淺談燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)pH測(cè)定存在的問(wèn)題和維護(hù)要點(diǎn)

季可申

淺談燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)pH測(cè)定存在的問(wèn)題和維護(hù)要點(diǎn)

季可申

（上海申欣環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司，上海 200137）

在濕法石灰石脫硫過(guò)程中pH值是過(guò)程控制的一個(gè)很重要的參數(shù)，由于脫硫吸收塔的循環(huán)漿液高含鹽量、高含固量的特點(diǎn)，使準(zhǔn)確測(cè)量成為難題。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，討論了pH測(cè)定存在的問(wèn)題和使用、維護(hù)要點(diǎn)。

煙氣脫硫；pH測(cè)量；pH傳感器；pH儀

目前，燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)多采用濕法石灰石/石膏工藝，石灰石漿液與煙氣逆流接觸，煙氣中二氧化硫（SO2）遇水溶解成亞硫酸，亞硫酸進(jìn)一步與石灰石（CaCO3）反應(yīng)生成亞硫酸，亞硫酸氧化形成穩(wěn)定的、易脫水的石膏（CaSO4·2H2O）。為了兼顧吸收效率最大化和減少吸收塔內(nèi)部結(jié)垢堵塞，要求控制吸收塔內(nèi)的pH值在5.8～6.2范圍內(nèi)，因此pH值測(cè)量的及時(shí)性和準(zhǔn)確性非常重要。然而塔內(nèi)漿液含有大量的固體物質(zhì)、浮灰和油，嚴(yán)重污染pH測(cè)量的傳感元件，所以若要及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量，必須從設(shè)備、操作和維護(hù)等各個(gè)方面做好保障。

1 pH測(cè)量存在的問(wèn)題

目前火電廠煙氣脫硫的pH測(cè)量?jī)x表多使用直讀式在線表，由復(fù)合電極和溫度傳感器組成測(cè)量傳感器，變送器連接專用測(cè)量電纜，將測(cè)量結(jié)果傳輸至DCS[1]。

本電廠脫硫系統(tǒng)的處理煙氣量為2.8×106Nm3/h，SO2濃度不大于1 923 mg/Nm3，設(shè)計(jì)脫硫率大于95%，鈣硫比1.05。吸收塔內(nèi)pH值控制在5.6±0.3范圍內(nèi)，這個(gè)pH范圍需要嚴(yán)格控制，維持較低pH氛圍（酸性）可以減少塔內(nèi)晶體析出和結(jié)垢，同時(shí)又必須達(dá)到脫硫效率所要求的吸收推動(dòng)力（堿性）。吸收塔內(nèi)pH是由石灰石漿液的輸入量和石膏的輸出量控制的。當(dāng)pH值低時(shí)，增加石灰石漿液的輸入量；pH值高時(shí)，減少石灰石漿液的輸入，石膏的輸出則根據(jù)石灰石漿液的輸入量按比例變化。

為了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的滯后性，本廠的石灰石漿液的輸入和石膏漿液的輸出，首先依據(jù)機(jī)組負(fù)荷參數(shù)，進(jìn)行前饋控制。正常運(yùn)行時(shí)機(jī)組負(fù)荷控制大于360 MW，結(jié)合實(shí)時(shí)的pH參數(shù)調(diào)節(jié)石灰石漿液進(jìn)口流量閥門。這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在工況改變前做出預(yù)判控制，缺點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，擾動(dòng)較大，補(bǔ)漿量有一定偏差。

為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，保證脫硫率，還要通過(guò)DCS根據(jù)pH值和煙氣流量、SO2濃度計(jì)算獲得石灰石漿液的輸入量，并根據(jù)塔內(nèi)pH信息實(shí)時(shí)修正，運(yùn)行人員通過(guò)DCS調(diào)整石灰石漿液閥門開(kāi)度，準(zhǔn)確控制石灰石漿液量的輸入量；另一方面，根據(jù)pH值和漿液密度判斷循環(huán)漿液的輸出量，調(diào)節(jié)石膏排出泵，控制輸出漿液的流量。由此可見(jiàn)pH值是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵性參數(shù)。

本廠pH測(cè)量傳感器安裝在吸收塔的導(dǎo)出測(cè)量池中，在線監(jiān)測(cè)循環(huán)漿液的pH值。電位法測(cè)量pH是十分成熟的分析方法，儀器很穩(wěn)定。但是在脫硫吸收塔的循環(huán)漿液測(cè)量中，測(cè)量條件十分惡劣。吸收塔的循環(huán)漿液主要成分為亞硫酸、硫酸、氯離子、金屬離子和有機(jī)物等各種溶解性物質(zhì)，還有大量的亞硫酸鈣、硫酸鈣、石灰石、飛灰等固體物質(zhì)，存在以下問(wèn)題。

pH電極的玻璃膜被快速流動(dòng)的漿液磨損。吸收塔內(nèi)循環(huán)漿液是固液混合物，固體物質(zhì)含量在4%～50%，大量的未反應(yīng)完的石灰石和反應(yīng)生成的亞硫酸鈣以固體形式存在，漿液流速在1.2～3 m/s，pH電極的敏感元件玻璃膜在這種環(huán)境中磨損嚴(yán)重，壽命快速降低，測(cè)量值不準(zhǔn)確。

