Four d'oxydation de CO à échange de chaleur à deux étages

Le four d'oxydation de CO à échange de chaleur à deux étages Defaee est un équipement intégré de protection de l'environnement et d'économie d'énergie de haute performance, intégrant l'oxydation catalytique du CO, la récupération de chaleur à haut rendement en deux étapes, la combustion de gaz naturel à basse pression et la technologie de contrôle intelligente. Il est largement déployé pour les systèmes de purification des gaz d'échappement industriels contenant du CO et les systèmes de récupération de chaleur résiduelle dans les secteurs de la métallurgie, de la chimie, des matériaux de construction et d'autres industries.

Utilisant le gaz naturel comme source de chaleur à basse pression, l'équipement récupère étape par étape la chaleur perdue des gaz de combustion à haute température via une structure d'échange thermique à plaques à deux étages, réalisant simultanément un traitement inoffensif des gaz d'échappement du CO et une utilisation efficace de l'énergie thermique. Avec ses principaux avantages en matière de conformité environnementale, de réduction de la consommation d'énergie et de fonctionnement stable, il s'agit d'une solution courante pour le traitement complet des gaz d'échappement industriels.

Principe de fonctionnement de base

1 CO Oxydation catalytique

Après le prétraitement (dépoussiérage et coupe-feu), les gaz d'échappement industriels contenant du CO pénètrent dans la chambre de réaction du four. Avec les catalyseurs à base de métaux nobles (platine, palladium), la réaction d'oxydation catalytique se produit à une basse température de 450 à 480 ℃, convertissant le CO toxique en CO₂ non toxique.

Formule de réaction : 2CO + O₂ → 2CO₂ (catalyseur, 450-480℃)

Ce processus sans flamme offre une sécurité élevée et peut simultanément décomposer les traces de COV dans les gaz d'échappement pour répondre aux exigences nationales en matière d'émissions environnementales.

2 Échange thermique à deux étages

Les échangeurs de chaleur à plaques à deux étages intégrés adoptent une conception d'échange de chaleur à refroidissement progressif et à gradient pour maximiser la récupération de la chaleur perdue à partir des gaz de combustion à haute température post-réaction :

1. Échange thermique de premier étage : des gaz de combustion à haute température de 480 ℃ entrent dans l'échangeur de chaleur à plaques de premier étage, échangeant de la chaleur à contre-courant avec les gaz d'échappement d'entrée à basse température. La température des gaz de combustion chute à 240-260℃, tandis que le gaz d'entrée est préchauffé à 200-220℃, réduisant ainsi la consommation d'énergie de chauffage au gaz naturel.

2. Échange thermique de deuxième étage : les gaz de combustion pré-refroidis entrent dans l'échangeur thermique de deuxième étage, échangeant davantage de chaleur avec de l'air frais ou un fluide à basse température. La température des gaz de combustion descend en dessous de 120 ℃ et le taux de récupération de chaleur résiduelle atteint plus de 75 %, bien supérieur à un échange de chaleur à un étage.

3. Régulation de la température : Après l'échange thermique, trois ensembles de registres d'air ajustent avec précision les gaz de combustion pour stabiliser la température de décharge à environ 80 ℃, évitant ainsi les pannes d'équipement ou la pollution thermique causée par une température excessive.

3 Combustion du gaz naturel à basse pression

L'équipement est équipé d'un système de combustion de gaz naturel basse pression, avec une pression d'alimentation en gaz contrôlée entre 0,02 et 0,05 MPa pour s'adapter aux conditions industrielles du gaz basse pression. Après un dosage précis via un réducteur de pression, un filtre et un débitmètre, le gaz naturel entre dans le brûleur et se mélange entièrement à l'air de combustion, brûlant à basse température dans le four pour fournir une chaleur stable pour la réaction catalytique.

La conception de combustion à basse pression élimine les risques de sécurité liés à la combustion à haute pression, avec un rendement de combustion supérieur à 99 %. Les concentrations d'émissions de NOₓ et de CO dans les gaz de combustion sont bien inférieures aux normes nationales et les coûts d'exploitation sont de 30 à 40 % inférieurs à ceux des solutions de chauffage électrique.

