Praktisk anvendelse af ultralydsmålere til biogasafregning. Niels Simonsen

Transkript

1 Praktisk anvendelse af ultralydsmålere til biogasafregning Niels Simonsen 18/05/2015

2 Indhold Lidt om Krüger Historisk udvikling af biogas flowmåling Ultralydsmålere Energiaftale marts 2012 Afgift på biogas januar 2015 Krav til gasmålere Erfaringer og eksempel på godkendte målesystemer Status og hvor vil vi gerne hen 18/05/2015 Direction or Department name 2

3 Veolia Environnement: Spildevandsbehandling Herunder slam, biogas og energiudnyttelse VANDFORSYNING Sætter standarden for vandforsyning AFFALDSBEHANDLING Sætter standarden for affaldsbehandling og genindvinding af ressourcer ENERGIFORSYNING Sætter standarden for optimering af energiforsyninger 3

4 Krügers primære forretningsområder Vi arbejder som: Rådgivere Entreprenører Leverandører Vi leverer: Teknologier Processer Standardanlæg Udstyr og komponenter Service Drift Nøglefærdige løsninger Viden, know-how, teknologier og løsninger: Drikkevand Procesvand Kommunalt og industrielt spildevand Slambehandling og biogas Afløbssystemer Styresystemer for vand og spildevand Jord- og grundvandsrensning

5 Formål med dagens indlæg Vores primære kunder: Kommunale renseanlæg Udnyttelse af biogas Typiske mængder af biogas: Nm 3 /h Biogaskarakteristika: Typisk vandmættet gas Typisk kun CH 4, CO 2 og H 2 O i gassen Behov i relation til støtte og afgifter: Pålideligt, billigt og driftsikkert målesystem Krüger sælger ikke biogasmålere. Vores sigte er alene at være med til at definere et godt og billigt målesystem til vores kunder 18/05/2015 Direction or Department name 5

6 Historisk - Typer af flowmålere Kun flow V-Cone-, differenstryk-, pitotrørsmålere Termiske målere Flow + sammensætning Flowmåler + analysator Speciel termisk måler, baseret på separat CH 4 måling + flow beregnet ud fra blandingens varmefylde 18/05/2015 Direction or Department name 6

7 Typer af målere Nyt krav: Godkendte målere Eksempel fra HOFOR og Renseanlæg Lynetten Salg af produceret biogas til bygas Ingen opgradering, men rensning i kulfilter Flowmåling med turbinemåler med olietryksmurte lejer Gassammensætning med gaskromatograf Dyrt i anskaffelse og vedligehold 18/05/2015 Direction or Department name 7

8 Ultralydsmåler - flow Princip for måling Flowmåling Ultralyd sendes medstrøms og modstrøms (skråt) Forskel i tid fra sender til modtager angiver middelhastighed af gassen 18/05/2015 Direction or Department name 8

9 Ultralydsmåler metan-indhold Forudsætninger Gassen består af 3 komponenter: CH 4, CO 2 og H 2 O-damp Gassen skal være vandmættet (må godt være våd ) Gastemperatur skal kendes Det absolutte gastryk skal kendes 18/05/2015 Direction or Department name 9

10 Ultralydsmåler - metanindhold Fremgangsmåde Tgas = Tmæt => P partial af vand kan beregnes Vanddampindhold kan beregnes ud fra P partial og P tot Lydhastighed: V = γ R M T ½ (ideal gas) γ = Cp/Cv = adiabatisk indeks R = molar gas konstant (8,3145 J/(mol K) T = gastemperatur i Kelvin V = lydens hastighed i gas (v. 20 ) V CH4 = 448 m/s V CO2 = 266 m/s V H2O = 424 m/s 18/05/2015 Direction or Department name 10

11 Beregning af metan indholdet Molvægten kan beregnes ud fra lydens hastighed og temperaturen: M = γ R T V 2 Molar mass Molarmasse beregning via V V Lydens hastighed 11

12 Ultralydsmåler - metanindhold Eksempel Tgas = 20 C; P = 25 mbar => 2,2 vol% vanddamp Hvis gas kun indeholder CH 4 og H 2 O => M = 16,09 g/mol Hvis gas kun indeholder CO 2 og H 2 O => M = 43,43 g/mol Aktuelt måles V = 384 m/s => M = 25,82 g/mol Resultat: CH 4 = 63,0 vol% CO 2 = 34,8 vol% H 2 0 = 2,2 vol% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Molweight of gas % water % methane % CO2 18/05/2015 Direction or Department name 12

