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在鋼鐵生產(chǎn)中,測(cè)量來(lái)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(cè)量,監(jiān)測(cè)從煙氣中分離出來(lái)的氫氣和二氧化碳
實(shí)時(shí)測(cè)量高溫工況下的各種混合氣體
背景
TNO 是荷蘭的一家獨(dú)立的研究機(jī)構(gòu),專注于在實(shí)踐應(yīng)用中的研發(fā)和創(chuàng)新。TNO 與合作伙伴一起,發(fā)起了 STEPWISE 項(xiàng)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(jià)值。該項(xiàng)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(xiàng)目得到歐洲地平線 2020 低碳能源計(jì)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(guò)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(dāng)?shù)?,因?yàn)樗饕怯傻獨(dú)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(yùn)輸和存儲(chǔ),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(cè)量要求
在 STEPWISE 的示范項(xiàng)目中,采用了創(chuàng)新的“強(qiáng)吸附水煤氣轉(zhuǎn)換"(Sorption Enhanced Water Gas Shift — SEWGS)工藝。該工藝的原料為來(lái)自鋼廠的煙氣。水-煤氣-轉(zhuǎn)換工藝的第一步,是與蒸汽反應(yīng),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(lái),混合氣體進(jìn)入 SEWGS 反應(yīng)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(kāi)反應(yīng)塔。
SEWGS 工藝是在高溫高壓下運(yùn)行,溫度和壓力高達(dá) +540 °C / +1004 °F 和 50 bar / 725 psi。當(dāng)吸附劑所吸附的CO2飽和時(shí),就會(huì)通過(guò)泄壓與蒸汽吹掃的組合進(jìn)行吸附劑再生。接著再對(duì)蒸汽進(jìn)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(dú)的富氫氣流和另一路單獨(dú)的富二氧化碳?xì)饬鳎ㄟ^(guò)兩條不同的管道離開(kāi)反應(yīng)塔。
TNO 需要合適的流量?jī)x表,用以評(píng)估氣體是否始終被成功地分離,并了解有多少CO2、H2 (加上氮?dú)猓┖驼羝x 開(kāi)反應(yīng)塔。這就要求流量計(jì),可以實(shí)時(shí)地測(cè)量溫度高達(dá) + 540°C / +1004°F 的氣體流量,并且可以高度靈活地應(yīng)對(duì)氣體組分的波動(dòng)以及不同的混合氣體。由于離開(kāi)反應(yīng)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(jì),被證明是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)性應(yīng)用的理想選擇。該款氣體流量計(jì),設(shè)計(jì)用于測(cè)量高溫混合氣體的流量, 并在蒸汽應(yīng)用方面的表現(xiàn)不凡,滿足該應(yīng)用中的各種技術(shù)需求,通過(guò)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(dòng)。
利用超聲波時(shí)差法原理,OPTISONIC 8300可以測(cè)量不同的混合氣體而與氣體的組分無(wú)關(guān)。它可以實(shí)時(shí)地測(cè)量流量,這在檢測(cè)混合氣體比例的過(guò)渡階段時(shí)尤為關(guān)鍵。這幫助運(yùn)營(yíng)人員測(cè)量各個(gè)批次的氣體,而不會(huì)丟失測(cè)量值。流量計(jì)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(shí)間相關(guān)聯(lián)。
此外,用于輸水的泵站配備了兩臺(tái)OPTIFLUX 2100 C電磁流量計(jì),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(cè)水應(yīng)用的流量計(jì),它配備耐磨的襯里和全通徑的測(cè)量管。因此,幾乎無(wú)須維護(hù),可以高效地取代此前所使用的機(jī)械式水表。使用OPTICHECK Master 服務(wù)工具,每年對(duì)流量計(jì)進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)核查。
作為此客戶的長(zhǎng)期合作伙伴,科隆公司為該公司的輸水網(wǎng)絡(luò)提供過(guò)流量計(jì),所以,此客戶在過(guò)去的一段時(shí)間里,已經(jīng)體驗(yàn)過(guò)使用服務(wù)工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查的便利性。
客戶利益
科隆公司的氣體流量計(jì),在此 SEWGS 工藝中承擔(dān)了重要的角色 — 幫助用戶評(píng)估分離工藝的效率。借助于 OPTISONIC 8300,即使是在一個(gè)批次內(nèi)氣體組分變化的情況下,TNO依然可以連續(xù)地測(cè)量流出的氣體。這對(duì)運(yùn)營(yíng)人員來(lái)說(shuō)尤為關(guān)鍵,因?yàn)檫@種方式既可以優(yōu)化工藝,無(wú)需安裝額外的流量?jī)x表,同時(shí)也降低了成本。因?yàn)榭坡×髁坑?jì)所提供的實(shí)時(shí)測(cè)量,即使是在批次過(guò)渡階段,也不會(huì)出現(xiàn)測(cè)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(jì),無(wú)移動(dòng)或阻擋部件, 幾乎沒(méi)有壓損,幫助用戶節(jié)省了泵的容量和能耗。為 TNO 帶來(lái)的另一大優(yōu)勢(shì),是該款超聲波流量計(jì)的免維護(hù)設(shè)計(jì)。此外,它還不會(huì)受到磨損和污染。鑒于TNO的工藝流程偶爾需要停車,所以會(huì)出現(xiàn)沉淀。但是,精度和信號(hào)強(qiáng)度不會(huì)受到沉淀的影響, 所以無(wú)需重新校準(zhǔn)流量計(jì),這就允許將儀表直接焊接在管道上。
OPTISONIC 8300 再次證明了其對(duì)于CO2和 H2 測(cè)量的出色性能和可靠性,根據(jù)所測(cè)得的聲速,該款流量計(jì)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(jì),還是一臺(tái)集成氣體組分實(shí)時(shí)分析的緊湊型儀表,即使是在沒(méi)有安裝額外流量計(jì)的情況下,對(duì)于 TNO 來(lái)說(shuō)也不再是一個(gè)問(wèn)題,依然可以對(duì)管道中的氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
科隆產(chǎn)品
OPTISONIC 830
超聲波流量計(jì),適用于過(guò)熱蒸汽和高溫氣體
雙聲道流量計(jì),可選蒸汽質(zhì)量流量或熱計(jì)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(jí)Max高 PN250 / ASME Cl 250
寬量程比(60:1)
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