Système d'oxydation thermique régénérative RTO pour le traitement des COV des gaz de combustion industriels
2024-11-04
Avantages des équipements de traitement des gaz résiduaires RTO
Avantages des équipements de traitement des gaz résiduaires RTO
1. Traitement efficace : L'équipement de traitement des gaz résiduaires par oxydation thermique régénérative RTO adopte une technologie de combustion à haute température, qui permet d'éliminer efficacement les substances nocives présentes dans les gaz résiduaires et d'obtenir un traitement efficace de ces gaz.
2. Économies d'énergie : Dans un système d'oxydation thermique régénératif, la chaleur des gaz d'échappement est récupérée grâce à un échangeur de chaleur, ce qui améliore l'efficacité énergétique et réduit les coûts de production.
3. Protection de l'environnement et économies d'énergie : l'oxydant RTO peut également réduire la consommation d'énergie et les émissions de polluants tout en traitant les gaz résiduaires, ce qui présente des avantages significatifs en matière de protection de l'environnement et d'économie d'énergie.
4. Large champ d'application : le système d'oxydation thermique régénérative RTO convient à différents types de traitement des gaz résiduaires, ce qui peut répondre aux besoins de traitement des gaz résiduaires dans différentes industries.
L'oxydateur thermique industriel RTO présente également les avantages suivants : faibles coûts d'exploitation, consommation de combustible extrêmement faible, aucun ajout de combustible auxiliaire n'est nécessaire lorsque la concentration de gaz d'échappement organiques dépasse 450 ppm ; taux de purification élevé, le système RTO à trois lits atteint plus de 99 % ; absence de NOx et autres polluants secondaires ; contrôle automatique et fonctionnement simple ; l'équipement de traitement des COV RTO permet d'éliminer complètement les odeurs, offre une sécurité élevée et des coûts de maintenance réduits.
Présentation du produit
Le principe de fonctionnement Le principe du système de traitement des gaz résiduaires par oxydation catalytique régénérative (RTO) repose sur la réaction d'oxydation thermique des gaz organiques combustibles à une température de 780 à 1100 °C, produisant du dioxyde de carbone et de l'eau. Si la matière organique contient des halogènes ou d'autres éléments, les produits d'oxydation comprennent des halogénures d'hydrogène. Les gaz d'échappement sont d'abord chauffés à une température proche de celle de l'oxydation thermique grâce à un accumulateur de chaleur, puis introduits dans la chambre de combustion. La température des gaz oxydés augmente, et la matière organique est quasiment convertie en dioxyde de carbone et en eau. Après purification, les gaz sont rejetés après passage dans un second accumulateur de chaleur, où leur température diminue et respecte les normes d'émission. Différents accumulateurs de chaleur peuvent être commutés dans le temps, grâce à des vannes ou des dispositifs rotatifs, pour absorber et libérer la chaleur.
Le traitement des gaz d'échappement par oxydant RTO est une méthode courante pour gérer les COV, mais ses principes de fonctionnement diffèrent. Le principe de fonctionnement du RTO à deux chambres repose sur deux parties : une chambre de stockage de chaleur et une chambre d'incinération. La chaleur stockée dans la chambre de stockage est d'abord absorbée, puis transmise à la chambre d'incinération pour une combustion plus poussée. La température peut alors dépasser 700 °C, et les composés organiques sont décomposés en dioxyde de carbone et en eau. Ce traitement des gaz d'échappement par RTO à deux chambres alternées permet de réduire la consommation de carburant.
Outre le traitement des gaz d'échappement par deux chambres, le système comporte trois chambres : deux chambres de stockage de chaleur et une chambre d'incinération. La présence d'une chambre supplémentaire s'explique par le fait que le corps de stockage de chaleur absorbe la chaleur résiduelle et la réutilise pour le cycle suivant afin de réchauffer les gaz d'échappement à basse température. En d'autres termes, lorsque la chambre de stockage de chaleur 1 est vidée, la chambre 2 est purgée, assurant ainsi un fonctionnement continu et une valorisation optimale de la chaleur résiduelle, pour un rendement accru. C'est pourquoi de nombreux ateliers industriels utilisent cette méthode de traitement des gaz résiduaires : les gaz collectés sont traités efficacement avant d'être rejetés.