13 Prosonic Flow B The biogas professional Prosonic Flow B 200: Specially designed ultrasonic flow meter for detecting biogas, landfill gas or digester gas Safe to use without restrictions: Lowest process pressure (under pressure) Wet and polluted gases Fluctuating process conditions (pressure, temperature, gas composition) Optimum process control and secure measurement results: Inline measurement of methane content High accuracy (1.5% V. M.) Accredited and traceable calibration Oline Westerdahl Slide 13

14 Methane measurement - Functional Description Measurement over the speed of sound:% CH4 ~ sound: %CH4 ~ v Sound Temperature compensation via integrated Pt 1000 Prerequisite: biogas with CH 4 + CO 2 and rel.f.: 100% Entering a correction factor for interfering gases such as H 2 S, nitrogen N 2, NH 3 and low moisture is possible Integrated gas shortlist: Biogas Air Nitrogen N 2 ammonia NH 3 CMM Gas "high CH4 content "Customized Biogas" Oline Westerdahl Slide 14

15 Device specifications Prosonic Flow B Hazardous area approvals Volume accuracy Volume repeatability Methane accuracy Methane repeatability ATEX, IECEx Ex ia IIC T6-T1 Gb, Ex d[ia] IIC T6-T1 ccsaus Class I Div. 1 Groups ABCD, Class I Div. 2 Groups ABCD ± 1.5% o.r. 3 to 30 m/s (9.84 to 98.4 ft/s) ± 3.0% o.r. 1 to 3 m/s (3.28 to 9.84 ft/s) ± 0.5% o.r. ± 2% abs. ± 0.5% o.r. Temperature accuracy ± 0.6 C ±0.005 T C (± 0.9 F ±0.005 (T 32) F) Temperature repeatability ± 0.3 C ± T C (± 0.45 F ± (T 32) F) Oline Westerdahl Slide 15

16 Daniel SeniorSonic (Emerson) 4 ultralydshoveder på hver side Anvendes foreløbig kun til flowmåling Nøjagtighed:± 0,1% o.r. 18/05/2015 Direction or Department name 16

17 OPTISONIC 7300 Biogas Egenskaber God langtidsstabilitet Konstante målinger over lang tid; 1 måned, 1 år, 10 år Ingen bevægelige dele, intet vedligehold Intet slid, ingen re-kalibrering Robust design High performance over hele måleområdet Måler fra nul af Standard nøjagtighed: m/s Resistent mod kondensvand / frit vand i gassen Intet tryktab 17

18 OPTISONIC 7300 Biogas Technology Lav følsomhed over for væske i gasstrømmen Til trods for at OPTISONIC 7300 er designet til tørre gasser, kan der forekomme væske i gas flowet, specielt i biogas kan der forekomme kondensation på rørvæggen For undgå akustisk kortslutning af væske mellem transduceren og rørvæggen: Ved horisontal installation vil væsken løbe ud af transducer lommerne Store lommer: Lav risiko for væske mellem transducer og rørvæggen Ved lodret installation: Væsken vil aldrig kunne stige højt nok til at forårsage akustisk kortslutning Flowsensor ved vandret installation Flowsensor ved lodret installation 18

19 Anvendelser og begrænsninger Biogas bestående og CH4, CO2 og H20 (vandmættet) Hvis ikke vandmættet: Kan evt. måle rh% i gassen Andre indholdstoffer i gassen: H2: Hvis udrådning kører sur, kan der dannes H2. Samtidig falder CH4 indhold: Løsning: Hvis CH4 < 50%: måling annulleres N2 og O2 (atm. luft): Måler kan ikke anvendes 18/05/2015 Direction or Department name 19