Structure de l'équipement de base

1 ensemble de four

Le four adopte une structure à double couche d'acier au carbone résistant aux hautes températures + couche isolante en silicate d'aluminium. La couche intérieure résiste à 600 ℃ et la température de la surface extérieure est ≤ 50 ℃ pour minimiser les pertes de chaleur. Le four est divisé en cinq sections : section d'entrée, section de préchauffage, section de réaction catalytique, section d'échange thermique à deux étages et section d'échappement. Il est intégralement soudé avec de bonnes performances d'étanchéité et équipé d'un port de décompression intégré pour une protection automatique contre les surpressions.

2 Module d'échange thermique à deux étages

Le noyau se compose de deux étages d'échangeurs de chaleur à plaques à haut rendement en acier inoxydable 304, avec une résistance aux températures élevées, une résistance à la corrosion et d'excellentes performances de transfert de chaleur. Les échangeurs de chaleur à deux étages sont disposés en série avec des plaques de guidage au milieu pour assurer un flux uniforme des gaz de combustion. L'espacement optimisé des plaques réduit la résistance aux gaz de combustion et la consommation d'énergie du ventilateur, et le module est facile à démonter et à nettoyer dans des conditions poussiéreuses de gaz d'échappement.

3 Système de combustion de gaz naturel basse pression

Il se compose d'un gazoduc, d'un réducteur de pression basse pression, d'un filtre à gaz, d'une vanne de régulation de débit, d'un brûleur, d'un dispositif d'allumage et d'un détecteur de flamme. Le réducteur de pression stabilise la pression du gaz entre 0,02 et 0,05 MPa et le régulateur de débit contrôle avec précision l'alimentation en gaz. Le brûleur à injection poreux assure un mélange complet de gaz et d'air. Le dispositif d'allumage automatique et le détecteur de flamme en temps réel coupent automatiquement l'alimentation en gaz en cas d'extinction pour éviter les fuites.

4 Système de réaction catalytique

Il comprend un lit de catalyseur avec un substrat en céramique en nid d'abeille chargé de catalyseurs en métaux nobles platine-palladium, doté d'un anti-empoisonnement, d'une résistance aux températures élevées et d'une durée de vie de 2 à 3 ans. Au moins 5 capteurs de température sont installés dans le four pour surveiller les points de température clés en temps réel, contrôlant avec précision la température de réaction à 450-480 ℃ et garantissant un taux de conversion du CO ≥99 %.

5 Système de contrôle intelligent

Adoptant un PLC (Programmable Logic Controller) avec fonctionnement par écran tactile, il intègre des fonctions de contrôle de la température, de surveillance de la pression, de verrouillage du gaz, d'alarme de défaut et d'enregistrement des données. Il prend en charge un fonctionnement entièrement automatique, un démarrage/arrêt à une touche et un réglage automatique du débit de gaz et de l'ouverture du registre. Il surveille la différence de pression, la pression du gaz et l'état de la flamme en temps réel, avec une alarme et un arrêt automatiques en cas d'anomalies, et prend en charge la surveillance à distance et le téléchargement de données.

6 Système auxiliaire de sécurité

· Les coupe-feu et les dépoussiéreurs à l'entrée et à la sortie isolent les lignes de production des équipements de traitement et interceptent la poussière pour éviter les retours de flamme et le colmatage.

· L'orifice de décompression avec membrane antidéflagrante sur le dessus de la chambre de réaction libère automatiquement la pression en cas de surpression.

· Une mise à la terre fiable de la coque métallique avec une résistance de mise à la terre ≤4Ω empêche l'accumulation d'électricité statique et les accidents de choc électrique.

Avantages clés en termes de performances

1 Purification à haute efficacité et émission conforme

Le taux de conversion catalytique du CO atteint ≥99 %, avec une concentration d'émission de CO ≤50 mg/m³ et une élimination simultanée des COV, conforme à la norme nationale d'émission de polluants atmosphériques pour les fours industriels. La combustion du gaz naturel à basse pression garantit une émission de NOₓ ≤100 mg/m³, sans fumée noire ni odeur particulière.

2 Taux élevé de récupération de chaleur perdue et économie d’énergie remarquable

La structure d'échange thermique à plaques à deux étages atteint un taux de récupération de chaleur perdue de ≥75 %, réduisant ainsi la consommation de gaz naturel de 20 % à 25 % par rapport à un échange thermique à un étage. La température de décharge des gaz de combustion est ≤ 120 ℃ et la chaleur résiduelle récupérée peut être utilisée pour le préchauffage d'entrée, l'approvisionnement en eau chaude ou le chauffage, réalisant ainsi une utilisation de l'énergie en cascade.

