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半干法烧结烟气脱硫主要仪表选型

尤欢，张志勇

(中冶赛迪电气技术有限公司自动化部，重庆 400013)

摘 要：针对半干法烟气脱硫技术中测量仪表选型的特殊性，结合实际经验给出了密度、压力、流量、物位、烟气分析等仪表的选型方案以及安装和使用注意事项，为类似工程提供参考。

关 键 词：烧结烟气脱硫；半干法；仪表选型

随着钢铁行业环保要求的不断提高，并根据《钢铁行业烧结烟气脱硫实施方案》(工信部节[2009]340号)的精神，钢铁厂烧结机都将增设烟气脱硫装置。在烧结脱硫工艺中，现场检测仪表对于整个工艺流程的监控起着至关重要的作用。

而半干法烧结烟气脱硫工艺具有一定的特殊性与复杂性，其主要测量对象为含粉尘的烟气和浆液等，具有易堵塞、腐蚀及磨损仪表等特点，因此，常规测量方法和仪表无法满足要求，为此，作者结合工程实际总结了半干法烧结烟气脱硫中主要仪表的选型及应用，以便为类似工程提供参考。

1 工艺流程

烧结机排出的含SO₂和其他酸性成分的烟气从烧结主风机排出，进入反应塔，在塔内与脱硫浆液、循环物料混合反应，达到脱硫目的。脱硫后的烟气进入后部的袋式除尘器除尘后经增压风机排出。袋式除尘器灰斗中的脱硫副产物经气力输送系统返回回料装置。回料装置中的循环颗粒重新返回反应塔，其中的残留脱硫剂与烟气中的酸性物继续反应，最大程度地提高脱硫剂利用率。多余的脱硫副产物通过回料装置溢流螺旋从系统中排出，进入储灰仓，最后由车辆外运处理。半干法烧结烟气脱硫如图1所示。

2 主要仪表选型

根据工艺要求，半干法脱硫中使用的主要仪表有石灰浆液密度计、各介质压力仪表、各介质流量仪表、各介质物位仪表、烟气排放连续监测系统(CEMS)等，下面对主要仪表进行介绍。

2．1 石灰浆液密度计

半干法烟气脱硫工艺设置密度计的目的主要是通过测量石灰浆液密度，控制石灰给料和进入熟化机水量的配比，保持浆液浓度在20%～25%的范围内。目前测量石灰浆液密度的方法主要有3种：差压法、射线放射法、科氏力质量流量计法。

2．1．1 差压法

通过差压变送器测量固定高度浆液之间的压差，根据ρ=ΔP/gH(其中，ρ为浆液密度；ΔP为测量差压；g为重力常数；H为测量孔间距)计算出浆液密度^[1]。该方法的主要优点是差压变送器价格便宜和安装方便。需要注意的是，此方法中的差压变送器应选用隔膜密封式差压变送器，以避免常规变送器取样管长期接触浆液而造成堵塞。

安装位置可以是在浆液罐侧壁或垂直的浆液管道，为避免浆液罐内搅拌机造成的压力波动影响测量精度，最好装于垂直的管道上。另外，变送器膜片长期接触浆液，石灰凝结在膜片上会造成测量误差，因此需定期用清水冲洗膜片，最好设计定期自动冲洗管路^[1]。

2．1．2 射线放射法

射线放射法的原理是射线(通常为γ射线)穿过不同密度的介质，其能量衰减程度不同，在已知核辐射源射出的射线强度和介质吸收系数的情况下，只要通过射线接收器检测透过后的射线强度，就可以检测出流经管道的浆液密度。放射性密度计的主要优点是非接触测量、安装方便、无需维护。但放射性密度计价格昂贵且需要放射性物质使用证(每年还需年审)，另外若管壁结晶会影响测量精度。因此，放射性密度计应用较少。

2．1．3 科氏力质量流量计法

科氏力质量流量计是根据科氏力原理来测量流体的质量流量，同时由于该流量计的结构形式与振动管密度计的结构形式类似，因此也可用于测量流体密度。测量时测量管以一定的共振频率连续振动，因共振频率是流体密度的函数，当不同密度的流体充满振动管时，其振动管的振动频率也将发生改变，因此只要测量出振动管的频率变化就完成了密度的测量。科氏力质量流量计法是目前石灰浆液密度的主流测量方法，主要优点是测量精确可靠，适应浆液密度范围宽。实际应用时应注意以下几点：(1)流量计直接接触石灰浆液，选型时内壁一定要选择防腐且耐磨的材料，如钛合金。

(2)科氏力质量流量计应垂直安装在浆液泵的出口处，考虑到流量计价格随口径增大而迅速增加，因此一般选用小口径流量计(如DN40mm)，安装于旁通管，并设置手动阀，通过阀门防止流量过大而影响流量计寿命。介质流向自下向上，以防流体中出现气泡导致测量误差和保护其不受固体残渣积存的影响。

