石灰石湿法脱硫吸收塔热工参数优化探讨（浆液密度、PH值、液位、除雾器差压）

本帖最后由 armstrong 于 2017-3-12 16:35 编辑 石灰石-石膏湿法烟气脱硫吸收塔热工参数测量探讨摘要：国内石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺中，石膏浆液密度、石膏浆液PH值、吸收塔液位测量存在问题较多，本文介绍了解决这些问题的经验，具有较高的推广价值。关键词：烟气脱硫，参数测量，存在问题，解决方案一、概述石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺中吸收塔是核心设备，其它设备都服务于吸收塔。二氧化硫在吸收塔中从烟气中脱除，操作员以控制吸收塔浆液参数来控制脱硫效率，降低二氧化硫排放。吸收塔浆液参数控制合理的情况下，石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺脱硫效率达到95%以上。吸收塔热工参数测量主要有石膏浆液密度、石膏浆液PH值、吸收塔液位、除雾器差压，根据笔者掌握的情况，对于新投运的系统，这四个参数测量均存在不同程度的问题，制约这些参数的投运率、准确率。二、存在的问题1、石膏浆液密度石膏浆液密度测量主流设备为科里奥（Coriolis）原理密度计，由于该种形式密度计易磨损和易堵塞，有些脱硫公司将压力变送器安装在吸收塔上，用以计算石膏浆液密度。（1）科里奥原理密度计存在问题科里奥原理密度计通过石膏浆液流通它的谐振管测量浆液密度。要产生谐振，谐振管壁厚要限制在一定厚度内，石膏浆液含石膏晶体颗粒，石膏浆液流通密度计的谐振管必然对管壁造成磨损，导致密度计使用寿命有限。为了降低磨损，必须控制石膏浆液流速，流速降低引起管路堵塞，堵塞的石膏需要使用坚硬物清理才能清除，清理时不小心易损坏谐振管。科里奥原理密度计使用寿命为1-2年，更新设备投资和清理堵塞以及由此引起的测量退出是科里奥原理密度计存在的主要问题，每台科里奥原理密度计采购费用为12-18万元。（2）吸收塔上压力变送器计算密度存在问题将压力变送器安装在吸收塔上，该测量方法是基于物理定律“液体压强等于液位与液体密度以及重力加速度的乘积”，但该定律是在液体静止的条件下才满足，而吸收塔配备有防止浆液沉淀的强力搅拌器或脉冲悬浮泵，有形成超大倍率浆液循环的循环泵，有用于亚硫酸钙氧化通入浆液的氧化风，这些设备的运行一方面造成了塔内浆液状态的复杂性，一方面干扰了压力变送器的压力测量。应该说，这种测量方法是不严谨和不科学的。图为某台机组吸收塔循环泵投运过程曲线。红线1、绿线2、蓝线4分别为#7吸收塔#1、#2、#3循环泵电流曲线，黄线3、粉线5分别为吸收塔底部、中部压力变送器压力值曲线（显示量程不同），从各曲线间关系可以看出：循环泵投运前，中部压力变送器压力值接近零，说明液面处于中部压力变送器标高附近，随着三台循环泵的依次投入运行，底部压力变送器压力值基本维持不变（80KPa），说明塔内浆液量未发生变化，但中部压力变送器压力值显著升高（从0升至32KPa），说明吸收塔内液面上升。综合以上分析可以得出结论：循环泵投运后，塔内浆液总量没有变化，由于循环泵的投运，浆液体积膨胀，同一浆液单位体积的质量发生大幅度变化，即浆液的“密度”特性在吸收塔运行中在吸收塔内是得不到真实体现的。根据某台机组用于测量吸收塔液位安装的压力变送器数据，在上下两个压力变送器安装在标高0.7米和7米位置时，计算出的密度低于1000Kg/m3 （700Kg/m3-1000Kg/m3之间）的不合常理情况是经常出现的。拉近两个压力变送器的安装间距并安装在浆池下部，效果有较大好转，但会增加密度计算误差。存在测量误差是压力变送器安装在吸收塔上测量密度存在的主要问题。理论上讲，该测量方法是错误的。2、石膏浆液PH值测量石膏浆液PH值测量的方法是将PH测量用玻璃电极浸入被测浆液中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺中主流安装方法是将玻璃电极安装在石膏排出泵出口回吸收塔分支管路上，由于玻璃电极的“渗透膜”很薄以及石膏浆液石膏晶体颗粒的磨损，存在玻璃电极易损坏的问题，一般情况下玻璃电极使用寿命低于3个月。管路堵塞也是石膏浆液PH值测量存在的问题。为了解决玻璃电极使用寿命短和管路堵塞问题，有些电厂将玻璃电极移至管路外，经过扩容降低对玻璃电极的冲刷，乏液排入吸收塔区地坑，这种方案加重了地坑泵负担，造成电量浪费和地坑泵磨损（介质为含颗粒浆液时，泵件磨损非常严重）。剔除机组检修停运时间，每塔因此年耗费电量39000度（地坑泵功率30KW，根据地坑液位启停）。石膏浆液PH值测量存在电极易损坏、管路堵塞或不节能、地坑泵磨损的问题。