Dans les domaines industriels tels que la production d'énergie thermique, la fonte de l'acier, la pétrochimie, etc., la teneur en oxygène des gaz de combustion est un paramètre central pour mesurer l'efficacité de la combustion, les émissions de polluants et le contrôle des processus. L'analyseur de teneur en oxygène des gaz de combustion, en tant que « collecteur» de ces données, conduit la transformation de la production industrielle vers une production efficace, à faible teneur en carbone et intelligente grâce à l'innovation technologique. Ses principes techniques, ses scénarios d'application et ses tendances futures constituent ensemble la pierre angulaire technologique de l'optimisation de la combustion industrielle.

I. principe technique: percée multivariée de l'électrochimie à la zircone

La technologie de base de l'analyseur de teneur en oxygène des gaz de combustion s'articule autour de l'interaction des molécules d'oxygène avec les matériaux de détection et est principalement divisée en trois grandes écoles:

Méthode électrochimique: un courant électrique est généré par une réaction d'oxydoréduction de molécules d'oxygène dans un électrolyte, la taille du courant étant proportionnelle à la concentration en oxygène. Ses avantages sont une réponse rapide (≤ 5 secondes) et une grande précision (± 2% FS) pour une surveillance continue des scénarios. Par exemple, dans une unité au charbon de 600 MW, l'analyseur électrochimique améliore l'efficacité de la chaudière de 0,8% en rétroaction en temps réel de la teneur en oxygène des gaz de combustion, économisant plus de 10 000 tonnes de charbon standard par an.

Méthode de la zircone: la teneur en oxygène est calculée en mesurant la différence de potentiel générée par la différence de pression partielle d'oxygène des deux côtés en utilisant les propriétés de conductivité ionique de l'oxygène des céramiques de zircone à haute température (700 - 1400 ° c). La sonde de zircone à insertion directe peut être insérée directement dans le conduit de fumée, ce qui élimine le système d'échantillonnage et réduit le temps de réponse à moins de 3 secondes. Après l'application de cette technologie, la température de l'air chaud a augmenté à 1250 ℃, le rendement en fer et en eau a augmenté de 8%.

Paramagnétique: la concentration est déterminée en mesurant la différence de pression ou la variation de conductivité thermique induite par le déplacement des molécules d'oxygène dans un champ magnétique, sur la base des propriétés paramagnétiques des molécules d'oxygène. Il a une large plage de mesure (0 - 100% o₂), une forte stabilité et est couramment utilisé dans des scénarios de haute précision tels que la préparation de gaz standard.

II. Scénarios d'application: couverture complète de la chaîne de la combustion industrielle à la surveillance environnementale

Optimisation de la combustion industrielle

Énergie thermique: en surveillant en temps réel la teneur en oxygène des gaz de combustion de la chaudière, en ajustant dynamiquement le rapport entre le débit d'air et le carburant, l'efficacité de la combustion du charbon augmente de 10 à 15%, tout en réduisant les émissions de co et de NOx. Un cas d'application de centrale a montré que l'analyseur de teneur en oxygène réduisait la concentration des émissions de so₂ de 200 mg / m³ à moins de 50 mg / m³.

Métallurgie de l'acier: dans le Haut fourneau de fabrication du fer, la sonde à branchement direct est insérée dans les fumées du four à air chaud à 1400 ℃, après avoir optimisé les paramètres de combustion, la température de l'air chaud a dépassé 1200 ℃, la teneur en silicium ferro - aqueux a été réduite de 0,2%, économisant des dépenses annuelles de coke de plus de dix millions de yuans.

Pétrochimie: procédé d'oxydation de l'éthylène en oxyde d'éthylène, l'analyseur de teneur en oxygène contrôle les fluctuations de la concentration en oxygène du gaz réactif à ± 0,1%, de sorte que la sélectivité en oxyde d'éthylène est augmentée de 78% à 82%, avec une efficacité énergétique annuelle de plus d'un milliard de yuans.

Surveillance environnementale et gouvernance

Surveillance des émissions de gaz d'échappement: les valeurs mesurées doivent être converties en teneur standard en oxygène (p. ex., 6% o₂ dans l'industrie de l'électricité, 16% o₂ dans l'industrie sidérurgique) pour calculer les concentrations d'émissions de polluants. L'analyseur de teneur en oxygène est couplé avec le moniteur de so₂ et de NOx pour fournir une base d'application au Département de la protection de l'environnement. Après l'application de l'EPA d'une province, le taux d'émission des entreprises dépassant les limites a diminué de 60%.

Support de données sur les échanges de carbone: en surveillant la teneur en oxygène des gaz de combustion par rapport à la concentration de co₂, on peut extrapoler le taux de conversion du carbone par combustion de combustible pour fournir des données précises pour la comptabilisation des quotas de carbone. Après l'application de cette technologie par une entreprise chimique, les coûts de transaction du carbone sont réduits de 15%.

Iii. Tendances technologiques: Double transformation de l’intelligence et de la miniaturisation

Diagnostic intelligent alimenté par l'IA

Grâce à l'analyse des données historiques par apprentissage automatique, l'appareil peut identifier automatiquement les changements de conditions de travail (par exemple, les fluctuations de charge, les changements de carburant), ajuster dynamiquement les paramètres de détection. Un projet pilote a montré que l'étalonnage de l'IA a permis de prolonger le cycle de maintenance des sondes de 1 par mois à 1 par trimestre, réduisant ainsi les coûts de maintenance de 60%.

Sonde miniaturisée MEMS

Les capteurs en zircone basés sur la technologie des microsystèmes électromécaniques (MEMS) ont été intégrés au niveau de la puce, avec un volume réduit à 1 / 10 de celui d'une sonde conventionnelle. Une sonde miniature dans un certain développement peut être embarquée dans la charge du drone pour l'analyse de la traçabilité des sources de pollution atmosphérique, un seul vol peut couvrir une zone de 10 kilomètres carrés.

Détection de fusion multiparamètre

La sonde de nouvelle génération intègre des capteurs de température, de pression et de débit qui combinent des données sur la quantité d'oxygène pour créer des modèles de conditions de combustion. Par exemple, un analyseur multiparamétrique appliqué dans une usine pétrochimique améliore la précision du contrôle de la teneur en oxygène de l'unité de craquage catalytique de ± 0,3% à ± 0,1%, avec une efficacité énergétique annuelle de plus de dix millions de yuans.

Des cheminées des centrales thermiques aux foyers des fours sidérurgiques, des tours de réaction chimique aux égouts urbains, les Analyseurs de teneur en oxygène des fumées reconstituent la logique d’optimisation de la combustion industrielle avec des caractéristiques techniques de « réponse de l’ordre de la milliseconde, précision de l’ordre du micron ». Avec la convergence profonde de la science des matériaux et des technologies IOT, cet « œil intelligent» continuera à repousser les limites des applications, fournissant un soutien technologique essentiel à la transition énergétique mondiale et aux objectifs de neutralité carbone.