吸收塔漿液品質(zhì)簡化定量分析模型及應(yīng)用

重慶遠達煙氣治理特許經(jīng)營有限公司 彭興文 宋 強

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝中，吸收塔漿液品質(zhì)對脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、達標(biāo)排放和脫硫石膏品質(zhì)有較大影響，常規(guī)方法是通過化驗吸收塔漿液密度、pH值、亞硫酸根、碳酸根和Cl－濃度來判斷漿液品質(zhì)。但在實際運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)吸收塔漿液其它參數(shù)沒有太大變化而吸收塔漿液密度長期偏高、石膏品質(zhì)下降的異?，F(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象的主要原因是吸收塔漿液中的Cl－和其它可溶性有害雜質(zhì)過多，石膏漿液實際含固量遠小于理論值，從而造成石膏脫水效果變差。

1 判斷吸收塔漿液品質(zhì)的主要指標(biāo)

1.1 吸收塔漿液pH值、亞硫酸根、碳酸根、Cl－

吸收塔漿液pH值是脫硫介質(zhì)的酸堿度測量值，它提供了控制去除SO2量的方法。高pH能增強SO2的吸收，但亞硫酸鈣的氧化和石灰石的溶解受到嚴重抑制，并易發(fā)生結(jié)垢堵塞現(xiàn)象。而低pH值有利于亞硫酸鈣的氧化，石灰石溶解度增加，但使SO2的吸收受到抑制，脫硫效率大大降低。在采用凈煙氣SO2為恒定值的控制策略下，吸收塔漿液pH是一個動態(tài)平衡的過程，它隨著機組煙氣量、原煙氣SO2濃度變化而變化，需根據(jù)煙氣工況不斷調(diào)整石灰石漿液量以維持凈煙氣SO2為恒定值。吸收塔漿液pH值可在線測量，能夠為脫硫運行人員調(diào)整提供及時有效的參考依據(jù)。

吸收塔漿液亞硫酸根是表征吸收塔石膏漿液是否充分氧化的主要指標(biāo)，數(shù)值越大說明氧化效果越差。該指標(biāo)沒有統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準，在實際運行過程中應(yīng)積累各種正常運行工況的化驗參數(shù)，若其化驗數(shù)值超出正常參數(shù)較多時，應(yīng)及時增加強制氧化風(fēng)量或降低進入吸收塔的SO2總量，以盡快恢復(fù)漿液品質(zhì)。吸收塔漿液亞硫酸根不能在線監(jiān)測，只能通過化驗人員現(xiàn)場取樣后進行化驗分析。

吸收塔漿液碳酸根是衡量吸收塔漿液中過剩石灰石的指標(biāo)，數(shù)值越大說明在脫硫過程中未完全溶解、未參與脫硫化學(xué)反應(yīng)的石灰石越多，脫硫劑利用效率較差，或脫硫劑活性本身較差或受到漿液中其它有害成份的抑制而變差。若其化驗參數(shù)與正常參數(shù)偏差較多應(yīng)及時查明原因，更換石灰石或加強廢水排放，保持漿液活性。吸收塔漿液碳酸根只能通過化驗人員現(xiàn)場取樣后進行化驗分析。

濕法脫硫系統(tǒng)中吸收塔設(shè)計一般要求Cl－濃度不大于20g/L,其在濕法脫硫系統(tǒng)中是引起金屬腐蝕和應(yīng)力腐蝕的重要原因，Cl－還能抑制吸收塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，抑制石灰石分解率和抑制SO2吸收。吸收塔漿液中Cl－主要是通過石膏和脫硫廢水排放，當(dāng)從石膏中帶走的Cl－不足以維持吸收塔漿液中濃度平衡時，應(yīng)加大廢水排放量。吸收塔漿液Cl－只能通過化驗人員現(xiàn)場取樣后進行化驗分析。

