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脱硫系统密度计选型及常见问题处理

要:本文针对脱硫系统常用密度计的类型,进行原理分析和对比,提出密度计选型建议。并针对目前脱硫系统常见密度计在使用中 暴露出的问题。根据实际工程经验,提供相关解决办法。

随着国家对环保的严格要求,国内火电厂均配套安装脱 硫装置,特别是近几年大量脱硫设施投入运行后,在实际运 行过程中,暴露出很多问题。本文专门针对脱硫系统中的密 度计存在问题,从设备选型到实际应用,分别进行分析,并提 出相关运行建议。

 

 1湿法脱硫系统密度计监测要求 

石灰石,石膏湿法脱硫系统中,各种浆液浓度的测量和 控制是一个非常重要的环节。运行过程中通过对浆液密度的 测量.来反映实际浆液的浓度,从而达到控制的目的。通常湿 法脱硫系统中,通常需要测量两种浆液密度:

 

1.1石灰石浆液密度 

在湿式球磨机制浆系统中,通常设置两个密度计,一个 设置在磨机浆液循环泵出口管道上,用于测量中间石灰石浆 液密度,运行人员通过控制浆液密度(13801400kg/m,),来 保证进入石灰石旋流站的浓度(大约45--48wt%),并得 到合格的石灰石浆液(20-30wt%)。

另外一个密度计设置在石灰石浆液泵的出口管道上,用 于测量加入吸收塔的石灰石浆液密度,准确计算加入吸收塔 内的石灰石量,确保吸收塔pH值的自动调节。

而在干式球磨机制浆系统中,研磨好的石灰石粉与工艺 水进行配比,搅拌混合成石灰石浆液,故仅设置石灰石浆液 泵出口密度计,来监测石灰石浆液密度,参与pH值自动调

 

1.2吸收塔石膏浆液密度

在石灰石/石膏湿法脱硫系统中,加入吸收塔内的石灰 石,与烟气中的二氧化硫进行反应,并经过强制氧化工艺后, 在吸收塔内形成CaS04,逐步结晶析出,变为CaSO. 2H20石膏晶体。通过对吸收塔底部石膏浆液密度的测量,来 监视运行中吸收塔石膏浆液的浓度,控制石膏浆液的饱和度。

 另外,由于吸收塔浆池完全封闭的局限性,吸收塔液位测量都采用压力变送器,直接测量液位静压来反映吸收塔液 位。密度不同,则吸收塔液位就不同。吸收塔液位必须进行石 膏浆液密度修正后,才能正确反映吸收塔液位。

通常吸收塔石膏浆液密度计设置在石膏排出泵的出口 管道上,不同脱硫公司对石膏浆液浓度要求不同,一般要求 控制在20.-25wt%内,对应密度范围为1 125一l 150kg/m3。

 

2湿法脱硫系统密度控制的重要性

2.1石灰石浆液密度控制的重要性

石灰石浆液浓度一般控制在25wt%,对应密度 11801qg/m,。如果石灰石浆液浓度过低,会造成单位时间内,加 入吸收塔内有效石灰石量少,必须通过加大供浆量来满足系 统要求,这样必然造成加入吸收塔内的水量过大,干扰吸收 塔液位控制,特别是在低负荷时,对吸收塔液位影响更为明 显。反之,如果石灰石浆液浓度过大,会加剧石灰石浆液泵和 管道的磨损,缩短设备使用寿命。

 

3.2吸收塔石膏浆液密度控制的重要性 

运行中均通过测量吸收塔密度,来监视吸收塔内石膏浆 2008年全国电力行业脱硫脱硝技术协作网年会暨技术研讨会论文集 液浓度。当吸收塔密度为1150kg/m3时,对应浆液浓度为 25wt%。一旦吸收塔石膏浆液浓度过大,长期运行超过 25wt%,会造成严重的后果。

 

