浅谈燃煤电厂烟气脱硫系统pH测定存在的问题和维护要点

2019-08-26季可申

科技与创新 2019年16期

关键词：吸收塔石灰石石膏

季可申

季可申

（上海申欣环保实业有限公司，上海 200137）

在湿法石灰石脱硫过程中pH值是过程控制的一个很重要的参数，由于脱硫吸收塔的循环浆液高含盐量、高含固量的特点，使准确测量成为难题。结合实际工作经验，讨论了pH测定存在的问题和使用、维护要点。

烟气脱硫；pH测量；pH传感器；pH仪

目前，燃煤电厂烟气脱硫系统多采用湿法石灰石/石膏工艺，石灰石浆液与烟气逆流接触，烟气中二氧化硫（SO2）遇水溶解成亚硫酸，亚硫酸进一步与石灰石（CaCO3）反应生成亚硫酸，亚硫酸氧化形成稳定的、易脱水的石膏（CaSO4·2H2O）。为了兼顾吸收效率最大化和减少吸收塔内部结垢堵塞，要求控制吸收塔内的pH值在5.8～6.2范围内，因此pH值测量的及时性和准确性非常重要。然而塔内浆液含有大量的固体物质、浮灰和油，严重污染pH测量的传感元件，所以若要及时准确地测量，必须从设备、操作和维护等各个方面做好保障。

1 pH测量存在的问题

目前火电厂烟气脱硫的pH测量仪表多使用直读式在线表，由复合电极和温度传感器组成测量传感器，变送器连接专用测量电缆，将测量结果传输至DCS[1]。

本电厂脱硫系统的处理烟气量为2.8×106Nm3/h，SO2浓度不大于1 923 mg/Nm3，设计脱硫率大于95%，钙硫比1.05。吸收塔内pH值控制在5.6±0.3范围内，这个pH范围需要严格控制，维持较低pH氛围（酸性）可以减少塔内晶体析出和结垢，同时又必须达到脱硫效率所要求的吸收推动力（碱性）。吸收塔内pH是由石灰石浆液的输入量和石膏的输出量控制的。当pH值低时，增加石灰石浆液的输入量；pH值高时，减少石灰石浆液的输入，石膏的输出则根据石灰石浆液的输入量按比例变化。

为了应对系统参数的滞后性，本厂的石灰石浆液的输入和石膏浆液的输出，首先依据机组负荷参数，进行前馈控制。正常运行时机组负荷控制大于360 MW，结合实时的pH参数调节石灰石浆液进口流量阀门。这种控制方法的优点是可以在工况改变前做出预判控制，缺点是当系统不稳定时，扰动较大，补浆量有一定偏差。

为了保证系统稳定，保证脱硫率，还要通过DCS根据pH值和烟气流量、SO2浓度计算获得石灰石浆液的输入量，并根据塔内pH信息实时修正，运行人员通过DCS调整石灰石浆液阀门开度，准确控制石灰石浆液量的输入量；另一方面，根据pH值和浆液密度判断循环浆液的输出量，调节石膏排出泵，控制输出浆液的流量。由此可见pH值是系统运行的关键性参数。

本厂pH测量传感器安装在吸收塔的导出测量池中，在线监测循环浆液的pH值。电位法测量pH是十分成熟的分析方法，仪器很稳定。但是在脱硫吸收塔的循环浆液测量中，测量条件十分恶劣。吸收塔的循环浆液主要成分为亚硫酸、硫酸、氯离子、金属离子和有机物等各种溶解性物质，还有大量的亚硫酸钙、硫酸钙、石灰石、飞灰等固体物质，存在以下问题。

pH电极的玻璃膜被快速流动的浆液磨损。吸收塔内循环浆液是固液混合物，固体物质含量在4%～50%，大量的未反应完的石灰石和反应生成的亚硫酸钙以固体形式存在，浆液流速在1.2～3 m/s，pH电极的敏感元件玻璃膜在这种环境中磨损严重，寿命快速降低，测量值不准确。

电极表面被浆液中的固体和油覆盖。pH计测量的是液体中的H+的活度，吸收塔中循环浆液含大量固体物质，这些固体粘在pH电极的玻璃膜表面，阻碍了玻璃膜与浆液的接触，不能得到准确的电位。另外，烟气中飞灰经过吸收区后进入了浆液，由于飞灰的比重和表面张力，飞灰一般浮在循环浆液的上层，经过曝气等环节，有时会使循环浆液起泡，使电极与浆液接触不良。有时循环浆液中会含有浮油，可能来自于烟气中的气态有机物，或者吸收过程中添加的增效剂，这些“油”会覆盖在电极敏感膜表面，隔绝玻璃膜与浆液的接触，而且这层油膜很难去除。