Comparé aux systèmes à deux ou trois chambres, le traitement des gaz d'échappement par rotation (rto) propose une version rotative. Son principe de fonctionnement repose sur la division du corps de stockage de chaleur en plusieurs secteurs indépendants. La rotation continue de ce corps permet une alternance périodique de refroidissement et de chauffage, assurant ainsi un fonctionnement continu. Ses avantages sont un encombrement réduit, un fonctionnement plus stable et sans impact sur les performances, une durée de vie prolongée des composants principaux et une faible consommation d'énergie réactive.
L'oxydateur thermique régénératif (RTO) est un équipement performant de traitement des gaz résiduaires organiques. Comparé aux fours d'oxydation thermique à combustion directe (TO) traditionnels, il présente un rendement thermique élevé (≥ 95 %), des coûts d'exploitation réduits et peut traiter des gaz résiduaires caractérisés par un volume d'air important et une faible concentration. En cas de concentration légèrement supérieure, il permet également la récupération de la chaleur résiduelle, réduisant ainsi considérablement les coûts de production et d'exploitation. Le principe du traitement des gaz résiduaires par RTO repose sur l'oxydation à haute température des composés organiques volatils (COV) présents dans les gaz résiduaires en dioxyde de carbone et en eau, afin de purifier ces gaz et de récupérer la chaleur libérée lors de leur décomposition. L'efficacité de décomposition des gaz résiduaires du RTO à trois compartiments dépasse 99 % et son rendement de récupération de chaleur est supérieur à 95 %.
La structure principale du système d'oxydation thermique RTO se compose d'une chambre de combustion, d'une chambre de stockage de chaleur et d'une vanne de commutation. Sa conception permet de réduire les coûts d'exploitation et la consommation de combustible. Lorsque la concentration de CO₂ dans les gaz d'échappement dépasse 450 ppm, l'unité RTO ne nécessite aucun ajout de combustible auxiliaire. Elle offre un taux de purification élevé : supérieur à 98 % pour un système RTO à deux lits et supérieur à 99 % pour un système RTO à trois lits. Elle ne produit ni NOx ni autres polluants secondaires. Le système est doté d'une commande automatique et d'un manuel d'utilisation. Sa sécurité est optimale.
Le système d'oxydation RTO est largement utilisé dans les industries de revêtement automobile, pétrochimique, d'emballage et d'imprimerie, pharmaceutique, ainsi que dans d'autres secteurs traitant des COV (composés organiques volatils), pour les gaz résiduaires organiques industriels à grand volume d'air, faible concentration et composition complexe. Il a été utilisé avec succès, avec des résultats probants, qu'il s'agisse de gaz d'échappement organiques à forte concentration, de gaz d'échappement issus du revêtement ou de gaz d'échappement odorants. (Cependant, la présence de vapeurs de métaux tels que le mercure, le plomb, l'étain, le zinc et autres, ainsi que de phosphore, de phosphures, d'arsenic, etc., peut entraîner, à terme, le dépôt de contaminants sur la surface du catalyseur, réduisant ainsi son activité. De même, la présence d'halogènes et d'une grande quantité de vapeur d'eau peut l'inactiver temporairement.)
Le système Rto peut être utilisé avec un tamis à zéolite pour garantir des normes de rejet des gaz d'échappement stables.
Principe de construction et structure de base des équipements RTO
1. Dans la zone de circulation du système RTO, les gaz d'échappement sont adsorbés sur le collecteur de concentration, désorbés après traitement à l'air chaud et concentrés 5 à 15 fois.
2. La zone de concentration de la roue de zéolite peut être divisée en zone de traitement, zone de circulation et zone de condensation. La roue de concentration fonctionne en continu dans chaque zone de travail.
3. Dans le concentrateur, refroidissement dans la zone non saturée, à travers la zone non saturée de l'air, réchauffage pour la circulation de l'air, afin de réaliser un effet d'économie d'énergie.