(1)吸收塔浆液浓度高易造成吸收塔内结垢 

吸收塔浆液浓度按照设计要求,一般控制在20-25wt% 之间。当吸收塔石膏浓度大于25wt%,则吸收塔内的CaSO。 2H20过饱和度大于1,石膏开始沉淀,当过饱和度大于等于 1.4时,浆液中的CaSO会在吸收塔塔内各部件上,特别是循 环泵滤网、氧化风支管以及吸收塔塔壁上结晶后大量析出, 逐步形成石膏垢,严重堵塞循环泵滤网、氧化风支管等,严重 影响循环泵、氧化风机的安全运行。 很多投运项目上,都出现循环泵滤网堵塞,直接导致循 环泵吸入量不足,并导致循环泵机封损害。部分项目上, 还曾出现过由于滤网堵塞,循环泵吸入力过大,使滤网破碎, 破碎后的滤网经过循环泵,堵塞吸收塔喷嘴,一方面造成脱 硫效率下降,另外更造成吸收塔内除雾器温度高变形坍塌。

 

(2)吸收塔浓度高,会造成设备磨损加剧 

当浆液浓度高时,会严重加剧循环泵叶轮、搅拌器叶片、 石膏排出泵叶轮以及管道的磨蚀。造成设备寿命缩短。 从目前已投运众多项目上看,浆液泵叶轮很多在半年多 时间内,出现叶轮严重磨蚀,这其中浆液浓度高是主要原因。

 

(3)吸收塔浓度高,易造成除雾器、GGH堵塞。 

烟气经过喷淋后,携带大量石膏浆液进入除雾器和 GGH。当浆液浓度高时,会造成饱和烟气中石膏浓度大,经过 除雾器和GGH时,大量石膏浆液从烟气中分离,沉淀在除雾 器和GGH表面,很容易造成除雾器和GGH堵塞。造成系统 差压增大,脱硫电耗提高,情况严重时会造成脱硫系统停运, 无法继续运行。 虽然目前GGH堵塞是个难题,彻底解决堵塞还没有很 好的办法,但适当降低吸收塔浆液浓度,却有助于降低GGH 堵塞的风险。

 

(4)吸收塔浓度高,会造成石膏系统异常。 

由于石膏浆液浓度超标,直接导致石膏旋流器偏离设计 工况运行,一方面石膏品质下降,另一方面会造成废水中石 膏浓度超标。废水中的石膏经过絮凝沉淀,淤积在废水处理 系统中,直接造成废水排放浓度超标,严重情况可造成废水 处理系统的瘫痪。

 

2.脱硫密度计综合要求

综合以上情况可以看出,脱硫系统的浆液浓度控制是一 个非常关键的运行参数,运行中对于密度计要求有:安全 稳定;精度高;便于维护;易更换。

 

3常用密度计分类

3.1核子密度计

3. 1.1核子密度计测量原理 

核子密度计利用能量衰减法对密度进行测量。核子密度 计放射源通常为同位素铯(Csl37)或钴(C060),把放射源 置入一个铅罐内,安装在被测管道的一侧,核子密度计的探 测器安装在被测管道的对称另一侧。由放射源产生的伽玛射 线穿过管道中的被测介质,其中一部分射线被介质散射和吸收,剩余部分射线被安装在管道另一边的探测器所接收,介 质吸收了多少射线,与被测介质的密度星指数吸收规律,通 过检测射线能量的变化的强弱,便可得出介质的密度。实际 应用中,核子密度计将检测到的射线能量变化电量转化为 4-20mA电流信号,输出到计算机,作为密度显示。 核子密度计能够提供高精度的密度测量,并能快速反应 被测密度的变化。实际测量精度可达到0.1kg/m,。 国内大部分核子密度计用于湿式球磨机制浆系统.测量 磨机循环泵中间浆液密度。如河北国华定州电厂即采用美国 Thermo/A司3680核子密度计.测量磨机浆液密度。

 

4.1.2核子密度计优缺点 

 