3 Fonctionnement basse pression et haute fiabilité

La combustion de gaz à basse pression (0,02-0,05 MPa) élimine les risques de fuite à haute pression. Plusieurs verrouillages de sécurité (extinction, surchauffe, surpression, protection contre la mise à la terre) assurent une protection de sécurité complète du processus. La conception redondante d'échange thermique à deux étages garantit un fonctionnement continu même en cas de panne d'un étage.

4 Contrôle intelligent et faible maintenance

Le contrôle PLC entièrement automatique ne nécessite aucun personnel de service avec une opération simple. L'affichage des paramètres en temps réel et l'alarme de défaut automatique permettent un dépannage rapide. L'échangeur de chaleur amovible et le catalyseur facile à remplacer réduisent les coûts de maintenance, avec une durée de vie globale de l'équipement de 10 à 15 ans.

5 Forte adaptabilité et large application

Il traite les gaz d'échappement industriels avec une concentration de CO de 0,5 % à 5 % et une température de 100 à 300 ℃, en s'adaptant aux gaz d'échappement des hauts fourneaux, aux gaz d'échappement de synthèse chimique, aux gaz d'échappement des fours et à d'autres conditions de travail. Il correspond aux gazoducs industriels conventionnels à basse pression sans transformation à très haute pression.

Spécifications techniques (modèle standard)

Directives d'installation et de mise en service

1 Exigences d'installation

1. Installer sur un sol plat en béton avec une capacité portante de fondation ≥5t/m² et réserver un espace de maintenance ≥1,5m autour.

2. Les gazoducs adoptent des tuyaux en acier sans soudure avec des connexions soudées et doivent passer un test d'étanchéité à l'air (0,1 MPa, 30 min sans fuite).

3. Mise à la terre fiable de l'équipement avec fil de terre jaune-vert ≥4 mm², résistance de mise à la terre ≤4Ω.

4. Connexions flexibles au niveau des canalisations d'entrée et de sortie pour éviter les dommages dus aux vibrations.

5. Installez des manomètres différentiels aux entrées et sorties de l'échangeur de chaleur pour surveiller le colmatage.

2 Procédures de mise en service

1. Mise en service à vide : mettez sous tension, démarrez le ventilateur et le système de contrôle, vérifiez le fonctionnement normal et l'affichage précis des paramètres.

2. Mise en service du gaz : introduisez le gaz naturel pour le débogage à basse pression, confirmez l'absence de fuite de pipeline, l'allumage normal et la flamme stable.

3. Mise en service de la charge : introduisez les gaz d'échappement contenant du CO, ajustez progressivement le débit de gaz et les amortisseurs pour stabiliser la température de réaction à 450-480 ℃ et faites fonctionner en continu pendant 24 h après que l'émission ait atteint la norme.

4. Mise en service du verrouillage : simulez les défauts d'extinction, de surchauffe et de surpression pour vérifier les fonctions d'alarme et d'arrêt.

Entretien courant

· Quotidiennement : vérifiez la pression du gaz, l'état de la flamme, la température du four, la différence de pression et la mise à la terre, et enregistrez les données de fonctionnement.

· Hebdomadairement : nettoyez le filtre à gaz et le coupe-feu, vérifiez la flexibilité du registre et serrez les boulons de connexion.

· Mensuellement : inspectez le lit de catalyseur, nettoyez la poussière de surface et nettoyez les plaques de l'échangeur de chaleur pour éviter le colmatage.

· Annuellement : inspecter de manière approfondie l'isolation, l'échangeur de chaleur, le brûleur et le système de contrôle, remplacer les composants vieillissants et calibrer les capteurs.

· Arrêt à long terme : fermez les vannes de gaz, vidangez le gaz du pipeline, protégez l'équipement de la poussière et aérez régulièrement pour éviter la corrosion par l'humidité.

Applications et valeur

Cet équipement est largement utilisé pour la purification des gaz d'échappement du CO dans les hauts fourneaux métallurgiques, les processus de synthèse chimique, les fours à matériaux de construction et le traitement thermique des machines. Il offre une valeur globale : il permet un traitement inoffensif des gaz d'échappement pour le respect de l'environnement, réduit les coûts d'exploitation grâce à une récupération de chaleur résiduelle à haut rendement, garantit la sécurité de la production avec de multiples mécanismes de protection et permet un retour sur investissement en 1 à 2 ans grâce aux revenus de chaleur récupérés, offrant une solution gagnant-gagnant de protection de l'environnement et d'économie d'énergie pour les entreprises industrielles.