電極表面被漿液中的固體和油覆蓋。pH計(jì)測(cè)量的是液體中的H+的活度，吸收塔中循環(huán)漿液含大量固體物質(zhì)，這些固體粘在pH電極的玻璃膜表面，阻礙了玻璃膜與漿液的接觸，不能得到準(zhǔn)確的電位。另外，煙氣中飛灰經(jīng)過(guò)吸收區(qū)后進(jìn)入了漿液，由于飛灰的比重和表面張力，飛灰一般浮在循環(huán)漿液的上層，經(jīng)過(guò)曝氣等環(huán)節(jié)，有時(shí)會(huì)使循環(huán)漿液起泡，使電極與漿液接觸不良。有時(shí)循環(huán)漿液中會(huì)含有浮油，可能來(lái)自于煙氣中的氣態(tài)有機(jī)物，或者吸收過(guò)程中添加的增效劑，這些“油”會(huì)覆蓋在電極敏感膜表面，隔絕玻璃膜與漿液的接觸，而且這層油膜很難去除。

測(cè)量條件與標(biāo)定用的標(biāo)準(zhǔn)溶液差距很大。pH電位分析法測(cè)量的是H+的活度，與溶液的離子強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)離子強(qiáng)度很低時(shí)，濃度等于活度，當(dāng)離子強(qiáng)度較高時(shí)濃度不等于活度。標(biāo)定用的標(biāo)準(zhǔn)溶液與循環(huán)漿液的離子強(qiáng)度相差很遠(yuǎn)，所以這種測(cè)量方法是存在誤差的，只是相對(duì)于上述兩種問(wèn)題這個(gè)誤差可以忽略。

2 pH傳感器的安裝

2.1 安裝角度

pH電極的安裝角度如圖1所示。在安裝pH電極時(shí)要盡量保持垂直，與水平面的夾角不小于15°，這是為了防止在電極內(nèi)溶液因傾斜而形成氣泡，不能形成正常的膜電位。

圖1 pH電極的安裝角度

2.2 安裝位置

目前傳感器安裝的位置有pH計(jì)安裝在漿液引出管上裝置、帶錐形測(cè)量罐pH測(cè)量裝置、帶水平測(cè)量罐的pH測(cè)量裝置等。直接安裝在吸收塔循環(huán)漿液排出管上裝置，如圖2所示。該法利用塔內(nèi)循環(huán)漿液的壓力自動(dòng)排出，不需要額外動(dòng)力，但是沖擊力大，所以在pH傳感器附近裝閥門降低壓力。盡管如此，pH傳感器仍然磨損嚴(yán)重。

pH傳感器安裝在錐形測(cè)量罐中，如圖3所示。在石膏漿液排出管上引出一個(gè)錐形測(cè)量罐，高于排出管，電極插在測(cè)量池上端，這樣減少了漿液中固體物質(zhì)對(duì)電極的沖擊磨損。這是目前使用最多的方法，本廠采用這種安裝方式。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)較方便，但是污染仍然很嚴(yán)重。

圖2 pH計(jì)安裝在漿液引出管上

圖3 帶錐形測(cè)量罐pH測(cè)量裝置

帶水平測(cè)量罐的pH測(cè)量裝置如圖4所示。帶水平測(cè)量罐的pH測(cè)量裝置是目前一種新型的測(cè)量罐[2-3]，罐體水平方向擴(kuò)容，循環(huán)漿液進(jìn)入測(cè)量罐流速突然降低，固體物質(zhì)得以沉淀，電極位于上層“清液”，可以減少磨損和污染，該測(cè)量罐帶有閥門，引入循環(huán)漿液后關(guān)閉閥門，靜置2 min，待固體物質(zhì)沉淀后再讀取pH值。這種測(cè)量罐的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了維護(hù)工作量和用電量。

上面介紹的是目前常用的pH安裝方法，目的都是減輕循環(huán)漿液對(duì)電極的污染，其中最常用的是帶錐形測(cè)量罐pH測(cè)量裝置。然而，目前所有方法都不能真正做到無(wú)污染，因?yàn)闀r(shí)間稍長(zhǎng)，漿液中的固體物質(zhì)和油膜仍然會(huì)覆蓋在pH電極的敏感膜上，保證測(cè)量準(zhǔn)確度還必須落實(shí)在日常維護(hù)上。