4. Après filtration par le préfiltre, les gaz d'échappement pénètrent dans la zone de traitement du concentrateur. Un adsorbant est utilisé pour adsorber et éliminer les polluants présents dans cette zone, puis l'air purifié est évacué par la section de traitement du concentrateur.
L'équipement de traitement des gaz d'échappement RTO concentre un grand volume d'air et des gaz d'échappement faiblement concentrés en un volume d'air plus faible et une concentration plus élevée, ce qui réduit les coûts d'investissement et d'exploitation, tout en améliorant le rendement du traitement. L'utilisation d'un dispositif de traitement des gaz résiduaires par combustion directe sans zéolite, permettant la récupération par combustion d'un grand volume d'air et de gaz résiduaires faiblement concentrés, engendre non seulement un volume important, mais aussi des coûts d'exploitation élevés. Le concentrateur à zéolite est divisé en zones de traitement, de récupération et de refroidissement, et le concentrateur fonctionne en continu dans chacune d'elles. Le filtre à composés volatils (COV) des gaz d'échappement traverse la zone de traitement du dispositif à roue de concentration. L'adsorption élimine les COV de la zone de traitement et l'air purifié est rejeté par la roue de concentration. Après traitement à l'air chaud, les COV adsorbés sur la roue de concentration sont concentrés 5 à 15 fois. Une fois le concentrateur refroidi dans la zone de refroidissement, l'air de recirculation est réchauffé dans cette même zone afin de réaliser des économies d'énergie.
L'équipement RTO convient aux débits d'air supérieurs à 600 m³/min et aux concentrations d'hydrocarbures (COV, CO) comprises entre 500 et 1000 ppm. Cependant, si les gaz d'échappement contiennent une grande quantité de substances à point d'ébullition élevé, un traitement direct par ce système n'est pas approprié. Les COV à point d'ébullition élevé s'adsorbent facilement sur la roue de zéolite, mais, pour des raisons de stabilité, la température de ces COV reste basse, ce qui rend leur désorption difficile. Ils ont alors tendance à s'accumuler, occupant les sites d'adsorption et affectant les performances globales du système. Si les gaz d'échappement contiennent une grande quantité de substances à point d'ébullition élevé, il est recommandé d'utiliser un système d'adsorption et de concentration sur zéolite, et d'installer en amont un condenseur, un filtre à charbon actif, un désembueur et d'autres dispositifs pour traiter ces COV. Cependant, lorsque les gaz d'échappement contiennent une forte concentration de particules, il est nécessaire d'installer un dispositif de traitement des particules en amont de la roue de zéolite afin d'éviter leur dépôt dans la structure alvéolaire. Bien que le dispositif de filtration le plus simple ne comporte qu'une seule couche, son efficacité est limitée aux grosses particules ; il est inefficace pour les fines. Par conséquent, il ne convient à aucun emplacement précis dans l'usine et la durée de vie de la roue de zéolite s'en trouve fortement réduite. En revanche, si la nouvelle installation envisagée intègre un équipement de traitement des particules (tel qu'un dépoussiéreur à manches), la durée de vie de la roue de zéolite pourra être prolongée.
Le choix et l'optimisation des équipements RTO sont essentiels au respect des normes d'émissions. La composition des gaz d'échappement étant complexe, la qualité des équipements RTO influe directement sur leur fonctionnement et leur efficacité de purification. C'est pourquoi les normes de rejet reposent sur deux principes : le fonctionnement complet des équipements RTO et l'objectif de purification. Les gaz d'échappement contiennent des particules, des halogènes, des métaux lourds et d'autres composés qui perturbent le fonctionnement des équipements RTO, voire annulent leur efficacité de purification. Il est donc impératif d'éliminer ces composés avant leur entrée dans les équipements RTO. Le système de prétraitement des gaz d'échappement contient généralement des particules, des peintures, des métaux lourds, des halogènes et d'autres mélanges. Ces mélanges doivent être rigoureusement purifiés avant la purification des gaz d'échappement afin de ne pas compromettre l'efficacité des étapes ultérieures. Le prétraitement utilise généralement un préprocesseur, un purificateur à rideau d'eau, un purificateur par pulvérisation, un dépoussiéreur et d'autres équipements et accessoires de purification. L'équipement RTO réagit avec l'eau (H₂O) et l'oxygène (O₂) adsorbés à la surface des gaz d'échappement pour générer des radicaux hydroxyles et des anions superoxydes actifs, qui peuvent être convertis en divers gaz d'échappement, tels que des hydrocarbures, des aldéhydes, du phénol, des alcools, des composés sulfhydryles, du benzène, de l'ammoniac, etc. Par oxydation photocatalytique, des composés tels que les oxydes et sulfures d'ammonium et les COV inorganiques sont réduits en dioxyde de carbone (CO₂), en eau (H₂O) et en autres substances non dangereuses.
