石灰石湿法烟气脱硫系统浆液密度测量方法介绍

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一、概述
　　石灰石湿法烟气脱硫系统中至少有两处的工质密度必须实时精确测量，即进入吸收塔的石灰石浆液密度和吸收塔浆液排出泵出口管道上的石膏浆液密度，前者关系到脱硫效率，后者则控制着吸收塔生成物石膏的品质。然而，因为湿法脱硫系统的工艺过程较为复杂，这两处的工质密度不易测量。脱硫过程石灰石浆液与烟气接触后有如下特点：
　　
　　(l)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;
　　
　　(2)浆液中含有2％的氯离子和氟离子，因而会加速酸腐蚀；
　　
　　(3)石灰石浆液中固态物质含量较高，达20％一30%；在脱硫后的浆液中含有大量的石膏结晶，磨蚀性较强。因此，脱硫系统浆液密度测量仪器选型应充分考虑脱硫浆液的腐蚀、磨蚀、悬浮固体颗粒的沉积、结垢等各种因素，尽可能兼顾到其可用性、可靠性和可控性。
　　
　　二、几种浆液密度测量方式
　　
　　2.1放射性密度计
　　
　　放射性密度计的测量原理是射线穿过物质时会发生衰减，衰减的程度取决于测量通道及物质的密度，当测量通道恒定时，衰减量是物质密度的函数。放射性密度计可以在不接触被检测对象，特别是在高温、高压、高腐蚀性和有毒的情况下，对容器内的物料密度等参数进行测量，价格也比较便宜。用于脱硫系统时，由于放射性密度计安装于浆液管之外，与浆液不直接接触，安装方便，维护量小，不会造成浆液的压力损失。但是，放射性密度计也存在一些缺点，如测量信号与浓度不呈线性，管道内壁结垢及磨损将引起测量误差等。此外，实际应用中，因放射性仪器审批程序繁琐，并要对放射源进行严格管理与检查，故这类密度计只在早期的脱硫项目中有所应用。
　　
　　2.2质量流里计
　　
　　目前，在烟气脱硫项目中应用最广的浆液密度测量仪器是质量流量计，测量管连续地以一定的共振频率进行振动，振动频率随流体的密度变化而变化，因此共振频率是流体密度的函数，通过测量管的共振频率即可获得流体的密度。质量流量计的最大特点是可以同时测量质量流量与密度，而且测量精度较高，运行稳定，但其最大缺点是易磨损，运行1-2年必须更换测量管。而且，由于质量流量计的价格随管道的公称直径的增大而迅速增加，为节约成本，实际应用中都是在需测量的管路上单独引出一段测量支管来测量浆液密度。所以，在设计中要精确计算测量管中的介质流速，严格控制在3m/s以内。某电厂曾经发生过脱硫介质全部经由密度测量管造成管内介质流速急剧升高，致使质量
流量计在短时间内被磨穿。
　　
　　2.3差压法密度测量差压法
　　
　　密度测量是通过液体压力计算公式△p=Pgh来间接计算浆液的密度(吸收塔浆液密度测量测点位置如图1所示)。式中，△p为从2两点间的差压；g为重力加速度；P为浆液密度；h为低压侧压力取样位置1与高压侧压力取样位置2的距离。式中h为固定值(因1、2两点间的位置可以预先设计)，因此只要求出这两点间的压力差即可推算出相应的浆液密度。
　　
　　考虑到石灰石浆液容易结晶凝固的特性，差压变送器选型为双法兰隔膜式(带毛细管)。差压法测量浆液密度的优点是简单易行，适用于各种类型的吸收塔。但是，它也有一些明显的不足：(1)代表性差，所测密度只是吸收塔中有限范围内(压力测量点1与2之间)的浆液密度，不能代表石膏排放泵出口处浆液的密度，因此需对所测密度进行修正。(2)测量位置条件差。如果压力测量点距吸收塔搅拌器较近，则会受到搅拌器的干扰，导致压力测量值波动大，失去测量的意义；如果距搅拌器较远，仪器测量孔易被结晶物堵塞，即便采用伸入式法兰，也难以保障长时间运行。(3)测量误差大。两压力测量点如果距离太近，则压差很小，难以准确测量，且易受干扰；如果距离太远，则两点间的密度相差较大，不具备代表性。此外，温度对密度的影响也很大，虽然有的测量系统中加入了温度修正，但效果并不理想。
　　
　　2.4音叉式密度计
　　
　　音叉测量是基于音叉的振动频率随周围介质的密度不同而变化，测量音叉的振动频率即可知道介质的密度。音叉式密度计有长杆型与短杆型2种，长杆型用于罐、坛等固定容器内介质密度的测量，杆长可达4m；短杆型用于管道内流动介质密度的测量。应用表明，音叉式密度计性能并不稳定。
　　
　　2.5浮球式密度测量
　　
　　浮球式密度测量的原理与差压式基本相同，也是通过测量压力变化来得到浆液密度值，其结构与浮球式液位计较为相似，测量浮球受到的浮力大小即可计算出此处的工质密度。所以，浮球式密度计的不足与差压式测量一样，且更容易受到工质扰动的影响(如搅拌器)。有的浮球式密度计在浮球外加了1个开有很多小孔的保护管(也叫防浪管)用以消除搅拌器的干扰，但却引起堵塞的问题，运行不久防浪管的小孔便被堵死，导致装置无法使用。
　　
　　2.6超声波密度测量仪
　　
　　超声波密度测量仪的原理与超声波流量计类似，基于超声波穿越不同密度介质的速度不同，据此可求得介质的密度变化。这种装置价格较贵，在脱硫项目中很少采用。
　　
　　三、结语
　　
　　质量流量计应用最为广泛且效果较好，缺点是价格较高，使用周期短，损耗大；差压式密度测量装置在脱硫项目中的应用范围越来越广，其测量值如果能被较为准确地修正，会有较好的应用前景；音叉式、浮球式密度测量装置的表现不稳定，需区别对待。