探究脫硫系統(tǒng)熱工測量中磁翻板液位計常見的問題
返回列表發(fā)布日期：2020-01-08 16:31:12 |
〔摘 要〕 從某發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)投入運行的實際情況，針對熱工測量經(jīng)常出現(xiàn)的問題進行了分析和探討，并提出了地坑液位計改進、密度計更換、CEMS 探頭改造及反吹系統(tǒng)改造，改造效果良好，解決了電廠的實際問題，具有一定的參考價值。
引言
目前，我國很多城市空氣污染嚴(yán)重，特別是SO2 污染。以煤炭為主的能源消耗結(jié)構(gòu)是引起我國 SO2 污染的最重要原因，這決定了我國空氣污染控制的重點是控制燃煤排放的 SO2，即控制火電廠 SO2 排放量。國電雙遼發(fā)電有限公司脫硫系統(tǒng)自 2011 年投運以來，熱工測量方面出現(xiàn)安裝問題、設(shè)計問題、設(shè)備問題等問題，影響到了液位、密度及煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng) (continuous emissionmonitoring system，CEMS?) 等參數(shù)的測量，影響自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作。
1 地坑液位計改造
1.1 地坑液位計工作流程
該公司采用石灰石濕法煙氣脫硫，在吸收塔內(nèi)完成主要化學(xué)反應(yīng)，吸收塔地坑收集各類沖洗設(shè)備的沖洗水及漿液，避免漿液的浪費，節(jié)約成本。如果地坑液位監(jiān)視不到位，就有可能發(fā)生地坑溢流，影響環(huán)境且造成石灰石漿液浪費。因此，地坑液位的正確監(jiān)視就顯得尤為重要。
針對地坑液位頻繁故障的缺陷，班組集中組織骨干實地檢查，排除了環(huán)境振動大及超聲波液位計質(zhì)量的原因，最終確認(rèn)為環(huán)境濕度大和測量孔徑過小是故障原因，最終采取了升高液位計并擴孔的改造方式。
1.2 原地抗液位變送器安裝方式
如圖 1 所示，原地抗液位變送器蓋板是密封的，上面焊接柱狀筒，通過法蘭與超聲波液位計連接。由于蓋板封閉，地坑里的熱水會在探頭上形成水汽；孔徑過小，小于聲波檢測的要求角度，從而造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確，影響泵坑液位自動調(diào)節(jié)，無法正常投入。
1.3 改造措施
如圖 2 所示，拆除柱狀筒并在蓋板上擴孔，在蓋板上安裝固定支架，將法蘭嵌入支架內(nèi)，支架不封閉采取開放式，探頭距離蓋板上的孔洞留有30?cm 的距離，保證水汽能夠及時溢出，避免在探頭上積聚，從而保證了液位測量的準(zhǔn)確性。
2 密度計更換
2.1 改造原因
該公司脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，經(jīng)過近 2 年的運行觀察分析，吸收塔 pH 計和密度計均安裝在工藝樓的 3 樓，要想 pH 計和密度計能夠正常工作，石膏排出泵、旋流站、濾液地坑泵、溢流箱、溢流泵等設(shè)備都要連續(xù)運行，在吸收塔不需要排石膏的時候，這些設(shè)備也無法停下來，造成廠用電的大量浪費和設(shè)備磨損。
原密度計采用振動式音叉密度計，振動元件類似于兩齒的音叉，叉體因位于齒根的一個壓電晶體而產(chǎn)生振動，振動的頻率通過另一個壓電晶體檢測出來，通過移相和放大電路，叉體被穩(wěn)定在自然諧振頻率上。當(dāng)液體流經(jīng)叉體時，振動發(fā)生改變，引起諧振頻率變化，從而通過電子處理單元計算出密度值。
該款密度計用于測量易結(jié)垢介質(zhì)時，由于沒有在線清洗功能，時間久了，介質(zhì)附在音叉上造成測量不準(zhǔn)確。該公司采用原密度計，其實際使用效果不好，測量偏差較大，無法準(zhǔn)確測量出漿液密度，給運行調(diào)整帶來了困難。
