火電廠脫硫漿液專用pH值測(cè)量裝置的研制及應(yīng)用
摘 要：針對(duì)目前火電廠在用脫硫漿液專用pH計(jì)測(cè)量誤差大的問題，分析認(rèn)為石灰粉純度、石灰漿液流速和CaSO3、CaSO4在電極表面沉積是影響脫硫漿液pH值測(cè)量準(zhǔn)確性的主要因素，研制了由進(jìn)樣控制系統(tǒng)、試樣分離系統(tǒng)、試樣檢測(cè)系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)構(gòu)成的脫硫漿液專用pH值測(cè)量裝置，并在內(nèi)蒙古能源發(fā)電金山熱電有限公司投入使用。實(shí)際使用情況表明，該裝置可以準(zhǔn)確測(cè)量出脫硫漿液pH值，是提高脫硫效率的有效手段。
關(guān)鍵詞：火電廠;脫硫漿液;pH值測(cè)量裝置;脫硫效率;
0 引言
長(zhǎng)期以來，我國(guó)電力工業(yè)建設(shè)和發(fā)展都是以燃煤火電廠為主，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，火電廠在電力生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物也在大量增加。煤在燃燒過程中排放出的SO2是引起酸雨、溫室效應(yīng)的主要污染物。根據(jù)國(guó)家環(huán)保要求，火電廠均需建設(shè)脫硫系統(tǒng)，目前世界上已投運(yùn)或正在建設(shè)的煙氣脫硫處理系統(tǒng)中，濕法脫硫處理（WFGD）已占到全部脫硫工藝的80%以上。WFGD采用含有石灰漿的液體洗滌含硫煙氣去除其中的SO2，脫除率達(dá)95%以上，且能適應(yīng)大容量機(jī)組高濃度SO2含量的脫硫處理。生產(chǎn)過程中消耗的吸收劑——石灰石價(jià)格低、容易獲得，產(chǎn)生的副產(chǎn)品——石膏具有較高的商業(yè)價(jià)值。脫硫漿液pH值是WFGD工藝中的關(guān)鍵指標(biāo)，而目前市場(chǎng)上銷售的pH計(jì)都是為測(cè)量透明液體設(shè)計(jì)的，并不適合測(cè)量漿液，為此，專門研制了脫硫漿液專用pH值測(cè)試裝置，該裝置不影響漿液的化學(xué)性能，不改變?cè)嚇又蠬+含量。
1 脫硫漿液pH值測(cè)量的作用
在濕法脫硫處理過程中，以含有5%～10%的石灰乳濁液作為吸收劑與煙氣中的SO2反應(yīng)，生成CaSO3。在正常條件下，SO32-不容易氧化，采用向循環(huán)槽吹入空氣的方法使SO32-轉(zhuǎn)化生成SO42-，與漿液中的Ca2+反應(yīng)，生成CaSO4沉淀，增大了SO42-溶解的推動(dòng)力，從而使SO2不斷地由氣相轉(zhuǎn)化成液相，最后生成可以利用的建筑材料——石膏。
在以上反應(yīng)過程中，pH值越低越有利于CaCO3的溶解，但卻使SO2的吸收受到抑制；pH值越高越利于SO2的吸收卻不利于CaCO3的溶解，二者互相對(duì)立，因此將漿液pH值控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)是提高脫硫效率的重要手段。根據(jù)各電廠的實(shí)際生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)要求，一般維持塔內(nèi)pH值在5.2～5.6。
2 影響pH值測(cè)量準(zhǔn)確性的主要因素
2.1 石灰粉純度
濕法脫硫處理工藝中石灰漿液的實(shí)際耗用量取決于CaCO3的理論需用量和石灰粉的純度。一般石灰石中的CaCO3含量在50%～90%且分布不均勻，為此加入相同量的石灰漿，純度低的漿液難以維持吸收塔中的pH值。實(shí)際生產(chǎn)過程中，不能以石灰漿液投入量控制脫硫率，必須按照pH值變化來控制石灰粉投入量。當(dāng)選用的石灰粉質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，漿液中的雜質(zhì)含量增加，使石灰粉的粒度變大，對(duì)pH電極的沖刷和磨損加劇，直接影響到pH值測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。
2.2 石灰漿液流速
大多數(shù)WFGD裝置漿液管道流速在1.2～3.0 m/s。pH計(jì)的電極為玻璃材質(zhì)，而且敏感球泡與玻璃支架采用黏合工藝連接，因此電極本體的機(jī)械強(qiáng)度不高。當(dāng)測(cè)量對(duì)象的懸浮液中顆粒物含量較多且流速較大時(shí)，會(huì)對(duì)pH電極造成損壞。
2.3 鈣鹽在電極表面沉積
WFGD裝置運(yùn)行中，漿液含鈣量高，造成鈣鹽在pH測(cè)量電極表面沉積，引起電極污染損壞。嚴(yán)重時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)在電極的敏感玻璃球泡上形成一層堅(jiān)硬的“殼”，一方面破壞“敏感膜”上所生成的水化凝膠層，使電極失去離子選擇性；另一方面使堅(jiān)硬外殼包裹的電極無法與被測(cè)對(duì)象接觸。
3 脫硫漿液專用pH值測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)和硬件構(gòu)成
石灰漿液pH值測(cè)量是濕法脫硫處理工藝運(yùn)行監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)，它是影響脫硫率、氧化率、吸收劑的利用率及系統(tǒng)結(jié)垢程度的主要技術(shù)指標(biāo)。為了減輕漿液沖刷對(duì)pH值測(cè)量的影響，采取加裝取樣系統(tǒng)的措施，將樣品從管道中取出，降低流速后再進(jìn)行測(cè)量；為了減輕磨損與鈣鹽沉積對(duì)漿液pH值測(cè)量的影響，采取加裝預(yù)處理系統(tǒng)的措施，將漿液中的雜質(zhì)去除后，再測(cè)量其清液的pH值。