Dans un système d'oxydation thermique régénérative (RTO), les gaz d'échappement sont acheminés par un ventilateur vers un échangeur de chaleur via une canalisation pour y être chauffés, puis vers une chambre de chauffage afin d'atteindre la température de démarrage requise par le système RTO. Les gaz d'échappement chauffés brûlent ensuite à travers une couche catalytique. Grâce à l'action du catalyseur, la température de démarrage de la combustion des gaz d'échappement dans un système RTO est d'environ 250 à 300 °C, inférieure à celle de la combustion directe (670 à 800 °C). La consommation d'énergie est donc bien moindre. Par ailleurs, sous l'effet du catalyseur, la chaleur générée par la réaction permet aux gaz à haute température de retourner dans l'échangeur de chaleur pour y être refroidis, puis rejetés dans l'atmosphère par le ventilateur à une température plus basse. La composition des gaz d'échappement étant complexe, la qualité du système RTO influe directement sur son fonctionnement et son efficacité de purification. C'est pourquoi les normes d'émissions reposent sur deux principes : l'efficacité du système RTO n'est pas totale et vise à optimiser la purification. Par conséquent, les gaz d'échappement contiennent des particules, des halogènes, des métaux lourds et d'autres composés qui perturbent le fonctionnement du système RTO et peuvent même en compromettre l'efficacité de purification. C'est pourquoi ces composés sont purifiés avant leur introduction dans le système RTO. Ce dernier repose sur une réaction catalytique typique en phase gaz-solide, dont le principe est l'oxydation d'espèces réactives de l'oxygène. Dans ce système, le catalyseur a pour fonction de réduire l'énergie d'activation. Sa surface présente un effet d'adsorption, ce qui permet d'accumuler les molécules de réactifs et d'améliorer ainsi la vitesse et la rapidité de la réaction. Grâce au catalyseur, les gaz d'échappement peuvent brûler sans flamme à une température d'inflammation plus basse, puis s'oxyder et se décomposer en CO₂ et H₂O, tout en libérant une importante quantité d'énergie thermique.
Précautions à prendre lors de la manipulation d'un équipement d'oxydation RTO :
1. Il n'y a pas de gaz corrosif sur le site d'installation de l'équipement d'oxydation thermique RTO, et il existe de bonnes mesures de prévention contre la pluie ;
2. La composition des gaz d'échappement ne doit pas contenir les substances suivantes : une graisse à haute viscosité, telle que le phosphore, le bismuth, l'arsenic, l'antimoine, le mercure, le plomb ou l'étain ; des poussières en forte concentration.
3. L'équipement d'oxydation rto nécessitait une alimentation électrique : triphasée AC 380V fréquence 50Hz ;
4. Lors de la sélection d'un équipement d'oxydation catalytique régénérative, indiquez la composition, la concentration et la température d'entrée et de sortie des gaz d'échappement ;
Caractéristiques de l'équipement d'oxydation thermique Rto : Comparée à la combustion directe, la combustion catalytique des gaz d'échappement, qui présente une température d'inflammation basse et une faible consommation d'énergie, permet, dans certains cas, de réaliser des économies d'énergie. Une fois la température d'inflammation atteinte, aucun chauffage externe n'est nécessaire.
