Измерение концентрации мочевины в процессах денитрации

В соответствии со строгими мировыми нормами качества воздуха, промышленные предприятия обязаны контролировать выбросы оксидов азота (NOx). Мочевина, безопасное и стабильное вещество, широко используется в системах денитрификации для снижения выбросов NOx. Ключевым моментом является балансирование количества впрыскиваемой мочевины с реальным уровнем NOx в дымовых газах для достижения желаемого снижения выбросов NOx без каких-либо проблем.

UНедостаточная дозировка не позволяет достаточно снизить выбросы NOx, что чревато несоблюдением нормативных требований. Передозировка приводит к растрате реагента, увеличению затрат и вызывает «прорыв аммиака» — утечку непрореагировавшего аммиака в атмосферу. Прорыв аммиака обходится дорого, вреден для окружающей среды и может приводить к образованию липких солей, таких как бисульфат аммония и сульфат аммония, которые загрязняют оборудование, снижают эффективность и наносят ущерб.

Посмотреть другие приложения

Проблемы онлайн-мониторинга мочевины

Загрязнение, кристаллизация и коррозия

ЗагрязнениеЭто постоянная проблема, особенно при использовании жесткой воды для разбавления твердого сырья для производства мочевины. Минералы в жесткой воде могут выпадать в осадок, что приводит к образованию накипи и засорению важных компонентов, включая инжекционные форсунки и датчики. Это явление может вызывать неточные измерения и требовать частого и дорогостоящего технического обслуживания и очистки, значительно сокращая время безотказной работы системы.

КристаллизацияВероятность возникновения этой проблемы высока при низких температурах выхлопных газов (обычно ниже 200–250 °C) и на поверхностях, где раствор мочевины соприкасается со стенками труб, образуя пленку. Более толстая пленка, часто образующаяся из-за увеличения объема распыления или размера капель, затрудняет полное испарение молекул мочевины, что приводит к образованию кристаллов. Этот процесс является основной причиной засорения датчиков и форсунок.

Theкоррозионная природаСам по себе раствор мочевины представляет значительную угрозу для приборов. Синтез мочевины включает образование карбамата аммония, высококоррозионного промежуточного соединения, которое может быстро разрушать обычные материалы, приводя к катастрофическим отказам оборудования. Поэтому выбор материалов для приборов должен быть первостепенной задачей, поскольку стандартные компоненты могут выйти из строя и потребовать постоянной замены в этой агрессивной среде.

Есть вопросы по оптимизации производственных процессов?

Контакты инженеров

Влияние динамических условий процесса на измерения

Физические свойства самой жидкости создают сложности для точного измерения. Плотность водного раствора очень чувствительна как к температуре, так и к давлению. Даже незначительные колебания температуры могут существенно повлиять на измеряемую концентрацию азота мочевины. Показания могут сильно колебаться и предоставлять неточные данные в систему управления без надлежащей температурной компенсации. Эта изменчивость подчеркивает критическую необходимость в датчике концентрации мочевины, который включает в себя температурную компенсацию в реальном времени для коррекции этих технологических колебаний.

Аналогичным образом, такие факторы, как скорость потока, вязкость и наличие захваченных пузырьков воздуха, могут вызывать значительную нестабильность и ошибки измерений, что требует от конструкции датчика обеспечения его прочности и надежности в динамических условиях эксплуатации.

Решение Lonnmeter: измеритель концентрации мочевины

Принцип работы датчика концентрации мочевины

Измеритель концентрации мочевины в процессе производства — это встроенный датчик, применяемый для непрерывного измерения концентрации или плотности бинарных жидкостей в трубопроводах, резервуарах и других емкостях. Резонансная частота вибрирующего камертона изменяется прямо обратно пропорционально массе и плотности окружающей его жидкости. Датчик состоит из U-образного камертона, который приводится в движение электронным способом для вибрации на точно заданной резонансной частоте. Когда этот камертон погружается в жидкость, масса жидкости добавляется к эффективной массе камертона, вызывая уменьшение частоты его вибрации. Усовершенствованная электроника датчика непрерывно отслеживает это изменение частоты. Сопоставляя это изменение частоты с предварительно запрограммированной калибровочной кривой, прибор может обеспечить точное и воспроизводимое измерение плотности жидкости.

Истинное новшество заключается в преобразовании базового показания плотности в функциональное значение концентрации. Lonnmeter достигает этого за счет интеграции высокоточного датчика температуры непосредственно в зонд. Этот датчик передает данные о температуре в реальном времени во внутренний процессор, который затем применяет сложный алгоритм температурной компенсации. Этот процесс корректирует показание плотности до стандартной эталонной температуры, минимизируя влияние колебаний температуры процесса. Затем это скорректированное значение плотности преобразуется в конкретную концентрацию, например, в процентах по весу. Этот двухэтапный процесс — измерение физического свойства (плотности) с последующим преобразованием с помощью калибровочной кривой и температурной компенсации — является ключом к обеспечению точного и надежного измерения концентрации мочевины.

