隨著環(huán)保格要求提高,國內(nèi)火電廠均配套安裝脫硫裝置,特別是近幾年大量脫硫設(shè)施投入運行后,在實際運行過程中,暴露出很多問題。本文專門針對脫硫系統(tǒng)密度測量存在問題,從在線密度計選型到實際應(yīng)用,分別進(jìn)行分析,并提出相關(guān)運行建議。
1、濕法脫硫系統(tǒng)密度計監(jiān)測要求
石灰石、石膏濕法脫硫系統(tǒng)中,各種漿液濃度的測量和控制是一個非常重要的環(huán)節(jié)。運行過程中通過對漿液密度的測量,來反映實際漿液的濃度,從而達(dá)到控制的目的。通常濕法脫硫系統(tǒng)中,通常需要測量兩種漿液密度:
①石灰石漿液密度
在濕式球磨機(jī)制漿系統(tǒng)中,通常設(shè)置兩個密度計,一個設(shè)置在磨機(jī)漿液循環(huán)泵出口管道上,用于測量中間石灰石漿液密度,運行人員通過控制漿液密度(1380-1400kg/m3),來保證進(jìn)入石灰石旋流站的濃度(大約45-48wt%),并最終得到合格的石灰石漿液(20-30wt%)。
另外一個密度計設(shè)置在石灰石漿液泵的出口管道上,用于測量加入吸收塔的石灰石漿液密度,準(zhǔn)確計算加入吸收塔內(nèi)的石灰石量,確保吸收塔pH值的自動調(diào)節(jié)。
而在干式球磨機(jī)制漿系統(tǒng)中,研磨好的石灰石粉與工藝水進(jìn)行配比,攪拌混合成石灰石漿液,故僅設(shè)置石灰石漿液泵出口密度計,來監(jiān)測石灰石漿液密度,參與pH值自動調(diào)節(jié)。
②吸收塔石膏漿液密度
在石灰石/石膏濕法脫硫系統(tǒng)中,加入吸收塔內(nèi)的石灰石,與煙氣中的二氧化硫進(jìn)行反應(yīng),并經(jīng)過強(qiáng)制氧化工藝后, 最終在吸收塔內(nèi)形成CaS04,逐步結(jié)晶析出,變?yōu)镃aSO4.2H20石膏晶體。通過對吸收塔底部石膏漿液密度的測量,來監(jiān)視運行中吸收塔石膏漿液的濃度,控制石膏漿液的飽和度。
另外,由于吸收塔漿池完全封閉的局限性,吸收塔液位測量都采用壓力變送器,直接測量液位靜壓來反映吸收塔液位。密度不同,則吸收塔液位就不同。吸收塔液位必須進(jìn)行石膏漿液密度修正后,才能正確反映吸收塔液位。
通常吸收塔石膏漿液密度計設(shè)置在石膏排出泵的出口管道上,不同脫硫公司對石膏漿液濃度要求不同,一般要求控制在20-25wt%內(nèi),對應(yīng)密度范圍為1125-l150kg/m3。
2、濕法脫硫系統(tǒng)密度控制的重要性
①石灰石漿液密度控制的重要性
石灰石漿液濃度一般控制在25wt%,對應(yīng)密度1180kg/m3。如果石灰石漿液濃度過低,會造成單位時間內(nèi),加入吸收塔內(nèi)有效石灰石量少,必須通過加大供漿量來滿足系統(tǒng)要求,這樣必然造成加入吸收塔內(nèi)的水量過大,干擾吸收塔液位控制,特別是在低負(fù)荷時,對吸收塔液位影響更為明顯。反之,如果石灰石漿液濃度過大,會加劇石灰石漿液泵和管道的磨損,縮短設(shè)備使用壽命。
②吸收塔石膏漿液密度控制的重要性
運行中均通過測量吸收塔密度,來監(jiān)視吸收塔內(nèi)石膏漿液濃度。當(dāng)吸收塔密度為1150kg/m3時,對應(yīng)漿液濃度為25wt%。一旦吸收塔石膏漿液濃度過大,長期運行超過25wt%,會造成嚴(yán)重的后果。
a、吸收塔漿液濃度高易造成吸收塔內(nèi)結(jié)垢
