袁曉東

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院，安徽 合肥 230000)

0 引言

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)中,漿液密度是判斷脫硫系統(tǒng)啟停的重要指標(biāo)。漿液密度的大小直接影響脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,進(jìn)而影響脫硫效率、石膏脫水效果和污染物排放濃度,嚴(yán)重時(shí)甚至影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行,因此需準(zhǔn)確測(cè)量漿液密度。

一般而言,漿液密度偏高會(huì)造成漿液循環(huán)泵、石膏排出泵、吸收塔攪拌器電流增加,進(jìn)而造成設(shè)備工作負(fù)荷增大,電耗增加[1];也會(huì)加劇脫硫系統(tǒng)設(shè)備磨損,造成設(shè)備出力下降,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致管道泄漏,設(shè)備損壞;還會(huì)導(dǎo)致漿液滯留在塔內(nèi)構(gòu)件表面結(jié)垢,引起管路、濾網(wǎng)等構(gòu)件堵塞,影響系統(tǒng)正常運(yùn)行[2]。漿液密度過(guò)低,會(huì)造成脫硫效率過(guò)低、石膏品質(zhì)差、脫水困難等現(xiàn)象[3]。此外,吸收塔液位的測(cè)量一般是結(jié)合漿液密度和吸收塔底部壓力進(jìn)行計(jì)算得到[4]。可見(jiàn),吸收塔液位的測(cè)量依賴于漿液密度的測(cè)量結(jié)果,漿液密度測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確可能會(huì)造成漿液溢流,嚴(yán)重時(shí)甚至影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

因此吸收塔漿液密度的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。

1 密度計(jì)分類

石灰石-石膏濕法脫硫工藝已經(jīng)發(fā)展的十分成熟,漿液密度的測(cè)量也可以通過(guò)多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照測(cè)量原理的不同可以分為:差壓式密度計(jì)[5]、音叉式密度計(jì)[6]、超聲波密度計(jì)[7-8]、核密度計(jì)[9]、質(zhì)量流量計(jì)[10]等。各種密度計(jì)原理、優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 脫硫系統(tǒng)漿液密度計(jì)

2 密度計(jì)應(yīng)用情況

目前各廠所使用的密度計(jì)均能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)吸收塔漿液密度的檢測(cè),并具有良好的代表性,同時(shí)也能與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)值實(shí)現(xiàn)較好的契合,能夠很好地體現(xiàn)脫硫漿液的密度。對(duì)指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行合理調(diào)整具有積極作用。

表2是部分燃煤電廠脫硫漿液密度計(jì)的使用情況統(tǒng)計(jì)。表中列出了13個(gè)燃煤電廠脫硫漿液密度計(jì)的選型、安裝位置和常見(jiàn)問(wèn)題。

表2 部分燃煤電廠脫硫密度計(jì)情況匯總表

2.1 設(shè)備選型

調(diào)研電廠脫硫塔使用的密度計(jì)以數(shù)量排序,分別為質(zhì)量流量計(jì)、差壓式密度計(jì)、核密度計(jì)和音叉密度計(jì)。從電廠的設(shè)備選型可以看出,質(zhì)量流量計(jì)和差壓式密度計(jì)具有更好的適用性。主要原因在于質(zhì)量流量計(jì)和差壓式密度計(jì)能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)漿液密度的測(cè)量,運(yùn)行和維護(hù)成本相對(duì)適中,應(yīng)用案例多,在設(shè)備選型過(guò)程中更傾向于使用;對(duì)于核密度計(jì)而言,由于核心部件為放射源,人員和設(shè)備管理成本大幅增加,因此應(yīng)用較少;音叉密度計(jì)由于應(yīng)用案例少,運(yùn)維人員缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn),設(shè)備選型時(shí)也會(huì)避免選用。

2.2 安裝位置

脫硫漿液密度計(jì)常見(jiàn)的安裝位置集中在漿液循環(huán)泵母管、石膏排出泵再循環(huán)管道、吸收塔等位置。

將密度計(jì)安裝在漿液循環(huán)泵母管上能夠良好實(shí)現(xiàn)漿液密度的測(cè)量,這種布置方式可以使石膏排出泵間斷運(yùn)行而不影響密度測(cè)量,還可以通過(guò)調(diào)整管道中的漿液流量控制管內(nèi)漿液流速降低密度計(jì)管路的磨損。該種測(cè)量方式安裝方便、無(wú)需增加動(dòng)力設(shè)備、投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低;其不足是減少了循環(huán)漿液量,但流量很小,對(duì)脫硫效率幾乎無(wú)影響。