2.2 改造方案
2.2.1??設(shè)備移位
將工藝樓 3 樓的 pH 計和密度計的位置移到石膏排出泵間。把吸收塔的漿液直接引入測量平臺，利用吸收塔的靜壓漿液自流進行測量，缺點是測量平臺出口容易結(jié)垢，影響測量效果。為了減少結(jié)垢堵塞，在測量平臺前加裝 1 臺小型漿液泵，進行強制循環(huán)。
2.2.2??密度計的選擇
常用的密度計有核子密度計、差壓式密度計和科氏力質(zhì)量流量計。
2.2.2.1??核子密度計
核子密度計內(nèi)設(shè)有放射性同位素輻射源，其放射性輻射 (例如 γ 射線 ) 在透過被測樣品 (一定厚度 ) 后，被射線檢測器所接收，樣品對射線的吸收量與該樣品的密度有關(guān)，而射線檢測器的信號則與該吸收量有關(guān)，可反映出樣品的密度。
該產(chǎn)品優(yōu)點是測量精度高、響應(yīng)速度快、非接觸式測量、使用壽命長。該產(chǎn)品缺點是由于采用同位素放射源，要有放射性物質(zhì)使用證，使用受限制；對周圍環(huán)境造成放射性污染，對人員造成放射性輻射傷害；設(shè)備及人員必須滿足衛(wèi)生局放射源使用監(jiān)管要求；取樣管內(nèi)壁結(jié)垢影響測量精度。鑒于核子密度計的后期維護手續(xù)非常麻煩，本次改造不采用此種密度計。
2.2.2.2??差壓式密度計
差壓式密度計在罐體底部位置附近，選擇上下兩處固定高度，分別開孔，然后上下分別安裝雙法蘭隔膜式壓力變送器。通過計算固定高度液柱靜壓，利用公式：ΔP=ρgh，即可計算出密度。
該密度計的優(yōu)點是價格便宜、耐磨耐腐蝕、安裝維護方便；缺點是測量精度不高、偏差較大。吸收塔漿液循環(huán)泵和吸收塔攪拌器的運行，對吸收塔液位產(chǎn)生波動，對液位測量準(zhǔn)確有一定的影響；氧化風(fēng)強制鼓入吸收塔，也會對液位造成影響。
要達(dá)到較高的測量精度，需要盡可能的提高差壓高度，同時差壓必須保持穩(wěn)定，在脫硫系統(tǒng)中很難做到。由于在吸收塔壁上開孔，長期運行，取樣孔容易結(jié)垢，影響測量。
2.2.2.3 科氏力質(zhì)量流量計
科氏力質(zhì)量流量計是一種利用液體在振動管中流動而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測量質(zhì)量流量的儀表。
科氏力質(zhì)量流量計的優(yōu)點是安裝和維護非常方便、測量精度高；缺點是由于直接與測量漿液接觸，流量計易磨損、易腐蝕，需要采用合金材料，價格相對較貴，長期運行后測量結(jié)果會有偏差，需定期校準(zhǔn)。
由于流量計內(nèi)部有振動管，使用要求通過流量計的流量在規(guī)定的范圍內(nèi)，流量過小，會引起管路堵塞，測量終止；流量過大，會加快流量計磨損，引起測量管機械結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，流量計很快損壞，壽命很短。
對以上密度計的分析對比，并借鑒其他電廠的經(jīng)驗，將振動式音叉密度計改為質(zhì)量流量計。改造完成后，經(jīng)過一段時間的運行觀察，發(fā)現(xiàn)實際效果良好。
3 CEMS 探頭改造
3.1 CEMS 探頭安裝位置問題
該公司脫硫系統(tǒng)采用濕法脫硫，是后續(xù)的改造工程。由于空間限制，脫硫塔至煙囪的距離非常短，造成煙氣取樣段濕度較大。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)采用抽取法，原 CEMS 采樣探頭水平安裝，由于煙道濕度較大，采樣探頭一直工作濕度較大的煙氣環(huán)境下，其濾芯經(jīng)常處于水飽和狀態(tài)，導(dǎo)致氣體分析儀測量二氧化硫濃度出現(xiàn)誤差，逐漸變小甚至衰減為零。
3.2 改造后的探頭位置
