脫硫系統密度計選型及常見問題處理

發布時間：2018-12-08

要：本文針對脫硫系統常用密度計的類型，進行原理分析和對比，提出密度計選型建議。并針對目前脫硫系統常見密度計在使用中 暴露出的問題。根據實際工程經驗，提供相關解決辦法。

隨著國家對環保的嚴格要求，國內火電廠均配套安裝脫 硫裝置，特別是近幾年大量脫硫設施投入運行后，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中的密 度計存在問題，從設備選型到實際應用，分別進行分析，并提 出相關運行建議。

１濕法脫硫系統密度計監測要求

石灰石，石膏濕法脫硫系統中，各種漿液濃度的測量和 控制是一個非常重要的環節。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，從而達到控制的目的。通常濕 法脫硫系統中，通常需要測量兩種漿液密度：

１．１石灰石漿液密度

在濕式球磨機制漿系統中，通常設置兩個密度計，一個 設置在磨機漿液循環泵出口管道上，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／ｍ，），來 保證進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％）。

另外一個密度計設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，準確計算加入吸收塔 內的石灰石量，確保吸收塔ｐＨ值的自動調節。

而在干式球磨機制漿系統中，研磨好的石灰石粉與工藝 水進行配比，攪拌混合成石灰石漿液，故僅設置石灰石漿液 泵出口密度計，來監測石灰石漿液密度，參與ｐＨ值自動調

１．２吸收塔石膏漿液密度

在石灰石／石膏濕法脫硫系統中，加入吸收塔內的石灰 石，與煙氣中的二氧化硫進行反應，并經過強制氧化工藝后， 在吸收塔內形成ＣａＳ０４，逐步結晶析出，變為ＣａＳＯ． ２Ｈ２０石膏晶體。通過對吸收塔底部石膏漿液密度的測量，來 監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，對應密度范圍為１ １２５一ｌ １５０ｋｇ／ｍ３。

２濕法脫硫系統密度控制的重要性

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％，對應密度 １１８０１ｑｇ／ｍ，。如果石灰石漿液濃度過低，會造成單位時間內，加 入吸收塔內有效石灰石量少，必須通過加大供漿量來滿足系 統要求，這樣必然造成加入吸收塔內的水量過大，干擾吸收 塔液位控制，特別是在低負荷時，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，縮短設備使用壽命。

３．２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，來監視吸收塔內石膏漿 ２００８年全國電力行業脫硫脫硝技術協作網年會暨技術研討會論文集 液濃度。當吸收塔密度為１１５０ｋｇ／ｍ３時，對應漿液濃度為 ２５ｗｔ％。一旦吸收塔石膏漿液濃度過大，長期運行超過 ２５ｗｔ％，會造成嚴重的后果。

（１）吸收塔漿液濃度高易造成吸收塔內結垢

吸收塔漿液濃度按照設計要求，一般控制在２０－２５ｗｔ％ 之間。當吸收塔石膏濃度大于２５ｗｔ％，則吸收塔內的ＣａＳＯ。 ２Ｈ２０過飽和度大于１，石膏開始沉淀，當過飽和度大于等于 １．４時，漿液中的ＣａＳＯ會在吸收塔塔內各部件上，特別是循 環泵濾網、氧化風支管以及吸收塔塔壁上結晶后大量析出， 逐步形成石膏垢，嚴重堵塞循環泵濾網、氧化風支管等，嚴重 影響循環泵、氧化風機的安全運行。 很多投運項目上，都出現循環泵濾網堵塞，直接導致循 環泵吸入量不足，并導致循環泵機封損害。部分項目上， 還曾出現過由于濾網堵塞，循環泵吸入力過大，使濾網破碎， 破碎后的濾網經過循環泵，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除霧器溫度高變形坍塌。

（２）吸收塔濃度高，會造成設備磨損加劇

當漿液濃度高時，會嚴重加劇循環泵葉輪、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，出現葉輪嚴重磨蝕，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。

