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科氏力质量流量计在火电厂脱硫系统密度测量中的应用

2018/12/1 1:51:40 分类:流量测量 
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数显仪表针对脱硫系统常用在线密度计的类型,进行原理分析和对比,提出火电厂脱硫系统在线密度计选型建议。并针对目前脱硫系统常见在线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。

随着环保格要求提高,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密度测量存在问题,从在线密度计选型到实际应用,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(1380-1400kg/m3),来保证进入石灰石旋流站的浓度(大约45-48wt%),并最终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值自动调节。

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, 最终在吸收塔内形成CaS04,逐步结晶析出,变为CaSO4.2H20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1125-l150kg/m3。

2、湿法脱硫系统密度控制的重要性

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1180kg/m3。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。

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。
a、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CaSO4.2H20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CaSO4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,并最终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。
b、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。
c、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。
d、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。

③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、脱硫系统密度测量常用在线密度计分类

核子密度计
①核子密度计

a、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(Co60),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,输出到仪表,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/m3。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公司3680核子密度计,测量磨机浆液密度。
b、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。
 

科氏力质量流量计
②科氏力质量流量计

a、工作原理
每一台科氏力质量流量计内都有一根或多根测量管,形成一个振动系统,人为产生振动。流体在测量管内流动时,流体惯性产生作用在测量管壁上的力。两个相位传感器检测测量管振动在时间和空间上的变化,即“相位差”。差值直接用作质量流量测量值。此外,基于测量管的振动频率还可以测得流体密度。测量管壁外的温度传感器可以测量测量管温度,用于温度补偿。测得的过程温度可以用作输出信号。国内常见的有E+H公司的Promass80/83M。
b、优缺点
优点有:
◆液体和气体的通用测量原理
◆多变量测量:同时测量质量流量、密度、温度和粘度
◆高测量精度:典型值为±0.1%FS;可选:±0.05%FS
◆测量原理完全不受流体物理属性和流场的影响
◆无前/后直管段长度要求科氏力质量流量计安装和维护非常方便;
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,特别是管道口径越大,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。

在线密度计
③差压式密度计

a、在线密度计原理
差压式在线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在线密度计,通过计算固定高度液柱静压,利用公式:△AP=ρ×g×h,在高度已知情况下,计算得出密度。
b、优缺点
优点有:价格便宜;耐磨耐腐蚀;仪表安装维护非常方便
缺点有:
◆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。
◆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。
c、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一些问题,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、脱硫系统在线密度计现场常见问题及对策

①常见问题
a、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最大,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。
b、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。
c、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。

②脱硫系统在线密度计解决措施

针对以上常见的在线密度计问题,数显仪表根据实际工程应用经验,提出以下解决措施:
a、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1-1.5m/s,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)
b、在线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。
c、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天冲洗一次在线密度计。
d、在线密度计口径大小,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,减小在线密度计堵塞可能。对于石灰石浆液密度和石膏浆液密度计,建议口径为DN50以上,通过支管上阀门控制流速。
e、在线密度计最好垂直安装,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),应及时对在线密度计进行冲洗与标定。

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