改造后，將原采樣探頭的采樣點上移，移動到煙道的頂部。將原來從煙道側(cè)面插入煙道的探頭，改為從煙道頂部自上而下插入。這樣既能保證探頭的穩(wěn)固性，又能保證取樣管路的積水能夠及時排出，減少煙道中水分的干擾，能有效保證煙氣中污染物測量的準(zhǔn)確性。
4 反吹系統(tǒng)改造
4.1 反吹風(fēng)機故障原因分析
濕法脫硫工藝中，由于煙氣流經(jīng)原煙道、吸收塔、凈煙道、擋板門等阻力設(shè)備，需要增壓風(fēng)機來克服整個脫硫系統(tǒng)設(shè)備的阻力。該公司進行脫硫改造時，系統(tǒng)未安裝煙氣換熱器，也未增加增壓風(fēng)機。CEMS 的顆粒物監(jiān)測探頭直接深入煙道內(nèi)部，測量筒內(nèi)部元件依靠反吹空氣的吹掃來維持正常運行。脫硫系統(tǒng)投入后，原凈煙氣壓力大于反吹空氣壓力，進入測量管路，致使測量管路腐蝕嚴(yán)重，3，4 號塔的 2 臺反吹風(fēng)機全部損壞。
4.2 分析儀故障原因分析
該公司的煙氣分析儀來自西克麥哈克 ( 北京 )儀器有限公司 SMC-S710，采樣煙氣需經(jīng)過加熱、過濾、冷凝后進入分析儀，脫硫系統(tǒng)投入運行半年后發(fā)現(xiàn)分析儀污染，檢查發(fā)現(xiàn)采樣管路積油、積液，經(jīng)過檢查分析，得出以下結(jié)論：
(1) 由于壓縮空氣含油，系統(tǒng)反吹時油氣進入取樣管路；
(2) 煙氣中水汽過大，超過濾芯承載能力。
4.3 采取措施
(1) 反吹風(fēng)機出口風(fēng)壓約為 16?kPa。經(jīng)過測量，系統(tǒng)正壓時能達(dá)到 25?kPa，且上下波動。經(jīng)過技術(shù)研究確定，敷設(shè)壓縮空氣管路，壓縮空氣減壓后進入取樣探頭吹掃，取得了良好效果。
(2) 鍋爐分場在空壓機出口加裝空氣過濾干燥器進行 1 級過濾，熱工人員在取樣管路串聯(lián) 1 套過濾裝置用來精過濾。反吹系統(tǒng)改造完成后，采樣煙氣合格，系統(tǒng)未發(fā)生腐蝕、污染事件。
總之，脫硫系統(tǒng)由于測量對象的特殊，許多常規(guī)的測量方法不能夠正常使用，需要采用新的測量設(shè)備和測量技術(shù)，以滿足脫硫系統(tǒng)熱工測量的實際需求。
引言
目前，我國很多城市空氣污染嚴(yán)重，特別是SO2 污染。以煤炭為主的能源消耗結(jié)構(gòu)是引起我國 SO2 污染的最重要原因，這決定了我國空氣污染控制的重點是控制燃煤排放的 SO2，即控制火電廠 SO2 排放量。國電雙遼發(fā)電有限公司脫硫系統(tǒng)自 2011 年投運以來，熱工測量方面出現(xiàn)安裝問題、設(shè)計問題、設(shè)備問題等問題，影響到了液位、密度及煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng) (continuous emissionmonitoring system，CEMS?) 等參數(shù)的測量，影響自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作。
1 地坑液位計改造
1.1 地坑液位計工作流程
該公司采用石灰石濕法煙氣脫硫，在吸收塔內(nèi)完成主要化學(xué)反應(yīng)，吸收塔地坑收集各類沖洗設(shè)備的沖洗水及漿液，避免漿液的浪費，節(jié)約成本。如果地坑液位監(jiān)視不到位，就有可能發(fā)生地坑溢流，影響環(huán)境且造成石灰石漿液浪費。因此，地坑液位的正確監(jiān)視就顯得尤為重要。
針對地坑液位頻繁故障的缺陷，班組集中組織骨干實地檢查，排除了環(huán)境振動大及超聲波液位計質(zhì)量的原因，最終確認(rèn)為環(huán)境濕度大和測量孔徑過小是故障原因，最終采取了升高液位計并擴孔的改造方式。
1.2 原地抗液位變送器安裝方式
