Verhogen van energie efficiëntie in industriële heaters

Transcriptie

1 Verhogen van energie efficiëntie in industriële heaters Arthur Groenbos Product Manager Gas Analyzers M

2 Introductie Yokogawa gaat dieper in op het verbeteren van de efficiency en het verhogen van de veiligheid van industriële heaters. Naast een reductie van het brandstofverbruik en het terugdringen van emissie en onderhoud wordt ook de levensduur van de betreffende heater aanzienlijk verlengd. De basis hiervoor wordt gevormd door de analyse van zuurstof en koolmonoxide middels Tunable Diode Laser Spectroscopie in combinatie met een DCS en safety systeem.

3 Agenda Introductie Tunable Diode Laser Spectrometrie Industriële heaters Verbranding in detail Branderoptimalisatie Conclusie

4 Introductie Tunable Diode Laser Spectrometrie

5 Tunable Diode Laser Spectroscopie Analyse van kleine moleculen zoals O 2, CO, CH 4, H 2 O, NH 3 etc. in gas In situ analyse zonder monstername en conditionering systeem Proces temperatuur tot 1500 C Snelle respons tijd: 2 sec. Geen interferenties Optische meting; geen bewegende delen en geen contact tussen sensor en proces Minimaal onderhoud

6 TDLS Op laser gebaseerde techniek voor het kwantificeren van specifieke gassen Bestaat uit een lichtbron (diode laser) en detector Optische meting: absorptie van licht door het te analyseren gas Absorptie is evenredig met concentratie wet van Lambert-Beer

7 Werking TDLS Laser golflengte & intensiteit Time De temperatuur van de laser wordt constant gehouden d.m.v. Peltier element Zaagtand profiel in stroomsterkte zorgt voor scannen golflengte bereik Scansnelheid bedraagt ca metingen/sec. Update tijd: 2 sec. De hoeveelheid geabsorbeerd licht is recht evenredig met de concentratie

8 Impact van stof & deeltjes Laser golflengte & intensiteit Time Stof in proces reduceert transmissie De analyse is afhankelijk van de relatie tussen de basislijn en de absorptiepiek Resultaat: verlies tot 98% van energie geen effect heeft op de meting

9 Industriële heaters 9

10 Industriële heaters Foto brochure Fired Heaters 2013, Foster Wheeler

11 Wist u dat Heaters de grootste energieverbruikers zijn in de procesindustrie en daarmee een grote uitdaging zijn voor energiebesparing? Heaters een bron vormen voor veiligheidsrisico s en slechte efficiëntie? Heaters een groot risico vormen bij startup en shutdown? Alles wat met verbrandingsprocessen te maken heeft enorme kansen bied voor verbeterde controle en efficiency?

12 Verbranding in detail 12

13 Verbranding in detail Complete verbranding CH 4(g) + 2O 2(g) -> CO 2(g) + 2H 2 O (g) Incomplete verbranding 2CH 4(g) + 3O 2(g) -> 2CO(g) + 4 H 2 O (g) or CH 4(g) + O 2(g) -> C (s) + 2H 2 O (g)

14 Verbranding - theorie

15 Verbranding - praktijk Operator Test. Adjust O2 downward to cause CO breakthroughs. Second breakthrough. Operator increases O2 and CO goes down TDL CO ppm TDL O2 % First breakthrough. Operator increases O2 and CO goes down. Its Reproducible

16 Brander optimalisatie 16

17 Traditionele brandersturing Regeling temperatuur product door brandstof aanvoer Geen controle van aanvoer lucht Rookgas analyse voor emissie monitoring

18 Brandersturing met O 2 regeling Regeling temperatuur product middels flow brandstof Temp. product controller regelt setpoint naar lucht- en brandstof flow ZrOx sensor voor zuurstof controle in rookgas Rookgas analyse voor emissie monitoring

19 Puntmeting Variaties in O2 en CO concentraties Juistheid O2 meting door lekkage en naverbranding CO

20 Branderoptimalisatie middels TDLS Meting direct boven vlam Geen verdunning en/of naverbranding CO Max C Meting door complete fornuis Verhogen nauwkeurigheid Detectie CH 4 bij falende brander Snelle respons: 2 sec. Hoge gevoeligheid: CO < 10ppm Simultane O 2 en CO meting Identieke locatie en condities

21 Process temperature Overmaat lucht en levensduur (1/2) CIT Convection section Radiant section Heater tube Efficiëntie fornuis afhankelijk van COT rookgas samenstelling O 2 en N 2 slechte warmte overdracht CO 2 en H 2 O goede warmte overdracht Overmaat aan lucht resulteert in hoog O 2 en N 2 en verdunnen van CO 2 en H 2 O

22

23 Process temperature Overmaat lucht en levensduur (2/2) CIT Convection section Metal temp. limit Radiant section Heater tube COT Efficiëntie fornuis afhankelijk van rookgas samenstelling O 2 en N 2 slechte warmte overdracht CO 2 en H 2 O goede warmte overdracht Overmaat aan lucht resulteert in hoog O 2 en N 2 en verdunnen van CO 2 en H 2 O Meer warmte nodig

24 Vlamcontact Vlamcontact kan leiden tot: Toename temperatuur leidingen Bij oververhitting opbouw koolstof in leiding Koolstof werkt als isolator waardoor leiding oververhit kan raken Voorkomen: Visuele inspectie Reduceren brandstof toevoer Zorgen voor overmaat zuurstof

25 Enkele disasters Ongelijkmatige verwarming resulteert in: Kromtrekken / spanning Breukvorming

26 Fuel-rich (Te kort aan lucht) Explosie risico Brander optimalisatie CO Optimale O 2 concentratie Efficiëntie CO bepaalt setpoint Brandstof besparing Verhogen output Emissie CO 2 reductie Thermische NOx reductie Levensduur Optimale warmte verdeling Controle op temp. heater Veiligheid API 556 Volledige controle over systeem Air-rich (Overmaat lucht) Energieverlies, Levensduur heater O 2 Stoichiometrische O 2 concentratie Overmaat lucht

27 Typische setup optimalisatie systeem TDLS Temp. meting Druk meting Flow meting Logic controller Safety systeem

28 Conclusie 28

29 Conclusie TDLS is een uitstekende techniek voor verbrandings optimalisatie: Gemiddelde meting met één analyzer O 2, CO en ev. CH 4 analyse door complete heater Verlaging brandstof verbruik en emissie Maximaliseren veiligheid Volledige automatisering d.m.v. safety- en DCS systeem

30 Bezoek ons: hal 8, stand D008