火電廠脫硫漿液專用pH值測量裝置的研制及應用
摘 要：針對目前火電廠在用脫硫漿液專用pH計測量誤差大的問題，分析認為石灰粉純度、石灰漿液流速和CaSO3、CaSO4在電極表面沉積是影響脫硫漿液pH值測量準確性的主要因素，研制了由進樣控制系統、試樣分離系統、試樣檢測系統、排渣系統、沖洗系統構成的脫硫漿液專用pH值測量裝置，并在內蒙古能源發電金山熱電有限公司投入使用。實際使用情況表明，該裝置可以準確測量出脫硫漿液pH值，是提高脫硫效率的有效手段。
關鍵詞：火電廠;脫硫漿液;pH值測量裝置;脫硫效率;
0 引言
長期以來，我國電力工業建設和發展都是以燃煤火電廠為主，隨著電力工業的發展，火電廠在電力生產過程中產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、溫室效應的主要污染物。根據國家環保要求，火電廠均需建設脫硫系統，目前世界上已投運或正在建設的煙氣脫硫處理系統中，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95%以上，且能適應大容量機組高濃度SO2含量的脫硫處理。生產過程中消耗的吸收劑——石灰石價格低、容易獲得，產生的副產品——石膏具有較高的商業價值。脫硫漿液pH值是WFGD工藝中的關鍵指標，而目前市場上銷售的pH計都是為測量透明液體設計的，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，生成CaSO3。在正常條件下，SO32-不容易氧化，采用向循環槽吹入空氣的方法使SO32-轉化生成SO42-，與漿液中的Ca2+反應，生成CaSO4沉淀，增大了SO42-溶解的推動力，從而使SO2不斷地由氣相轉化成液相，最后生成可以利用的建筑材料——石膏。
在以上反應過程中，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是提高脫硫效率的重要手段。根據各電廠的實際生產和工程設計要求，一般維持塔內pH值在5.2～5.6。
2 影響pH值測量準確性的主要因素
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。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。當選用的石灰粉質量不達標時，漿液中的雜質含量增加，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值測量的準確性和可靠性。
2.2 石灰漿液流速
大多數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，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。當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。嚴重時，這些物質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值測量裝置的結構和硬件構成
石灰漿液pH值測量是濕法脫硫處理工藝運行監測的關鍵參數，它是影響脫硫率、氧化率、吸收劑的利用率及系統結垢程度的主要技術指標。為了減輕漿液沖刷對pH值測量的影響，采取加裝取樣系統的措施，將樣品從管道中取出，降低流速后再進行測量；為了減輕磨損與鈣鹽沉積對漿液pH值測量的影響，采取加裝預處理系統的措施，將漿液中的雜質去除后，再測量其清液的pH值。
3.1 系統構成
針對濕法脫硫工藝的特殊性，研發了專用離心分離機，使介質與溶液快速分離，大顆粒被全部去除，解決了漿液對pH電極的機械磨損。同時，可以將大部分細小的鈣鹽去除，減少傳感器電極上鈣鹽的沉積結垢，避免了電極污染。分離后的試樣經過裝置的環形槽通過溢流流出，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個系統構成。
(1）進樣控制系統：通過電動閥控制進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：通過離心分離技術使漿液迅速分離，澄清試樣通過上部出樣口取出。
(3）試樣檢測系統：分離出的漿液通過管道進入水封系統，排出試樣帶出的空氣，進入電極杯進行pH值測量。
(4）排渣系統：分離出來的殘渣順著離心桶壁堆積到離心桶底部，通過排渣系統定期排出離心桶外。
(5）沖洗系統：當離心桶排渣后，沖洗系統對離心桶內壁和漿液管道進行沖洗。
3.2 硬件結構
脫硫漿液專用pH值測量裝置硬件結構如圖1所示，主要由離心分離桶、試樣環槽和排渣機構組成。
3.2.1 離心分離桶
離心分離桶為下部粗、上部細的錐形，在電動機的帶動下高速旋轉，質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槽；相對質量重的顆粒物質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，積累到一定數量后，打開離心分離桶下部排渣口，排出渣料。
3.2.2 試樣環槽
當試樣通過離心分離桶上部進入試樣環槽后，細微顆粒會在環槽內沉淀并經過3層過濾網過濾，進入導流區從試樣出口流出。沉淀物會定期被自動沖洗干凈，當試樣流量過大時，多余的試樣會通過上部溢流口流出。
3.2.3 自動排渣機構
在錐形離心桶下部等分3個排渣口，其結構見圖2，排渣口上設計有配套的塞子，靜止或者離心桶低速轉動時，在彈簧的作用下，塞子與排渣口分離，排渣口處于打開狀態；當離心桶高速旋轉時，塞子在離心力的作用下塞緊排渣口，排渣口處于關閉狀態。通過調整離心桶轉速，即可實現自動排渣。
4 應用情況
2019年4月，脫硫漿液專用pH值測量裝置在內蒙古金山熱電有限公司投入運行，表1為其與實驗室pH計測試數據比對。從表1數據可以看出，電廠現用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，測量數據基本吻合，證明脫硫漿液專用pH值測量裝置可以準確測量脫硫漿液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。
5 結束語
脫硫漿液專用pH值測量裝置可以實現脫硫漿液pH值的快速、連續測量，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。該裝置測量數值的準確性和可靠性明顯高于火電廠現用脫硫漿液pH計，具有較高的推廣應用價值。
作者簡介：孫利強(1973)，男，內蒙古人，碩士，正高級工程師，從事電廠化學技術研究工作。E-mail:sunliqiang＿223@163.com
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