將密度計(jì)安裝在石膏排出泵再循環(huán)管道上,石膏排出泵連續(xù)運(yùn)行,不滿足脫水條件時(shí),石膏漿液返回吸收塔。該種布置方式測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定且管道不易堵塞。測(cè)量的漿液即為流經(jīng)石膏排出泵的漿液,能夠有效地監(jiān)測(cè)待脫水漿液密度,為脫水系統(tǒng)的啟停提供最直觀、有效地?cái)?shù)據(jù)支撐。但是這種安裝方式下,石膏排出泵須連續(xù)運(yùn)行,增加了一定的運(yùn)行費(fèi)用,且石膏排出期間無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量漿液密度。

將密度計(jì)安裝在脫硫塔,布置更為簡(jiǎn)單、維護(hù)更加方便。但是這種布置方式的測(cè)量結(jié)果容易受到攪拌器的干擾,安裝時(shí)需避開(kāi)攪拌器等設(shè)備。此外,氧化空氣等氣體在脫硫塔內(nèi)形成的氣泡會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定的干擾,影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 存在問(wèn)題

目前各廠脫硫塔漿液密度計(jì)均能穩(wěn)定運(yùn)行,為脫硫系統(tǒng)控制提供數(shù)據(jù)支撐。但仍存在一定的問(wèn)題,如密度計(jì)堵塞、磨損及測(cè)量結(jié)果跳變、漂移、不準(zhǔn)確等。

2.3.1 堵塞

除核密度計(jì)和超聲波密度計(jì)無(wú)需與漿液直接接觸,幾乎不存在堵塞的情況外,其他密度計(jì)或多或少均存在堵塞的情況。造成堵塞的原因有:

(1)安裝方式不合理。質(zhì)量流量計(jì)采用水平安裝的方式,這種安裝方式易造成漿液中的懸浮物在管路中沉積,進(jìn)而導(dǎo)致堵塞。對(duì)于部分型號(hào)的質(zhì)量流量計(jì),設(shè)定流速較低,其堵塞可能性更高。

(2)沖洗不及時(shí)。由于漿液中含有大量的硫酸鈣、碳酸鈣等固體物質(zhì),密度較大,較易沉積,因此需定期對(duì)密度計(jì)進(jìn)行沖洗,避免堵塞。但在實(shí)際運(yùn)行中,由于部分電廠未投自動(dòng)沖洗,沖洗不及時(shí),導(dǎo)致密度計(jì)堵塞。

(3)沖洗水壓力不足。漿液中的固體物質(zhì)沉積以后具有一定的粘附力,沖洗水具有一定的壓力才可以將沉積物沖洗干凈。當(dāng)沖洗水壓力不足時(shí),會(huì)造成沖洗效果不好,引起密度計(jì)堵塞。

(4)漿液流速低。漿液流速過(guò)低,漿液對(duì)固體物質(zhì)的挾帶能力降低,更易在測(cè)量管路中沉積,造成密度計(jì)堵塞。

密度計(jì)堵塞會(huì)嚴(yán)重影響密度計(jì)的測(cè)量結(jié)果,甚至影響密度計(jì)的使用壽命。發(fā)電企業(yè)在條件允許的情況下應(yīng)對(duì)安裝不合理的密度計(jì)進(jìn)行整改,未投運(yùn)密度計(jì)的自動(dòng)沖洗功能應(yīng)進(jìn)行技術(shù)改造。

2.3.2 磨損

對(duì)于質(zhì)量流量計(jì)和音叉密度計(jì),需要將密度計(jì)長(zhǎng)期置于具有一定流速的漿液中。而漿液中又含有碳酸鈣、硫酸鈣等磨蝕性較強(qiáng)的物質(zhì),密度計(jì)的磨損不可避免。

根據(jù)區(qū)域內(nèi)發(fā)電企業(yè)的使用情況,質(zhì)量流量計(jì)和音叉密度計(jì)均存在不同程度的磨損。質(zhì)量流量計(jì)安裝較多,磨損情況具有一定的差異。磨損嚴(yán)重的設(shè)備3～4年需進(jìn)行更換,磨損輕微的設(shè)備7～8年需進(jìn)行更換,大部分質(zhì)量流量計(jì)能夠運(yùn)行5～6年。