测量条件与标定用的标准溶液差距很大。pH电位分析法测量的是H+的活度，与溶液的离子强度有关，当离子强度很低时，浓度等于活度，当离子强度较高时浓度不等于活度。标定用的标准溶液与循环浆液的离子强度相差很远，所以这种测量方法是存在误差的，只是相对于上述两种问题这个误差可以忽略。

2 pH传感器的安装

2.1 安装角度

pH电极的安装角度如图1所示。在安装pH电极时要尽量保持垂直，与水平面的夹角不小于15°，这是为了防止在电极内溶液因倾斜而形成气泡，不能形成正常的膜电位。

图1 pH电极的安装角度

2.2 安装位置

目前传感器安装的位置有pH计安装在浆液引出管上装置、带锥形测量罐pH测量装置、带水平测量罐的pH测量装置等。直接安装在吸收塔循环浆液排出管上装置，如图2所示。该法利用塔内循环浆液的压力自动排出，不需要额外动力，但是冲击力大，所以在pH传感器附近装阀门降低压力。尽管如此，pH传感器仍然磨损严重。

pH传感器安装在锥形测量罐中，如图3所示。在石膏浆液排出管上引出一个锥形测量罐，高于排出管，电极插在测量池上端，这样减少了浆液中固体物质对电极的冲击磨损。这是目前使用最多的方法，本厂采用这种安装方式。该方法结构简单，维护较方便，但是污染仍然很严重。

图2 pH计安装在浆液引出管上

图3 带锥形测量罐pH测量装置

带水平测量罐的pH测量装置如图4所示。带水平测量罐的pH测量装置是目前一种新型的测量罐[2-3]，罐体水平方向扩容，循环浆液进入测量罐流速突然降低，固体物质得以沉淀，电极位于上层“清液”，可以减少磨损和污染，该测量罐带有阀门，引入循环浆液后关闭阀门，静置2 min，待固体物质沉淀后再读取pH值。这种测量罐的缺点是结构复杂，增加了维护工作量和用电量。

上面介绍的是目前常用的pH安装方法，目的都是减轻循环浆液对电极的污染，其中最常用的是带锥形测量罐pH测量装置。然而，目前所有方法都不能真正做到无污染，因为时间稍长，浆液中的固体物质和油膜仍然会覆盖在pH电极的敏感膜上，保证测量准确度还必须落实在日常维护上。

图4 带水平测量罐的pH测量装置

3 pH仪的维护

pH电极最常见的问题是电极膜的污染，但因为pH数据对工艺流程的重要性，同时作为环保指标，需要不间断测量，日常巡检很难观察到浸没在浆液内的电极状况。所以，需另外准备一台手持式pH计。每隔2 h测量一次，比较就地pH计和手持pH计各自显示的数值，若相差大于0.2，则误差过大，需要维护。维护优先顺序为：清洗电极、标定电极、更换电极、更换电缆、更换变送器。在每项操作前，都需要比较就地pH计和手持pH计各自显示的数值，若误差大于0.2，再执行该操作。以下为各操作注意事项。

电极必须经常清洗，每班清洗2次。若电极表面附着褐色物质，一般为石膏，直接用清水彻底清洗，配合柔软的棉布轻轻反复擦拭至完全去除。当电极表面褐色物质经上述操作无法取出或覆盖有黑色油膜时，可用pH值为1.0左右稀盐酸浸泡1 min，再用清水冲洗加上柔软的棉布轻轻反复擦拭。若一次性无法完全去除，可重复几次，直至完全去除表面物质。标定电极前应先进行温度补偿，本厂使用的CPS11D-7AA21型pH测量仪带有自动温度校正功能，操作时注意给予30 s左右的校正时间。且必须将电极按清洗步骤清洗干净，电极插入标液前需要用该少量标液冲洗湿润，保证标液不被污染。校正时读数应该取平稳值。

pH电极外壳脆弱，更换期间每一步都需要轻拿轻放，以免损坏破裂。与固定套管间的螺纹口需要缠聚四氟乙烯带，以免进水导致电极与电缆损坏。螺纹连接旋转时需要时刻注意电缆情况，以免电缆拧断，尽量让电缆跟着电极一起旋转。若安装情况不允许，可在螺纹上紧前反向转几圈，保证正常使用时电缆不会受太大的力，避免电缆断裂。更换完成后需要标定电极。

更换变送器接线完毕，送电。以本厂使用的CPM253-MR0005为例，需要在菜单中设定测量内容为pH值、所用电极的类型为玻璃电极以及工艺标准所需要的阻尼值。设定完后需要标定电极。