间的废气出口管路，包括以下步骤：

20、收集脱脂炉在低浓度排放阶段产生的低浓度废气并储存，作为稀释气体的来源；检测废气出口管路中的废气浓度，并获取反映废气浓度变化趋势的趋势信号；

21、当所述趋势信号表明废气浓度呈上升趋势时，在废气浓度达到预设超标阈值之前，预先向废气中兑入所述稀释气体以降低废气出口管路的废气浓度，同时同步对废气进行分流暂存，使稀释气体的兑入与气体的分流暂存同步执行，以在废气浓度达到峰值之前完成稀释干预，并抵消兑入稀释气体引起的气体流量增加和压力扰动；

22、当废气浓度回落时，依据浓度下降趋势，同步减小兑入稀释气体的量与分流量，使浓度调控与压力调控在干预全过程中保持协同。

23、归纳而言，上述本发明的废气回收协同辅助分解方法由四个步骤的连贯配合。第一步把脱脂过程自身产生的低浓度废气收起来备用，第二步盯着废气的浓度变化，第三步在浓度快速上升时提前动手，第四步在浓度回落后平稳收尾。下面逐一说明各步骤的内容，以及步骤之间的承接关系。

24、步骤一，收集并储存低浓度废气，作为稀释气体的来源。具体而言：脱脂炉在运行过程中，废气的浓度并不是一直很高的。在设备开机置换阶段、脱脂完成后的降温阶段等低浓度排放阶段，排出的废气中甲醛、草酸组分的含量较低，此时尾气处理系统处于低负荷运行状态，处理能力没有被充分利用。该方法先把这些低浓度排放阶段产生的低浓度废气收集起来并储存，留作后续使用的稀释气体来源。这样做有两层考虑。第一，稀释气体来源于脱脂过程自身，不需要从外部采购纯净氮气，稀释气体的获取成本低。第二，低浓度排放阶段的废气本来就是正常工况下要处理的，把它收集起来备用，相当于把低负荷时段的废气资源留到高负荷时段使用。

25、步骤一在整个方法中承担物质准备的作用。后续第三步向废气中兑入的稀释气体，来源就是步骤一收集储存的低浓度废气。没有步骤一的气源准备，第三步的兑入动作就没有着落。

26、步骤二，检测废气出口管路中的废气浓度，并获取反映废气浓度变化趋势的趋势信号。具体而言：检测的位置在废气出口管路上，并且是在向废气中兑入稀释气体的位置的上游。选择这个位置检测，是为了确保检测到的浓度是脱脂炉实际排出的原始浓度。如果检测位置放在兑气位置的下游，测到的是已经被稀释过的浓度，真实的浓度风险反而会被掩盖。该方法不仅记录浓度数值本身，还获取趋势信号，也就是判断浓度是在上升还是在下降、上升得快还是慢。这一步为后面的干预动作提供判断依据。第三步什么时候开始兑气、第四步什么时候减小兑气量，都以步骤二获取的趋势信号为准。

27、步骤三，在浓度呈上升趋势时，在浓度达到预设超标阈值之前提前干预。具体而言：当步骤二获取的趋势信号表明废气浓度呈上升趋势时，该方法在废气浓度达到预设超标阈值之前，就预先向废气中兑入稀释气体，以降低废气出口管路中的废气浓度，同时同步对废气进行分流暂存。这里包含两个关键点：第一个关键点是干预时机提前。方法不是等到浓度已经超标才动作，而是判断出浓度有快速上升的势头，就在浓度还没有达到预设超标阈值之前介入，使稀释气体的兑入与气体的分流暂存在废气浓度达到峰值之前完成。这样，浓度冲击峰值在形成过程中就被削减掉一部分，进入尾气处理系统的废气浓度峰值相应降低。第二个关键点是兑气和分流同步执行。向废气中兑入稀释气体本身会使管路内的气体总量增加，如果不做处理，管路压力会因此升高，进而扰动脱脂炉炉膛的微正压环境。这里的微正压环境，指的是炉膛内部压力略高于外界大气压力的状态，脱脂炉依靠这种压力状态防止外部空气渗入炉膛。方法在兑入稀释气体的同时同步对废气进行分流暂存，把兑气带来的多余气体分流走，抵消兑入稀释气体引起的气体流量增加和压力扰动，让浓度调控动作不引起新的气流和压力波动。

28、步骤四，在浓度回落时同步减小兑气量与分流量。具体而言：当废气浓度回落时，该方法依据浓度下降趋势，同步减小兑入稀释气体的量与分流量。这样做的考虑是，如果兑气阀门和分流阀门快速关断，管路内的气体流量会发生突变，同样会引起气流和压力波动。方法跟着浓度下降的节奏，把兑入量和分流量同步、渐进地减小，使浓度调控与压力调控在干预全过程中保持协同。

29、综述，上述四个步骤之间的配合关系可以这样理解。步骤一解决稀释气体从哪里来的问题，为整个方法提供物质基础。步骤二解决什么时候动手的问题，为整个方法提供判断依据。步骤三和步骤四解决怎么动手的问题，浓度上升时同步开、浓度回落后同步收，整个过程围绕浓度趋势信号展开。四个步骤前后承接、相互配合，共同实现废气浓度的削峰和管路压力的稳定。

30、与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益技术效果：

31、1、本发明利用脱脂过程自身产生的低浓度废气作为稀释气体来源，以替代外购高纯氮气进行稀释，由此本发明能够降低稀释气体的获取成本，减少对外部氮气供应的依赖。

32、2、本发明依据浓度变化趋势在废气浓度达到预设超标阈值之前提前兑入稀释气体，并且使稀释气体的兑入与气体的分流暂存同步执行，由此本发明缩短了从浓度异常出现到干预生效之间的时间间隔，使浓度冲击峰值在形成过程中被部分削减，降低进入尾气处理系统的废气浓度峰值。

33、3、本发明在兑入稀释气体的同时同步分流暂存管路内的气体，由此本发明能够抵消兑入稀释气体引起的气体流量增加和压力扰动，减少对脱脂炉炉膛微正压环境的影响。

34、4、本发明在废气浓度回落时依据浓度下降趋势同步减小兑气量与分流量，由此本发明能够避免干预动作快速关断造成的气流和压力波动，使浓度调控与压力调控在干预全过程中保持协同。

35、5、本发明作为辅助设备设置在废气出口管路与尾气处理系统之间，不需要改动脱脂炉本体及其自带尾气处理系统的结构，由此本发明便于在既有脱脂设备上实施和推广。