火电厂脱硫浆液专用pH值测量装置的研制及应用
摘 要：针对目前火电厂在用脱硫浆液专用pH计测量误差大的问题，分析认为石灰粉纯度、石灰浆液流速和CaSO3、CaSO4在电极表面沉积是影响脱硫浆液pH值测量准确性的主要因素，研制了由进样控制系统、试样分离系统、试样检测系统、排渣系统、冲洗系统构成的脱硫浆液专用pH值测量装置，并在内蒙古能源发电金山热电有限公司投入使用。实际使用情况表明，该装置可以准确测量出脱硫浆液pH值，是提高脱硫效率的有效手段。
关键词：火电厂;脱硫浆液;pH值测量装置;脱硫效率;
0 引言
长期以来，我国电力工业建设和发展都是以燃煤火电厂为主，随着电力工业的发展，火电厂在电力生产过程中产生的污染物也在大量增加。煤在燃烧过程中排放出的SO2是引起酸雨、温室效应的主要污染物。根据国家环保要求，火电厂均需建设脱硫系统，目前世界上已投运或正在建设的烟气脱硫处理系统中，湿法脱硫处理（WFGD）已占到全部脱硫工艺的80%以上。WFGD采用含有石灰浆的液体洗涤含硫烟气去除其中的SO2，脱除率达95%以上，且能适应大容量机组高浓度SO2含量的脱硫处理。生产过程中消耗的吸收剂——石灰石价格低、容易获得，产生的副产品——石膏具有较高的商业价值。脱硫浆液pH值是WFGD工艺中的关键指标，而目前市场上销售的pH计都是为测量透明液体设计的，并不适合测量浆液，为此，专门研制了脱硫浆液专用pH值测试装置，该装置不影响浆液的化学性能，不改变试样中H+含量。
1 脱硫浆液pH值测量的作用
在湿法脱硫处理过程中，以含有5%～10%的石灰乳浊液作为吸收剂与烟气中的SO2反应，生成CaSO3。在正常条件下，SO32-不容易氧化，采用向循环槽吹入空气的方法使SO32-转化生成SO42-，与浆液中的Ca2+反应，生成CaSO4沉淀，增大了SO42-溶解的推动力，从而使SO2不断地由气相转化成液相，最后生成可以利用的建筑材料——石膏。
在以上反应过程中，pH值越低越有利于CaCO3的溶解，但却使SO2的吸收受到抑制；pH值越高越利于SO2的吸收却不利于CaCO3的溶解，二者互相对立，因此将浆液pH值控制在一个合理的范围内是提高脱硫效率的重要手段。根据各电厂的实际生产和工程设计要求，一般维持塔内pH值在5.2～5.6。
2 影响pH值测量准确性的主要因素
2.1 石灰粉纯度
湿法脱硫处理工艺中石灰浆液的实际耗用量取决于CaCO3的理论需用量和石灰粉的纯度。一般石灰石中的CaCO3含量在50%～90%且分布不均匀，为此加入相同量的石灰浆，纯度低的浆液难以维持吸收塔中的pH值。实际生产过程中，不能以石灰浆液投入量控制脱硫率，必须按照pH值变化来控制石灰粉投入量。当选用的石灰粉质量不达标时，浆液中的杂质含量增加，使石灰粉的粒度变大，对pH电极的冲刷和磨损加剧，直接影响到pH值测量的准确性和可靠性。
2.2 石灰浆液流速
大多数WFGD装置浆液管道流速在1.2～3.0 m/s。pH计的电极为玻璃材质，而且敏感球泡与玻璃支架采用黏合工艺连接，因此电极本体的机械强度不高。当测量对象的悬浮液中颗粒物含量较多且流速较大时，会对pH电极造成损坏。
2.3 钙盐在电极表面沉积
WFGD装置运行中，浆液含钙量高，造成钙盐在pH测量电极表面沉积，引起电极污染损坏。严重时，这些物质会在电极的敏感玻璃球泡上形成一层坚硬的“壳”，一方面破坏“敏感膜”上所生成的水化凝胶层，使电极失去离子选择性；另一方面使坚硬外壳包裹的电极无法与被测对象接触。
3 脱硫浆液专用pH值测量装置的结构和硬件构成