吸收塔漿液濃度按照設(shè)計要求,一般控制在20-25wt%之間。當(dāng)吸收塔石膏濃度大于25wt%,則吸收塔內(nèi)的CaSO4.2H20過飽和度大于1,石膏開始沉淀,當(dāng)過飽和度大于等于1.4時,漿液中的CaSO4會在吸收塔塔內(nèi)各部件上,特別是循環(huán)泵濾網(wǎng)、氧化風(fēng)支管以及吸收塔塔壁上結(jié)晶后大量析出,逐步形成石膏垢,嚴(yán)重堵塞循環(huán)泵濾網(wǎng)、氧化風(fēng)支管等,嚴(yán)重影響循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)的安全運行。很多投運項目上,都出現(xiàn)循環(huán)泵濾網(wǎng)堵塞,直接導(dǎo)致循環(huán)泵吸入量不足,并最終導(dǎo)致循環(huán)泵機(jī)封損害。部分項目上,還曾出現(xiàn)過由于濾網(wǎng)堵塞,循環(huán)泵吸入力過大,使濾網(wǎng)破碎,破碎后的濾網(wǎng)經(jīng)過循環(huán)泵,堵塞吸收塔噴嘴,一方面造成脫硫效率下降,另外更造成吸收塔內(nèi)除霧器溫度高變形坍塌。
b、吸收塔濃度高,會造成設(shè)備磨損加劇
當(dāng)漿液濃度高時,會嚴(yán)重加劇循環(huán)泵葉輪、攪拌器葉片、石膏排出泵葉輪以及管道的磨蝕。造成設(shè)備壽命縮短。從目前已投運眾多項目上看,漿液泵葉輪很多在半年多時間內(nèi),出現(xiàn)葉輪嚴(yán)重磨蝕,這其中漿液濃度高是主要原因。
c、吸收塔濃度高,易造成除霧器、GGH堵塞
煙氣經(jīng)過噴淋后,攜帶大量石膏漿液進(jìn)入除霧器和GGH。當(dāng)漿液濃度高時,會造成飽和煙氣中石膏濃度大,經(jīng)過除霧器和GGH時,大量石膏漿液從煙氣中分離,沉淀在除霧器和GGH表面,很容易造成除霧器和GGH堵塞。造成系統(tǒng)差壓增大,脫硫電耗提高,情況嚴(yán)重時會造成脫硫系統(tǒng)停運,無法繼續(xù)運行。雖然目前GGH堵塞是個難題,徹底解決堵塞還沒有很好的辦法,但適當(dāng)降低吸收塔漿液濃度,卻有助于降低GGH堵塞的風(fēng)險。
d、吸收塔濃度高,會造成石膏系統(tǒng)異常
由于石膏漿液濃度超標(biāo),直接導(dǎo)致石膏旋流器偏離設(shè)計工況運行,一方面石膏品質(zhì)下降,另一方面會造成廢水中石膏濃度超標(biāo)。廢水中的石膏經(jīng)過絮凝沉淀,淤積在廢水處理系統(tǒng)中,直接造成廢水排放濃度超標(biāo),嚴(yán)重情況可造成廢水處理系統(tǒng)的癱瘓。
③脫硫密度計綜合要求
綜合以上情況可以看出,脫硫系統(tǒng)的漿液濃度控制是一個非常關(guān)鍵的運行參數(shù),運行中對于密度計要求有:安全穩(wěn)定;精度高;便于維護(hù);易更換。
3、脫硫系統(tǒng)密度測量常用在線密度計分類

①核子密度計
a、核子密度計測量原理
核子密度計利用能量衰減法對密度進(jìn)行測量。核子密度計放射源通常為同位素銫(Csl37)或鈷(Co60),把放射源置入一個鉛罐內(nèi),安裝在被測管道的一側(cè),核子密度計的探測器安裝在被測管道的對稱另一側(cè)。由放射源產(chǎn)生的伽瑪射線穿過管道中的被測介質(zhì),其中一部分射線被介質(zhì)散射和吸收,剩余部分射線被安裝在管道另一邊的探測器所接收,介質(zhì)吸收了多少射線,與被測介質(zhì)的密度星指數(shù)吸收規(guī)律,通過檢測射線能量的變化的強(qiáng)弱,便可得出介質(zhì)的密度。實際應(yīng)用中,核子密度計將檢測到的射線能量變化電量轉(zhuǎn)化為4-20mA電流信號,輸出到儀表,作為密度顯示。核子密度計能夠提供高精度的密度測量,并能快速反應(yīng)被測密度的變化。實際測量精度可達(dá)到0.1kg/m3。國內(nèi)大部分核子密度計用于濕式球磨機(jī)制漿系統(tǒng),測量磨機(jī)循環(huán)泵中間漿液密度。如河北國華定州電廠即采用美國Thermo公司3680核子密度計,測量磨機(jī)漿液密度。