如圖 1 所示，原地抗液位變送器蓋板是密封的，上面焊接柱狀筒，通過法蘭與超聲波液位計連接。由于蓋板封閉，地坑里的熱水會在探頭上形成水汽；孔徑過小，小于聲波檢測的要求角度，從而造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確，影響泵坑液位自動調(diào)節(jié)，無法正常投入。
如圖 2 所示，拆除柱狀筒并在蓋板上擴孔，在蓋板上安裝固定支架，將法蘭嵌入支架內(nèi)，支架不封閉采取開放式，探頭距離蓋板上的孔洞留有30?cm 的距離，保證水汽能夠及時溢出，避免在探頭上積聚，從而保證了液位測量的準(zhǔn)確性。
2.1 改造原因
該公司脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，經(jīng)過近 2 年的運行觀察分析，吸收塔 pH 計和密度計均安裝在工藝樓的 3 樓，要想 pH 計和密度計能夠正常工作，石膏排出泵、旋流站、濾液地坑泵、溢流箱、溢流泵等設(shè)備都要連續(xù)運行，在吸收塔不需要排石膏的時候，這些設(shè)備也無法停下來，造成廠用電的大量浪費和設(shè)備磨損。
原密度計采用振動式音叉密度計，振動元件類似于兩齒的音叉，叉體因位于齒根的一個壓電晶體而產(chǎn)生振動，振動的頻率通過另一個壓電晶體檢測出來，通過移相和放大電路，叉體被穩(wěn)定在自然諧振頻率上。當(dāng)液體流經(jīng)叉體時，振動發(fā)生改變，引起諧振頻率變化，從而通過電子處理單元計算出密度值。
該款密度計用于測量易結(jié)垢介質(zhì)時，由于沒有在線清洗功能，時間久了，介質(zhì)附在音叉上造成測量不準(zhǔn)確。該公司采用原密度計，其實際使用效果不好，測量偏差較大，無法準(zhǔn)確測量出漿液密度，給運行調(diào)整帶來了困難。
2.2 改造方案
2.2.1??設(shè)備移位
將工藝樓 3 樓的 pH 計和密度計的位置移到石膏排出泵間。把吸收塔的漿液直接引入測量平臺，利用吸收塔的靜壓漿液自流進行測量，缺點是測量平臺出口容易結(jié)垢，影響測量效果。為了減少結(jié)垢堵塞，在測量平臺前加裝 1 臺小型漿液泵，進行強制循環(huán)。
2.2.2??密度計的選擇
常用的密度計有核子密度計、差壓式密度計和科氏力質(zhì)量流量計。
2.2.2.1??核子密度計
核子密度計內(nèi)設(shè)有放射性同位素輻射源，其放射性輻射 (例如 γ 射線 ) 在透過被測樣品 (一定厚度 ) 后，被射線檢測器所接收，樣品對射線的吸收量與該樣品的密度有關(guān)，而射線檢測器的信號則與該吸收量有關(guān)，可反映出樣品的密度。
該產(chǎn)品優(yōu)點是測量精度高、響應(yīng)速度快、非接觸式測量、使用壽命長。該產(chǎn)品缺點是由于采用同位素放射源，要有放射性物質(zhì)使用證，使用受限制；對周圍環(huán)境造成放射性污染，對人員造成放射性輻射傷害；設(shè)備及人員必須滿足衛(wèi)生局放射源使用監(jiān)管要求；取樣管內(nèi)壁結(jié)垢影響測量精度。鑒于核子密度計的后期維護手續(xù)非常麻煩，本次改造不采用此種密度計。
2.2.2.2??差壓式密度計
差壓式密度計在罐體底部位置附近，選擇上下兩處固定高度，分別開孔，然后上下分別安裝雙法蘭隔膜式壓力變送器。通過計算固定高度液柱靜壓，利用公式：ΔP=ρgh，即可計算出密度。
該密度計的優(yōu)點是價格便宜、耐磨耐腐蝕、安裝維護方便；缺點是測量精度不高、偏差較大。吸收塔漿液循環(huán)泵和吸收塔攪拌器的運行，對吸收塔液位產(chǎn)生波動，對液位測量準(zhǔn)確有一定的影響；氧化風(fēng)強制鼓入吸收塔，也會對液位造成影響。
要達(dá)到較高的測量精度，需要盡可能的提高差壓高度，同時差壓必須保持穩(wěn)定，在脫硫系統(tǒng)中很難做到。由于在吸收塔壁上開孔，長期運行，取樣孔容易結(jié)垢，影響測量。
2.2.2.3 科氏力質(zhì)量流量計
科氏力質(zhì)量流量計是一種利用液體在振動管中流動而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測量質(zhì)量流量的儀表。
