氨法脱硫工艺中的仪表设备选型|氨法脱硫工艺

　　摘要：随着生产节能减排政策的深入实施，冶金企业对烟气脱硫工艺的投入和建设在逐年增加。氨法脱硫工艺因其脱硫效率高、适应性强、副产品易回收利用等优点被广泛应用。脱硫系统中的测量仪表对于监控整个工艺过程至关重要，文章以山东某烧结烟气氨法脱硫工程为研究对象，探讨在氨法烟气脱硫工艺中的主要参数测量仪表的选型和应用。
　　关键词：氨法脱硫；仪表设备选型 ；硫氨酸；PH计；差压式密度计；雷达液位计
　　中图分类号：TQ05　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2012）21-0070-03
　　1　氨法脱硫工艺介绍
　　氨法脱硫是采用一定浓度的氨水作为吸收剂，在吸收塔内与烧结烟气接触混合后，烟气中的SO2 与氨水反应生成了亚硫酸铵，亚硫酸铵浆液与空气进行氧化反应，生成硫酸铵溶液，经结晶、脱水、压滤后制得化学肥料硫酸铵。氨法脱硫工艺包括氨水制备系统、烟气脱硫系统、硫铵制备系统，其中烟气脱硫系统的吸收塔本体、吸收塔浆池、浆液循环泵等，是整个脱硫工艺的核心设备。
　　2　仪表设备选型和应用
　　脱硫系统中来自烧结工艺的原烟气成分复杂，与氨水反映后，形成的含硫酸铵和亚硫酸铵循环浆液呈弱酸性。烟气中带来的氯离子、氟离子会加速浆液对金属、玻璃等材质的腐蚀速度。通常工艺设备选用腐蚀速度在0.1mm/a以下的材料作为耐腐蚀材料，对于仪表测量元件来说，即使这样的腐蚀速度也会产生一系列不可逆的影响，如仪表的测量精度、稳定性、测量范围、使用寿命等。所以脱硫仪表选型中要充分考虑到工艺环境的特殊性，对重要参数仪表设备的选型和应用需认真、谨慎
　　考量。
　　2.1　供氨泵入口氨水PH值测量
　　供氨泵入口氨水PH测量值用来反映氨水制备系统送吸收塔吸收剂的酸碱度，参与浓氨水供给流量的闭环控制。如果显示值偏低，会导致实际参加中和反应的氨水量偏大，不但造成原料浪费，更重要的是加快了后续生产设备的腐蚀速度，缩短设备使用寿命，增加了脱硫系统运行成本。如果PH值显示偏高，实际参加脱硫反应的氨水量少，使得亚硫酸铵循环浆液总流量增加，循环泵的工作时间延长，降低了整个工艺的脱硫效率。
　　PH计的安装位置设在供氨泵入口管道上，此处的氨水随着供氨泵的工作，流动性很好，测量的PH值最具有代表性，能充分反映吸收剂当前的碱度值。PH计安装方式采用管道直接插入式，供氨泵入口管道氨水的静压力低、流速慢，能够相对减少对PH电极的冲刷和磨损，延长其使用寿命。氨水制备系统分别在供氨泵入口和浓氨水混合器入口设置了PH计，两套PH计互为备用。当稀氨水（供氨泵入口）PH计测量不准确时，在已知稀释软水流量的前提下，通过浓氨水PH值与流量值，可计算出稀氨水的PH值。反之，已知稀氨水PH值，可以推算出浓氨水的PH值。设备选型时，考虑到两台仪表测量介质、工况条件相同，测量范围相近，选用了同一类型的PH测量电极，这样既方便了现场长期维护和校验人员的工作，对企业在采购损耗性电极等备用仪表时，相对节省了费用。
　　2.2　循环泵出口浆液密度测量
　　循环泵将脱硫浆液泵入吸收塔内往复循环地进行复杂的脱硫反应，当脱硫浆液密度（亚硫酸铵含量）增加到一定值，切换工作液池，同时将浆液送入下游工艺——硫铵制备系统。循环泵出口浆液密度值控制着循环液的排放和整个脱硫工艺的进度，是重要测量参数，检测仪表必须长期在线，要求工作稳定，测量准确，方便操作和维护。