优点:测量精度高,响应速度快,非接触式测量;非常适 用于工矿企业在线介质密度测量要求,尤其是当被测物粗糙 坚硬。有腐蚀性、磨蚀性或高温、高压的恶劣条件。由于是非 接触测量,故使用寿命长。

 

缺点:由于核子密度计采用同位素放射源,使用单位需 要得到政府主管部门的使用许可。办理《辐射安全许可证》, 同时对维护人员要求非常高,必须经过相关培训和考试;另 外当管道出现结构和堵塞,将会发出错误信号。 目前,鉴于核子密度计的后期维护手续非常麻烦,部分 电厂已考虑拆除核子密度计,改为其他密度计进行测量。

 

3.2科氏力质量流量计

4. 2.1工作原理 

科氏力质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡 的调制作用即科里奥利力现象为原理,以质量流量测量为目 的的质量流量计。具体原理如下:

 

  2008年全国电力行业脱硫脱硝技术协作网年会暨技术研讨会论文集 如图1所示,当质量为6m的流体质点,以速度v沿管道AB运动,同时,管道AB又以A点为圆心以角速度Q转 动,当该质点做上述复合运动时,在任意一点M处。质点具有 两个加速度分量:向心加速度ar,方向指向A点;科氏加速度 aI【,方向向上,量值为21”IV。为使流体质点具有科氏加速度, 需要在al【方向施加一个大小等于2flY8m的力,这个力来 自管道,而流体质点反作用于管道上的力就是科氏力,方向 如图1所示。

 


Fc=2lnIV8m 

若流体密度为P,以速度V沿管道AB流动,设管道横截面积为s,则任一段长度为AX管道上的科氏力AFe为:

Fc=一mak 由于上述管道中的流体,其Q与V的夹角为90”,质量流量qm=PSV,有: tim=Fd21”lAX 从

式(4)中可以看出,直接或间接测量在旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。 实际应用中,通过测量系统旋转产生科氏力是不切合实 际的,因而均采用使测量管振动的方式替代旋转运动,以此 同样实现科氏力对测量管的作用,并使得测量管在科氏力的 作用下产生位移。由于测量管的两端是固定的,而作用在测 量管上各点的力是不同的,所引起的位移也各不相同,因此 在测量管上形成一个附加的扭曲。测量这个扭曲的过程在不 同点上的相位差,就可得到流过测量管的流体的质量流量。 国内常见的有E+H公司的erotnssfl 80/83M。 当测得流体的质量流量后,在流体速度一定的情况下, 即体积流量已知的情况下,即可得到流体的密度。

 

..2优缺点

优点有:科氏力质量流量计安装和维护非常方便;测量 精度较高,可达到-’r 3kg/m3;可测量流量,也可测量密度,适应 性较强。

缺点有:由于直接与测量浆液接触,流量计易磨损、易腐 蚀,实际应用中必须采用合金材料,价格相对较贵,特别是管 道El径越大,价格更昂贵;长期运行后测量会有偏差,需定期 校准;另外由于流量计内部有振动管,使用中易堵塞。

 

3.3差压式密度计

 

4.3.1差压式密度计原理 

差压式密度计为间接测量密度,实际就是差压变送器。 在罐体底部位置附近,选择上下两处固定高度,分别开孔,然 后上下分别安装双法兰隔膜式压力变送器(变送器也可用来 测量液位),通过计算固定高度液柱静压,利用公式: AP=P gh,在高度已知情况下,计算得出密度。实际工程中也 可安装独立的差压变送器,单独用来测量密度。

 

3.3.2优缺点 

优点有:价格便宜;耐磨耐腐蚀;仪表安装维护非常方

 

缺点有:

(1)测量精度不高,偏差较大。吸收塔内浆液循环泵和 吸收塔搅拌器的运行,肯定会对吸收塔液位产生波动,对液 位测量准确有一定的影响;另外氧化风强制鼓入吸收塔。也 会对吸收塔液位造成一定的波动。要达到较高的测量精度, 需要尽可能提高差压高度,同时差压必须保持稳定,而在脱 硫系统中很难做到。