石灰浆液pH值测量是湿法脱硫处理工艺运行监测的关键参数，它是影响脱硫率、氧化率、吸收剂的利用率及系统结垢程度的主要技术指标。为了减轻浆液冲刷对pH值测量的影响，采取加装取样系统的措施，将样品从管道中取出，降低流速后再进行测量；为了减轻磨损与钙盐沉积对浆液pH值测量的影响，采取加装预处理系统的措施，将浆液中的杂质去除后，再测量其清液的pH值。
3.1 系统构成
针对湿法脱硫工艺的特殊性，研发了专用离心分离机，使介质与溶液快速分离，大颗粒被全部去除，解决了浆液对pH电极的机械磨损。同时，可以将大部分细小的钙盐去除，减少传感器电极上钙盐的沉积结垢，避免了电极污染。分离后的试样经过装置的环形槽通过溢流流出，降低了试样的流动速度，解决了对电极的动力冲刷问题。脱硫浆液专用pH的测量装置由以下5个系统构成。
(1）进样控制系统：通过电动阀控制进入离心桶的浆液流量到合适范围，保证浆液输送管道畅通。
(2）试样分离系统：通过离心分离技术使浆液迅速分离，澄清试样通过上部出样口取出。
(3）试样检测系统：分离出的浆液通过管道进入水封系统，排出试样带出的空气，进入电极杯进行pH值测量。
(4）排渣系统：分离出来的残渣顺着离心桶壁堆积到离心桶底部，通过排渣系统定期排出离心桶外。
(5）冲洗系统：当离心桶排渣后，冲洗系统对离心桶内壁和浆液管道进行冲洗。
3.2 硬件结构
脱硫浆液专用pH值测量装置硬件结构如图1所示，主要由离心分离桶、试样环槽和排渣机构组成。
3.2.1 离心分离桶
离心分离桶为下部粗、上部细的锥形，在电动机的带动下高速旋转，质量轻的液体会向桶的中心位置移动，随着浆液从桶底通过上部的中心孔溢流到试样环槽；相对质量重的颗粒物质会向离心桶外圆移动，贴附在桶壁上，由于自身重量的作用，沿着桶壁移动到桶的底部，积累到一定数量后，打开离心分离桶下部排渣口，排出渣料。
3.2.2 试样环槽
当试样通过离心分离桶上部进入试样环槽后，细微颗粒会在环槽内沉淀并经过3层过滤网过滤，进入导流区从试样出口流出。沉淀物会定期被自动冲洗干净，当试样流量过大时，多余的试样会通过上部溢流口流出。
3.2.3 自动排渣机构
在锥形离心桶下部等分3个排渣口，其结构见图2，排渣口上设计有配套的塞子，静止或者离心桶低速转动时，在弹簧的作用下，塞子与排渣口分离，排渣口处于打开状态；当离心桶高速旋转时，塞子在离心力的作用下塞紧排渣口，排渣口处于关闭状态。通过调整离心桶转速，即可实现自动排渣。
4 应用情况
2019年4月，脱硫浆液专用pH值测量装置在内蒙古金山热电有限公司投入运行，表1为其与实验室pH计测试数据比对。从表1数据可以看出，电厂现用2台脱硫浆液pH计的测量值不但与实验室pH表计的测量值相差较大，而且两台表计之间的测量值也相差很大，说明直接在脱硫浆液中进行pH值测量，存在较大的误差。脱硫浆液专用pH值测量装置和实验室pH计，测量数据基本吻合，证明脱硫浆液专用pH值测量装置可以准确测量脱硫浆液pH值。由于实验室pH计测量的是静止的液体，专用pH值测量装置测量的是流动的液体，所以两者测量值存在少许误差。
5 结束语
脱硫浆液专用pH值测量装置可以实现脱硫浆液pH值的快速、连续测量，成为提高脱硫效率的有效帮助手段，可以避免因脱硫浆液pH值测量误差而造成脱硫效率降低。该装置测量数值的准确性和可靠性明显高于火电厂现用脱硫浆液pH计，具有较高的推广应用价值。
作者简介：孙利强(1973)，男，内蒙古人，硕士，正高级工程师，从事电厂化学技术研究工作。E-mail:sunliqiang＿223@163.com
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