脫硫系統(tǒng)密度計(jì)選型及常見問題處理

發(fā)布時(shí)間：2018-12-08

要：本文針對脫硫系統(tǒng)常用密度計(jì)的類型，進(jìn)行原理分析和對比，提出密度計(jì)選型建議。并針對目前脫硫系統(tǒng)常見密度計(jì)在使用中 暴露出的問題。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，提供相關(guān)解決辦法。

隨著國家對環(huán)保的嚴(yán)格要求，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(yùn)行后，在實(shí)際運(yùn) 行過程中，暴露出很多問題。本文專門針對脫硫系統(tǒng)中的密 度計(jì)存在問題，從設(shè)備選型到實(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(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。運(yùn)行過程中通過對漿液密度的 測量．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，通常需要測量兩種漿液密度：

１．１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／ｍ，），來 保證進(jìn)入石灰石旋流站的濃度（大約４５－－４８ｗｔ％），并得 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)測石灰石漿液密度，參與ｐＨ值自動(dòng)調(diào)

１．２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， 在吸收塔內(nèi)形成ＣａＳ０４，逐步結(jié)晶析出，變?yōu)椋茫幔樱希?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(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(jì)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１ １２５一ｌ １５０ｋｇ／ｍ３。

２濕法脫硫系統(tǒng)密度控制的重要性

２．１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 １１８０１ｑｇ／ｍ，。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。

３．２吸收塔石膏漿液密度控制的重要性

運(yùn)行中均通過測量吸收塔密度，來監(jiān)視吸收塔內(nèi)石膏漿 ２００８年全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)論文集 液濃度。當(dāng)吸收塔密度為１１５０ｋｇ／ｍ３時(shí)，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(yùn)行超過 ２５ｗｔ％，會(huì)造成嚴(yán)重的后果。

（１）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ＣａＳＯ。 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ＣａＳＯ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。

（２）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。

（３）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)。

（４）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。

２．３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常用密度計(jì)分類

３．１核子密度計(jì)

3. １．１核子密度計(jì)測量原理

核子密度計(jì)利用能量衰減法對密度進(jìn)行測量。核子密度 計(jì)放射源通常為同位素銫（Ｃｓｌ３７）或鈷（Ｃ０６０），把放射源 置入一個(gè)鉛罐內(nèi)，安裝在被測管道的一側(cè)，核子密度計(jì)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(shí)際 應(yīng)用中，核子密度計(jì)將檢測到的射線能量變化電量轉(zhuǎn)化為 ４－２０ｍＡ電流信號(hào)，輸出到計(jì)算機(jī)，作為密度顯示。 核子密度計(jì)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(shí)際測量精度可達(dá)到０．１ｋｇ／ｍ，。 國內(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／Ａ司３６８０核子密度計(jì)．測量磨機(jī)漿液密度。

４．１．２核子密度計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：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(jiān)硬。有腐蝕性、磨蝕性或高溫、高壓的惡劣條件。由于是非 接觸測量，故使用壽命長。

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)行測量。

３．２科氏力質(zhì)量流量計(jì)

4. ２．１工作原理

科氏力質(zhì)量流量計(jì)是運(yùn)用流體質(zhì)量流量對振動(dòng)管振蕩 的調(diào)制作用即科里奧利力現(xiàn)象為原理，以質(zhì)量流量測量為目 的的質(zhì)量流量計(jì)。具體原理如下：

２００８年全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)論文集 如圖１所示，當(dāng)質(zhì)量為６ｍ的流體質(zhì)點(diǎn)，以速度ｖ沿管道ＡＢ運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，管道ＡＢ又以Ａ點(diǎn)為圓心以角速度Ｑ轉(zhuǎn) 動(dòng)，當(dāng)該質(zhì)點(diǎn)做上述復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，在任意一點(diǎn)Ｍ處。質(zhì)點(diǎn)具有 兩個(gè)加速度分量：向心加速度ａｒ，方向指向Ａ點(diǎn)；科氏加速度 ａＩ【，方向向上，量值為２１”ＩＶ。為使流體質(zhì)點(diǎn)具有科氏加速度， 需要在ａｌ【方向施加一個(gè)大小等于２ｆｌＹ８ｍ的力，這個(gè)力來 自管道，而流體質(zhì)點(diǎn)反作用于管道上的力就是科氏力，方向 如圖１所示。

