Forno de oxidação de CO com troca de calor de dois estágios

O forno de oxidação de CO com troca de calor de dois estágios Defaee é um equipamento integrado de proteção ambiental e economia de energia de alto desempenho, integrando oxidação catalítica de CO, recuperação de calor de alta eficiência em dois estágios, combustão de gás natural de baixa pressão e tecnologia de controle inteligente. É amplamente utilizado para purificação de gases de escape industriais contendo CO e sistemas de recuperação de calor residual em metalurgia, química, materiais de construção e outras indústrias.

Utilizando gás natural como fonte de calor de baixa pressão, o equipamento recupera o calor residual do gás de combustão de alta temperatura, passo a passo, através de uma estrutura de troca de calor de placas de dois estágios, realizando tratamento inofensivo do gás de exaustão de CO e utilização eficiente da energia térmica simultaneamente. Com as principais vantagens de conformidade ambiental, redução do consumo de energia e operação estável, é uma solução convencional para tratamento abrangente de gases de escape industriais.

Princípio operacional central

1 Oxidação Catalítica de CO

Após o pré-tratamento (remoção de poeira e combate a incêndio), o gás de exaustão industrial contendo CO entra na câmara de reação do forno. Com catalisadores de metais nobres (platina, paládio), a reação de oxidação catalítica ocorre a uma temperatura baixa de 450-480°C, convertendo CO tóxico em CO₂ não tóxico.

Fórmula de reação: 2CO + O₂ → 2CO₂ (catalisador, 450-480℃)

Este processo sem chama apresenta alta segurança e pode decompor simultaneamente vestígios de VOCs nos gases de exaustão para atender aos requisitos nacionais de emissões ambientais.

2 Troca de calor em dois estágios

Os trocadores de calor de placas de dois estágios integrados adotam um design de resfriamento graduado e troca de calor gradiente para maximizar a recuperação de calor residual do gás de combustão de alta temperatura pós-reação:

1. Troca de calor de primeiro estágio: o gás de combustão de alta temperatura de 480 ℃ entra no trocador de calor de placas de primeiro estágio, trocando calor em contracorrente com o gás de exaustão de entrada de baixa temperatura. A temperatura do gás de combustão cai para 240-260°C, enquanto o gás de entrada é pré-aquecido para 200-220°C, reduzindo o consumo de energia de aquecimento subsequente a gás natural.

2. Troca de calor de segundo estágio: O gás de combustão pré-resfriado entra no trocador de calor de segundo estágio, trocando ainda mais calor com ar fresco ou meio de baixa temperatura. A temperatura dos gases de combustão cai abaixo de 120 ℃ e a taxa de recuperação de calor residual atinge mais de 75%, muito superior à troca de calor de estágio único.

3. Regulação de temperatura: Após a troca de calor, três conjuntos de amortecedores de ar ajustam com precisão o gás de combustão para estabilizar a temperatura de descarga em torno de 80 ℃, evitando falha do equipamento ou poluição térmica causada por temperatura excessiva.

3 Combustão de Gás Natural em Baixa Pressão

O equipamento está equipado com sistema de combustão de gás natural de baixa pressão, com pressão de fornecimento de gás controlada em 0,02-0,05MPa para se adaptar às condições industriais de gás de baixa pressão. Após dosagem precisa por meio de válvula redutora de pressão, filtro e medidor de vazão, o gás natural entra no queimador e se mistura totalmente com o ar de combustão, queimando em baixa temperatura no forno para fornecer calor estável para a reação catalítica.

O projeto de combustão de baixa pressão elimina os riscos de segurança da combustão de alta pressão, com uma eficiência de combustão superior a 99%. As concentrações de emissões de NOₓ e CO nos gases de combustão estão muito abaixo dos padrões nacionais e o custo operacional é 30%-40% menor do que as soluções de aquecimento elétrico.

