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科隆案例 | 測量來自爐膛的高溫二氧化碳和氫氣的流量

更新時間:2023-06-08  |  點擊率:886

在鋼鐵生產(chǎn)中,測量來自爐膛的高溫二氧化碳和氫氣的流量

  • 提高可持續(xù)性,減少鋼鐵生產(chǎn)的碳排放

  • 超聲波流量測量,監(jiān)測從煙氣中分離出來的氫氣和二氧化碳

  • 實時測量高溫工況下的各種混合氣體

背景

TNO 是荷蘭的一家獨立的研究機構(gòu),專注于在實踐應用中的研發(fā)和創(chuàng)新。TNO 與合作伙伴一起,發(fā)起了 STEPWISE 項目,展示如何從鋼鐵行業(yè)的尾氣中捕獲二氧化碳(CO2)以創(chuàng)造效益,并從煙氣所含的能量中創(chuàng)造價值。該項目所展示的技術(shù),可以幫助鋼鐵行業(yè)減少CO2的排放量并提高可持續(xù)性。該項目得到歐洲地平線 2020 低碳能源計劃的支持。

高爐煤氣(BFG)是鋼鐵生產(chǎn)中的一種煙氣。它是高爐中鐵礦石還原過程中的副產(chǎn)品,通常被用作鋼鐵廠的燃料或者用于鍋爐和電廠。BFG 的熱值相當?shù)停驗樗饕怯傻獨猓?5%)、一氧化碳(25%)、二氧化碳(20%)和氫氣 (2...4%)所組成。

在瑞典的呂勒奧(Lule?),STEPWISE 在一家鋼鐵廠展示了如何去除每天 14 噸的CO2,以提升煙氣中的氫氣含量。所捕獲的CO2可以被運輸和存儲,也可以用作合成甲醇的原料,再次成為鋼鐵廠的燃料。富氫煙氣可以用作電廠的燃料,或者用于生產(chǎn)氨的原料。

測量要求

在 STEPWISE 的示范項目中,采用了創(chuàng)新的“強吸附水煤氣轉(zhuǎn)換"(Sorption Enhanced Water Gas Shift — SEWGS)工藝。該工藝的原料為來自鋼廠的煙氣。水-煤氣-轉(zhuǎn)換工藝的第一步,是與蒸汽反應,將一氧化碳 (CO)轉(zhuǎn)換為CO2和H2  。這將 高爐煤氣中的 CO 含量由 25% 降低到 5%。

接下來,混合氣體進入 SEWGS 反應塔,將剩余的 CO 轉(zhuǎn)換為CO2和 H2  。在此工藝步驟中,使用了一種固體吸附劑,它與所產(chǎn)生的CO2結(jié)合,從而讓富氫氣流離開反應塔。

SEWGS 工藝是在高溫高壓下運行,溫度和壓力高達 +540 °C / +1004 °F 和 50 bar / 725 psi。當吸附劑所吸附的CO2飽和時,就會通過泄壓與蒸汽吹掃的組合進行吸附劑再生。接著再對蒸汽進行冷凝,即可獲得富含 CO2的氣流。SEWGS 工藝的結(jié)果是,一路單獨的富氫氣流和另一路單獨的富二氧化碳氣流,通過兩條不同的管道離開反應塔。

TNO 需要合適的流量儀表,用以評估氣體是否始終被成功地分離,并了解有多少CO2、H2  (加上氮氣)和蒸汽離 開反應塔。這就要求流量計,可以實時地測量溫度高達 + 540°C / +1004°F 的氣體流量,并且可以高度靈活地應對氣體組分的波動以及不同的混合氣體。由于離開反應塔的CO2的壓力很低,所以要求儀表不得產(chǎn)生壓損。

科隆解決方案

OPTISONIC 8300 流量計,被證明是應對這一挑戰(zhàn)性應用的理想選擇。該款氣體流量計,設(shè)計用于測量高溫混合氣體的流量, 并在蒸汽應用方面的表現(xiàn)不凡,滿足該應用中的各種技術(shù)需求,通過焊接安裝到CO2(DN100)和 H2   (DN125)管道中。在安裝方面,不必再做任何改動。

利用超聲波時差法原理,OPTISONIC 8300可以測量不同的混合氣體而與氣體的組分無關(guān)。它可以實時地測量流量,這在檢測混合氣體比例的過渡階段時尤為關(guān)鍵。這幫助運營人員測量各個批次的氣體,而不會丟失測量值。流量計的分析功能記錄流出的氣體,并與體積流量讀數(shù)傳輸?shù)?PLC 的時間相關(guān)聯(lián)。

此外,用于輸水的泵站配備了兩臺OPTIFLUX 2100 C電磁流量計,其連接法蘭的口徑為DN25...50,流量為 350...900 l/h。作為一款用于常規(guī)測水應用的流量計,它配備耐磨的襯里和全通徑的測量管。因此,幾乎無須維護,可以高效地取代此前所使用的機械式水表。使用OPTICHECK Master 服務工具,每年對流量計進行一次現(xiàn)場核查。

作為此客戶的長期合作伙伴,科隆公司為該公司的輸水網(wǎng)絡(luò)提供過流量計,所以,此客戶在過去的一段時間里,已經(jīng)體驗過使用服務工具進行現(xiàn)場核查的便利性。

客戶利益

科隆公司的氣體流量計,在此 SEWGS 工藝中承擔了重要的角色 — 幫助用戶評估分離工藝的效率。借助于 OPTISONIC 8300,即使是在一個批次內(nèi)氣體組分變化的情況下,TNO依然可以連續(xù)地測量流出的氣體。這對運營人員來說尤為關(guān)鍵,因為這種方式既可以優(yōu)化工藝,無需安裝額外的流量儀表,同時也降低了成本。因為科隆流量計所提供的實時測量,即使是在批次過渡階段,也不會出現(xiàn)測量值的丟失。

OPTISONIC 8300 的全通徑結(jié)構(gòu),也幫助用戶在壓損方面受益。該款流量計,無移動或阻擋部件, 幾乎沒有壓損,幫助用戶節(jié)省了泵的容量和能耗。為 TNO 帶來的另一大優(yōu)勢,是該款超聲波流量計的免維護設(shè)計。此外,它還不會受到磨損和污染。鑒于TNO的工藝流程偶爾需要停車,所以會出現(xiàn)沉淀。但是,精度和信號強度不會受到沉淀的影響, 所以無需重新校準流量計,這就允許將儀表直接焊接在管道上。

OPTISONIC 8300 再次證明了其對于CO2和 H2  測量的出色性能和可靠性,根據(jù)所測得的聲速,該款流量計甚至可以幫助客戶確定兩種氣體混合物種的氣體組分。OPTISONIC 8300 不僅是流量計,還是一臺集成氣體組分實時分析的緊湊型儀表,即使是在沒有安裝額外流量計的情況下,對于 TNO 來說也不再是一個問題,依然可以對管道中的氣體進行實時分析。

科隆產(chǎn)品 

OPTISONIC 830


超聲波流量計,適用于過熱蒸汽和高溫氣體

雙聲道流量計,可選蒸汽質(zhì)量流量或熱計量功能

用于蒸汽結(jié)算,鍋爐或電廠的監(jiān)控(+620°C / +1148°F)

法蘭口徑:DN100…1000 / 4…40",壓力等級Max高 PN250 / ASME Cl 250 

寬量程比(60:1)


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