Avantages et état de fonctionnement des incinérateurs RTO :
Dans la conception d'un incinérateur RTO fonctionnant par procédé catalytique, il convient d'adapter le processus à chaque situation. Pour les grands volumes, la conception doit s'appuyer sur un système de composants intégrés, tels que le préchauffeur et le réacteur, installés entre les canalisations. Pour les petits volumes, il est possible de combiner le préchauffage et la réaction, en veillant toutefois à respecter la distance entre ces deux sections. Les incinérateurs RTO produisent des émissions et des gaz d'échappement différents, et leurs procédés technologiques varient. Quel que soit le procédé adopté, il comprend les unités de traitement suivantes. Lors du fonctionnement d'un incinérateur RTO, la catalyse des gaz résiduaires peut entraîner un mélange des gaz à traiter avec l'air à haute température, ce qui constitue un problème majeur. Il est donc nécessaire, d'une part, de contrôler le rapport de mélange air/matière et de le maintenir à un niveau minimal ; d'autre part, de mettre en place des dispositifs de surveillance et des mesures pour la catalyse. Un détecteur de signal du système de contrôle automatique est installé à la sortie d'air afin de mesurer automatiquement la concentration des gaz d'échappement et de transmettre ces données à l'automate programmable. L'automate programmable (PLC) émet des instructions de commande, conformément aux données transmises, afin de gérer l'ouverture et la fermeture automatiques des vannes d'admission d'air et de combustion catalytique. La purification continue de la couche d'adsorption de charbon actif est assurée par sa désorption en temps réel. Pour un fonctionnement continu en production, deux groupes d'adsorption et de désorption fonctionnent en alternance.
1. Le lit de charbon actif adsorbe les gaz résiduaires, désorbés avec les gaz d'échappement après combustion catalytique, le gaz désorbé est ensuite envoyé dans la chambre de combustion catalytique pour purification, sans énergie externe, faible coût d'exploitation, effet d'économie d'énergie remarquable.
2. Principe de conception de l'oxydant RTO : matériaux, performances stables, structure simple, pratique, économe en énergie, sans pollution secondaire. L'équipement est compact et léger. Le lit d'adsorption est de type tiroir, facilitant le chargement et le remplacement.
3. L'incinérateur RTO présente une faible consommation d'énergie grâce à la faible résistance du lit catalytique. Un ventilateur basse pression suffit, ce qui permet de réduire la consommation et le niveau sonore. La combustion catalytique nécessite un chauffage électrique initial. Une fois amorcée, la chaleur dégagée par le lit catalytique est suffisante pour maintenir la température requise par la réaction. Le chauffage électrique est alors interrompu. Son temps de fonctionnement est d'environ une heure.
4. Chambre de combustion catalytique RTO utilisant une structure en céramique alvéolaire comme support de catalyseur à base de métal précieux : faible résistance et bonne activité. La combustion spontanée est maintenue même lorsque la concentration de vapeurs dépasse 2 000 ppm.
5. L'incinérateur RTO adopte un nouveau matériau d'adsorption de charbon actif - du charbon actif en bloc alvéolaire, utilisé dans un grand volume d'air.
État de fonctionnement de l'incinérateur RTO :
1. Arrêt de la combustion. L'arrêt du dispositif de combustion correspond à la réception de la commande d'arrêt affichée. La vanne principale de gaz se ferme. Après la mise en œuvre du système, les gaz résiduels sont purifiés et dispersés, et le disque de combustion est refroidi par ventilation forcée. Au bout d'un certain temps, le ventilateur s'arrête, le convertisseur cesse de fonctionner et le brûleur s'éteint.
2. Réglage du rapport air/combustion dans l'incinérateur RTO. Le rapport air/combustion dans un incinérateur RTO se situe généralement entre 4 % et 11 %. Dans des conditions de combustion optimales, un rapport air/combustion de 6 % permet une bonne catalyse, assurant ainsi une combustion efficace et un rendement thermique élevé, ainsi qu'un bon amorçage. Le rapport air/combustion est régulé par une vanne de pression. Par conséquent, toute modification du débit d'air du ventilateur entraîne une modification du rapport air/combustion, permettant ainsi d'optimiser la combustion dans l'incinérateur RTO. En particulier, lors du démarrage, un simple ajustement de la fréquence de sortie du convertisseur permet d'obtenir la durée de combustion catalytique requise en fonction du rapport air/combustion.
