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在鋼鐵生產中,測量來自爐膛的高溫二氧化碳和氫氣的流量
提高可持續性,減少鋼鐵生產的碳排放
超聲波流量測量,監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,專注于在實踐應用中的研發和創新。TNO 與合作伙伴一起,發起了 STEPWISE 項目,展示如何從鋼鐵行業的尾氣中捕獲二氧化碳(CO2)以創造效益,并從煙氣所含的能量中創造價值。該項目所展示的技術,可以幫助鋼鐵行業減少CO2的排放量并提高可持續性。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)是鋼鐵生產中的一種煙氣。它是高爐中鐵礦石還原過程中的副產品,通常被用作鋼鐵廠的燃料或者用于鍋爐和電廠。BFG 的熱值相當低,因為它主要是由氮氣(55%)、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,或者用于生產氨的原料。
測量要求
在 STEPWISE 的示范項目中,采用了創新的“強吸附水煤氣轉換"(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-轉換工藝的第一步,是與蒸汽反應,將一氧化碳 (CO)轉換為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,它與所產生的CO2結合,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生壓損。
科隆解決方案
OPTISONIC 8300 流量計,被證明是應對這一挑戰性應用的理想選擇。該款氣體流量計,設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不凡,滿足該應用中的各種技術需求,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。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,并與體積流量讀數傳輸到 PLC 的時間相關聯。
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絡提供過流量計,所以,此客戶在過去的一段時間里,已經體驗過使用服務工具進行現場核查的便利性。
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氣體組分變化的情況下,TNO依然可以連續地測量流出的氣體。這對運營人員來說尤為關鍵,因為這種方式既可以優化工藝,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,也不會出現測量值的丟失。
OPTISONIC 8300 的全通徑結構,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,幫助用戶節省了泵的容量和能耗。為 TNO 帶來的另一大優勢,是該款超聲波流量計的免維護設計。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,可選蒸汽質量流量或熱計量功能
用于蒸汽結算,鍋爐或電廠的監控(+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)