火电厂湿法脱硫系统中pH计及密度计的设计应用
时间：2024-07-18 阅读：35
摘要:针对火电厂湿法烟气脱硫系统中传统pH计及密度计的探头结垢磨损及测量管路堵塞频繁，导致pH和密度的测量出现偏差甚至数据失真这一问题，结合山西大土河焦化有限责任公司热电一分厂3×75t/h循环流化床锅炉烟气脱硫工程实例，着重介绍了改进型pH计的有效防堵塞安装方法及隔膜压力变送器代替传统密度计的设计原理及应用情况，为今后工程实践提供参考。
目前，火电厂湿法烟气脱硫系统较为常用的pH计和密度计多为探头管道式安装结构，由于石膏浆液含有氯离子，粘度大，对pH电极和密度计探头的冲刷、磨损较为严重，且极易结垢引起管路堵塞，导致浆液pH值和密度测量存在线性失真现象，造成脱硫系统不能正常运行。pH计和密度计作为脱硫系统中的“两个眼睛”，在运行中担负着至关重要作用。因此，在传统pH计和密度计的使用方法上，对其安装方式进行改进，以期实现稳定测量，并能延长探头的使用寿命已成为研究的热点.
本文结合山西省大土河焦化有限责任公司热电一分厂3×75t/h循环流化床锅炉烟气脱硫工程实例，着重介绍了pH计的有效防堵塞安装方法及隔膜压力变送器取代传统密度计的设计原理及应用情况，为今后工程实践提供参考。
1.工程概况及工艺流程
山西省大土河焦化有限责任公司下属热电一分厂3×75t/h循环流化床锅炉烟气脱硫工程工程采用石灰石石膏湿法脱硫工艺一炉一塔处理烟气3量为3×110000m/h，吸收塔内采用氧化喷枪喷出的空气对浆液进行就地强制氧化进而形成石膏晶体，3套系统共用1套石灰制浆系统和1套石膏脱水系统，工艺流程如图1所示。
石灰在浆液池中制成密度1050～1100kg/m的浆液，将配置好的浆液送入石灰供浆箱待用，石灰浆液密度的检测采用便携式密度计进行人工取样现场测量。脱硫塔规格为Φ3．9m×28m，系统正常运行时，塔内液位控制在6m左右，浆液的pH值控制在5．8～6．5之间，当浆液密度1200～1300kg/m时，启动石膏浆液排出泵以及后续的脱水系统进行石膏脱水，塔内的浆液酸碱度采用安装在塔体上面的pH计进行在线监测，密度采用隔膜压力变送器进行间接在线监测，监测数据经处理后进入DCS系统并显示在操作画面上。
2脱硫系统pH计
2．1传统pH计
目前火电厂湿法脱硫系统中使用的pH计大多数为探头直读式类型，其安装方式多为管道式安装，安装部位多在脱硫塔塔体上、浆液循环泵管路上以及石膏排出泵管路上三种主要形式。常见的安装在脱硫塔塔体上的pH计，其安装结构为图2(a)所示。打开与脱硫塔连接的阀门，pH计即可投入使用;关闭此阀门，打开冲洗水阀门即可实现在线冲洗，同时可根据阀门开度调节液体流量，操作方便。但使用过程中，当阀门开度过小时，探头、管道内壁尤其是弯管处极易出现结垢、堵塞现象;当阀门开度过大时，一方面造成塔内浆液流失过多，影响塔内液位，进而可能引起脱硫效率下降、浆液温度升高等一系列问题;另一方面由于浆液含固量较高，加之流速较快，探头长期受到冲刷，极易出现磨蚀现象，严重影响了使用寿命。
安装在循环泵或石膏排出泵管路上的pH计，较好的解决了探头结垢和管路易堵塞的问题，但在使用过程中，由于泵运行时管道内浆液压力较大，探头长期受到高浓度浆液的高速冲刷，磨损较快。
2．2改进型pH计
针对传统pH计使用过程中易堵塞易磨损的弊病，设计了1套改进型pH计，其安装结构如图2(b)所示。在脱硫塔的外部安装了一个罐体，该罐体为上部圆柱体下部锥体式结构，打开与脱硫塔连接的阀门，含固量较高的浆液从罐体底部进入，浆液在罐体内上升的过程中，绝大部分大颗粒的固体能沉积在罐体下部的锥斗中，含固量较低的浆液到达罐体顶部时，与安装在罐顶的探头接触进而测得浆液的pH值，随后浆液通过溢流的方式进入地沟。改进型pH计运行时，短时间内一般不需要对探头进行冲洗，但当脱硫系统运行不正常时，如浆液结晶不好、浆液中固体物粘性较大、难于沉淀，进而造成pH计探头结垢堵塞的情况下，可将罐体排空并进行冲洗，水量由冲洗管路阀门进行调控。在冲洗管的上方，pH计探头的正下方安装了一个螺旋形喷嘴，可对探头进行全面清洗，冲洗后的废水落入罐体内，同时对罐体也起到一定的冲洗作用。