科氏力質(zhì)量流量計的優(yōu)點是安裝和維護非常方便、測量精度高；缺點是由于直接與測量漿液接觸，流量計易磨損、易腐蝕，需要采用合金材料，價格相對較貴，長期運行后測量結(jié)果會有偏差，需定期校準(zhǔn)。
由于流量計內(nèi)部有振動管，使用要求通過流量計的流量在規(guī)定的范圍內(nèi)，流量過小，會引起管路堵塞，測量終止；流量過大，會加快流量計磨損，引起測量管機械結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，流量計很快損壞，壽命很短。
對以上密度計的分析對比，并借鑒其他電廠的經(jīng)驗，將振動式音叉密度計改為質(zhì)量流量計。改造完成后，經(jīng)過一段時間的運行觀察，發(fā)現(xiàn)實際效果良好。
3 CEMS 探頭改造
3.1 CEMS 探頭安裝位置問題
該公司脫硫系統(tǒng)采用濕法脫硫，是后續(xù)的改造工程。由于空間限制，脫硫塔至煙囪的距離非常短，造成煙氣取樣段濕度較大。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)采用抽取法，原 CEMS 采樣探頭水平安裝，由于煙道濕度較大，采樣探頭一直工作濕度較大的煙氣環(huán)境下，其濾芯經(jīng)常處于水飽和狀態(tài)，導(dǎo)致氣體分析儀測量二氧化硫濃度出現(xiàn)誤差，逐漸變小甚至衰減為零。
3.2 改造后的探頭位置
改造后，將原采樣探頭的采樣點上移，移動到煙道的頂部。將原來從煙道側(cè)面插入煙道的探頭，改為從煙道頂部自上而下插入。這樣既能保證探頭的穩(wěn)固性，又能保證取樣管路的積水能夠及時排出，減少煙道中水分的干擾，能有效保證煙氣中污染物測量的準(zhǔn)確性。
4 反吹系統(tǒng)改造
4.1 反吹風(fēng)機故障原因分析
濕法脫硫工藝中，由于煙氣流經(jīng)原煙道、吸收塔、凈煙道、擋板門等阻力設(shè)備，需要增壓風(fēng)機來克服整個脫硫系統(tǒng)設(shè)備的阻力。該公司進行脫硫改造時，系統(tǒng)未安裝煙氣換熱器，也未增加增壓風(fēng)機。CEMS 的顆粒物監(jiān)測探頭直接深入煙道內(nèi)部，測量筒內(nèi)部元件依靠反吹空氣的吹掃來維持正常運行。脫硫系統(tǒng)投入后，原凈煙氣壓力大于反吹空氣壓力，進入測量管路，致使測量管路腐蝕嚴(yán)重，3，4 號塔的 2 臺反吹風(fēng)機全部損壞。
4.2 分析儀故障原因分析
該公司的煙氣分析儀來自西克麥哈克 ( 北京 )儀器有限公司 SMC-S710，采樣煙氣需經(jīng)過加熱、過濾、冷凝后進入分析儀，脫硫系統(tǒng)投入運行半年后發(fā)現(xiàn)分析儀污染，檢查發(fā)現(xiàn)采樣管路積油、積液，經(jīng)過檢查分析，得出以下結(jié)論：
(1) 由于壓縮空氣含油，系統(tǒng)反吹時油氣進入取樣管路；
(2) 煙氣中水汽過大，超過濾芯承載能力。
4.3 采取措施
(1) 反吹風(fēng)機出口風(fēng)壓約為 16?kPa。經(jīng)過測量，系統(tǒng)正壓時能達(dá)到 25?kPa，且上下波動。經(jīng)過技術(shù)研究確定，敷設(shè)壓縮空氣管路，壓縮空氣減壓后進入取樣探頭吹掃，取得了良好效果。
(2) 鍋爐分場在空壓機出口加裝空氣過濾干燥器進行 1 級過濾，熱工人員在取樣管路串聯(lián) 1 套過濾裝置用來精過濾。反吹系統(tǒng)改造完成后，采樣煙氣合格，系統(tǒng)未發(fā)生腐蝕、污染事件。
總之，脫硫系統(tǒng)由于測量對象的特殊，許多常規(guī)的測量方法不能夠正常使用，需要采用新的測量設(shè)備和測量技術(shù)，以滿足脫硫系統(tǒng)熱工測量的實際需求。
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