(2)易堵塞。由于在吸收塔塔壁上开孔,长期运行,取样 孔很容易结垢,造成测量偏大。所以压力变送器上必须加装 冲洗水,并定期进行冲洗。

(3)二次误差问题。由于是间接测量密度,即根据差压 计算密度,易造成二次误差问题。

 

4.4综合评价

对比以上的不同类型密度计,并结合脱硫系统的实际情 况,脱硫密度计采用科氏力质量流量计较为可行。一方面精 度能够完全满足现场要求,另外日常维护非常方便,更换也 非常方便。针对质量流量计实际使用中出现了~些问题,特 2008年全国电力行业脱硫脱硝技术协作网年会暨技术研讨会论文集 别是磨损问题,应用中通过优化设计,严格控制流速,提高管 道材质,可以大大延长质量流量计的使用寿命,更好的满足 现场运行。

 

4现场常见问题及对策

4.1常见问题

(1)密度计显示最小值 当密度计内部振动管磨损,会导致密度计无显示或显示 最小值。密度计磨损的主要原因是由于浆液流速超标,因为 速度对管道磨损的影响程度比较大,磨损量与速度的3次方成 正比,当管道内为浆液时,磨损量更为严重。另外,如果浆液 浓度过高,也会加剧内部管的磨损。 如果密度计安装在泵出口主管道上,肯定会造成流速太 大。管道内浆液流量超标,很短时间就会造成流量计内部的振动频率管严重磨损,即使管道采用钛合金材质也一样。

(2)密度计显示最大值不变 当密度计显示最大值不变时,大部分情况下是密度计堵 塞。如果密度计口径过小,会造成密度计经常堵塞。特别是磨 机浆液循环泵出口管道,石灰石浆液浓度达到45wt%,加上 浆液颗粒较大,如果流量计口径过小,很容易造成密度计堵 塞。使密度计失效。 很多项目上,石灰石密度计安装在旁路管上,由于旁路 管和主管的口径偏差过大,浆液首先大部分通过主管流通。 少量通过旁路管流过密度计,主管路上的浆液流经旁路管出 口时,对旁路管上的浆液产生阻碍作用,造成旁路管上浆液 流速下降,很短时间就会造成旁路管堵塞。

(3)密度计测量偏差过大。 长期运行后,部分石膏、石灰石会粘附在测量管内,造成 局部结垢现象,肯定会造成测量偏差过大。

 

4.2解决措施

针对以上常见的密度计问题,根据实际工程应用经验, 提出以下解决措施。 (1)严格控制浆液流速,通常科氏力质量流量计规定流 速范围为l一1.5rds,过高则很容易磨损测量管,过低则容易 引起结垢、堵塞,影响测量。(例如:对于DN50管道。密度计 通过流量应控制在7—10m3/h)

(2)密度计应尽可能安装在支管上或浆液回流管路上, 同时严格控制支管的流量。另外密度计必须前后分别安装阀 门,并设计密度计冲洗水回路。正常运行时,通过前后阀门来 控制通过流量。如石膏浆液密度计可安装在石膏排出泵去 PH计的支管上;磨机浆液密度计可安装在泵的回流管路上。

(3)运行过程中,密度计应通过工艺水进行定期冲洗。 一般要求3天冲洗一次密度计。 (4)密度计口径大小,其价格差异较大,设计时必须合 理选择密度计口径大小以及材质。针对磨机浆液泵出口密度计。口径建议为DN80为好,减小密度计堵塞可能。对于石灰 石浆液密度和石膏浆液密度计,建议口径为DNS0以上,通过 支管上阀门控制流速。

 (5)密度计垂直安装,使流体从下向上流动,也可 水平安装。正常运行期间,应定期进行手工取样分析浆液,并 与在线密度计进行比对。根据比对结果,当偏差过大( 20kg/m3),应及时对密度计进行冲洗与标定。


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