改进型pH计的安装结构，使脱硫塔内含固量较高的浆液通过截面积较小的管路送到截面积较大的罐体下部，大大降低了液体的流速，在罐体内浆液中的大部分固体被分离后与pH计探头接触，一方面有效地解决了高流速液体对探头的冲刷磨损;另一方面可防止高含固量的浆液在探头上结垢。脱硫系统运行过程中，脱硫塔内浆液pH之所以能够维持在5．8～6．5这样一个弱酸性的环境
3脱硫系统密度计
3．1传统密度计
目前，脱硫系统中脱硫塔内浆液的密度在线测量常用的有核辐射密度计、科氏力密度计和管道差压密度计等几种形式。核辐射密度计测量原理是利用通过不同密度浆液对放射剂量衰减不同，检测穿过浆液后的放射剂量，换算成浆液密度。其缺点是:对周围环境造成放射性污染，对人员造成放射性辐射伤害，取样管内壁结垢影响测量精度，存在线性失真等。科氏力密度计测量原理是通过浆液密度影响流量计共振频率，将振动参数的变化进行检测，计算浆液密度。其缺点是:管路易堵塞，流量计寿命短。管道差压密度计测量原理是通过测量两个不同液面的的压力，计算浆液密度。其缺点是:差压取样管路容易堵塞，经常引起测量终止。
3.2隔膜压力变送器在线监测浆液密度及液位
针对常用密度计的种种缺陷，本工程设计出一套隔膜压力变送器对脱硫塔内的浆液密度及液位进行在线监测。在脱硫塔内落差为h的两个液面的隔膜压力变送器，其作用是分别检测两个液面的压力降。P1、P2分别为上、下液面的压力，H为脱硫塔内浆液高度，L为下液面距塔底的距离，h为上下液面高差。
隔膜压力变送器代替传统的密度计，有效地解决了科氏力密度计和管道差压密度计使用过程中堵塞和磨损的问题。该设计在本工程为期两个月的系统调试过程中，多次与塔内浆液现场取样称重法测出的密度值进行对比，误差范围仅为±20kg/m。由于是直接测量吸收塔内搅拌器、浆液循环泵、氧化风机运行状态下的浆液密度，此时塔内悬浮浆液有可能会对测量产生扰动现象，导致测量数据偏差较大，因此，隔膜压力变送器*好安装在搅拌器的上方，且留有一定的间距，并与搅拌器在垂直方向上错开，以便减少干扰。
4结语
(1)改进型pH计在系统检修或停运时，需将罐体内浆液排空，并对探头和罐体进行冲洗，防止与脱硫塔连接的管路结垢堵塞和测量偏差较大。
(2)隔膜压力变送器兼具监测脱硫塔内浆液密度和液位的双重功能，且维护工作量小，更符合工程实际应用的需求。
（3）隔膜压差变送器测量密度时，可能是流体流态的变化对隔膜压力变送器的测量产生了干扰，当启动石灰供浆泵或石膏排出泵时出现短时间数据失真现象，但停止供浆泵和排出泵时密度数据很快恢复正常，不会影响脱硫系统的正常运行。若想避免此现象的发生，在脱硫塔内部压力测量取样口安装阻流板即可解除干扰。
(4)改进型pH计的安装结构和隔膜压差变送器测量浆液密度有效弥补了传统pH计和密度计使用过程中的缺陷，并在脱硫工程实际使用过程中取得较好的效果，具有一定的推广应用价值。
目前，火电厂湿法烟气脱硫系统较为常用的pH计和密度计多为探头管道式安装结构，由于石膏浆液含有氯离子，粘度大，对pH电极和密度计探头的冲刷、磨损较为严重，且极易结垢引起管路堵塞，导致浆液pH值和密度测量存在线性失真现象，造成脱硫系统不能正常运行。pH计和密度计作为脱硫系统中的“两个眼睛”，在运行中担负着至关重要作用。因此，在传统pH计和密度计的使用方法上，对其安装方式进行改进，以期实现稳定测量，并能延长探头的使用寿命已成为研究的热点.
