火电厂湿法烟气脱硫系统测量仪表的选型与应用

177火电厂湿法烟气脱硫系统测量仪表的选型与应用祝晓松（浙江浙大网新机电工程有限公司，浙江杭州310007）摘要：由于湿法烟气脱硫系统设计特殊的工艺和介质，因此对测量仪表的选型及应用需要充分考虑其特殊性，本文从吸收塔浆液pH值、吸收塔浆液密度、液位等几方面的测量来具体阐述。关键词：火电厂；烟气脱硫；仪表；选型引言火电厂烟气脱硫系统中的测量仪表对于监视和控制整个工艺过程至关重要，湿法脱硫系统的工艺过程较为复杂，工艺介质即脱硫浆液的特殊性：（1）浆液中含有硫酸根及亚硫酸根,呈弱酸性，pH值一般在5.2～6.2之间；（2）浆液中含有2％的氯离子和氟离子，会加速酸腐蚀；（3）石灰石浆液对仪表的腐蚀、磨蚀，悬浮固体的沉积，结垢等，对仪表有特殊的要求，所以，仪表选型应昀大限度地考虑其可用性、可靠性和可控性。本文将着重介绍湿法烟气脱硫中的主要参数测量仪表的选型与应用：吸收塔pH值测量、吸收塔浆液密度测量、液位测量等。1吸收塔pH值测量吸收塔浆液的pH值反映塔内浆液的酸碱度，与入口原烟气SO2浓度、脱硫效率及石灰石浆液浓度共同控制石灰石的加入量。如果显示数据不准确，直接影响石灰石的加入量，如pH显示偏低(实际正常)，导致石灰石浆液的加入量增大、石膏中的碳酸钙含量增加，石膏的品质下降，石灰石利用率降低，影响脱硫运行的经济性；反之，如果显示偏高，石灰石的加入量减少，严重时影响脱硫效率降低，且长期的低pH值浆液，还会导致塔内搅拌器、浆液循环泵、排出泵等金属过流部件的腐蚀，缩短设备的使用寿命，增大脱硫运行的成本，同时也使脱硫系统的安全经济运行难以保证。pH计的常规安装方式为：在石膏排出泵出口设置浆液循环管路，冗余的pH计安装在浆液循环管道上。但该安装方式存在以下几种弊端：（1）为了实时检测吸收塔浆液的pH值，就得不间断地保持石膏排出泵处于运行状态（常规方式对石膏浆液密度的实时检测，也要求石膏排出泵处于不间断运行状态），这不仅大大缩短了石膏排出泵的使用寿命，同时也增加了电厂后期的运行能耗成本；（2）因为石膏排出泵出口压力较高，导致安装pH计的循环管道的流速过快，浆液会对pH计电极及管道产生很大的磨损，严重影响设备的使用寿命。如控制流速过慢，则会影响测量效果，并且会发生浆液沉淀、堵塞等情况；所以还需要为pH计及pH计所在的管道配置一套冲洗系统，这在一定程度上又增加了系统出现故障的几率。鉴于以上原因，现将pH计安装位置由浆液循环管道移至吸收塔本体。考虑到吸收塔内浆液分布存在一定的不均匀性，将pH计安装位置确定在循环泵入口的上方（有3台循环泵时，安装在两台循环泵入口中心线上；有4台循环泵或更多时，安装方式相同），此处的浆液随着循环泵的工作，流动性较大，测量的pH值昀具有代表性，能充分反应吸收塔内当前的pH值，满足系统设计的需要。这种安装方式具有pH计探头不易磨损、无需冲洗、安装简单的特点，实际运行情况也良好。2吸收塔密度测量吸收塔浆液密度计控制着塔内石膏浆液的排放，保持塔内物料的平衡。若浓度低于某一定值，浆液需打回吸收塔再循环，若浓度高于设定值，则打至一级脱水系统。如果显示不准确，特别是显示数值偏低时，容易造成由于实际液位偏高造成的浆液倒灌等影响脱硫系统安全运行的问题，特别是对2010年第3期2010年3月化学工程与装备ChemicalEngineering&Equipment178祝晓松：火电厂湿法烟气脱硫系统测量仪表的选型与应用有GGH的系统还容易造成GGH换热片的污染，导致GGH堵塞，影响脱硫系统的正常运行。密度计显示不准确，还容易造成塔内浆液排出难以控制，特别是在显示密度偏低的情况下，塔内实际密度较高，可能会造成浆液浓度过饱和度偏高，出现严重的结垢现象。所以，这个密度计是湿法FGD控制系统中极为重要的参数，必须长期在线，测量准确，加上脱硫浆液的磨蚀性(含固浓度10％～30％)和腐蚀性特点，使密度计选型受到很大限制。目前国内脱硫使用的密度计主要有两类：一是核辐射密度计；二是质量流量计。核辐射密度计的原理是：射线穿过物质时被衰减，衰减的程度取决于测量通道及物品的密度。当测量通道恒定时，射线的吸收量是被测介质密度的函数。该测量系统安装在浆液输送或散状输送管道的外面，非接触性连续测量，测量不受被测物颜色、温度、压力或化学性质的影响，运行可靠性较高，但其价格昂贵，需要进口，同时由于其放射性同位素属危险物品，其使用手续繁杂，需要在公安局、卫生局、环保局备案，并受其监管。质量流量计为接触式，采用科氏力原理，其测量受浆液性质及管道安装情况的影响比较大，运行中容易发生堵塞等问题，维护工作量大，测试准确性不高。