b、核子密度計優(yōu)缺點
優(yōu)點:測量精度高,響應(yīng)速度快,非接觸式測量;非常適用于工礦企業(yè)在線介質(zhì)密度測量要求,尤其是當(dāng)被測物粗糙堅硬。有腐蝕性、磨蝕性或高溫、高壓的惡劣條件。由于是非接觸測量,故使用壽命長。
缺點:由于核子密度計采用同位素放射源,使用單位需要得到政府主管部門的使用許可。辦理《輻射安全許可證》,同時對維護(hù)人員要求非常高,必須經(jīng)過相關(guān)培訓(xùn)和考試;另外當(dāng)管道出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和堵塞,將會發(fā)出錯誤信號。目前,鑒于核子密度計的后期維護(hù)手續(xù)非常麻煩,部分電廠已考慮拆除核子密度計,改為其他密度計進(jìn)行測量。

②科氏力質(zhì)量流量計
a、工作原理
每一臺科氏力質(zhì)量流量計內(nèi)都有一根或多根測量管,形成一個振動系統(tǒng),人為產(chǎn)生振動。流體在測量管內(nèi)流動時,流體慣性產(chǎn)生作用在測量管壁上的力。兩個相位傳感器檢測測量管振動在時間和空間上的變化,即“相位差”。差值直接用作質(zhì)量流量測量值。此外,基于測量管的振動頻率還可以測得流體密度。測量管壁外的溫度傳感器可以測量測量管溫度,用于溫度補(bǔ)償。測得的過程溫度可以用作輸出信號。國內(nèi)常見的有E+H公司的Promass80/83M。
b、優(yōu)缺點
優(yōu)點有:
◆液體和氣體的通用測量原理
◆多變量測量:同時測量質(zhì)量流量、密度、溫度和粘度
◆高測量精度:典型值為±0.1%FS;可選:±0.05%FS
◆測量原理完全不受流體物理屬性和流場的影響
◆無前/后直管段長度要求科氏力質(zhì)量流量計安裝和維護(hù)非常方便;
缺點有:由于直接與測量漿液接觸,流量計易磨損、易腐蝕,實際應(yīng)用中必須采用合金材料,價格相對較貴,特別是管道口徑越大,價格更昂貴;長期運行后測量會有偏差,需定期校準(zhǔn);另外由于流量計內(nèi)部有振動管,使用中易堵塞。

③差壓式密度計
a、在線密度計原理
差壓式在線密度計為間接測量密度,實際就是差壓變送器。在罐體底部位置附近,選擇上下兩處固定高度,分別開孔,然后上下分別安裝雙法蘭隔膜式在線密度計,通過計算固定高度液柱靜壓,利用公式:△AP=ρ×g×h,在高度已知情況下,計算得出密度。
b、優(yōu)缺點
優(yōu)點有:價格便宜;耐磨耐腐蝕;儀表安裝維護(hù)非常方便
缺點有:
◆測量精度不高,偏差較大。吸收塔內(nèi)漿液循環(huán)泵和吸收塔攪拌器的運行,肯定會對吸收塔液位產(chǎn)生波動,對液位測量準(zhǔn)確有一定的影響;另外氧化風(fēng)強(qiáng)制鼓入吸收塔。也會對吸收塔液位造成一定的波動。要達(dá)到較高的測量精度,需要盡可能提高差壓高度,同時差壓必須保持穩(wěn)定,而在脫硫系統(tǒng)中很難做到。
◆易堵塞。由于在吸收塔塔壁上開孔,長期運行,取樣孔很容易結(jié)垢,造成測量偏大。所以壓力變送器上必須加裝沖洗水,并定期進(jìn)行沖洗。
c、二次誤差問題。由于是間接測量密度,即根據(jù)差壓計算密度,易造成二次誤差問題。
④綜合評價