本文结合山西省大土河焦化有限责任公司热电一分厂3×75t/h循环流化床锅炉烟气脱硫工程实例，着重介绍了pH计的有效防堵塞安装方法及隔膜压力变送器取代传统密度计的设计原理及应用情况，为今后工程实践提供参考。
1.工程概况及工艺流程
山西省大土河焦化有限责任公司下属热电一分厂3×75t/h循环流化床锅炉烟气脱硫工程工程采用石灰石石膏湿法脱硫工艺一炉一塔处理烟气3量为3×110000m/h，吸收塔内采用氧化喷枪喷出的空气对浆液进行就地强制氧化进而形成石膏晶体，3套系统共用1套石灰制浆系统和1套石膏脱水系统，工艺流程如图1所示。
石灰在浆液池中制成密度1050～1100kg/m的浆液，将配置好的浆液送入石灰供浆箱待用，石灰浆液密度的检测采用便携式密度计进行人工取样现场测量。脱硫塔规格为Φ3．9m×28m，系统正常运行时，塔内液位控制在6m左右，浆液的pH值控制在5．8～6．5之间，当浆液密度1200～1300kg/m时，启动石膏浆液排出泵以及后续的脱水系统进行石膏脱水，塔内的浆液酸碱度采用安装在塔体上面的pH计进行在线监测，密度采用隔膜压力变送器进行间接在线监测，监测数据经处理后进入DCS系统并显示在操作画面上。
2脱硫系统pH计
2．1传统pH计
目前火电厂湿法脱硫系统中使用的pH计大多数为探头直读式类型，其安装方式多为管道式安装，安装部位多在脱硫塔塔体上、浆液循环泵管路上以及石膏排出泵管路上三种主要形式。常见的安装在脱硫塔塔体上的pH计，其安装结构为图2(a)所示。打开与脱硫塔连接的阀门，pH计即可投入使用;关闭此阀门，打开冲洗水阀门即可实现在线冲洗，同时可根据阀门开度调节液体流量，操作方便。但使用过程中，当阀门开度过小时，探头、管道内壁尤其是弯管处极易出现结垢、堵塞现象;当阀门开度过大时，一方面造成塔内浆液流失过多，影响塔内液位，进而可能引起脱硫效率下降、浆液温度升高等一系列问题;另一方面由于浆液含固量较高，加之流速较快，探头长期受到冲刷，极易出现磨蚀现象，严重影响了使用寿命。
安装在循环泵或石膏排出泵管路上的pH计，较好的解决了探头结垢和管路易堵塞的问题，但在使用过程中，由于泵运行时管道内浆液压力较大，探头长期受到高浓度浆液的高速冲刷，磨损较快。
2．2改进型pH计
针对传统pH计使用过程中易堵塞易磨损的弊病，设计了1套改进型pH计，其安装结构如图2(b)所示。在脱硫塔的外部安装了一个罐体，该罐体为上部圆柱体下部锥体式结构，打开与脱硫塔连接的阀门，含固量较高的浆液从罐体底部进入，浆液在罐体内上升的过程中，绝大部分大颗粒的固体能沉积在罐体下部的锥斗中，含固量较低的浆液到达罐体顶部时，与安装在罐顶的探头接触进而测得浆液的pH值，随后浆液通过溢流的方式进入地沟。改进型pH计运行时，短时间内一般不需要对探头进行冲洗，但当脱硫系统运行不正常时，如浆液结晶不好、浆液中固体物粘性较大、难于沉淀，进而造成pH计探头结垢堵塞的情况下，可将罐体排空并进行冲洗，水量由冲洗管路阀门进行调控。在冲洗管的上方，pH计探头的正下方安装了一个螺旋形喷嘴，可对探头进行全面清洗，冲洗后的废水落入罐体内，同时对罐体也起到一定的冲洗作用。