3.1 系統(tǒng)構(gòu)成
針對(duì)濕法脫硫工藝的特殊性，研發(fā)了專用離心分離機(jī)，使介質(zhì)與溶液快速分離，大顆粒被全部去除，解決了漿液對(duì)pH電極的機(jī)械磨損。同時(shí)，可以將大部分細(xì)小的鈣鹽去除，減少傳感器電極上鈣鹽的沉積結(jié)垢，避免了電極污染。分離后的試樣經(jīng)過裝置的環(huán)形槽通過溢流流出，降低了試樣的流動(dòng)速度，解決了對(duì)電極的動(dòng)力沖刷問題。脫硫漿液專用pH的測(cè)量裝置由以下5個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。
(1）進(jìn)樣控制系統(tǒng)：通過電動(dòng)閥控制進(jìn)入離心桶的漿液流量到合適范圍，保證漿液輸送管道暢通。
(2）試樣分離系統(tǒng)：通過離心分離技術(shù)使?jié){液迅速分離，澄清試樣通過上部出樣口取出。
(3）試樣檢測(cè)系統(tǒng)：分離出的漿液通過管道進(jìn)入水封系統(tǒng)，排出試樣帶出的空氣，進(jìn)入電極杯進(jìn)行pH值測(cè)量。
(4）排渣系統(tǒng)：分離出來的殘?jiān)樦x心桶壁堆積到離心桶底部，通過排渣系統(tǒng)定期排出離心桶外。
(5）沖洗系統(tǒng)：當(dāng)離心桶排渣后，沖洗系統(tǒng)對(duì)離心桶內(nèi)壁和漿液管道進(jìn)行沖洗。
3.2 硬件結(jié)構(gòu)
脫硫漿液專用pH值測(cè)量裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由離心分離桶、試樣環(huán)槽和排渣機(jī)構(gòu)組成。
3.2.1 離心分離桶
離心分離桶為下部粗、上部細(xì)的錐形，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，質(zhì)量輕的液體會(huì)向桶的中心位置移動(dòng)，隨著漿液從桶底通過上部的中心孔溢流到試樣環(huán)槽；相對(duì)質(zhì)量重的顆粒物質(zhì)會(huì)向離心桶外圓移動(dòng)，貼附在桶壁上，由于自身重量的作用，沿著桶壁移動(dòng)到桶的底部，積累到一定數(shù)量后，打開離心分離桶下部排渣口，排出渣料。
3.2.2 試樣環(huán)槽
當(dāng)試樣通過離心分離桶上部進(jìn)入試樣環(huán)槽后，細(xì)微顆粒會(huì)在環(huán)槽內(nèi)沉淀并經(jīng)過3層過濾網(wǎng)過濾，進(jìn)入導(dǎo)流區(qū)從試樣出口流出。沉淀物會(huì)定期被自動(dòng)沖洗干凈，當(dāng)試樣流量過大時(shí)，多余的試樣會(huì)通過上部溢流口流出。
3.2.3 自動(dòng)排渣機(jī)構(gòu)
在錐形離心桶下部等分3個(gè)排渣口，其結(jié)構(gòu)見圖2，排渣口上設(shè)計(jì)有配套的塞子，靜止或者離心桶低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在彈簧的作用下，塞子與排渣口分離，排渣口處于打開狀態(tài)；當(dāng)離心桶高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，塞子在離心力的作用下塞緊排渣口，排渣口處于關(guān)閉狀態(tài)。通過調(diào)整離心桶轉(zhuǎn)速，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排渣。
4 應(yīng)用情況
2019年4月，脫硫漿液專用pH值測(cè)量裝置在內(nèi)蒙古金山熱電有限公司投入運(yùn)行，表1為其與實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)。從表1數(shù)據(jù)可以看出，電廠現(xiàn)用2臺(tái)脫硫漿液pH計(jì)的測(cè)量值不但與實(shí)驗(yàn)室pH表計(jì)的測(cè)量值相差較大，而且兩臺(tái)表計(jì)之間的測(cè)量值也相差很大，說明直接在脫硫漿液中進(jìn)行pH值測(cè)量，存在較大的誤差。脫硫漿液專用pH值測(cè)量裝置和實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，測(cè)量數(shù)據(jù)基本吻合，證明脫硫漿液專用pH值測(cè)量裝置可以準(zhǔn)確測(cè)量脫硫漿液pH值。由于實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)測(cè)量的是靜止的液體，專用pH值測(cè)量裝置測(cè)量的是流動(dòng)的液體，所以兩者測(cè)量值存在少許誤差。
5 結(jié)束語
脫硫漿液專用pH值測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)脫硫漿液pH值的快速、連續(xù)測(cè)量，成為提高脫硫效率的有效幫助手段，可以避免因脫硫漿液pH值測(cè)量誤差而造成脫硫效率降低。該裝置測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確性和可靠性明顯高于火電廠現(xiàn)用脫硫漿液pH計(jì)，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
作者簡(jiǎn)介：孫利強(qiáng)(1973)，男，內(nèi)蒙古人，碩士，正高級(jí)工程師，從事電廠化學(xué)技術(shù)研究工作。E-mail:sunliqiang＿223@163.com
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