Meting van de ureumconcentratie in denitratieprocessen
Wereldwijd vereisen strenge luchtkwaliteitsvoorschriften dat industriële installaties de uitstoot van stikstofoxiden (NOx) beheersen. Ureum, een veilige en stabiele stof, wordt vaak gebruikt in denitrificatiesystemen om NOx te reduceren. De sleutel is het vinden van de juiste balans tussen de hoeveelheid geïnjecteerd ureum en de actuele NOx-concentratie in de rookgassen om de gewenste NOx-reductie probleemloos te bereiken.
UOnderdosering leidt niet tot voldoende reductie van NOx, waardoor het risico bestaat dat niet aan de regelgeving wordt voldaan. Overdosering verspilt het reagens, verhoogt de kosten en veroorzaakt "ammoniaklekkage"—het ontsnappen van niet-gereageerde ammoniak in de atmosfeer. Ammoniaklekkage is kostbaar, schadelijk voor het milieu en kan kleverige zouten vormen zoals ammoniumbisulfaat en ammoniumsulfaat, die apparatuur vervuilen, de efficiëntie verminderen en schade veroorzaken.
Uitdagingen van online ureummonitoring
Vervuiling, kristallisatie en corrosie
OvertredingDit is een hardnekkig probleem, met name wanneer hard water wordt gebruikt om vaste ureumgrondstoffen te verdunnen. De mineralen in het harde water kunnen neerslaan, wat leidt tot kalkaanslag en verstopping van cruciale onderdelen, waaronder injectiemondstukken en sensoren. Dit verschijnsel kan leiden tot onnauwkeurige metingen en vereist frequent, kostbaar onderhoud en reiniging, waardoor de beschikbaarheid van het systeem aanzienlijk afneemt.
KristallisatieDit treedt waarschijnlijk op bij lage uitlaatgastemperaturen (doorgaans onder de 200-250 °C) en op oppervlakken waar de ureumoplossing de pijpwanden raakt en een film vormt. Een dikkere film, vaak veroorzaakt door een groter spuitvolume of een grotere druppelgrootte, maakt het moeilijker voor ureummoleculen om volledig te verdampen, wat leidt tot kristalvorming. Dit proces is een belangrijke oorzaak van verstopping van sensoren en sproeiers.
Thecorrosieve aardDe ureumoplossing zelf vormt een aanzienlijke bedreiging voor instrumentatie. Bij de synthese van ureum ontstaat ammoniumcarbamaat, een zeer corrosief tussenproduct dat conventionele materialen snel kan aantasten en kan leiden tot catastrofale apparatuuruitval. De materiaalkeuze voor instrumentatie moet daarom een prioriteit zijn, aangezien standaardcomponenten in deze agressieve omgeving onbruikbaar kunnen worden en constant vervangen moeten worden.
Heeft u vragen over het optimaliseren van productieprocessen?
Invloed van dynamische procesomstandigheden op metingen
De fysische eigenschappen van de vloeistof zelf zorgen voor complexiteit bij nauwkeurige metingen. De dichtheid van een waterige oplossing is zeer gevoelig voor zowel temperatuur als druk. Zelfs kleine temperatuurschommelingen kunnen de gemeten ureumstikstofconcentratie aanzienlijk beïnvloeden. Zonder adequate temperatuurcompensatie kunnen de metingen sterk variëren en onnauwkeurige gegevens aan het besturingssysteem leveren. Deze variabiliteit benadrukt de cruciale noodzaak van een ureumconcentratiesensor met realtime temperatuurcompensatie om deze procesfluctuaties te corrigeren.
Factoren zoals stroomsnelheid, viscositeit en de aanwezigheid van ingesloten luchtbellen kunnen eveneens aanzienlijke instabiliteit en fouten in de metingen veroorzaken. Dit vereist een sensorontwerp dat inherent robuust en betrouwbaar is onder dynamische bedrijfsomstandigheden.