3、吸收塔液位吸收塔液位的主流测量方法是测量吸收塔底部压力，使用石膏浆液密度值进行补偿，得到吸收塔液位。一般情况下，无论哪种测量方法测得的密度都是不低于吸收塔内部从塔底到液面浆液的实时平均"密度"的，原因是塔内浆液是旋动的、有气泡的，而密度测量测量工况都是尽量剔除这些影响的。所以以吸收塔底部压力加浆液密度值补偿计算出的液位是偏低的，偏低的数值随塔内浆液状况而变。1100Kg/m3密度的浆液在塔内可能只有900Kg/m3，此工况下11米高度的液位使用该种测量方法测出的液位只有9米。液位测量不准会引起吸收塔溢流，当地坑泵出力不能满足溢流量需要时，浆液外溢造成环境污染。4、除雾器差压除雾器差压用于监视除雾器烟气出入侧压差，以适时投入冲洗水。由于烟气携带石膏浆液，造成压力取样管堵塞，除雾器差压经常失准或数据无法使用。堵塞物为垢状稀稠物，使用压缩气源吹扫疏通后，很短时间内又堵塞。取样管路堵塞、疏通频繁、不能稳定投入是除雾器差压测量的主要问题。三、解决方案1、石膏浆液密度（1）解决方案选用YLMD系列周期取样、压力测量原理密度计，该原理浆液密度计彻底解决了脱硫岛浆液密度测量存在的问题。测量原理是利用“液体压强等于液位与液体密度以及重力加速度的乘积”的物理规律，定期自动将被测浆液取出静置得到样品液，测量不同高度处的压强，经计算得到密度。因样品液是静止和稳定的，所以测量值是准确的，测量方法是严谨的。图示为该原理密度计实景图片。YLMD系列浆液密度计技术参数：电源： AC220V，3A密度信号输出：4-20mA测量周期： 40分钟（石膏浆液）/10分钟（石灰石浆液）测量精度： ±10 Kg/m3 （2）结果YLMD系列浆液密度计测量元件不接触高速流动的浆液，每一测量周期进行水冲洗，彻底解决了仪表磨损和堵塞问题。通过对7家电厂使用情况的调查，密度计运行情况良好，至2013年11月，投用时间已超过3年。2、石膏浆液PH值测量（1）解决方案解决吸收塔浆液PH值测量存在的电极磨损和管路堵塞问题，目前已有多种方案，总体思路是将PH电极移出浆液高速流动的浆液泵出口管道。有些是靠吸收塔内浆液静压自流通过管路直接排入吸收塔区地沟，将PH电极安装在自流管道上；有些制作流通杯，使浆液向PH电极淋洒，乏液排入吸收塔区地沟。这两种方案均能缓解石膏浆液PH值测量存在的电极磨损和管路堵塞问题，但需要地坑泵将排入地沟的被测浆液打回吸收塔。选用ZQQY-1-1型PH测量辅助装置，与PH值测量仪表配合，在延长PH电极使用寿命方面更优秀，耗用的被测浆液少许多。（2）ZQQY-1-1型PH测量辅助装置测量原理：如图所示，打开阀门1，浆液流通浆液取样管4排入地沟，待取样管4内可靠充满新鲜浆液后关闭阀门1，延时2分钟，记录并显示此时测量的PH值至下一测量周期。打开阀门2，工业水流通浆液取样管4排入地沟，待确信取样管4内浆液被水置换后关闭阀门2。以上步序重复进行，完成PH值测量任务。（3）结果配用PH测量辅助装置，因样品管特殊测量结构降低介质流速和PH电极短时间接触被测介质、非测量时段PH电极浸入清水而不是石膏浆液，延长了PH电极使用寿命。由于每一测量周期（10-20分钟）仅有不足1分钟浆液排入地沟，大大降低了吸收塔区地坑泵负荷，达到节能和降低地坑泵损耗的目的。某厂#5、#6两台同类型机组，#5吸收塔为浆液静压自流型PH值测量方案，#6吸收塔选用ZQQY-1-1型PH测量辅助装置，对两者进行分析比较：图示曲线为#5、#6吸收塔地坑液位曲线（#5-红色，#6-绿色），曲线反映了地坑泵运转情况。通过曲线分析，在135分钟的取样时间内，#5吸收塔地坑泵启动3.5次，运行24.5分钟，#6吸收塔地坑泵启动1次，运行5分钟，#6吸收塔地坑泵运行时间是#5吸收塔地坑泵的20.4%。该厂地坑泵功率30KW，按照#5吸收塔工况合计（假设吸收塔全年运行），地坑泵耗电40880KWh,电费20440元（0.5元/ KWh）。统计地坑泵配件磨损更换配件费用，每台地坑泵年均24870元。以上两项年耗45310元。按照泵运行时间折算电耗和设备损耗是合理的，#6吸收塔地坑泵损耗为#5吸收塔地坑泵的20.4%，年节省费用36060元。配用PH测量辅助装置，PH电极使用寿命长于一年，上述统计未包括维护人工费和PH电极损耗低节省费用。3、吸收塔液位（1）解决方案无论哪种测量方案，吸收塔浆液密度测量的目的是测取浆液含固量，是为了监测石膏晶体含量。因吸收塔内浆液状态非常复杂，即使是相同密度的浆液，在塔内不同运行工况单位体积的浆液质量也不是恒定的，在塔内不同高度、不同位置也是不均匀的的，使用测量的密度用于液位测量补偿是不准确的。利用不同高度安装的两组压力变送器测得的压力值计算吸收塔液位，能够避开密度补偿。因吸收塔内单位体积的浆液质量数据的差别主要取决于高度因素，所以尽量拉开两组变送器的安装间距，以提高测量精度，但要保证上面一组压力变送器上部有足够液位。计算公式：