袁曉東

(中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司華東電力試驗研究院，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。漿液密度的大小直接影響脫硫系統(tǒng)的運行狀況,進而影響脫硫效率、石膏脫水效果和污染物排放濃度,嚴重時甚至影響機組的安全穩(wěn)定運行,因此需準確測量漿液密度。

一般而言,漿液密度偏高會造成漿液循環(huán)泵、石膏排出泵、吸收塔攪拌器電流增加,進而造成設(shè)備工作負荷增大,電耗增加[1];也會加劇脫硫系統(tǒng)設(shè)備磨損,造成設(shè)備出力下降,嚴重時導(dǎo)致管道泄漏,設(shè)備損壞;還會導(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)正常運行[2]。漿液密度過低,會造成脫硫效率過低、石膏品質(zhì)差、脫水困難等現(xiàn)象[3]。此外,吸收塔液位的測量一般是結(jié)合漿液密度和吸收塔底部壓力進行計算得到[4]。可見,吸收塔液位的測量依賴于漿液密度的測量結(jié)果,漿液密度測量結(jié)果不準確可能會造成漿液溢流,嚴重時甚至影響機組的安全運行。

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

1 密度計分類

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

表1 脫硫系統(tǒng)漿液密度計

2 密度計應(yīng)用情況

目前各廠所使用的密度計均能夠很好地實現(xiàn)對吸收塔漿液密度的檢測,并具有良好的代表性,同時也能與實驗室檢測值實現(xiàn)較好的契合,能夠很好地體現(xiàn)脫硫漿液的密度。對指導(dǎo)運行人員進行合理調(diào)整具有積極作用。

表2是部分燃煤電廠脫硫漿液密度計的使用情況統(tǒng)計。表中列出了13個燃煤電廠脫硫漿液密度計的選型、安裝位置和常見問題。

表2 部分燃煤電廠脫硫密度計情況匯總表

2.1 設(shè)備選型

調(diào)研電廠脫硫塔使用的密度計以數(shù)量排序,分別為質(zhì)量流量計、差壓式密度計、核密度計和音叉密度計。從電廠的設(shè)備選型可以看出,質(zhì)量流量計和差壓式密度計具有更好的適用性。主要原因在于質(zhì)量流量計和差壓式密度計能夠很好地實現(xiàn)對漿液密度的測量,運行和維護成本相對適中,應(yīng)用案例多,在設(shè)備選型過程中更傾向于使用;對于核密度計而言,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;音叉密度計由于應(yīng)用案例少,運維人員缺少相關(guān)經(jīng)驗,設(shè)備選型時也會避免選用。

2.2 安裝位置

脫硫漿液密度計常見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。

將密度計安裝在漿液循環(huán)泵母管上能夠良好實現(xiàn)漿液密度的測量,這種布置方式可以使石膏排出泵間斷運行而不影響密度測量,還可以通過調(diào)整管道中的漿液流量控制管內(nèi)漿液流速降低密度計管路的磨損。該種測量方式安裝方便、無需增加動力設(shè)備、投資和運行維護費用較低;其不足是減少了循環(huán)漿液量,但流量很小,對脫硫效率幾乎無影響。

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

將密度計安裝在脫硫塔,布置更為簡單、維護更加方便。但是這種布置方式的測量結(jié)果容易受到攪拌器的干擾,安裝時需避開攪拌器等設(shè)備。此外,氧化空氣等氣體在脫硫塔內(nèi)形成的氣泡會對測量結(jié)果造成一定的干擾,影響測量結(jié)果的準確性。

2.3 存在問題

目前各廠脫硫塔漿液密度計均能穩(wěn)定運行,為脫硫系統(tǒng)控制提供數(shù)據(jù)支撐。但仍存在一定的問題,如密度計堵塞、磨損及測量結(jié)果跳變、漂移、不準確等。

2.3.1 堵塞

除核密度計和超聲波密度計無需與漿液直接接觸,幾乎不存在堵塞的情況外,其他密度計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,進而導(dǎo)致堵塞。對于部分型號的質(zhì)量流量計,設(shè)定流速較低,其堵塞可能性更高。

(2)沖洗不及時。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,因此需定期對密度計進行沖洗,避免堵塞。但在實際運行中,由于部分電廠未投自動沖洗,沖洗不及時,導(dǎo)致密度計堵塞。

(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。當沖洗水壓力不足時,會造成沖洗效果不好,引起密度計堵塞。

(4)漿液流速低。漿液流速過低,漿液對固體物質(zhì)的挾帶能力降低,更易在測量管路中沉積,造成密度計堵塞。

密度計堵塞會嚴重影響密度計的測量結(jié)果,甚至影響密度計的使用壽命。發(fā)電企業(yè)在條件允許的情況下應(yīng)對安裝不合理的密度計進行整改,未投運密度計的自動沖洗功能應(yīng)進行技術(shù)改造。

2.3.2 磨損

對于質(zhì)量流量計和音叉密度計,需要將密度計長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的物質(zhì),密度計的磨損不可避免。

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

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

2.3.3 測量結(jié)果跳變

電廠I存在密度計測量結(jié)果頻繁跳變的現(xiàn)象,影響運行人員對漿液密度的判斷,進而影響脫硫系統(tǒng)的運行控制。

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

發(fā)電企業(yè)對密度計的安裝方式進行合理整改,保證漿液能夠充滿密度計流過,防止氣體進入密度計,影響測量結(jié)果。

2.3.4 測量結(jié)果不準確

電廠H的密度計存在測量結(jié)果與實驗室檢測結(jié)果偏差大、測量不準確的現(xiàn)象,影響脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

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

發(fā)電企業(yè)在條件允許的情況下,對安裝在吸收塔壁的密度計進行改造,可通過數(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量漿液密度。

3 改造方案

3.1 差壓密度計移位

通過在吸收塔壁新建溢流管,并在塔外新建檢測罐。檢測罐上下安裝差壓變送器,利用重力差將漿液引流至檢測罐中。差壓變送器對檢測罐中的漿液進行檢測,測得漿液密度,漿液經(jīng)過檢測罐后排入地坑。該方法既避免了攪拌器產(chǎn)生的層流對壓力變送器的干擾,同時保留了差壓式密度計的優(yōu)點,改造難度低,運行維護成本低,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

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,該密度計保留了核密度計無接觸、無磨損、測量準確的優(yōu)點。目前,22Na核密度計在化工、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)

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