(3)长时间使用难免会造成石灰粘壁或者堵塞，应定期冲洗测量管，最好设计定期自动冲洗管路。

(4)为防止材料堆积、磨损及腐蚀等使测量管机械结构发生变化从而造成仪表共振频率发生改变，须对科氏力质量流量计进行定期校验调节。

2．2 介质压力仪表

半干法烟气脱硫工艺中需要测量的主要压力参数有：石灰浆液管道、水管和压缩空气管压力，脱硫塔入口、出口压力和脱硫塔差压，除尘器入口和出口压力等。测量水或压缩空气等常规介质可选用普通压力变送器；测量石灰浆液介质应选用隔膜密封式压力变送器，安装时取压点应选在水平管道上方开孔处并焊接短管，并应使膜片法兰与短管连接，以避免浆液长期接触并冲刷膜片造成测量误差甚至损坏膜片；测量烟气介质时为了防止粉尘堵塞，可选用隔膜密封式变送器或带吹扫的常规普通压力变送器。另外，由于现场灰尘较多，变送器应设保护箱，北方地区还需根据介质情况对取压管路进行保温伴热。

2．3 介质流量仪表

半干法烟气脱硫工艺中需要测量的主要流量参数有：石灰浆液管道、水管、压缩空气管流量。

测量压缩空气等常规气体介质流量可选用节流件(如孔板)+差压变送器，安装时注意保证直管段；测量石灰浆液流量时，因浆液具有腐蚀性、磨损性，最好选用电磁流量计，选型时注意衬里材料为橡胶，电极材料为哈氏合金，安装时注意保证直管段(一般前5D后2D)。

2．4 介质物位仪表

半干法烟气脱硫工艺中需要测量的主要物位参数有：水箱和石灰浆液罐液位以及石灰仓和储灰仓料位。常用的物位计有超声波和雷达式，超声波是一种机械波，易受环境干扰，如在粉尘及蒸汽环境下影响很大，而雷达抗干扰能力较强，能在粉尘和蒸汽环境下正常工作，但雷达物位计价格却高于超声波物位计。测量水箱液位时可选用超声波液位计；测量石灰浆液罐液位时，因石灰浆液温度较高(60℃左右)，会产生大量蒸汽，超声波液位计无法正常工作，此时应选用雷达液位计。

对于石灰仓及储灰仓料位测量，若需连续料位测量，因粉尘较多应选用雷达料位计，若需高低料位测量，可选用振动式、射频导纳式或者阻旋式料位开关。超声波或雷达物位计安装时应注意避开进料口，并注意与容器内壁的距离。料位开关安装在侧壁时，若介质有较大冲击力(如块状石灰)，应设保护挡板以避免探头受到冲击。

2．5 烟气排放连续监测系统

半干法烟气脱硫工艺中，需要对脱硫前后的烟气进行在线分析，以便实时监测烟气各项参数，并判断脱硫后的烟气是否达到排放标准。烟气排放连续监测系统(CEMS)是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到相关系统的装置。

CEMS是一套完整的系统，可监测烟气温度、压力、流量、湿度、粉尘含量、SO₂含量、NO_X含量、O₂含量等参数。本文实际工程中采用的是上海优科伽瓦自动化工程有限公司生产的CW3000型CEMS，系统主机厂商为日本横河。该CEMS采用直接抽取法伴热取样，主要由烟气取样单元、烟气预处理单元、烟气分析单元、烟气参数监测单元、数据处理单元组成。系统结构如图2所示。

CEMS在电厂烟气脱硫中应用非常普遍，而烧结烟气与电厂烟气相比，具有烟气量大，含尘浓度高，SO₂浓度低，含有HF、HCI、重金属、二恶英等多种污染物成分，烟气量和SO₂含量波动很大等特点^[2]，给CEMS的正常稳定运行带来一定困难，因此，日常维护对于CEMS的正常运行非常重要，特别是预处理系统的清理及维护。作者在实际工程中曾遇到过测量结果异常的情况，经故障排查，发现是探头滤芯失效，导致大量粉尘随取样管进入取样泵内，造成系统故障，后经更换探头滤芯和取样泵，清理管道，使CEMS恢复正常。所以为了使CEMS正常运行，必须重视日常维护的重要性，最好请厂家针对自身产品特点进行专门的培训。

3 结束语

现有的主要烧结烟气脱硫工艺有湿法^[3]、干法、半干法3种，半干法烧结烟气脱硫与其他烟气脱硫工艺相比，有其自身的特点，为了使检测仪表正常可靠运行，必须熟悉半干法烧结烟气脱硫工艺特点，充分考虑仪表的测量对象和使用环境，合理选择和使用各类仪表，才能发挥好检测仪表在整个工艺中的重要作用。

参 考 文 献：

[1]   周根来，王磊，郭正宏．两种测量浆液密度方式的对比[J]．石油化工自动化，2009(3)：60-61．

[2]   王青，许艳梅．钢铁行业烧结烟气脱硫现状及发展[J]．冶金设备，2010(增刊1)：51-53．[3]   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)：177-178，151．