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。
