吸收塔漿液密度測量方式及安裝位置的優(yōu)化

畢德剛

（山東山大華特環(huán)保工程有限公司 山東 濟南 250014）

0 前言

在石灰石/石膏濕法脫硫系統(tǒng)中， 吸收塔漿液密度是比較重要的數(shù)據(jù)，它直接影響到系統(tǒng)的脫硫效率、脫硫劑的消耗、副產(chǎn)物的品質(zhì)乃至脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 吸收塔內(nèi)漿液的濃度一般控制在12-18%之間，密度數(shù)值各家脫硫公司相差不大，一般控制在1050-1150kg/m3之間。

1 吸收塔密度測量的主要方式

目前，國內(nèi)設(shè)計的脫硫系統(tǒng)使用過的吸收塔漿液密度測量方式主要有三種：

1.1 質(zhì)量流量計

在煙氣脫硫項目中應(yīng)用最廣的漿液密度測量儀器是質(zhì)量流量計，其工作原理是，測量管在流體的作用下連續(xù)地以一定的共振頻率進行振動，振動頻率隨流體的密度變化而改變，具有一定的規(guī)律性，因此共振頻率是流體密度的函數(shù)，通過測量管的共振頻率即可獲得流體的密度。

質(zhì)量流量計的優(yōu)點是安裝和維護非常方便， 測量精度高， 可達到±3㎏/m3；可同時測量流量和密度，適應(yīng)性較強。

缺點是直接與測量漿液接觸，流量計易磨損，易腐蝕，實際應(yīng)用中必須采用合金材料，價格相對較高；長期運行會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，需定期校準。 此外，由于內(nèi)部有振動管，測量時易堵塞。

為了延長質(zhì)量流量計的使用壽命，將漿液流速控制在1.5-2m/s 之間。

1.2 差壓變送器測密度

差壓變送器測密度是通過液體壓力計算公式△P=ρgh 來間接計算漿液的密度。 式中，△P 為從2 兩點間的差壓；g 為重力加速度；ρ 為漿液密度；h 為低壓側(cè)壓力取樣位置1 與高壓側(cè)壓力取樣位置2 的距離。 式中h 為固定值，因此根據(jù)這兩點間的壓力差即可推算出相應(yīng)的漿液密度。

差壓變送器一般選型為雙法蘭隔膜式(帶毛細管)。 差壓法測量漿液密度的優(yōu)點是簡單易行，耐磨耐腐蝕，適用于各種類型的吸收塔，價格較低。但是，它也有一些明顯的不足：（1）代表性差，所測密度只是吸收塔中有限范圍內(nèi)(壓力測量點1 與2 之間)的漿液密度，不能代表石膏排放泵出口處漿液的密度，因此需對所測密度進行修正。（2）測量位置條件差。 如果壓力測量點距吸收塔攪拌器較近，則會受到攪拌器的干擾，導(dǎo)致壓力測量值波動大，失去測量的意義；如果距攪拌器較遠，儀器測量孔易被結(jié)晶物堵塞，即便采用伸入式法蘭，也難以保證長時間運行。（3）測量誤差大。兩壓力測量點如果距離太近，則壓差很小，難以準確測量，且易受干擾；如果距離太遠，則兩點間的密度相差較大，不具備代表性。此外，溫度對密度的影響也很大，雖然有的測量系統(tǒng)中加入了溫度修正，但效果并不理想。

1.3 γ 射線放射吸收測量法

放射性密度計的測量原理是射線穿過物質(zhì)時會發(fā)生衰減，衰減的程度取決于測量通道的管徑和物質(zhì)的密度，當測量通道恒定時，衰減量是物質(zhì)密度的函數(shù)。 放射性密度計的儀器組件不接觸被檢測對象，對容器內(nèi)的物料密度等參數(shù)進行測量，特別適用于高溫、高壓、高腐蝕性、有毒、易燃以及強電磁干擾等惡劣環(huán)境的密度測量，價格也比較便宜。用于脫硫系統(tǒng)時，由于放射性密度計安裝于漿液管之外，與漿液不直接接觸，安裝方便，維護量小，不會造成漿液的壓力損失。但是，放射性密度計也存在一些缺點，如測量信號與濃度不呈線性，管道內(nèi)壁結(jié)垢及磨損將引起測量誤差等。此外，實際應(yīng)用中，因放射性儀器審批程序繁瑣，并要對放射源進行嚴格管理與檢查，故這類密度計只在早期的脫硫項目中有所應(yīng)用。