3. Processus de démarrage de la combustion. Lorsque le système de contrôle est en veille, l'équipement reçoit une commande de démarrage et passe en mode combustion. Le système de contrôle effectue les vérifications précédentes, puis une purge. Le signal de sortie de l'onduleur commande la rotation du ventilateur. Le débit d'air diminue progressivement, de basse vitesse à basse vitesse, lorsque de l'air frais traverse le foyer de combustion à disque, afin de s'assurer de l'absence de gaz résiduels. Lors de l'allumage, le convertisseur de fréquence doit être démarré, puis le signal de sortie de simulation de l'automate programmable (PLC) doit être généré. La fréquence du convertisseur augmente progressivement jusqu'à atteindre une fréquence cible après un certain temps, puis diminue pour terminer le balayage de fréquence. Lorsque l'appareil émet un signal d'incendie, l'allumeur haute pression fonctionne normalement. Il est également nécessaire d'ouvrir la vanne du tube d'allumage, en portant une attention particulière à l'allumage des petites flammes. En effet, les capteurs UV détectent et allument les petites flammes, ce qui déclenche l'ouverture de la vanne principale. À ce moment-là, la flamme brûle sur la plaque supérieure du four de combustion catalytique jusqu'à ce qu'elle se rapproche de la température d'inflammation, puis le processus d'allumage complet peut être achevé en fermant directement la vanne d'allumage et en entrant dans la phase de réglage de la combustion.
4. Réglage de la température de combustion de l'incinérateur RTO. Pour réguler la température de l'équipement de combustion, il est possible de saisir une valeur sur l'afficheur ou de modifier la fréquence de sortie du convertisseur de fréquence, et d'ajuster le débit d'air en conséquence. Ainsi, lorsque le débit d'air augmente, la température de combustion dépasse la valeur de consigne initiale. Le convertisseur de fréquence, piloté par l'automate programmable, réduit alors la fréquence de sortie, diminuant ainsi le débit d'air et stabilisant la température de l'ensemble de l'équipement. Si la fréquence de sortie du convertisseur est inférieure à la valeur de consigne, mais que la puissance de sortie reste supérieure, l'automate programmable active une temporisation. Si la fréquence atteint la valeur de consigne dans les délais impartis, la temporisation est arrêtée. Si la température reste supérieure à la valeur de consigne pendant un certain temps, l'automate programmable poursuit les ajustements jusqu'à ce que la valeur de consigne soit atteinte. Après une phase de régulation PID, l'automate programmable contrôle la fréquence de sortie du convertisseur de fréquence. En cas de température insuffisante, la fréquence augmente, introduisant ainsi un léger délai.
L'incinérateur RTO est piloté par un automate programmable (PLC), un afficheur, un variateur de fréquence, un allumeur, un capteur UV, un thermocouple et d'autres équipements de contrôle électronique, ainsi qu'un ventilateur. Une vanne de pression nulle permet d'ajuster le rapport air/gaz. Le système de contrôle électrique de la combustion catalytique présente trois états : fonctionnement du brûleur, arrêt et paramétrage. En fonctionnement, il comprend deux phases : l'allumage et la combustion. La température, mesurée par le thermocouple, est affichée.
L'automate programmable (PLC) possède un module d'entrée/sortie analogique qui détecte le signal de combustion de la flamme et le signal de température du thermocouple. Après comparaison du signal détecté avec le signal de consigne, la fréquence de sortie du convertisseur de fréquence (0-10 V) est ajustée pour réguler la vitesse du ventilateur et maintenir la température de combustion du brûleur. Ce système de contrôle permet de définir la température de référence. En cas de variation de la température du brûleur, le système détecte automatiquement le signal et le compare à la température de consigne, puis émet divers signaux d'alarme ou arrête directement la machine. L'écran affiche le débit de gaz, la température de combustion et la fréquence de sortie du convertisseur.
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