煙氣經過噴淋后，攜帶大量石膏漿液進入除霧器和 ＧＧＨ。當漿液濃度高時，會造成飽和煙氣中石膏濃度大，經過 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 差壓增大，脫硫電耗提高，情況嚴重時會造成脫硫系統停運， 無法繼續運行。 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，但適當降低吸收塔漿液濃度，卻有助于降低ＧＧＨ 堵塞的風險。

（４）吸收塔濃度高，會造成石膏系統異常。

由于石膏漿液濃度超標，直接導致石膏旋流器偏離設計 工況運行，一方面石膏品質下降，另一方面會造成廢水中石 膏濃度超標。廢水中的石膏經過絮凝沉淀，淤積在廢水處理 系統中，直接造成廢水排放濃度超標，嚴重情況可造成廢水 處理系統的癱瘓。

２．３脫硫密度計綜合要求

綜合以上情況可以看出，脫硫系統的漿液濃度控制是一 個非常關鍵的運行參數，運行中對于密度計要求有：安全 穩定；精度高；便于維護；易更換。

３常用密度計分類

３．１核子密度計

3. １．１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行測量。核子密度 計放射源通常為同位素銫（Ｃｓｌ３７）或鈷（Ｃ０６０），把放射源 置入一個鉛罐內，安裝在被測管道的一側，核子密度計的探 測器安裝在被測管道的對稱另一側。由放射源產生的伽瑪射 線穿過管道中的被測介質，其中一部分射線被介質散射和吸收，剩余部分射線被安裝在管道另一邊的探測器所接收，介 質吸收了多少射線，與被測介質的密度星指數吸收規律，通 過檢測射線能量的變化的強弱，便可得出介質的密度。實際 應用中，核子密度計將檢測到的射線能量變化電量轉化為 ４－２０ｍＡ電流信號，輸出到計算機，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 被測密度的變化。實際測量精度可達到０．１ｋｇ／ｍ，。 國內大部分核子密度計用于濕式球磨機制漿系統．測量 磨機循環泵中間漿液密度。如河北國華定州電廠即采用美國 Ｔｈｅｒｍｏ／Ａ司３６８０核子密度計．測量磨機漿液密度。

４．１．２核子密度計優缺點

優點：測量精度高，響應速度快，非接觸式測量；非常適 用于工礦企業在線介質密度測量要求，尤其是當被測物粗糙 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》， 同時對維護人員要求非常高，必須經過相關培訓和考試；另 外當管道出現結構和堵塞，將會發出錯誤信號。 目前，鑒于核子密度計的后期維護手續非常麻煩，部分 電廠已考慮拆除核子密度計，改為其他密度計進行測量。

３．２科氏力質量流量計

4. ２．１工作原理

科氏力質量流量計是運用流體質量流量對振動管振蕩 的調制作用即科里奧利力現象為原理，以質量流量測量為目 的的質量流量計。具體原理如下：

２００８年全國電力行業脫硫脫硝技術協作網年會暨技術研討會論文集 如圖１所示，當質量為６ｍ的流體質點，以速度ｖ沿管道ＡＢ運動，同時，管道ＡＢ又以Ａ點為圓心以角速度Ｑ轉 動，當該質點做上述復合運動時，在任意一點Ｍ處。質點具有 兩個加速度分量：向心加速度ａｒ，方向指向Ａ點；科氏加速度 ａＩ【，方向向上，量值為２１”ＩＶ。為使流體質點具有科氏加速度， 需要在ａｌ【方向施加一個大小等于２ｆｌＹ８ｍ的力，這個力來 自管道，而流體質點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，設管道橫截面積為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管中流動流體的科里奧利力就可以測得質量流量。 實際應用中，通過測量系統旋轉產生科氏力是不切合實 際的，因而均采用使測量管振動的方式替代旋轉運動，以此 同樣實現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附加的扭曲。測量這個扭曲的過程在不 同點上的相位差，就可得到流過測量管的流體的質量流量。 國內常見的有Ｅ＋Ｈ公司的ｅｒｏｔｎｓｓｆｌ ８０／８３Ｍ。 當測得流體的質量流量后，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優缺點