Estrutura do equipamento principal

1 conjunto de forno

O forno adota uma estrutura de camada dupla de aço carbono resistente a altas temperaturas + camada de isolamento de silicato de alumínio. A camada interna suporta 600°C e a temperatura da superfície externa é ≤50°C para minimizar a perda de calor. O forno é dividido em cinco seções: seção de entrada, seção de pré-aquecimento, seção de reação catalítica, seção de troca de calor de dois estágios e seção de exaustão. É integralmente soldado com bom desempenho de vedação e equipado com uma porta de alívio de pressão integrada para proteção automática contra sobrepressão.

2 Módulo de troca de calor de dois estágios

O núcleo consiste em dois estágios de trocadores de calor de placas de alta eficiência feitos de aço inoxidável 304, com resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e excelente desempenho de transferência de calor. Os trocadores de calor de dois estágios são dispostos em série com placas guia no meio para garantir um fluxo uniforme dos gases de combustão. O espaçamento otimizado das placas reduz a resistência aos gases de combustão e o consumo de energia do ventilador, e o módulo é fácil de desmontar e limpar em condições de gases de exaustão empoeirados.

3 Sistema de combustão de gás natural de baixa pressão

É composto por gasoduto de gás natural, válvula redutora de pressão de baixa pressão, filtro de gás, válvula reguladora de fluxo, queimador, dispositivo de ignição e detector de chama. A válvula redutora de pressão estabiliza a pressão do gás em 0,02-0,05 MPa e a válvula de fluxo controla com precisão o fornecimento de gás. O queimador de injeção poroso garante a mistura completa de gás e ar. O dispositivo de ignição automática e o detector de chamas em tempo real cortam automaticamente o fornecimento de gás em caso de extinção para evitar vazamentos.

4 Sistema de Reação Catalítica

Inclui um leito catalítico com substrato cerâmico em favo de mel carregado com catalisadores de metais nobres de platina-paládio, apresentando anti-envenenamento, resistência a altas temperaturas e 2-3 anos de vida útil. Pelo menos 5 sensores de temperatura são instalados no forno para monitorar os principais pontos de temperatura em tempo real, controlando com precisão a temperatura de reação em 450-480°C e garantindo uma taxa de conversão de CO ≥99%.

5 Sistema de Controle Inteligente

Adotando PLC (Controlador Lógico Programável) com operação em tela sensível ao toque, integra controle de temperatura, monitoramento de pressão, intertravamento de gás, alarme de falha e funções de registro de dados. Ele suporta operação totalmente automática, partida/parada com uma tecla e ajuste automático do fluxo de gás e abertura do amortecedor. Ele monitora a diferença de pressão, a pressão do gás e o status da chama em tempo real, com alarme automático e desligamento em caso de anormalidades, e suporta monitoramento remoto e upload de dados.

6 Sistema Auxiliar de Segurança

· Corta-incêndios e coletores de poeira na entrada e na saída isolam as linhas de produção dos equipamentos de tratamento e interceptam a poeira para evitar contra-explosão e entupimento.

· A porta de alívio de pressão com membrana à prova de explosão na parte superior da câmara de reação alivia automaticamente a pressão em caso de sobrepressão.

· O aterramento confiável do invólucro metálico com resistência de aterramento ≤4Ω evita acúmulo de estática e acidentes por choque elétrico.

Principais vantagens de desempenho

1 Purificação de alta eficiência e emissão compatível

A taxa de conversão catalítica de CO atinge ≥99%, com concentração de emissão de CO ≤50mg/m³ e remoção simultânea de COVs, atendendo ao padrão nacional de emissão de poluentes atmosféricos para fornos industriais. A combustão de gás natural em baixa pressão garante emissão de NOₓ ≤100mg/m³, sem fumaça preta ou cheiro peculiar.

2 Alta taxa de recuperação de calor residual e notável economia de energia

A estrutura de troca de calor de placas de dois estágios atinge uma taxa de recuperação de calor residual de ≥75%, reduzindo o consumo de gás natural em 20%-25% em comparação com a troca de calor de estágio único. A temperatura de descarga dos gases de combustão é ≤120°C, e o calor residual recuperado pode ser usado para pré-aquecimento de entrada, abastecimento de água quente ou aquecimento, realizando a utilização de energia em cascata.

