燃煤電廠脫硫漿液密度計的應用及常見問題分析

袁曉東

(中國大唐集團科學技術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中,漿液密度是判斷脫硫系統啟停的重要指標。漿液密度的大小直接影響脫硫系統的運行狀況,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泵、石膏排出泵、吸收塔攪拌器電流增加,進而造成設備工作負荷增大,電耗增加[1];也會加劇脫硫系統設備磨損,造成設備出力下降,嚴重時導致管道泄漏,設備損壞;還會導致漿液滯留在塔內構件表面結垢,引起管路、濾網等構件堵塞,影響系統正常運行[2]。漿液密度過低,會造成脫硫效率過低、石膏品質差、脫水困難等現象[3]。此外,吸收塔液位的測量一般是結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果,漿液密度測量結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的穩定運行具有至關重要的作用。

1 密度計分類

石灰石-石膏濕法脫硫工藝已經發展的十分成熟,漿液密度的測量也可以通過多種方法來實現。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]、質量流量計[10]等。各種密度計原理、優缺點見表1。

表1 脫硫系統漿液密度計

2 密度計應用情況

目前各廠所使用的密度計均能夠很好地實現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較好的契合,能夠很好地體現脫硫漿液的密度。對指導運行人員進行合理調整具有積極作用。

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 設備選型

調研電廠脫硫塔使用的密度計以數量排序,分別為質量流量計、差壓式密度計、核密度計和音叉密度計。從電廠的設備選型可以看出,質量流量計和差壓式密度計具有更好的適用性。主要原因在于質量流量計和差壓式密度計能夠很好地實現對漿液密度的測量,運行和維護成本相對適中,應用案例多,在設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,人員和設備管理成本大幅增加,因此應用較少;音叉密度計由于應用案例少,運維人員缺少相關經驗,設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泵母管、石膏排出泵再循環管道、吸收塔等位置。

將密度計安裝在漿液循環泵母管上能夠良好實現漿液密度的測量,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,還可以通過調整管道中的漿液流量控制管內漿液流速降低密度計管路的磨損。該種測量方式安裝方便、無需增加動力設備、投資和運行維護費用較低;其不足是減少了循環漿液量,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管道上,石膏排出泵連續運行,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據準確、穩定且管道不易堵塞。測量的漿液即為流經石膏排出泵的漿液,能夠有效地監測待脫水漿液密度,為脫水系統的啟停提供最直觀、有效地數據支撐。但是這種安裝方式下,石膏排出泵須連續運行,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果容易受到攪拌器的干擾,安裝時需避開攪拌器等設備。此外,氧化空氣等氣體在脫硫塔內形成的氣泡會對測量結果造成一定的干擾,影響測量結果的準確性。

2.3 存在問題

目前各廠脫硫塔漿液密度計均能穩定運行,為脫硫系統控制提供數據支撐。但仍存在一定的問題,如密度計堵塞、磨損及測量結果跳變、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,進而導致堵塞。對于部分型號的質量流量計,設定流速較低,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,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,導致密度計堵塞。

(3)沖洗水壓力不足。漿液中的固體物質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果,甚至影響密度計的使用壽命。發電企業在條件允許的情況下應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進行技術改造。

2.3.2 磨損

對于質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,密度計的磨損不可避免。

根據區域內發電企業的使用情況,質量流量計和音叉密度計均存在不同程度的磨損。質量流量計安裝較多,磨損情況具有一定的差異。磨損嚴重的設備3～4年需進行更換,磨損輕微的設備7～8年需進行更換,大部分質量流量計能夠運行5～6年。

密度計的磨損情況與漿液中磨蝕性物質含量、漿液流速、密度計品牌、密度計材質、密度計管徑等均具有一定關系。發電企業應嚴格控制石灰石品質和漿液品質,同時選用合適品牌和型號的密度計。

2.3.3 測量結果跳變

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

經了解,該廠密度計為質量流量計,為豎直安裝(下降管)方式。推測產生數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,導致密度計中出現氣泡,最終影響測量結果,產生跳變。

發電企業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,影響測量結果。

2.3.4 測量結果不準確

電廠H的密度計存在測量結果與實驗室檢測結果偏差大、測量不準確的現象,影響脫硫系統安全穩定運行。

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

發電企業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,可通過數值模擬合理調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,漿液經過檢測罐后排入地坑。該方法既避免了攪拌器產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,無需相關部門審批,安全檢查的規格和次數減少,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、測量準確的優點。目前,22Na核密度計在化工、礦產等行業已有應用,在電力脫硫領域的應用較少。

4 總結

在線密度計是脫硫系統運行控制的重要設備之一,其測量結果的準確性直接影響漿液脫水系統的啟停和脫硫系統的安全運行。在脫硫系統運行控制以及未來智慧電廠建設和數字大唐建設方面,在線密度計都會體現出重要的作用。目前脫硫密度計在運行管理方面仍存在一定的欠缺,因此發電企業應加強設備管理、完善設備技術規范、降低設備故障。