20 Erfaringer med ultralydsmåleren på renseanlæg Er installeret på en lang række renseanlæg Generelt er erfaringerne gode, meget stabil drift Eksempler på observationer: Kondensat på indersiden af gasrøret giver normalt ikke problemer På et anlæg var gasflow og kondensatflow modsatrettede. Dette gav problemer med signalet. Måler blev efterfølgende flyttet Skum fra rådnetanken i gassystemet giver naturligvis problemer med målingen Anvendes gasvasker ved afgang fra rådnetank er der ingen skumproblemer Gasvasker opgraderer biogassen, idet ca. 3% point CO 2 fjernes med vandet 18/05/2015 Direction or Department name 20

21 Ultralydsmåler som procesværktøj Forøget gasproduktion ved indpumpning 18/05/2015 Direction or Department name 21

22 Ultralydsmålere på renseanlæg Udnytte målingerne (flow, methane content) ifm. procesevaluering: Optimering af belastning og recirkulation Optimering af omrøring Optimering af opholdstid Proceskontrol; holde øje med CH4 og CO2 indhold Oline Westerdahl Slide 22

23 Støtte til biogas Energiaftale marts 2012 Støtte til elproduktion: 1,214 kr/kwh (2015) Støtte til bio-naturgas: 75 kr/gj (2012) Støtte til bio-bygas: 75 kr/gj (2012) Støtte til procesvarme: 75 kr/gj (2012) Støtte til rumopvarmning: 36 kr/gj (2012) De 3 første anvendelser er trådt i kraft De sidste 2 anvendelser er endnu ikke notificeret af EU Kommissionen Krav for at opnå støtte: Energiflow skal kunne måles 18/05/2015 Direction or Department name 23

24 Støtte til biogas Krav til biogasmåling Administreres af Energinet.dk Foreligger vejledning vedr. måleudstyr (april 2013): Veldokumenteret målestation til volumen eller massestrøm Hø og Hn skal måles kontinuert eller ved stikprøver Opdeling i tre grupper Meget lille forbrug: < kwh/år (< 4 Nm3/h) Mindre forbrug: Mellem og kwh/år Stort forbrug: > kwh/år (>20 Nm3/h) Stort set alle renseanlæg falder i sidstnævnte gruppe 18/05/2015 Direction or Department name 24

25 Støtte til biogas Krav til forbrug > kwh Kontinuerlig brændværdibestemmelse - øvre + nedre (+/- 1 % nøjagtighed) Volumen- eller massestrømsmåling med en nøjagtighed på +/-3% Med målere, der bestemmer både massestrøm og brændværdi er kravet til nøjagtighed +/- 3,2% Skal være godkendte målere (Energinet.dk) Krav til drift af målesystem Serviceordning inkl. Målerkalibrering hvert andet år Brændværdibestemmelse 18/05/2015 Direction or Department name 25

26 Afgift på biogas Indført pr 1. januar 2015 efter krav fra EU Afgiften er afhængig af anvendelse Forskellige metoder til bestemmelse af energiflow Krav til måleinstrumenter: Volumen- eller masseflow: Typegodkendte målere i henhold til MID Brændværdi af gassen sker med målere, der måler CH 4 -indhold Unøjagtighed af energiindhold må ikke overstige +/-3% Målere baseret på ultralydsteknologi: Behøver ikke at være typegodkendt Dokumenteres: Samme nøjagtighed som typegodkendte målere Metanindholdet bestemmes med en nøjagtighed på +/-3% til opgørelse af energiindholdet 18/05/2015 Direction or Department name 26

27 Målenøjagtighed Muligt Flowmåling: +/- 1,5% Metan indhold: +/- 2% Energiflow: (1,5% 2 + 2% 2 ) ½ = 2,5% Foreløbige krav for energiflow: Støtte: +/- 3,2% Afgift: +/- 3% Er vi tæt på målet? 18/05/2015 Direction or Department name 27

28 Sammenfatttende bemærkninger Krav til måling ifm. støtte og afgifter bør være de samme Kravene bør udformes så anlægs- og driftsudgifterne holdes på et minimum Ultralydsteknologien har skabt nye unikke muligheder for maksimal nøjagtighed for minimale omkostninger Ultralydsteknologien bør kunne anvendes på nærmere definerede områder, hvor biogassen kun indeholder CH 4, CO 2 og vanddamp Der bør iværksættes uvildige afprøvninger, der kan verificere ultralydsmålerens nøjagtighed 18/05/2015 Direction or Department name 28

29 Tak for jeres opmærksomhed 18/05/2015 Direction or Department name 29