圖4 帶水平測(cè)量罐的pH測(cè)量裝置

3 pH儀的維護(hù)

pH電極最常見(jiàn)的問(wèn)題是電極膜的污染，但因?yàn)閜H數(shù)據(jù)對(duì)工藝流程的重要性，同時(shí)作為環(huán)保指標(biāo)，需要不間斷測(cè)量，日常巡檢很難觀察到浸沒(méi)在漿液內(nèi)的電極狀況。所以，需另外準(zhǔn)備一臺(tái)手持式pH計(jì)。每隔2 h測(cè)量一次，比較就地pH計(jì)和手持pH計(jì)各自顯示的數(shù)值，若相差大于0.2，則誤差過(guò)大，需要維護(hù)。維護(hù)優(yōu)先順序?yàn)椋呵逑措姌O、標(biāo)定電極、更換電極、更換電纜、更換變送器。在每項(xiàng)操作前，都需要比較就地pH計(jì)和手持pH計(jì)各自顯示的數(shù)值，若誤差大于0.2，再執(zhí)行該操作。以下為各操作注意事項(xiàng)。

電極必須經(jīng)常清洗，每班清洗2次。若電極表面附著褐色物質(zhì)，一般為石膏，直接用清水徹底清洗，配合柔軟的棉布輕輕反復(fù)擦拭至完全去除。當(dāng)電極表面褐色物質(zhì)經(jīng)上述操作無(wú)法取出或覆蓋有黑色油膜時(shí)，可用pH值為1.0左右稀鹽酸浸泡1 min，再用清水沖洗加上柔軟的棉布輕輕反復(fù)擦拭。若一次性無(wú)法完全去除，可重復(fù)幾次，直至完全去除表面物質(zhì)。標(biāo)定電極前應(yīng)先進(jìn)行溫度補(bǔ)償，本廠使用的CPS11D-7AA21型pH測(cè)量?jī)x帶有自動(dòng)溫度校正功能，操作時(shí)注意給予30 s左右的校正時(shí)間。且必須將電極按清洗步驟清洗干凈，電極插入標(biāo)液前需要用該少量標(biāo)液沖洗濕潤(rùn)，保證標(biāo)液不被污染。校正時(shí)讀數(shù)應(yīng)該取平穩(wěn)值。

pH電極外殼脆弱，更換期間每一步都需要輕拿輕放，以免損壞破裂。與固定套管間的螺紋口需要纏聚四氟乙烯帶，以免進(jìn)水導(dǎo)致電極與電纜損壞。螺紋連接旋轉(zhuǎn)時(shí)需要時(shí)刻注意電纜情況，以免電纜擰斷，盡量讓電纜跟著電極一起旋轉(zhuǎn)。若安裝情況不允許，可在螺紋上緊前反向轉(zhuǎn)幾圈，保證正常使用時(shí)電纜不會(huì)受太大的力，避免電纜斷裂。更換完成后需要標(biāo)定電極。

更換變送器接線完畢，送電。以本廠使用的CPM253-MR0005為例，需要在菜單中設(shè)定測(cè)量?jī)?nèi)容為pH值、所用電極的類型為玻璃電極以及工藝標(biāo)準(zhǔn)所需要的阻尼值。設(shè)定完后需要標(biāo)定電極。

4 結(jié)束語(yǔ)

在濕法石灰石脫硫過(guò)程中pH值是過(guò)程控制的一個(gè)很重要的參數(shù)，是關(guān)系到脫硫率、石膏品質(zhì)、石灰石利用率以及脫硫設(shè)備安全的參數(shù)，由于脫硫吸收塔的循環(huán)漿液高含鹽量、高含固量的特點(diǎn)，使準(zhǔn)確測(cè)量成為難題，目前可以通過(guò)選擇優(yōu)質(zhì)的儀器設(shè)備、規(guī)范的安裝和嚴(yán)格的維護(hù)來(lái)達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。

［1］季可申，劉曉萌.淺談火電廠煙氣脫硫熱工設(shè)備常見(jiàn)故障的分析邏輯［J］.電力與能源，2019，40（3）：360-362.

［2］孫園園，羅新華，熊巍.脫硫塔內(nèi)漿液密度及pH值測(cè)量裝置的改進(jìn)研究［J］.東北電力技術(shù)，2018，39（7）：22-25.

［3］胡銘.探討煙氣脫硫中pH值測(cè)量系統(tǒng)的幾種方案［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，30（7）：161，164.

X701.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.16.017

2095－6835（2019）16－0042－02

季可申（1991—），男，助理工程師，主要從事發(fā)電企業(yè)脫硫脫硝熱控檢修工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