1.2 吸收塔漿液密度

吸收塔漿液密度是度量吸收塔漿液含固量的一個參數(shù)，用符號ρ表示，單位為kg/m3。其數(shù)值越大表明漿液中所含固體越多。吸收塔漿液密度可直接在線測量，是員進行石膏脫水系統(tǒng)操作的重要參數(shù)。在濕法脫硫系統(tǒng)設(shè)計中吸收塔漿液主要采用含固量指標(biāo)來表征漿液中固體的多少。所謂含固量是指料漿中的固體總質(zhì)量除以組成料漿的所有組分的質(zhì)量，單位為%。采用攪拌器技術(shù)的吸收塔含固量設(shè)計值一般在15～20%，采用脈沖懸浮技術(shù)的吸收塔含固量一般在8～18%，而采用液柱塔技術(shù)的吸收塔含固量一般在25～35%左右。在脫硫運行實踐中含固量并不能直接在線測量，一般用吸收塔漿液密度作為啟停脫水系統(tǒng)的主要調(diào)整依據(jù)。在脫硫?qū)嶋H運行過程中有較多從業(yè)人員根據(jù)各類漿液的含固量定義公式制作了脫硫漿液密度與含固量對照表（表1），以方便運行人員參考。

表1 脫硫漿液密度與含固量對照表（內(nèi)部資料節(jié)選）

吸收塔漿液主要成分包括工藝水、石灰石漿液、石膏漿液和其它雜質(zhì)，此類對照表以工藝水密度為1000kg/m3、石膏密度2300kg/m3、吸收塔漿液全部近似為石膏漿液，其它雜質(zhì)成分近似為零進行計算。此類表格主要優(yōu)點是方便根據(jù)密度查詢對應(yīng)的含固量，也可根據(jù)需要的含固量指標(biāo)查詢對應(yīng)的密度值，對運行操作有一定參考作用。缺點是各種輸入條件均為固化的，沒有考慮各種有害可溶物對含固量的影響，不能真實反應(yīng)介質(zhì)工況，不能及時為脫硫運行調(diào)整提供真實的參考依據(jù)。在脫硫設(shè)計和實際運行經(jīng)驗中，還必須考慮Cl－和其它各種可溶性雜質(zhì)對脫硫漿液品質(zhì)的影響。在某些脫硫公司物料平衡表中，在相同給定含固量下，隨著可溶物輸入條件的不同密度偏差極大，可達50～53kg/m3（表2），在某些脫硫公司的物料平衡表中兩者最大偏差可達100kg/m3以上。

表2 脫硫物料平衡表數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異對比1（內(nèi)部資料、部分節(jié)選）

綜上所述，濕法脫硫系統(tǒng)運行實際中往往通過在線監(jiān)測吸收塔漿液密度、pH值和化驗室分析亞硫酸根、碳酸根和Cl－濃度等指標(biāo)來綜合判斷漿液品質(zhì)，但還不足以充分表征漿液品質(zhì)，特別是在其它可溶物較多的情況下對漿液品質(zhì)影響更加嚴重，因此需對其它可溶物的影響進行量化，以輔助運行人員充分判斷分析漿液真實品質(zhì)。

2 吸收塔漿液品質(zhì)簡化分析

吸收塔漿液成分按其作用可分為有害物質(zhì)和無害物質(zhì)兩類，按其形態(tài)可分為水、懸浮類物質(zhì)和可溶性物質(zhì)三類。

懸浮類物質(zhì)主要是石膏漿液，還包括少量的未完全反應(yīng)的石灰石漿液、隨煙氣進入系統(tǒng)的飛灰、隨工藝水和石灰石漿液帶入的懸浮狀雜質(zhì)，這些物質(zhì)比例很小，因此吸收塔漿液可全部視同為石膏漿液，這些物質(zhì)均可隨石膏脫水系統(tǒng)最終排出吸收塔，不會對系統(tǒng)造成較大影響，可視為無害物質(zhì)。