對比以上的不同類型密度計,并結(jié)合脫硫系統(tǒng)的實際情況,脫硫密度計采用科氏力質(zhì)量流量計較為可行。一方面精度能夠完全滿足現(xiàn)場要求,另外日常維護(hù)非常方便,更換也非常方便。針對質(zhì)量流量計實際使用中出現(xiàn)了一些問題,別是磨損問題,應(yīng)用中通過優(yōu)化設(shè)計,嚴(yán)格控制流速,提高管道材質(zhì),可以大大延長質(zhì)量流量計的使用壽命,更好的滿足現(xiàn)場運行。
4、脫硫系統(tǒng)在線密度計現(xiàn)場常見問題及對策
①常見問題
a、密度計顯示最小值
當(dāng)密度計內(nèi)部振動管磨損,會導(dǎo)致密度計無顯示或顯示最小值。密度計磨損的主要原因是由于漿液流速超標(biāo),因為速度對管道磨損的影響程度最大,磨損量與速度的3次方成正比,當(dāng)管道內(nèi)為漿液時,磨損量更為嚴(yán)重。另外,如果漿液濃度過高,也會加劇內(nèi)部管的磨損。如果密度計安裝在泵出口主管道上,肯定會造成流速太大。管道內(nèi)漿液流量超標(biāo),很短時間就會造成流量計內(nèi)部的振動頻率管嚴(yán)重磨損,即使管道采用鈦合金材質(zhì)也一樣。
b、密度計顯示最大值不變
當(dāng)密度計顯示最大值不變時,大部分情況下是密度計堵塞。如果密度計口徑過小,會造成密度計經(jīng)常堵塞。特別是磨機(jī)漿液循環(huán)泵出口管道,石灰石漿液濃度達(dá)到45wt%,加上漿液顆粒較大,如果流量計口徑過小,很容易造成密度計堵塞。使密度計失效。很多項目上,石灰石密度計安裝在旁路管上,由于旁路管和主管的口徑偏差過大,漿液首先大部分通過主管流通。少量通過旁路管流過密度計,主管路上的漿液流經(jīng)旁路管出口時,對旁路管上的漿液產(chǎn)生阻礙作用,造成旁路管上漿液流速下降,很短時間就會造成旁路管堵塞。
c、密度計測量偏差過大。長期運行后,部分石膏、石灰石會粘附在測量管內(nèi),造成局部結(jié)垢現(xiàn)象,肯定會造成測量偏差過大。
②脫硫系統(tǒng)在線密度計解決措施
針對以上常見的在線密度計問題,數(shù)顯儀表根據(jù)實際工程應(yīng)用經(jīng)驗,提出以下解決措施:
a、嚴(yán)格控制漿液流速,通常科氏力質(zhì)量流量計規(guī)定流速范圍為1-1.5m/s,過高則很容易磨損測量管,過低則容易引起結(jié)垢、堵塞,影響測量。(例如對于DN50管道,密度計通過流量應(yīng)控制在7-10m3/h)
b、在線密度計應(yīng)盡可能安裝在支管上或漿液回流管路上,同時嚴(yán)格控制支管的流量。另外密度計必須前后分別安裝閥門,并設(shè)計密度計沖洗水回路。正常運行時,通過前后閥門來控制通過流量。如石膏漿液密度計可安裝在石膏排出泵去PH計的支管上;磨機(jī)漿液密度計可安裝在泵的回流管路上。
c、運行過程中,密度計應(yīng)通過工藝水進(jìn)行定期沖洗。 一般要求3天沖洗一次在線密度計。
d、在線密度計口徑大小,其價格差異較大,設(shè)計時必須合 理選擇密度計口徑大小以及材質(zhì)。針對磨機(jī)漿液泵出口密度計。口徑建議為DN80為好,減小在線密度計堵塞可能。對于石灰石漿液密度和石膏漿液密度計,建議口徑為DN50以上,通過支管上閥門控制流速。
e、在線密度計最好垂直安裝,使流體從下向上流動,也可水平安裝。正常運行期間,應(yīng)定期進(jìn)行手工取樣分析漿液,并與在線密度計進(jìn)行比對。根據(jù)比對結(jié)果,當(dāng)偏差過大(20kg/m3),應(yīng)及時對在線密度計進(jìn)行沖洗與標(biāo)定。