　　目前，国内脱硫系统浆液密度测量主要有科氏力质量流量法、γ射线测量法、差压法等。科氏力质量流量计可测量介质的质量流量、密度和温度，因其测量精度高、设计先进、性能优异，是目前应用较广的密度测量仪表。其测量原理是：介质流经测量振动管产生科里奥利效应（即科氏力），使测量管产生交替扭曲，扭曲变形的角度与流经测量管的瞬时质量流量成正比，测量管振动的频率与流体密度成线性关系。质量流量计测量管中设置了温度传感器，用于补偿温度变化而引起的测量管本身振动周期的变化。质量流量计的接液部件为全金属结构，无法增加内衬，经腐蚀性浆液冲刷，管壁变薄，重量变轻，降低了测量精度，使显示值偏低。在实际使用中，质量流量计的双测量管不可能对称腐蚀，这必然导致两根测量管重量不同，影响双管测量的振动平衡，仪表显示产生零漂。质量流量计的安装条件要求高，运行维护工作量大：旁通管上垂直安装，流速不能太大，以防止冲刷测量管；管径要求大于DN40，流速不能过低，需要定期在线反冲洗，以防止浆液阻塞。γ射线密度计测量原理是：当γ射线源、被测浆液种类、浆液输送管一定时，穿过被测浆液的γ射线强度随浆液浓度的增加而按指数规律减弱。故可以根据穿过浆液的γ射线强度测得浆液浓度。γ射线密度计曾被广泛应用到钢铁冶金企业，但随着检测技术的发展和安全环保意识的增加，除在工况等条件无法替代时使用，一般设计已较少选用射线型密度计。
　　鉴于上述情况，本工程采用差压式密度计来测量循环泵出口浆液密度。差压式密度计的测量原理是：利用浆液在不同高度时（Δh）产生的差压（Δp）与浆液密度（ρ）成正比的关系（ρ=Δp/Δh），测得密度。本工程选用的是进口一体式差压密度计，主要由一个电容式差压变送器以及通过毛细管与其相连的一对压力中继器组成。两个压力中继器之间有一个温度传感器，用于补偿过程液体的温度变化对测量值带来的影响。整套测量仪表精度可达 ±0.1%，高于其他形式密度计的精度。仪表采用两线制输出，满足HART通讯协议，可与现场其他压力变送器共同使用手持终端进行参数设定。仪表的接液部分材质选用316L，并喷涂环氧树脂烤漆，起到防腐和耐磨的作用。
　　差压式密度计通过浮筒与测量管道连接，安装方式有两种：其一，浮筒作为循环主管路的一部分，直接与管道相连。此种安装方式的优点是：测量值实时地反映了循环液的密度；缺点是：出现故障时不能在线维护。其二，浮筒安装在浆液主管道的旁通管路中，浆液在主管道和旁通管中同时流通。此种安装方式的优点是：切断旁通管路进出口阀门，可以对密度计进行在线维护；缺点是：旁通管内浆液流速缓慢，固体易沉积，堵塞旁通管，测量值显示滞后于实际循环浆液密度值。本工程采用了第一种安装方式，但平行于密度计增设了一条与主管道同口径的旁通管，当需要在线维护密度计时，关闭主管道，打开旁通管，保证循环浆液继续流通。经工程验证，运行情况良好。
　　2.3　液位测量
　　氨法脱硫工艺中经常需要测量液位，常用的测量方式有：差压式液位计、超声波液位计、雷达液位计。其中差压式液位计是通过测量液体在不同深度时的静压力差计算出液位值。适用于测量密度变化不大的液体介质，因直接与被测液体接触，易被腐蚀、结垢。超声波式液位计测量原理：探头向液体表面发射超声波脉冲，经液面发射后被接收，声波信号的运行时间与探头到被测液面的实际距离成正比。因传感器不接触测量液体，适合用于具有腐蚀性液体场合的液位测量，但不适宜安装在封闭式容器内，受灰尘、蒸汽、泡沫等影响大的工况下。雷达液位计与超声波液位计测量原理类似，只是天线发射和接收的是微波脉冲。测量原理决定了雷达液位计的测量距离远、精度高、响应快、适用性强。应用在测量介质存在结垢或挂料严重的场所时，雷达液位计的发射天线应采取特殊防护措施。
　　3　结语
　　综上所述，氨法烟气脱硫工艺中设备众多、环境复杂，仪表设备的正确选型和应用，直接影响着整个系统运行的稳定性和经济效益。仪表专业技术人员应充分考虑检测对象和环境等因素，借鉴以往类似工程的设计经验，合理配置和使用脱硫仪表，以期更好地服务于我国蓬勃发展的烟气脱硫工艺。
　　参考文献
　　[1]　祝晓松．火电厂湿法烟气脱硫系统测量仪表的选型与应用[J]．化学工程与装备，2010，（3）．
　　[2]　裴顺．湿法脱硫系统常用仪表选型[J]．工业仪表与自动化，2009，（6）．
　　[3]　孙克秦．火电厂烟气脱硫系统设计建设及运行[M]．
　　北京：化学工业出版社，2005．
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