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科隆案例 | 测量来自炉膛的高温二氧化碳和氢气的流量

更新时间:2023-06-08  |  点击率:593

在钢铁生产中,测量来自炉膛的高温二氧化碳和氢气的流量

  • 提高可持续性,减少钢铁生产的碳排放

  • 超声波流量测量,监测从烟气中分离出来的氢气和二氧化碳

  • 实时测量高温工况下的各种混合气体

背景

TNO 是荷兰的一家独立的研究机构,专注于在实践应用中的研发和创新。TNO 与合作伙伴一起,发起了 STEPWISE 项目,展示如何从钢铁行业的尾气中捕获二氧化碳(CO2)以创造效益,并从烟气所含的能量中创造价值。该项目所展示的技术,可以帮助钢铁行业减少CO2的排放量并提高可持续性。该项目得到欧洲地平线 2020 低碳能源计划的支持。

高炉煤气(BFG)是钢铁生产中的一种烟气。它是高炉中铁矿石还原过程中的副产品,通常被用作钢铁厂的燃料或者用于锅炉和电厂。BFG 的热值相当低,因为它主要是由氮气(55%)、一氧化碳(25%)、二氧化碳(20%)和氢气 (2...4%)所组成。

在瑞典的吕勒奥(Luleå),STEPWISE 在一家钢铁厂展示了如何去除每天 14 吨的CO2,以提升烟气中的氢气含量。所捕获的CO2可以被运输和存储,也可以用作合成甲醇的原料,再次成为钢铁厂的燃料。富氢烟气可以用作电厂的燃料,或者用于生产氨的原料。

测量要求

在 STEPWISE 的示范项目中,采用了创新的“强吸附水煤气转换"(Sorption Enhanced Water Gas Shift — SEWGS)工艺。该工艺的原料为来自钢厂的烟气。水-煤气-转换工艺的第一步,是与蒸汽反应,将一氧化碳 (CO)转换为CO2和H2  。这将 高炉煤气中的 CO 含量由 25% 降低到 5%。

接下来,混合气体进入 SEWGS 反应塔,将剩余的 CO 转换为CO2和 H2  。在此工艺步骤中,使用了一种固体吸附剂,它与所产生的CO2结合,从而让富氢气流离开反应塔。

SEWGS 工艺是在高温高压下运行,温度和压力高达 +540 °C / +1004 °F 和 50 bar / 725 psi。当吸附剂所吸附的CO2饱和时,就会通过泄压与蒸汽吹扫的组合进行吸附剂再生。接着再对蒸汽进行冷凝,即可获得富含 CO2的气流。SEWGS 工艺的结果是,一路单独的富氢气流和另一路单独的富二氧化碳气流,通过两条不同的管道离开反应塔。

TNO 需要合适的流量仪表,用以评估气体是否始终被成功地分离,并了解有多少CO2、H2  (加上氮气)和蒸汽离 开反应塔。这就要求流量计,可以实时地测量温度高达 + 540°C / +1004°F 的气体流量,并且可以高度灵活地应对气体组分的波动以及不同的混合气体。由于离开反应塔的CO2的压力很低,所以要求仪表不得产生压损。

科隆解决方案

OPTISONIC 8300 流量计,被证明是应对这一挑战性应用的理想选择。该款气体流量计,设计用于测量高温混合气体的流量, 并在蒸汽应用方面的表现不凡,满足该应用中的各种技术需求,通过焊接安装到CO2(DN100)和 H2   (DN125)管道中。在安装方面,不必再做任何改动。

利用超声波时差法原理,OPTISONIC 8300可以测量不同的混合气体而与气体的组分无关。它可以实时地测量流量,这在检测混合气体比例的过渡阶段时尤为关键。这帮助运营人员测量各个批次的气体,而不会丢失测量值。流量计的分析功能记录流出的气体,并与体积流量读数传输到 PLC 的时间相关联。

此外,用于输水的泵站配备了两台OPTIFLUX 2100 C电磁流量计,其连接法兰的口径为DN25...50,流量为 350...900 l/h。作为一款用于常规测水应用的流量计,它配备耐磨的衬里和全通径的测量管。因此,几乎无须维护,可以高效地取代此前所使用的机械式水表。使用OPTICHECK Master 服务工具,每年对流量计进行一次现场核查。

作为此客户的长期合作伙伴,科隆公司为该公司的输水网络提供过流量计,所以,此客户在过去的一段时间里,已经体验过使用服务工具进行现场核查的便利性。

客户利益

科隆公司的气体流量计,在此 SEWGS 工艺中承担了重要的角色 — 帮助用户评估分离工艺的效率。借助于 OPTISONIC 8300,即使是在一个批次内气体组分变化的情况下,TNO依然可以连续地测量流出的气体。这对运营人员来说尤为关键,因为这种方式既可以优化工艺,无需安装额外的流量仪表,同时也降低了成本。因为科隆流量计所提供的实时测量,即使是在批次过渡阶段,也不会出现测量值的丢失。

OPTISONIC 8300 的全通径结构,也帮助用户在压损方面受益。该款流量计,无移动或阻挡部件, 几乎没有压损,帮助用户节省了泵的容量和能耗。为 TNO 带来的另一大优势,是该款超声波流量计的免维护设计。此外,它还不会受到磨损和污染。鉴于TNO的工艺流程偶尔需要停车,所以会出现沉淀。但是,精度和信号强度不会受到沉淀的影响, 所以无需重新校准流量计,这就允许将仪表直接焊接在管道上。

OPTISONIC 8300 再次证明了其对于CO2和 H2  测量的出色性能和可靠性,根据所测得的声速,该款流量计甚至可以帮助客户确定两种气体混合物种的气体组分。OPTISONIC 8300 不仅是流量计,还是一台集成气体组分实时分析的紧凑型仪表,即使是在没有安装额外流量计的情况下,对于 TNO 来说也不再是一个问题,依然可以对管道中的气体进行实时分析。

科隆产品 

OPTISONIC 830


超声波流量计,适用于过热蒸汽和高温气体

双声道流量计,可选蒸汽质量流量或热计量功能

用于蒸汽结算,锅炉或电厂的监控(+620°C / +1148°F)

法兰口径:DN100…1000 / 4…40",压力等级Max高 PN250 / ASME Cl 250 

宽量程比(60:1)


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