密度計(jì)的磨損情況與漿液中磨蝕性物質(zhì)含量、漿液流速、密度計(jì)品牌、密度計(jì)材質(zhì)、密度計(jì)管徑等均具有一定關(guān)系。發(fā)電企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格控制石灰石品質(zhì)和漿液品質(zhì),同時(shí)選用合適品牌和型號(hào)的密度計(jì)。

2.3.3 測(cè)量結(jié)果跳變

電廠I存在密度計(jì)測(cè)量結(jié)果頻繁跳變的現(xiàn)象,影響運(yùn)行人員對(duì)漿液密度的判斷,進(jìn)而影響脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行控制。

經(jīng)了解,該廠密度計(jì)為質(zhì)量流量計(jì),為豎直安裝(下降管)方式。推測(cè)產(chǎn)生數(shù)值跳變的原因是在測(cè)量時(shí),漿液無(wú)法充滿測(cè)量管路,氣體沿管路進(jìn)入到密度計(jì)中,導(dǎo)致密度計(jì)中出現(xiàn)氣泡,最終影響測(cè)量結(jié)果,產(chǎn)生跳變。

發(fā)電企業(yè)對(duì)密度計(jì)的安裝方式進(jìn)行合理整改,保證漿液能夠充滿密度計(jì)流過(guò),防止氣體進(jìn)入密度計(jì),影響測(cè)量結(jié)果。

2.3.4 測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確

電廠H的密度計(jì)存在測(cè)量結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果偏差大、測(cè)量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象,影響脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

主要原因在于該廠將差壓密度計(jì)安裝在吸收塔壁上,由于塔內(nèi)攪拌器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的脈動(dòng)流傳導(dǎo)到差壓變送器,產(chǎn)生擾動(dòng),且差壓變送器與各個(gè)攪拌器的距離不同,導(dǎo)致攪拌器產(chǎn)生的擾動(dòng)不可抵消,造成測(cè)量結(jié)果偏差大[11]。

發(fā)電企業(yè)在條件允許的情況下,對(duì)安裝在吸收塔壁的密度計(jì)進(jìn)行改造,可通過(guò)數(shù)值模擬合理調(diào)整塔壁上的安裝位置或更換至其他位置測(cè)量漿液密度。

3 改造方案

3.1 差壓密度計(jì)移位

通過(guò)在吸收塔壁新建溢流管,并在塔外新建檢測(cè)罐。檢測(cè)罐上下安裝差壓變送器,利用重力差將漿液引流至檢測(cè)罐中。差壓變送器對(duì)檢測(cè)罐中的漿液進(jìn)行檢測(cè),測(cè)得漿液密度,漿液經(jīng)過(guò)檢測(cè)罐后排入地坑。該方法既避免了攪拌器產(chǎn)生的層流對(duì)壓力變送器的干擾,同時(shí)保留了差壓式密度計(jì)的優(yōu)點(diǎn),改造難度低,運(yùn)行維護(hù)成本低,目前已在部分電廠改造成功,應(yīng)用效果良好。

3.2 低放射性核密度計(jì)

采用低放射性的22Na替代原有高放射性的137Cs和60Co作為放射源,改造難度低、易于操作。由于放射源活度低,無(wú)需相關(guān)部門審批,安全檢查的規(guī)格和次數(shù)減少,管理成本大大降低。同時(shí),該密度計(jì)保留了核密度計(jì)無(wú)接觸、無(wú)磨損、測(cè)量準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。目前,22Na核密度計(jì)在化工、礦產(chǎn)等行業(yè)已有應(yīng)用,在電力脫硫領(lǐng)域的應(yīng)用較少。

4 總結(jié)

在線密度計(jì)是脫硫系統(tǒng)運(yùn)行控制的重要設(shè)備之一,其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響漿液脫水系統(tǒng)的啟停和脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行控制以及未來(lái)智慧電廠建設(shè)和數(shù)字大唐建設(shè)方面,在線密度計(jì)都會(huì)體現(xiàn)出重要的作用。目前脫硫密度計(jì)在運(yùn)行管理方面仍存在一定的欠缺,因此發(fā)電企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備管理、完善設(shè)備技術(shù)規(guī)范、降低設(shè)備故障。