隨著環(huán)保格要求提高，國(guó)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(yùn)行后，在實(shí)際運(yùn)行過程中，暴露出很多問題。本文專門針對(duì)脫硫系統(tǒng)密度測(cè)量存在問題，從在線密度計(jì)選型到實(shí)際應(yīng)用，分別進(jìn)行分析，并提出相關(guān)運(yùn)行建議。
1、濕法脫硫系統(tǒng)密度計(jì)監(jiān)測(cè)要求
石灰石、石膏濕法脫硫系統(tǒng)中，各種漿液濃度的測(cè)量和控制是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。運(yùn)行過程中通過對(duì)漿液密度的測(cè)量，來反映實(shí)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(cè)量?jī)煞N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(gè)密度計(jì)，一個(gè)設(shè)置在磨機(jī)漿液循環(huán)泵出口管道上，用于測(cè)量中間石灰石漿液密度，運(yùn)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(gè)密度計(jì)設(shè)置在石灰石漿液泵的出口管道上，用于測(cè)量加入吸收塔的石灰石漿液密度，準(zhǔn)確計(jì)算加入吸收塔內(nèi)的石灰石量，確保吸收塔pH值的自動(dòng)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(jì)，來監(jiān)測(cè)石灰石漿液密度，參與pH值自動(dòng)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(duì)吸收塔底部石膏漿液密度的測(cè)量，來監(jiān)視運(yùn)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(cè)量都采用壓力變送器，直接測(cè)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(jì)設(shè)置在石膏排出泵的出口管道上，不同脫硫公司對(duì)石膏漿液濃度要求不同，一般要求控制在20-25wt%內(nèi)，對(duì)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(duì)應(yīng)密度1180kg/m3。如果石灰石漿液濃度過低，會(huì)造成單位時(shí)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(shí)，對(duì)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(huì)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(yùn)行中均通過測(cè)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(shí)，對(duì)應(yīng)漿液濃度為25wt%。一旦吸收塔石膏漿液濃度過大，長(zhǎng)期運(yùn)行超過25wt%，會(huì)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(jì)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(shí)，漿液中的CaSO4會(huì)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(yùn)行。很多投運(yùn)項(xiàng)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(xiàng)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(huì)造成設(shè)備磨損加劇
當(dāng)漿液濃度高時(shí)，會(huì)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(yùn)眾多項(xiàng)目上看，漿液泵葉輪很多在半年多時(shí)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(shí)，會(huì)造成飽和煙氣中石膏濃度大，經(jīng)過除霧器和GGH時(shí)，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(shí)會(huì)造成脫硫系統(tǒng)停運(yùn)，無法繼續(xù)運(yùn)行。雖然目前GGH堵塞是個(gè)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(xiǎn)。
d、吸收塔濃度高，會(huì)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(jì)工況運(yùn)行，一方面石膏品質(zhì)下降，另一方面會(huì)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(jì)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(gè)非常關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)行中對(duì)于密度計(jì)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(cè)量常用在線密度計(jì)分類