De Lonnmeter-oplossing: Ureumconcentratiemeter
Werkingsprincipe van de ureumconcentratiesensor
Een in-process ureumconcentratiemeter is een inline sensor die wordt gebruikt voor continue concentratie- of dichtheidsmeting van binaire vloeistoffen in pijpleidingen, tanks en andere vaten. De resonantiefrequentie van een trillende stemvork verandert in directe omgekeerde verhouding tot de massa en dichtheid van de omringende vloeistof. De sensor bestaat uit een U-vormige vork die elektronisch wordt aangestuurd om te trillen met een precieze resonantiefrequentie. Wanneer deze vork in een vloeistof wordt ondergedompeld, draagt de massa van de vloeistof bij aan de effectieve massa van de vork, waardoor de trillingsfrequentie afneemt. De geavanceerde elektronica van de sensor bewaakt deze frequentieverschuiving continu. Door deze frequentieverschuiving te correleren met een voorgeprogrammeerde kalibratiecurve, kan het instrument een nauwkeurige en herhaalbare meting van de dichtheid van de vloeistof leveren.
De ware innovatie schuilt in de transformatie van een eenvoudige dichtheidsmeting naar een functionele concentratiewaarde. De Lonnmeter bereikt dit door een zeer nauwkeurige temperatuursensor rechtstreeks in de sonde te integreren. Deze sensor levert realtime temperatuurgegevens aan de interne verwerkingseenheid, die vervolgens een geavanceerd temperatuurcompensatiealgoritme toepast. Dit proces corrigeert de dichtheidsmeting terug naar een standaard referentietemperatuur, waardoor de effecten van procestemperatuurschommelingen worden geminimaliseerd. Deze gecorrigeerde dichtheidswaarde wordt vervolgens omgezet in een specifieke concentratie, zoals een percentage per gewicht. Dit tweestappenproces – meting van een fysische eigenschap (dichtheid) gevolgd door een transformatie via een kalibratiecurve en temperatuurcompensatie – is de sleutel tot een nauwkeurige en betrouwbare meting van de ureumconcentratie.
Het inherente ontwerp van de stemvorksensor biedt een groot voordeel in de uitdagende denitratieomgeving. Zonder kleine openingen, smalle kanalen of delicate membranen is de sensor van nature bestand tegen vervuiling en kristallisatie, problemen die andere technologieën teisteren. De robuuste, open structuur zorgt ervoor dat vloeistof vrij rond de trillende tanden kan stromen, waardoor de kans op ophoping van minerale afzettingen of ureumkristallen die de meting kunnen beïnvloeden, wordt geminimaliseerd.
Leer meer over dichtheidsmeters
Ontwikkeld voor de denitrificatieomgeving.
Lonnmeter erkent de extreme omstandigheden in een denitratie-installatie en heeft daarom zijn sensoren ontworpen met materiaalkunde als uitgangspunt. De belangrijkste onderdelen die in contact komen met de vloeistof zijn vervaardigd uit robuuste materialen zoals roestvrij staal 316, wat een hoge mate van weerstand biedt tegen chemische corrosie, met name door zeer agressieve stoffen zoals ammoniumcarbamaat. Corrosiebestendige materialen verlengen de levensduur van het concentratiemeetinstrument, de onderhoudsintervallen en verminderen ongeplande stilstand.
De geïntegreerde temperatuursensor en geavanceerde algoritmen compenseren temperatuurschommelingen, waardoor een stabiele en betrouwbare meting gegarandeerd is, ongeacht fluctuaties in de procesvloeistof.
Naadloze integratie en connectiviteit
De 4-20mA stroomlusuitgang van de Lonnmeter kan eenvoudig worden geïntegreerd met PLC- of DCS-systemen omdat:
- Eenvoudige bedrading:Als tweeledige zender gebruikt hij één paar draden voor zowel stroom- als signaaloverdracht, waardoor de complexiteit wordt verminderd.