另一類為可溶性物質(zhì)，主要包括酸不溶有機物質(zhì)、氟、Cl－以及一些重金屬離子如鐵、鋁、鈉、鎂等有害物質(zhì)，此類物質(zhì)在脫硫系統(tǒng)中不能發(fā)生自然沉降而隨石膏排出，只能隨廢水系統(tǒng)排放。此類可溶性物質(zhì)可全部視同為有害物質(zhì)，其來源復(fù)雜種類較多，難以一一定量分析。當(dāng)其過度富集時對脫硫漿液品質(zhì)影響較大，應(yīng)當(dāng)予以重點關(guān)注?？扇苄杂泻ξ镔|(zhì)主要來源于煙氣、石灰石漿液、吸收塔補充水中的各種雜質(zhì)[1]，若FGD廢水處理系統(tǒng)不能正常投入或及時排放廢水，將導(dǎo)致吸收塔漿液中煙塵、油污、酸不溶有機物質(zhì)、氟、Cl－以及一些重金屬離子如鐵、鋁、鈉、鎂等有害物質(zhì)在吸收塔漿液中過度富集，極端工況下引起漿液品質(zhì)惡化或脫水困難。

綜上所述，吸收塔漿液可簡化為三種物質(zhì)：水、溶于水中的有害物質(zhì)和可自然沉降并能隨石膏脫水系統(tǒng)排出的石膏漿液。進入脫硫系統(tǒng)的水一般來源于主機循環(huán)水，受季節(jié)和溫度變化有一定的影響，一般情況下其品質(zhì)和密度波動不大，可近似為1000kg/M3的恒定值。石膏漿液實際含固量成分可通過在線密度計來度量，但必須準確計量溶解于工藝水中的有害物質(zhì)。因此只要能夠找到準確計量的漿液中有害物質(zhì)總量的方法，就可準確分析吸收漿液中有害物質(zhì)和無害物質(zhì)的比重，從而指導(dǎo)運行人員及時合理控制脫硫工藝。

3 吸收塔漿液品質(zhì)簡化定量分析

吸收塔漿液中可溶性雜質(zhì)種類較多，難以一一準確定量分析，筆者根據(jù)多年實踐經(jīng)驗和對某脫硫裝置長期研究試驗發(fā)現(xiàn)一種簡易分析方法——吸收塔漿液上清液法，可較為準確而快速的分析吸收塔漿液中的可溶性雜質(zhì)含量。

分析原理及方法：將吸收塔漿液取樣后于化驗室靜置2～3小時，樣品中的石膏漿液等懸浮物發(fā)生自然沉降，而其它可溶性雜質(zhì)短時間內(nèi)不會自然沉降仍溶解于工藝水中，用密度瓶測量其上清液密度，與工藝水密度（某脫硫裝置基本恒定在1010kg/M3左右，波動不大）進行對比，高于工藝水密度的部分就是吸收塔漿液中的全部可溶性雜質(zhì)（包括Cl－），其數(shù)值的高低可衡量漿液中有害物質(zhì)的多少（表3）。吸收塔漿液在線測量密度或化驗密度中扣除可溶性雜質(zhì)后，可計算漿液中真實的石膏漿液含固量（表3），從而幫助脫硫運行人員準確判斷漿液品質(zhì)。

表3 某脫硫裝置吸收塔漿液上層清液密度統(tǒng)計表

4 吸收塔漿液品質(zhì)簡化定量分析模型應(yīng)用

準確計算吸收塔漿液真實含固量。經(jīng)長期跟蹤觀測發(fā)現(xiàn)，吸收塔漿液中可溶性雜質(zhì)較多，對漿液含固量真實值影響較大，最大可達8%以上（表3），個別運營項目在極端情況下偏差能達到15%以上。當(dāng)吸收塔漿液測量密度較高、但因其它可溶物影響導(dǎo)致真實含固量較低時，石膏脫水系統(tǒng)往往不能正常工作，石膏水份增大，石膏品質(zhì)難以保證。準確計算吸收塔漿液真實含固量，可指導(dǎo)運行人員根據(jù)漿液真實含固量合理調(diào)整脫水系統(tǒng)，保證吸收塔漿液含固量滿足設(shè)計要求，同時保證石膏品質(zhì)基本穩(wěn)定。