①核子密度計(jì)
a、核子密度計(jì)測(cè)量原理
核子密度計(jì)利用能量衰減法對(duì)密度進(jìn)行測(cè)量。核子密度計(jì)放射源通常為同位素銫(Csl37)或鈷(Co60)，把放射源置入一個(gè)鉛罐內(nèi)，安裝在被測(cè)管道的一側(cè)，核子密度計(jì)的探測(cè)器安裝在被測(cè)管道的對(duì)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(cè)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(cè)器所接收，介質(zhì)吸收了多少射線，與被測(cè)介質(zhì)的密度星指數(shù)吸收規(guī)律，通過檢測(cè)射線能量的變化的強(qiáng)弱，便可得出介質(zhì)的密度。實(shí)際應(yīng)用中，核子密度計(jì)將檢測(cè)到的射線能量變化電量轉(zhuǎn)化為4-20mA電流信號(hào)，輸出到儀表，作為密度顯示。核子密度計(jì)能夠提供高精度的密度測(cè)量，并能快速反應(yīng)被測(cè)密度的變化。實(shí)際測(cè)量精度可達(dá)到0.1kg/m3。國(guó)內(nèi)大部分核子密度計(jì)用于濕式球磨機(jī)制漿系統(tǒng)，測(cè)量磨機(jī)循環(huán)泵中間漿液密度。如河北國(guó)華定州電廠即采用美國(guó)Thermo公司3680核子密度計(jì)，測(cè)量磨機(jī)漿液密度。
b、核子密度計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快，非接觸式測(cè)量；非常適用于工礦企業(yè)在線介質(zhì)密度測(cè)量要求，尤其是當(dāng)被測(cè)物粗糙堅(jiān)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(cè)量，故使用壽命長(zhǎng)。
缺點(diǎn)：由于核子密度計(jì)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(shí)對(duì)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(huì)發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)。目前，鑒于核子密度計(jì)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(jì)，改為其他密度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
②科氏力質(zhì)量流量計(jì)
a、工作原理
每一臺(tái)科氏力質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)都有一根或多根測(cè)量管，形成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，人為產(chǎn)生振動(dòng)。流體在測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，流體慣性產(chǎn)生作用在測(cè)量管壁上的力。兩個(gè)相位傳感器檢測(cè)測(cè)量管振動(dòng)在時(shí)間和空間上的變化，即“相位差”。差值直接用作質(zhì)量流量測(cè)量值。此外，基于測(cè)量管的振動(dòng)頻率還可以測(cè)得流體密度。測(cè)量管壁外的溫度傳感器可以測(cè)量測(cè)量管溫度，用于溫度補(bǔ)償。測(cè)得的過程溫度可以用作輸出信號(hào)。國(guó)內(nèi)常見的有E+H公司的Promass80/83M。
b、優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)有：
◆液體和氣體的通用測(cè)量原理
◆多變量測(cè)量：同時(shí)測(cè)量質(zhì)量流量、密度、溫度和粘度
◆高測(cè)量精度：典型值為±0.1%FS；可選：±0.05%FS
◆測(cè)量原理完全不受流體物理屬性和流場(chǎng)的影響
◆無前/后直管段長(zhǎng)度要求科氏力質(zhì)量流量計(jì)安裝和維護(hù)非常方便；
缺點(diǎn)有：由于直接與測(cè)量漿液接觸，流量計(jì)易磨損、易腐蝕，實(shí)際應(yīng)用中必須采用合金材料，價(jià)格相對(duì)較貴，特別是管道口徑越大，價(jià)格更昂貴；長(zhǎng)期運(yùn)行后測(cè)量會(huì)有偏差，需定期校準(zhǔn)；另外由于流量計(jì)內(nèi)部有振動(dòng)管，使用中易堵塞。
③差壓式密度計(jì)
a、在線密度計(jì)原理
差壓式在線密度計(jì)為間接測(cè)量密度，實(shí)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(jì)，通過計(jì)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(jì)算得出密度。
b、優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)有：價(jià)格便宜；耐磨耐腐蝕；儀表安裝維護(hù)非常方便
缺點(diǎn)有：
