系统测点布置及传感器的选择

第4章系统测点布置及传感器的选择

第4.1节脱硫装置运行参数检测的特点

运行参数的检测室脱硫装置自动控制系统的一个基本组成环节。脱硫装置的工作过程实际上是一典型的化工工程，因此，其运行参数的检测与控制均与化工过程参数的检测与控制类似，而与火电厂热力设备明显不同。

脱硫装置运行中需要检测的过程参数包括温度、压力、流量、液位、烟气成分、石灰石浆液与石膏浆液PH值、浆液浓度（或密度）等。

温度、压力与流量参数的检测在火电厂热力设备中广泛采用，在脱硫装置中这类参数的测量原理与方法没有明显的区别，且不涉及高温、高压条件下的参数检测。不同之处主要是脱硫装置运行中需要测量、控制高浓度石灰石、石膏浆液，参数检测时，需要考虑被测介质的氧化性、腐蚀性、高粘度、易结晶、易堵塞等特殊性。譬如，在浆液温度检测时，需要选择适当的保护套管、连接导线等附件；测量腐蚀性、粘度大或易结晶的介质压力时，必须在取压装置上安装隔离罐，利用隔离罐中的隔离液将被测介质与压力检测元件隔离开来，以及采取加热保温等措施。测量石灰石、石膏浆液的流量时，需要采用适合于高浓度固液两相流的测量装置。

各个参数的具体检测系统由被测量、传感器、变送器和显示装置组成。传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测量，经能量转换并转化成一个与被测量成对应线性关系的便于传输的信号，如电压、电流、电阻、力等。从自动控制的角度，由于传感器的输出信号往往很微弱，一般均需要变送环节的进一步处理，把传感器的输出转换成如0～10mA或者4～20mA等标准统一的模拟信号或者满足特定标准的数字量信号，这种仪表称为变送器，变送器的输出信号或送到显示仪表把被测量显示出来，或同时送到控制系统对其进行控制。

下图4.1示意标明了典型石灰石湿法烟气脱硫装置主要工艺过程运行监测参数检测表计的布置位置，包括温度、压力、压差、液位、PH值、浓度（密度）、流量、烟气成分、石膏层厚度等，这些参数均实时显示在控制系统的计算机画面上，并用于运行参数控制。

图4.1 典型石灰石湿法烟气脱硫装置主要测点布置示意图

注：当石灰石浆液经再循环泵补入吸收塔，PH计布置在浆液箱出口管道；当石灰石浆液经直接补入吸收塔，PH计可布置在再循环泵出口管道。

P —压力；ΔP —压差；PH —PH计；D —浓度计（密度计）；F —流量计；

L —液位（物位）；H —石膏层厚度；T-温度

A —烟气成分：O2，SO2，CO，NOx，粉尘。

为了检测送入脱硫塔钟的石灰石浆液的质量流量，通常需要布置体积流量计和浓度计；PH值是脱硫装置运行与控制的重要参数，通常需要采用冗余设计，布置两台PH计，并采取清洗与维护措施；检测浆液的压力或压差的取压装置必须安装隔离装置。

第4.2节脱硫效率计算参数监测

脱硫效率计算参数包括：

（1）脱硫装置进、出口烟道截面上的烟气SO2浓度

（2）脱硫装置进、出口烟道截面上的干烟气容积流量

本文第三章第三节详细讲述了脱硫装置进、出口烟道截面上的烟气SO2浓度和干烟气容积流量的装置，此类装置精确度高，但是较为繁琐，还可以采用烟气成分连续监测分析仪器，直接测取干烟气中的SO2、O2、CO、及CO2的浓度，但是必须按仪器使用的规定对其进行严格的标定，以确保其具有足够高的精度。

FGD装置必须安装烟气连续自动监测系统（CEMS）。CEMS能够测量烟气的流量、粉尘含

量、SO2含量、NO x含量、压力、温度等参数，并分别将测得的结果转化为4～20mA的直流信号，输入DCS中进行连续自动的监视与控制，保证烟气排放达到国家规定的排放标准。

一般要求CEMS具有清洗空气系统，以防止烟尘污染分析仪器部件，其分析设备应具有压力和温度补偿功能，当采样压力或大气压力波动及环境温度变化时不影响测量精度。

①烟气流量的测量

烟气流量测量采用“流速-面积”法，通过测量烟气流速，由流速和测量烟道截面积计算得到烟气流量的测量方法主要有压差法、超声波法、热传导法和时间差法。采用压差法的有美国ESC的M6100皮托管流量计、AirMonitor公司的不锈钢皮托气体流量传感器等。采用超声波法的有Sick公司的FLOWSIC106气体流速测量装置。热传导法的产品有美国Kurz 公司的454热导式质量流量计、美国Sierra公司670系列多点质量流量计、EPI的9000MP 系列多点质量流量计等。采用时间差法的有美国Codel公司的Codel-500流量计。

烟气流量测量装置的选型与安装主要应考虑：①烟气的成分，特别是含尘量、腐蚀性气体的含量。当含尘量过高时，如选用压差法流量测量装置就容易发生堵塞现象。如选用热导法流量测量装置，由于过多的尘沉积在传感器上，影响仪器的响应时间，并在温度探头上形成绝热层，造成测量误差偏大，影响设备的正常工作。因此，在选型时应考虑吹扫清洗装置。

②烟道的形状和直管段长度。烟气流量测量一般要求烟道直管段长度大于6倍的烟道当量直径，安装位置前的直管段长度不小于4倍的烟道当量直径，安装位置后的直管段长度不小于2倍的烟道当量直径。然而，FGD系统的烟道通常受现场场地条件的限制，很难有那么长的直管段，因而需对烟道中的流场进行分析，选取最佳的测量位置，并采取多点测量等措施。另外，还需做好现场校准和标定工作。

②烟气SO2含量的测量

烟气SO2含量作为电厂脱硫效率计算的一个主要参数，是电厂脱硫装置在线分析监测的重要参数，同时是控制加入吸收塔石灰石浆流量的重要参数，其测量系统必须精确可靠，另外，FGD出口SO2含量的测量也是烟气连续监测系统的一部分，是判断烟气排放是否达标的重要依据。烟气SO2含量的测量系统包括采样装置、样气预处理系统、SO2分析仪及控制器等。SO2测量一般采用抽取法，由于气态污染物混合比较均匀，故原烟气的SO2含量测量装置一般安装在有一定直管段的烟道上，位于脱硫装置上游不小于0.5倍烟道当量直径处；净烟气的SO2含量测量装置一般安装在靠近烟囱的烟道上，位于脱硫装置下游不小于两倍烟道当量直径处。采样点离烟道内壁的距离必须不小于1m或者1/3的烟道当量直径。

SO2含量的分析方法主要有非分散性红外吸收（NDIR）法、非分散性紫外吸收（NDUV）