幫助運行人員對吸收塔漿液品質(zhì)影響因素進行準確定量分析。理論和實踐研究均已經(jīng)證明，吸收塔漿液中Cl－濃度對脫硫系統(tǒng)危害較大，其濃度越高說明吸收塔中其它可溶性雜質(zhì)增多、漿液品質(zhì)越差。在同樣的漿液密度下，以1128kg/m3漿液為例,按表1查詢理論含固量應(yīng)為20%；若吸收塔漿液Cl－濃度為30g/L，其實際含固量僅為15.37%，相差4.63%；若Cl－濃度為50g/L，其實際含固量則降低為12.23%，相差7.77%；若Cl－濃度為80g/L，其實際含固量更降至7.53%，相差達12.47%（表4序號3），若要達到20%的石膏漿液含固量，此時漿液密度應(yīng)達到1218kg/m3才能滿足設(shè)計含固量指標(biāo)。

表4 脫硫漿液密度、含固量自動計算表

指導(dǎo)運行人員及時準確判斷吸收塔漿液品質(zhì)的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)：吸收塔漿液上清液密度越高、吸收塔中可溶性雜質(zhì)越多漿液品質(zhì)就越差，對吸收塔漿液真實含固量、脫硫效率、石膏脫水效果影響也越大。吸收塔漿液中Cl－濃度越高，上清液密度會升高；但在同樣的Cl－濃度水平上清液密度也可能變化會很大，見表3統(tǒng)計數(shù)據(jù)涂黃部分數(shù)據(jù)，總可溶物影響達8%以上，而吸收塔漿液中Cl－濃度18730mg/L在設(shè)計值范圍內(nèi)，影響僅為2.94%，說明吸收塔中其它可溶性雜質(zhì)受外部因素影響較大，此時應(yīng)結(jié)合吸收塔漿液其它參數(shù)、工藝水密度、石灰石漿液上清液密度等因素綜合分析（表5），說明工藝水、石灰石漿液均無較大變化，而近期主機煤質(zhì)變化較大，煙氣量、原煙氣SO2濃度均有較大幅度增加，主要影響因素應(yīng)屬于煤質(zhì)變化導(dǎo)致煙氣中可溶性有害物質(zhì)過多造成的。

指導(dǎo)運行人員及時準確調(diào)整脫硫運行工況。在條件許可時，可在脫硫運行員操作畫面增設(shè)吸收塔漿液實際含固量與理論含固量數(shù)據(jù)顯示，以輔助判斷吸收塔漿液真實品質(zhì)，保證脫硫裝置長周期安全穩(wěn)定達標(biāo)運行；指導(dǎo)運行人員根據(jù)上層清液密度變化趨勢，及時、適時運行廢水系統(tǒng)，及時排放系統(tǒng)中有害雜質(zhì)，保持吸收塔漿液品質(zhì)基本穩(wěn)定；結(jié)合漿液Cl－濃度等其它常規(guī)化驗項目，指導(dǎo)運行人員及時判斷外部運行參數(shù)是否發(fā)生重大變化，及時采取有效控制措施；指導(dǎo)運行人員及時準確判斷吸收塔漿液品質(zhì)，當(dāng)出現(xiàn)漿液品質(zhì)惡化趨勢時及時采取有效調(diào)整措施，避免漿液持續(xù)惡化；在同樣的運行工況下，主機煤質(zhì)變化、煙氣成分變化對上清液密度和漿液品質(zhì)影響最大，運行過程中應(yīng)隨時關(guān)注上清液密度變化情況，及時足量排放脫硫廢水，以維持吸收塔漿液品質(zhì)基本穩(wěn)定。

表5 脫硫相關(guān)水源密度監(jiān)測統(tǒng)計表