火電廠脫硫漿液專用pH值測量裝置的研制及應(yīng)用

孫利強

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010020）

0 引言

長期以來，我國電力工業(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[1-2]。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[3-4]。根據(jù)國家環(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[5-7]。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)大容量機組高濃度SO2含量的脫硫處理[8-10]。生產(chǎn)過程中消耗的吸收劑——石灰石價格低、容易獲得，產(chǎn)生的副產(chǎn)品——石膏具有較高的商業(yè)價值。脫硫漿液pH值是WFGD工藝中的關(guān)鍵指標(biāo)，而目前市場上銷售的pH計都是為測量透明液體設(shè)計的，并不適合測量漿液，為此，專門研制了脫硫漿液專用pH值測試裝置，該裝置不影響漿液的化學(xué)性能，不改變試樣中H+含量。

1 脫硫漿液pH值測量的作用

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，二者互相對立，因此將漿液pH值控制在一個合理的范圍內(nèi)是提高脫硫效率的重要手段。根據(jù)各電廠的實際生產(chǎn)和工程設(shè)計要求，一般維持塔內(nèi)pH值在5.2~5.6。

2 影響pH值測量準(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際耗用量取決于CaCO3的理論需用量和石灰粉的純度[11-12]。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，漿液中的雜質(zhì)含量增加，使石灰粉的粒度變大，對pH電極的沖刷和磨損加劇，直接影響到pH值測量的準(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，因此電極本體的機械強度不高[13]。當(dāng)測量對象的懸浮液中顆粒物含量較多且流速較大時，會對pH電極造成損壞。

2.3 鈣鹽在電極表面沉積

WFGD裝置運行中，漿液含鈣量高，造成鈣鹽在pH測量電極表面沉積，引起電極污染損壞。嚴(yán)重時，這些物質(zhì)會在電極的敏感玻璃球泡上形成一層堅硬的“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；另一方面使堅硬外殼包裹的電極無法與被測對象接觸。

3 脫硫漿液專用pH值測量裝置的結(jié)構(gòu)和硬件構(gòu)成

石灰漿液pH值測量是濕法脫硫處理工藝運行監(jiān)測的關(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pH值測量的影響，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)行測量；為了減輕磨損與鈣鹽沉積對漿液pH值測量的影響，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，再測量其清液的pH值。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

針對濕法脫硫工藝的特殊性，研發(fā)了專用離心分離機，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pH電極的機械磨損。同時，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，降低了試樣的流動速度，解決了對電極的動力沖刷問題。脫硫漿液專用pH的測量裝置由以下5個系統(tǒng)構(gòu)成。

（1）進(jìn)樣控制系統(tǒng)：通過電動閥控制進(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值測量。

（4）排渣系統(tǒng)：分離出來的殘渣順著離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)槽和排渣機構(gòu)組成。

圖1 脫硫漿液專用pH值測量裝置結(jié)構(gòu)

3.2.1 離心分離桶

離心分離桶為下部粗、上部細(xì)的錐形，在電動機的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，質(zhì)量輕的液體會向桶的中心位置移動，隨著漿液從桶底通過上部的中心孔溢流到試樣環(huán)槽；相對質(zhì)量重的顆粒物質(zhì)會向離心桶外圓移動，貼附在桶壁上，由于自身重量的作用，沿著桶壁移動到桶的底部，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。沉淀物會定期被自動沖洗干凈，當(dāng)試樣流量過大時，多余的試樣會通過上部溢流口流出。

3.2.3 自動排渣機構(gòu)

在錐形離心桶下部等分3個排渣口，其結(jié)構(gòu)見圖2，排渣口上設(shè)計有配套的塞子，靜止或者離心桶低速轉(zhuǎn)動時，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，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，即可實現(xiàn)自動排渣。

圖2 自動排渣機構(gòu)結(jié)構(gòu)

4 應(yīng)用情況

2019年4月，脫硫漿液專用pH值測量裝置在內(nèi)蒙古金山熱電有限公司投入運行，表1為其與實驗室pH計測試數(shù)據(jù)比對。從表1數(shù)據(jù)可以看出，電廠現(xiàn)用2臺脫硫漿液pH計的測量值不但與實驗室pH表計的測量值相差較大，而且兩臺表計之間的測量值也相差很大，說明直接在脫硫漿液中進(jìn)行pH值測量，存在較大的誤差。脫硫漿液專用pH值測量裝置和實驗室pH計，測量數(shù)據(jù)基本吻合，證明脫硫漿液專用pH值測量裝置可以準(zhǔn)確測量脫硫漿液pH值。由于實驗室pH計測量的是靜止的液體，專用pH值測量裝置測量的是流動的液體，所以兩者測量值存在少許誤差。

表1 脫硫漿液pH值檢測記錄

5 結(jié)束語

脫硫漿液專用pH值測量裝置可以實現(xiàn)脫硫漿液pH值的快速、連續(xù)測量，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值測量誤差而造成脫硫效率降低。該裝置測量數(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，具有較高的推廣應(yīng)用價值。