優點有：科氏力質量流量計安裝和維護非常方便；測量 精度較高，可達到－’ｒ ３ｋｇ／ｍ３；可測量流量，也可測量密度，適應 性較強。

缺點有：由于直接與測量漿液接觸，流量計易磨損、易腐 蝕，實際應用中必須采用合金材料，價格相對較貴，特別是管 道Ｅｌ徑越大，價格更昂貴；長期運行后測量會有偏差，需定期 校準；另外由于流量計內部有振動管，使用中易堵塞。

３．３差壓式密度計

４．３．１差壓式密度計原理

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

３．３．２優缺點

優點有：價格便宜；耐磨耐腐蝕；儀表安裝維護非常方

缺點有：

（１）測量精度不高，偏差較大。吸收塔內漿液循環泵和 吸收塔攪拌器的運行，肯定會對吸收塔液位產生波動，對液 位測量準確有一定的影響；另外氧化風強制鼓入吸收塔。也 會對吸收塔液位造成一定的波動。要達到較高的測量精度， 需要盡可能提高差壓高度，同時差壓必須保持穩定，而在脫 硫系統中很難做到。

（２）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，并定期進行沖洗。

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

４．４綜合評價

對比以上的不同類型密度計，并結合脫硫系統的實際情 況，脫硫密度計采用科氏力質量流量計較為可行。一方面精 度能夠完全滿足現場要求，另外日常維護非常方便，更換也 非常方便。針對質量流量計實際使用中出現了～些問題，特 ２００８年全國電力行業脫硫脫硝技術協作網年會暨技術研討會論文集 別是磨損問題，應用中通過優化設計，嚴格控制流速，提高管 道材質，可以大大延長質量流量計的使用壽命，更好的滿足 現場運行。

４現場常見問題及對策

４．１常見問題

（１）密度計顯示最小值 當密度計內部振動管磨損，會導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，因為 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，當管道內為漿液時，磨損量更為嚴重。另外，如果漿液 濃度過高，也會加劇內部管的磨損。 如果密度計安裝在泵出口主管道上，肯定會造成流速太 大。管道內漿液流量超標，很短時間就會造成流量計內部的振動頻率管嚴重磨損，即使管道采用鈦合金材質也一樣。

（２）密度計顯示最大值不變 當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，會造成密度計經常堵塞。特別是磨 機漿液循環泵出口管道，石灰石漿液濃度達到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旁路管出 口時，對旁路管上的漿液產生阻礙作用，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。

（３）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，造成 局部結垢現象，肯定會造成測量偏差過大。

4.２解決措施

針對以上常見的密度計問題，根據實際工程應用經驗， 提出以下解決措施。 （１）嚴格控制漿液流速，通常科氏力質量流量計規定流 速范圍為ｌ一１．５ｒｄｓ，過高則很容易磨損測量管，過低則容易 引起結垢、堵塞，影響測量。（例如：對于ＤＮ５０管道。密度計 通過流量應控制在７—１０ｍ３／ｈ）

（２）密度計應盡可能安裝在支管上或漿液回流管路上， 同時嚴格控制支管的流量。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；磨機漿液密度計可安裝在泵的回流管路上。

（３）運行過程中，密度計應通過工藝水進行定期沖洗。 一般要求３天沖洗一次密度計。 （４）密度計口徑大小，其價格差異較大，設計時必須合 理選擇密度計口徑大小以及材質。針對磨機漿液泵出口密度計。口徑建議為ＤＮ８０為好，減小密度計堵塞可能。對于石灰 石漿液密度和石膏漿液密度計，建議口徑為ＤＮＳ０以上，通過 支管上閥門控制流速。

（５）密度計垂直安裝，使流體從下向上流動，也可 水平安裝。正常運行期間，應定期進行手工取樣分析漿液，并 與在線密度計進行比對。根據比對結果，當偏差過大（ ２０ｋｇ／ｍ３），應及時對密度計進行沖洗與標定。