- Betrouwbaar signaal:Het 4-20mA-signaal is ongevoelig voor spanningsdalingen over lange afstanden en bestand tegen elektrische ruis en elektromagnetische interferentie.
- Lineaire schaling:Voor een concentratiebereik van 0-100% komt 4 mA overeen met 0% en 20 mA met 100%, waardoor eenvoudige schaling in het besturingssysteem mogelijk is.
- Veilig en stabiel:Een goede aarding van de sensorbehuizing zorgt voor nauwkeurige signalen en elektrische veiligheid, waardoor de compatibiliteit met industriële systemen wordt verbeterd.
Optimale plaatsing en praktische voordelen
Een effectieve implementatie van een ureumconcentratiesensor vereist meer dan alleen nauwkeurige metingen; het gaat ook om een strategische plaatsing om het operationele voordeel te maximaliseren.
De bereidings- en opslagfase van de ureumoplossing
Het eerste en meest logische moment voor de inzet van sensoren is aan het begin van het denitratieproces: bij de bereiding en opslag van de ureumoplossing in de tanks. Een sensor die in dit stadium is geïnstalleerd, vormt een cruciale eerste verdedigingslinie voor kwaliteitscontrole. Deze sensor controleert of de bereide oplossing de juiste concentratie heeft voordat deze naar het doseersysteem wordt gestuurd. Deze proactieve meting kan direct fouten detecteren die ontstaan door onjuiste handmatige verdunning, variaties in de vaste ureumgrondstof of het gebruik van verontreinigd water. Hierdoor wordt voorkomen dat deze problemen zich verder verspreiden en het hele proces in gevaar brengen. Het bewaken van de concentratie in de opslagtank biedt bovendien een waardevol hulpmiddel voor voorraadbeheer, waardoor een constante en altijd beschikbare voorraad van het correct samengestelde reagens wordt gegarandeerd.
Het controleren van de injectie- en doseerlijnen.
Om een echte gesloten-lusregeling mogelijk te maken, moet een ureumconcentratiemeter in de hogedrukinjectie- of doseerleiding worden geïnstalleerd, vlak voor de injectiemondstukken. Deze plaatsing zorgt voor de meest directe en nauwkeurige meting van het reagens dat het systeem binnenkomt, in realtime. Deze realtime gegevens vormen de basis voor geavanceerde regelstrategieën die de injectiesnelheid continu aanpassen op basis van gemeten NOx-niveaus in de rookgassen, de katalysatortemperatuur en andere operationele parameters.
Hoewel sommige besturingssystemen problemen afleiden uit drukschommelingen in de doseerleiding, levert een directe, continue concentratiemeting een robuuster en betrouwbaarder signaal op. Hiermee kunnen pompstoringen, gedeeltelijke verstoppingen of over- of onderdosering proactief worden gedetecteerd, waardoor een snelle, geautomatiseerde reactie mogelijk is voordat de NOx-reductieprestaties van het systeem in gevaar komen. Deze aanpak verschuift het onderhoudsmodel van de installatie van reactief naar proactief en voorspellend.
De correlatie met ammoniakverlies
De waarde van de ureumconcentratiesensor reikt veel verder dan een enkel datapunt. Door een stabiele en betrouwbare datastroom te leveren, stelt de sensor het besturingssysteem in staat om de injectiesnelheid van het reagens nauwkeurig te regelen, waardoor de optimale stoichiometrische verhouding behouden blijft. Deze precisie is direct gecorreleerd met het minimaliseren van ammoniakemissies. Een overdosering kan in realtime worden voorkomen, waardoor zowel reagensverspilling als de milieubelasting van niet-gereageerde ammoniakemissies worden verminderd.
Waarde voor klanten
- Verbeterde NOx-reductie en naleving van de regelgeving;
- Vermindering van het reagentiaverbruik en de operationele kosten
- Maximale uptime en minimale onderhoudslasten
