吸收塔浆液密度测量方式及安装位置的优化

毕德刚

（山东山大华特环保工程有限公司 山东 济南 250014）

0 前言

在石灰石/石膏湿法脱硫系统中， 吸收塔浆液密度是比较重要的数据，它直接影响到系统的脱硫效率、脱硫剂的消耗、副产物的品质乃至脱硫系统的稳定运行。 吸收塔内浆液的浓度一般控制在12-18%之间，密度数值各家脱硫公司相差不大，一般控制在1050-1150kg/m3之间。

1 吸收塔密度测量的主要方式

目前，国内设计的脱硫系统使用过的吸收塔浆液密度测量方式主要有三种：

1.1 质量流量计

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，其工作原理是，测量管在流体的作用下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改变，具有一定的规律性，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。

质量流量计的优点是安装和维护非常方便， 测量精度高， 可达到±3㎏/m3；可同时测量流量和密度，适应性较强。

缺点是直接与测量浆液接触，流量计易磨损，易腐蚀，实际应用中必须采用合金材料，价格相对较高；长期运行会产生系统误差，需定期校准。 此外，由于内部有振动管，测量时易堵塞。

为了延长质量流量计的使用寿命，将浆液流速控制在1.5-2m/s 之间。

1.2 差压变送器测密度

差压变送器测密度是通过液体压力计算公式△P=ρgh 来间接计算浆液的密度。 式中，△P 为从2 两点间的差压；g 为重力加速度；ρ 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，因此根据这两点间的压力差即可推算出相应的浆液密度。

差压变送器一般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，耐磨耐腐蚀，适用于各种类型的吸收塔，价格较低。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，也难以保证长时间运行。（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。

1.3 γ 射线放射吸收测量法

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的管径和物质的密度，当测量通道恒定时，衰减量是物质密度的函数。 放射性密度计的仪器组件不接触被检测对象，对容器内的物料密度等参数进行测量，特别适用于高温、高压、高腐蚀性、有毒、易燃以及强电磁干扰等恶劣环境的密度测量，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 密度计安装位置

目前，国内大部分脱硫装置的所采用质量密度计和压力变送器等大多为进口设备，根据其安装位置主要有以下几种：

（1）放置在石膏排出泵出口管道，如图1 所示。

图1 安装在石膏排出泵出口管道

安装在石膏排出泵出口管道支管上的密度测量装置为质量密度计，这种布置方案工程案例较多，此种情况下石膏排出泵设2 台，1 运1 备。 石膏排出泵始终连续运行，不需要脱水时石膏浆液通过闭路循环返回吸收塔。

该种布置方式的优点是测量数据准确、稳定、管道不易堵塞，其不足是通过质量密度计支管的管道流速不易控制，流速过高易质量流量计磨损严重，流量过低会造成堵塞。

（2）放置在密度计给料泵出口管道上，如图2 所示。

图2 质量流量计安装在密度计给料泵出口管道

布置在单独设置的密度计给料泵出口管道上的密度测量装置也为质量密度计，与布置在石膏排出泵出口管道不同，单独设置的密度计给料泵在设计选型时已充分考虑了浆液在管道内的流速。密度计给料泵同样布置2 台，1 用1 备， 从吸收塔底部引出的浆液经过密度计后从吸收塔上部返回塔内浆液池。

这种布置方式相对独立，不收石膏脱水系统的制约，流经密度计的介质相对稳定，避免了磨损严重或易堵塞等问题的发生。 同时该测量方式与布置方式1 类似，测量结果准确稳定。 其缺点是增加了密度计给料泵，增加的投资成本，运行维护费用也相应增加。

图3 质量密度计安装在循环泵出口管道

图4 差压密度计安装在吸收塔侧壁上

（3）密度计放置在循环泵出口管道上，如图3 所示。

从任两路循环泵 （运行时间最长的两台浆液循环泵，1 路使用1路备用）出口管道引出少许浆液通过密度测量装置，该方式由上述两种布置衍生出来的，同样采用质量密度计。 密度计及相关阀门组一般安装在吸收塔平台上方，便于操作。

这种布置方式可以使石膏排出泵间断运行而不影响密度测量，还可以控制引出的浆液量保证管内介质流速减少密度计的磨损。 该种测量方式简单、不需新增动力设备、降低了投资和运行维护费用。 其不足是减少了循环浆液量，但对整体脱硫效率影响不大。

（4）密度计安装在吸收塔侧壁上，如图4 所示。

安装在吸收塔侧壁的密度测量装置多为差压式， 在吸收塔底部浆液池不同高度的位置分别开孔， 将差压变送器直接安装在吸收塔管口上。 开孔高度与吸收塔液位高度和搅拌型式有关， 通常情况下， 两层开孔高度一般取1m 和2m，且每个高度取2 组数值进行比较计算出塔内浆液密度。

这种测量方式布置简单，维护方便，无动力设备，总体投资较低，可广泛应用于中小型机组的脱硫装置的吸收塔密度测量和石灰石（石灰）密度测量。 其缺点为测量数值受取样位置限制， 测量结果容易受到搅拌器的干扰等。

3 结论

根据上述分析，无论采用哪种密度测量方式以及在各种不同的位置都可以测量出吸收塔的浆液密度。 一般情况下，在吸收塔上采用差压式进行密度测量为首选方式。 若采用质量密度计，可首选安装于循环泵出口管道上，其次为单独设置密度计给料泵，或者选用布置在石膏排出泵出口管道上。 工程实施时，应当根据项目的现场布置等情况进行选择，充分考虑现场场地条件限制、业主要求，并综合考虑投资和运行维护费用等方面。

当采用质量密度计时，可在密度前后管道设置节流孔板并留有足够的直段，控制好通过质量密度计的介质流速，尽量减少磨损。在吸收塔上布置差压式密度计时应选取合理的方位和高度，保证所取浆液具有一定的代表性。 无论采用哪种密度测量方式，均应设置密度计自动冲洗装置。

［1］周志祥，等，编著.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[S].中国电力出版社，2006.

［2］郭东明，等，编著.脱硫工程技术与设备[S].北京化学工业出版社，2007.