Ｆｃ＝２ｌｎＩＶ８ｍ

若流體密度為Ｐ，以速度Ｖ沿管道ＡＢ流動(dòng)，設(shè)管道橫截面積為ｓ，則任一段長度為ＡＸ管道上的科氏力ＡＦｅ為：

Ｆｃ＝一ｍａｋ 由于上述管道中的流體，其Ｑ與Ｖ的夾角為９０”，質(zhì)量流量ｑｍ＝ＰＳＶ，有： ｔｉｍ＝Ｆｄ２１”ｌＡＸ 從式（４）中可以看出，直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管中流動(dòng)流體的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量。 實(shí)際應(yīng)用中，通過測量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生科氏力是不切合實(shí) 際的，因而均采用使測量管振動(dòng)的方式替代旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以此 同樣實(shí)現(xiàn)科氏力對測量管的作用，并使得測量管在科氏力的 作用下產(chǎn)生位移。由于測量管的兩端是固定的，而作用在測 量管上各點(diǎn)的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此 在測量管上形成一個(gè)附加的扭曲。測量這個(gè)扭曲的過程在不 同點(diǎn)上的相位差，就可得到流過測量管的流體的質(zhì)量流量。 國內(nèi)常見的有Ｅ＋Ｈ公司的ｅｒｏｔｎｓｓｆｌ ８０／８３Ｍ。 當(dāng)測得流體的質(zhì)量流量后，在流體速度一定的情況下， 即體積流量已知的情況下，即可得到流體的密度。

３.２.２優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)有：科氏力質(zhì)量流量計(jì)安裝和維護(hù)非常方便；測量 精度較高，可達(dá)到－’ｒ ３ｋｇ／ｍ３；可測量流量，也可測量密度，適應(yīng) 性較強(qiáng)。

缺點(diǎn)有：由于直接與測量漿液接觸，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)格相對較貴，特別是管 道Ｅｌ徑越大，價(jià)格更昂貴；長期運(yùn)行后測量會(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。

３．３差壓式密度計(jì)

４．３．１差壓式密度計(jì)原理

差壓式密度計(jì)為間接測量密度，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壓力變送器（變送器也可用來 測量液位），通過計(jì)算固定高度液柱靜壓，利用公式： ＡＰ＝Ｐ ｇｈ，在高度已知情況下，計(jì)算得出密度。實(shí)際工程中也 可安裝獨(dú)立的差壓變送器，單獨(dú)用來測量密度。

３．３．２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

缺點(diǎn)有：

（１）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(yùn)行，肯定會(huì)對吸收塔液位產(chǎn)生波動(dòng)，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(huì)對吸收塔液位造成一定的波動(dòng)。要達(dá)到較高的測量精度， 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。

（２）易堵塞。由于在吸收塔塔壁上開孔，長期運(yùn)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。

（３）二次誤差問題。由于是間接測量密度，即根據(jù)差壓 計(jì)算密度，易造成二次誤差問題。

４．４綜合評(píng)價(jià)

對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(jì)實(shí)際使用中出現(xiàn)了～些問題，特 ２００８年全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)論文集 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)，可以大大延長質(zhì)量流量計(jì)的使用壽命，更好的滿足 現(xiàn)場運(yùn)行。

４現(xiàn)場常見問題及對策

４．１常見問題

（１）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)?速度對管道磨損的影響程度比較大，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。

（２）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。

（３）密度計(jì)測量偏差過大。 長期運(yùn)行后，部分石膏、石灰石會(huì)粘附在測量管內(nèi)，造成 局部結(jié)垢現(xiàn)象，肯定會(huì)造成測量偏差過大。

4.２解決措施

針對以上常見的密度計(jì)問題，根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)， 提出以下解決措施。 （１）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ｌ一１．５ｒｄｓ，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(jì) 通過流量應(yīng)控制在７—１０ｍ３／ｈ）

（２）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。

（３）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天沖洗一次密度計(jì)。 （４）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)。針對磨機(jī)漿液泵出口密度計(jì)?？趶浇ㄗh為ＤＮ８０為好，減小密度計(jì)堵塞可能。對于石灰 石漿液密度和石膏漿液密度計(jì)，建議口徑為ＤＮＳ０以上，通過 支管上閥門控制流速。

（５）密度計(jì)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。根據(jù)比對結(jié)果，當(dāng)偏差過大（ ２０ｋｇ／ｍ３），應(yīng)及時(shí)對密度計(jì)進(jìn)行沖洗與標(biāo)定。