改进型pH计的安装结构，使脱硫塔内含固量较高的浆液通过截面积较小的管路送到截面积较大的罐体下部，大大降低了液体的流速，在罐体内浆液中的大部分固体被分离后与pH计探头接触，一方面有效地解决了高流速液体对探头的冲刷磨损;另一方面可防止高含固量的浆液在探头上结垢。脱硫系统运行过程中，脱硫塔内浆液pH之所以能够维持在5．8～6．5这样一个弱酸性的环境
3脱硫系统密度计
3．1传统密度计
目前，脱硫系统中脱硫塔内浆液的密度在线测量常用的有核辐射密度计、科氏力密度计和管道差压密度计等几种形式。核辐射密度计测量原理是利用通过不同密度浆液对放射剂量衰减不同，检测穿过浆液后的放射剂量，换算成浆液密度。其缺点是:对周围环境造成放射性污染，对人员造成放射性辐射伤害，取样管内壁结垢影响测量精度，存在线性失真等。科氏力密度计测量原理是通过浆液密度影响流量计共振频率，将振动参数的变化进行检测，计算浆液密度。其缺点是:管路易堵塞，流量计寿命短。管道差压密度计测量原理是通过测量两个不同液面的的压力，计算浆液密度。其缺点是:差压取样管路容易堵塞，经常引起测量终止。
3.2隔膜压力变送器在线监测浆液密度及液位
针对常用密度计的种种缺陷，本工程设计出一套隔膜压力变送器对脱硫塔内的浆液密度及液位进行在线监测。在脱硫塔内落差为h的两个液面的隔膜压力变送器，其作用是分别检测两个液面的压力降。P1、P2分别为上、下液面的压力，H为脱硫塔内浆液高度，L为下液面距塔底的距离，h为上下液面高差。
隔膜压力变送器代替传统的密度计，有效地解决了科氏力密度计和管道差压密度计使用过程中堵塞和磨损的问题。该设计在本工程为期两个月的系统调试过程中，多次与塔内浆液现场取样称重法测出的密度值进行对比，误差范围仅为±20kg/m。由于是直接测量吸收塔内搅拌器、浆液循环泵、氧化风机运行状态下的浆液密度，此时塔内悬浮浆液有可能会对测量产生扰动现象，导致测量数据偏差较大，因此，隔膜压力变送器*好安装在搅拌器的上方，且留有一定的间距，并与搅拌器在垂直方向上错开，以便减少干扰。
4结语
(1)改进型pH计在系统检修或停运时，需将罐体内浆液排空，并对探头和罐体进行冲洗，防止与脱硫塔连接的管路结垢堵塞和测量偏差较大。
(2)隔膜压力变送器兼具监测脱硫塔内浆液密度和液位的双重功能，且维护工作量小，更符合工程实际应用的需求。
（3）隔膜压差变送器测量密度时，可能是流体流态的变化对隔膜压力变送器的测量产生了干扰，当启动石灰供浆泵或石膏排出泵时出现短时间数据失真现象，但停止供浆泵和排出泵时密度数据很快恢复正常，不会影响脱硫系统的正常运行。若想避免此现象的发生，在脱硫塔内部压力测量取样口安装阻流板即可解除干扰。
(4)改进型pH计的安装结构和隔膜压差变送器测量浆液密度有效弥补了传统pH计和密度计使用过程中的缺陷，并在脱硫工程实际使用过程中取得较好的效果，具有一定的推广应用价值。