Конструкция датчика на основе камертона обеспечивает существенное преимущество в сложных условиях денитрификации. Отсутствие мелких отверстий, узких каналов или чувствительных диафрагм делает датчик устойчивым к загрязнению и кристаллизации, характерным для других технологий. Его прочная открытая структура позволяет жидкости свободно обтекать вибрирующие зубцы, сводя к минимуму возможность накопления минеральных отложений или кристаллов мочевины, что может ухудшить качество измерений.

Узнайте больше о других измерителях плотности

Неядерный плотномер для суспензий

Измеритель концентрации химических веществ

Встроенный дозатор концентрации H₂O₂

Онлайн-измеритель концентрации этанола

Разработан для условий денитрификации.

Учитывая экстремальные условия работы установки денитрификации, компания Lonnmeter разработала свои датчики, опираясь на передовые достижения материаловедения. Основные контактирующие с жидкостью компоненты прибора изготовлены из прочных материалов, таких как нержавеющая сталь марки 316, что обеспечивает высокую степень устойчивости к химической коррозии, особенно со стороны высокоагрессивных веществ, таких как карбамат аммония. Коррозионностойкие материалы продлевают срок службы измерительного прибора для определения концентрации, сокращают интервалы технического обслуживания и уменьшают количество незапланированных простоев.

Встроенный датчик температуры и сложные алгоритмы компенсируют колебания температуры, обеспечивая стабильные и надежные показания независимо от колебаний рабочей среды.

Бесшовная интеграция и взаимосвязь

Выход токового контура Lonnmeter 4-20 мА легко интегрируется с системами ПЛК или АСУ ТП, поскольку:

Простая проводка:Будучи двухпроводным передатчиком, он использует одну пару проводов как для питания, так и для передачи сигнала, что упрощает конструкцию.

Надежный сигнал:Сигнал 4-20 мА не подвержен падению напряжения на больших расстояниях, а также устойчив к электрическим помехам и электромагнитным воздействиям.

Линейное масштабирование:Для диапазона концентраций 0–100% 4 мА соответствует 0%, а 20 мА — 100%, что позволяет легко масштабировать систему управления.

Безопасный и стабильный:Надлежащее заземление корпуса датчика обеспечивает точность сигнала и электрическую безопасность, повышая совместимость с промышленными системами.

Оптимальное размещение и практические преимущества

Эффективное внедрение датчика концентрации мочевины – это не только точное измерение, но и стратегическое размещение для максимизации эксплуатационных преимуществ.

Этап приготовления и хранения раствора мочевины

Первое и наиболее логичное место для установки датчика — это начало процесса денитрификации: резервуары для приготовления и хранения раствора мочевины. Датчик, установленный на этом этапе, обеспечивает важнейшую первую линию защиты контроля качества, проверяя, что приготовленный раствор имеет правильную концентрацию еще до того, как он будет отправлен в систему дозирования. Это упреждающее измерение позволяет немедленно выявлять ошибки, вызванные неправильным ручным разбавлением, колебаниями в исходном твердом сырье мочевины или использованием загрязненной воды, предотвращая распространение этих проблем на последующие этапы и нарушение всего процесса. Мониторинг концентрации в резервуаре для хранения также является ценным инструментом управления запасами, обеспечивая постоянную и бесперебойную поставку правильно приготовленного реагента.

Контроль линий ввода и дозирования.

Для обеспечения истинно замкнутого контура управления необходимо установить измеритель концентрации мочевины в линии впрыска или дозирования под высоким давлением непосредственно перед инжекционными форсунками. Такое размещение обеспечивает наиболее прямое и точное измерение количества реагента, поступающего в систему, в режиме реального времени. Эти данные в реальном времени являются основой для передовых стратегий управления, которые непрерывно регулируют скорость впрыска на основе измеренных уровней NOx в дымовых газах, температуры катализатора и других рабочих параметров.

В то время как некоторые системы управления определяют проблемы по колебаниям давления в дозирующей линии, прямое непрерывное измерение концентрации обеспечивает более надежный и достоверный сигнал. Оно позволяет заблаговременно обнаруживать неисправности насосов, частичные засоры или ситуации передозировки/недодозировки, обеспечивая быструю автоматизированную реакцию до того, как эффективность системы по снижению выбросов NOx будет снижена. Такой подход переводит предприятие из модели реактивного технического обслуживания в модель проактивного, прогнозирующего обслуживания.

Корреляция со скольжением аммиака

Значение датчика концентрации мочевины выходит далеко за рамки одной точки данных. Обеспечивая стабильный и надежный поток данных, датчик позволяет системе управления точно регулировать скорость подачи реагента, гарантируя поддержание оптимального стехиометрического соотношения. Эта точность напрямую коррелирует с минимизацией выбросов аммиака. Передозировка может быть предотвращена в режиме реального времени, что снижает как потери реагента, так и воздействие на окружающую среду выбросов непрореагировавшего аммиака.