3 Operação de baixa pressão e alta confiabilidade

A combustão de gás em baixa pressão (0,02-0,05 MPa) elimina riscos de vazamento em alta pressão. Vários intertravamentos de segurança (extinção, superaquecimento, sobrepressão, proteção de aterramento) fornecem proteção de segurança em todo o processo. O projeto redundante de troca de calor em dois estágios garante operação contínua mesmo se um estágio falhar.

4 Controle Inteligente e Baixa Manutenção

O controle PLC totalmente automático não requer pessoal de serviço com operação simples. A exibição de parâmetros em tempo real e o alarme automático de falhas permitem uma solução rápida de problemas. O trocador de calor removível e o catalisador fácil de substituir reduzem os custos de manutenção, com uma vida útil geral do equipamento de 10 a 15 anos.

5 Forte adaptabilidade e ampla aplicação

Ele trata gases de exaustão industriais com concentração de CO de 0,5% a 5% e temperatura de 100 a 300 ℃, adaptando-se à exaustão de alto-forno, exaustão de síntese química, exaustão de forno e outras condições de trabalho. Ele combina com gasodutos industriais convencionais de baixa pressão sem transformação extra de alta pressão.

Especificações Técnicas (Modelo Padrão)

Diretrizes de instalação e comissionamento

1 Requisitos de instalação

1. Instale em solo plano de concreto com capacidade de suporte de fundação ≥5t/m² e reserve ≥1,5m de espaço para manutenção ao redor.

2. Os gasodutos de gás natural adotam tubos de aço sem costura com conexões soldadas e devem passar por um teste de estanqueidade ao ar (0,1 MPa, 30 minutos sem vazamento).

3. Aterramento confiável do equipamento com fio de aterramento verde-amarelo ≥4mm², resistência de aterramento ≤4Ω.

4. Conexões flexíveis nas tubulações de entrada e saída para evitar danos por vibração.

5. Instale manômetros de pressão diferencial nas entradas e saídas do trocador de calor para monitorar entupimentos.

2 Procedimentos de Comissionamento

1. Comissionamento sem carga: ligue, ligue o ventilador e o sistema de controle, verifique a operação normal e a exibição precisa dos parâmetros.

2. Comissionamento de gás: Introduzir gás natural para depuração de baixa pressão, confirmar se não há vazamento na tubulação, ignição normal e chama estável.

3. Comissionamento de carga: introduza gás de exaustão contendo CO, ajuste gradualmente o fluxo de gás e os amortecedores para estabilizar a temperatura de reação em 450-480 ℃ e funcione continuamente por 24 horas após a emissão atingir o padrão.

4. Comissionamento de intertravamento: Simule falhas de extinção, sobretemperatura e sobrepressão para verificar as funções de alarme e desligamento.

Manutenção de rotina

· Diariamente: Verifique a pressão do gás, o status da chama, a temperatura do forno, a diferença de pressão e o aterramento e registre os dados de operação.

· Semanalmente: Limpe o filtro de gás e o corta-fogo, verifique a flexibilidade do amortecedor e aperte os parafusos de conexão.

· Mensalmente: Inspecione o leito do catalisador, limpe a poeira da superfície e limpe as placas do trocador de calor para evitar entupimentos.

· Anualmente: Inspecione exaustivamente o isolamento, o trocador de calor, o queimador e o sistema de controle, substitua componentes antigos e calibre sensores.

· Desligamento de longo prazo: feche as válvulas de gás, drene o gás da tubulação, proteja o equipamento contra poeira e ventile regularmente para evitar corrosão por umidade.

Aplicações e valor

Este equipamento é amplamente utilizado para purificação de gases de escape de CO em altos-fornos metalúrgicos, processos de síntese química, fornos de materiais de construção e tratamento térmico de máquinas. Oferece um valor abrangente: consegue um tratamento de gases de escape inofensivo para conformidade ambiental, reduz os custos operacionais através da recuperação de calor residual de alta eficiência, garante a segurança da produção com múltiplos mecanismos de proteção e alcança o retorno do investimento dentro de 1-2 anos através da receita de calor recuperado, fornecendo uma solução vantajosa para ambas as partes de proteção ambiental e poupança de energia para empresas industriais.