2 密度計安裝位置

目前，國內(nèi)大部分脫硫裝置的所采用質(zhì)量密度計和壓力變送器等大多為進口設(shè)備，根據(jù)其安裝位置主要有以下幾種：

（1）放置在石膏排出泵出口管道，如圖1 所示。

圖1 安裝在石膏排出泵出口管道

安裝在石膏排出泵出口管道支管上的密度測量裝置為質(zhì)量密度計，這種布置方案工程案例較多，此種情況下石膏排出泵設(shè)2 臺，1 運1 備。 石膏排出泵始終連續(xù)運行，不需要脫水時石膏漿液通過閉路循環(huán)返回吸收塔。

該種布置方式的優(yōu)點是測量數(shù)據(jù)準確、穩(wěn)定、管道不易堵塞，其不足是通過質(zhì)量密度計支管的管道流速不易控制，流速過高易質(zhì)量流量計磨損嚴重，流量過低會造成堵塞。

（2）放置在密度計給料泵出口管道上，如圖2 所示。

圖2 質(zhì)量流量計安裝在密度計給料泵出口管道

布置在單獨設(shè)置的密度計給料泵出口管道上的密度測量裝置也為質(zhì)量密度計，與布置在石膏排出泵出口管道不同，單獨設(shè)置的密度計給料泵在設(shè)計選型時已充分考慮了漿液在管道內(nèi)的流速。密度計給料泵同樣布置2 臺，1 用1 備， 從吸收塔底部引出的漿液經(jīng)過密度計后從吸收塔上部返回塔內(nèi)漿液池。

這種布置方式相對獨立，不收石膏脫水系統(tǒng)的制約，流經(jīng)密度計的介質(zhì)相對穩(wěn)定，避免了磨損嚴重或易堵塞等問題的發(fā)生。 同時該測量方式與布置方式1 類似，測量結(jié)果準確穩(wěn)定。 其缺點是增加了密度計給料泵，增加的投資成本，運行維護費用也相應(yīng)增加。

圖3 質(zhì)量密度計安裝在循環(huán)泵出口管道

圖4 差壓密度計安裝在吸收塔側(cè)壁上

（3）密度計放置在循環(huán)泵出口管道上，如圖3 所示。

從任兩路循環(huán)泵 （運行時間最長的兩臺漿液循環(huán)泵，1 路使用1路備用）出口管道引出少許漿液通過密度測量裝置，該方式由上述兩種布置衍生出來的，同樣采用質(zhì)量密度計。 密度計及相關(guān)閥門組一般安裝在吸收塔平臺上方，便于操作。

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，還可以控制引出的漿液量保證管內(nèi)介質(zhì)流速減少密度計的磨損。 該種測量方式簡單、不需新增動力設(shè)備、降低了投資和運行維護費用。 其不足是減少了循環(huán)漿液量，但對整體脫硫效率影響不大。

（4）密度計安裝在吸收塔側(cè)壁上，如圖4 所示。

安裝在吸收塔側(cè)壁的密度測量裝置多為差壓式， 在吸收塔底部漿液池不同高度的位置分別開孔， 將差壓變送器直接安裝在吸收塔管口上。 開孔高度與吸收塔液位高度和攪拌型式有關(guān)， 通常情況下， 兩層開孔高度一般取1m 和2m，且每個高度取2 組數(shù)值進行比較計算出塔內(nèi)漿液密度。

這種測量方式布置簡單，維護方便，無動力設(shè)備，總體投資較低，可廣泛應(yīng)用于中小型機組的脫硫裝置的吸收塔密度測量和石灰石（石灰）密度測量。 其缺點為測量數(shù)值受取樣位置限制， 測量結(jié)果容易受到攪拌器的干擾等。

3 結(jié)論

根據(jù)上述分析，無論采用哪種密度測量方式以及在各種不同的位置都可以測量出吸收塔的漿液密度。 一般情況下，在吸收塔上采用差壓式進行密度測量為首選方式。 若采用質(zhì)量密度計，可首選安裝于循環(huán)泵出口管道上，其次為單獨設(shè)置密度計給料泵，或者選用布置在石膏排出泵出口管道上。 工程實施時，應(yīng)當根據(jù)項目的現(xiàn)場布置等情況進行選擇，充分考慮現(xiàn)場場地條件限制、業(yè)主要求，并綜合考慮投資和運行維護費用等方面。

當采用質(zhì)量密度計時，可在密度前后管道設(shè)置節(jié)流孔板并留有足夠的直段，控制好通過質(zhì)量密度計的介質(zhì)流速，盡量減少磨損。在吸收塔上布置差壓式密度計時應(yīng)選取合理的方位和高度，保證所取漿液具有一定的代表性。 無論采用哪種密度測量方式，均應(yīng)設(shè)置密度計自動沖洗裝置。

［1］周志祥，等，編著.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊[S].中國電力出版社，2006.

［2］郭東明，等，編著.脫硫工程技術(shù)與設(shè)備[S].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2007.