◆測(cè)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(yùn)行，肯定會(huì)對(duì)吸收塔液位產(chǎn)生波動(dòng)，對(duì)液位測(cè)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(huì)對(duì)吸收塔液位造成一定的波動(dòng)。要達(dá)到較高的測(cè)量精度，需要盡可能提高差壓高度，同時(shí)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(zhǎng)期運(yùn)行，取樣孔很容易結(jié)垢，造成測(cè)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(cè)量密度，即根據(jù)差壓計(jì)算密度，易造成二次誤差問題。
④綜合評(píng)價(jià)
對(duì)比以上的不同類型密度計(jì)，并結(jié)合脫硫系統(tǒng)的實(shí)際情況，脫硫密度計(jì)采用科氏力質(zhì)量流量計(jì)較為可行。一方面精度能夠完全滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，另外日常維護(hù)非常方便，更換也非常方便。針對(duì)質(zhì)量流量計(jì)實(shí)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(jì)，嚴(yán)格控制流速，提高管道材質(zhì)，可以大大延長(zhǎng)質(zhì)量流量計(jì)的使用壽命，更好的滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。
4、脫硫系統(tǒng)在線密度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)常見問題及對(duì)策
①常見問題
a、密度計(jì)顯示最小值
當(dāng)密度計(jì)內(nèi)部振動(dòng)管磨損，會(huì)導(dǎo)致密度計(jì)無顯示或顯示最小值。密度計(jì)磨損的主要原因是由于漿液流速超標(biāo)，因?yàn)樗俣葘?duì)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(shí)，磨損量更為嚴(yán)重。另外，如果漿液濃度過高，也會(huì)加劇內(nèi)部管的磨損。如果密度計(jì)安裝在泵出口主管道上，肯定會(huì)造成流速太大。管道內(nèi)漿液流量超標(biāo)，很短時(shí)間就會(huì)造成流量計(jì)內(nèi)部的振動(dòng)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(jì)顯示最大值不變
當(dāng)密度計(jì)顯示最大值不變時(shí)，大部分情況下是密度計(jì)堵塞。如果密度計(jì)口徑過小，會(huì)造成密度計(jì)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(jì)口徑過小，很容易造成密度計(jì)堵塞。使密度計(jì)失效。很多項(xiàng)目上，石灰石密度計(jì)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(jì)，主管路上的漿液流經(jīng)旁路管出口時(shí)，對(duì)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(shí)間就會(huì)造成旁路管堵塞。
c、密度計(jì)測(cè)量偏差過大。長(zhǎng)期運(yùn)行后，部分石膏、石灰石會(huì)粘附在測(cè)量管內(nèi)，造成局部結(jié)垢現(xiàn)象，肯定會(huì)造成測(cè)量偏差過大。
②脫硫系統(tǒng)在線密度計(jì)解決措施
針對(duì)以上常見的在線密度計(jì)問題，數(shù)顯儀表根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，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(jì)規(guī)定流速范圍為1-1.5m/s，過高則很容易磨損測(cè)量管，過低則容易引起結(jié)垢、堵塞，影響測(cè)量。(例如對(duì)于DN50管道，密度計(jì)通過流量應(yīng)控制在7-10m3/h)
b、在線密度計(jì)應(yīng)盡可能安裝在支管上或漿液回流管路上，同時(shí)嚴(yán)格控制支管的流量。另外密度計(jì)必須前后分別安裝閥門，并設(shè)計(jì)密度計(jì)沖洗水回路。正常運(yùn)行時(shí)，通過前后閥門來控制通過流量。如石膏漿液密度計(jì)可安裝在石膏排出泵去PH計(jì)的支管上；磨機(jī)漿液密度計(jì)可安裝在泵的回流管路上。
c、運(yùn)行過程中，密度計(jì)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(jì)。
d、在線密度計(jì)口徑大小，其價(jià)格差異較大，設(shè)計(jì)時(shí)必須合 理選擇密度計(jì)口徑大小以及材質(zhì)。針對(duì)磨機(jī)漿液泵出口密度計(jì)?？趶浇ㄗh為DN80為好，減小在線密度計(jì)堵塞可能。對(duì)于石灰石漿液密度和石膏漿液密度計(jì)，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(jì)最好垂直安裝，使流體從下向上流動(dòng)，也可水平安裝。正常運(yùn)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(jì)進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)比對(duì)結(jié)果，當(dāng)偏差過大(20kg/m3)，應(yīng)及時(shí)對(duì)在線密度計(jì)進(jìn)行沖洗與標(biāo)定。