鉴于以上种种情况，采用在吸收塔壁上安装压力变送器（该压力变送器同时也用于测量吸收塔内浆液的液位），通过测量不同高度的浆液压力来计算浆液的实时密度，代替传统的密度测量方式，并取得了良好的效果。测量原理如下：假设浆液密度为ρ；压力变送器1测得压力为P1；压力变送器2测得压力为P2；压力变送器1距离吸收塔浆液液面高度为h1；压力变送器2距离吸收塔浆液液面高度为h2；压力变送器1与压力变送器2之间的距离为h。详见图1：压力变送器1测得：压力P1＝ρ×g×h1==ρ＝P1/(g×h1)（1）压力变送器2测得：压力P2＝ρ×g×h2==ρ＝P2/(g×h2)（2）P1/(g×h1)＝P2/(g×h2)P1/h1＝P2/h2(h2=h1+h)==h1＝(P1×h)/(P2-P1)（3）将式(3)带入式(1)：ρ＝(P2-P1)/(g×h)为了简化计算，我们假设h＝1m，即压力变送器1与压力变送器2在安装高度上相距1m，则上式即可简化为：ρ＝(P2-P1)/g考虑到现场仪表的精度，可以适当增加h的值，使得增加密度测量更加精确。采用以上方式，不仅可以简化系统，节约成本，更可以减少系统的故障点。同时，还可以有效的减少石膏排出泵的运行时间，简化工艺管道设计，使脱硫系统能长期稳定的运行。3液位测量湿法脱硫中常用的两种测量液位的方法：差压式液位计和超声波式液位计。根据流体静力学，表征液柱高度的液位可直接通过测量相应的压力值来测定。测量浆液黏性大且易结晶，为了避免导压管堵塞，采用单法兰隔膜差压变送器与容器直接相连。导压管倾斜向上安装与水平成45度，设置一次阀，引工艺水冲洗，在北方地区应考虑保温伴热。超声波式液位计的测量原理是利用声波传播过程中的一些物理特性如声速、声波反射或声波减弱等来测量物位；根据声波往返时问，计算出反射物料与探测器之问的距离。对液体或固体介质选用超声波，声速集中，不易扩散，（下转第151页）151晏立强：浅谈光学灵敏杠杆法测量孔径的方法及误差分析因此如图3当移动纵向滑板时所测的直径并不在直径方向，这样测量的直径存在一定的偏差，所以应加上AGΔ2一个修正值予以修正。在实际测量中，当测头位于图中C或D的位置时，应使测头反向移动至A附近，然后再移动纵向滑板测量直径。2.2机械间隙所带来的误差利用光学灵敏杠杆测量直径时，由于装置在装配过程中存在机械间隙，所以当移动纵向和横向滑板时不可避免地带来间隙误差。因此在测量时应正向和反向测两次取平值予以减小。2.3视差测量过程中需要在纵向滑板鼓轮上读取测量值，存在一定的读数误差，解决的方法是多次测量取平均值。2.4环境误差由于环境温度与测量所要求的温度存在偏差，所以也会带来一定的测量误差。3结束语光学灵敏杠杆系工具显微镜上用接触法测量孔径的附件。由于光学灵敏杠杆瞄准、定位准确度高，常用来测量孔径特别是小孔的尺寸，用灵敏杠杆法测量孔径可以消除用影像法测量时产生的一些误差，所以测量精度相对较高。参考文献[1]李小亭．几何量计量[M]．中国计量出版社，1999；（9）1：[2]高宇海．万能工具显微镜中灵敏杠杆测量孔径的不确定度分析[J]．中国计量，2009；（1）：91-92[3]钟嵘．用万能工具显微镜测量环规内径尺寸的方法[J]．计量与测试技术，2009；（6）：22-22，25（上接第178页）可提高测量精度。超声波液位计与器壁之间的距离应大于昀大测量距离处的波速半径，且应避开进料口，波速传输范围内不应有液位界面外的其他物体。差压式和超声波液位计都可以用来测量浆液槽的液位。一旦搅拌器停止，浆液沉积，密度会变化，膜盒感受到压力变化，差压式液位显示产生一定的误差。搅拌器运转会产生大量的水雾，影响声波的反射强度，影响液位测量的准确度，选超声波液位计应考虑这一点。差压式液位计一旦投用正常后，现场维护量小，由于密度会稍微波动，精确度没有超声波液位计高。4结语作为脱硫装置的“神经系统”，检测仪表关系着脱硫装置的经济、可靠运行，并间接地影响着单元机组的稳定。随着国家有关部门对脱硫装置运转情况监督管理工作的不断深入，有关脱硫装置设计、运行规程规定的陆续出台，烟气脱硫市场正在逐步走向规范和成熟，人们将开始关注检测仪表的可用性、可靠性等指标，重视不断发展的检测技术所带来的运行、检修和维护成本的降低，检测仪表在未来的火电厂烟气脱硫工程中将占有更加重要的地位。参考文献[1]孙克秦．火电厂烟气脱硫系统设计建设及运行[M]．北京：化学工业出版社，2005：[2]阎维平．电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制[M]．北京：中国电力出版社，[3]钟秦．燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例[M]．北京：化学工业出版社，2002：