湿法脱硫工艺中高浓度氯离子在线测量技术初探

2024-04-23李承浩

设备管理与维修 2024年7期

李承浩

（国能（惠州）热电有限责任公司，广东惠州 516082）

0 引言

在火力发电厂中，石灰石—石膏湿法脱硫是一种高效、成熟且经典的去除烟气中硫含量工艺，在火电机组中占70%以上的份额。在脱硫塔中石灰石浆液作为一种吸收剂，其质量水平直接影响脱硫效率，其中氯离子的含量是控制脱硫浆液质量的一个重要指标。目前国内大多数电厂采用人工采样化验的方法来监测脱硫浆液中氯离子的含量，作为一种传统的人工化验手段，其测量准确度不高且反应过慢，已经不适合快速调整浆液的水质[1]。

1 脱硫浆液中氯离子浓度高的危害

对于烟气脱硫的化学反应过程而言，脱硫浆液中的氯离子是一种危害性化学组分，它主要是在燃煤燃烧过程中产生并通过烟道流入吸收塔。由于脱硫浆液不断循环使用，其中的氯离子也不断富集，当超过一定浓度时会造成脱硫剂（即石灰石）的中毒现象，影响脱硫效率。另外，氯离子对于金属材料，尤其是不锈钢类材料，有明显的腐蚀作用。根据相关试验，当氯离子浓度超过25×10-6时，可破坏金属氧化膜保护层形成点蚀或坑蚀，不锈钢会出现品间腐蚀；而对于非金属材料如PE 管道，受水中氯离子影响而发生力学性能下降甚至破管情况。因此，氯离子对整个脱硫系统的金属管材和设备有明显的腐蚀作用，也会使脱硫工艺的副产品——石膏的质量下降，降低烟气脱硫的效率[2]。

2 火力发电厂中氯离子测量方法的初步探究

目前电力行业内测量水质中的氯离子主要有7 种方法[3-5]，分别为电位滴定法、硝酸银滴定法、离子色谱法、原子吸收光谱法、分光光度计法、长周期光纤光栅法和离子选择电极法。

（1）电位滴定法属于仪器测量法的一种，依据是GB 5484—2012《石膏化学分析方法》中氯离子含量测定—（自动）电位滴定法。它主要是通过仪器感知滴定终点，以使用硝酸银量来计算得到溶液中的氯离子浓度。该方法误差小、测量速度快，是目前火电厂使用最广泛的一种快速测量方法。

（2）硝酸银滴定法是一种完全人工的测量方法，依据GB/T 37785—2019《烟气脱硫石膏》中氯离子含量测定。该方法为经典人工化验检测溶液中氯离子含量，优点是可以快速测得结果[6]。

（3）分光光度计法是一种快速仪器检测氯离子含量的方法，有稳定、快捷、简单的特点，适合批量操作。该方法的关键点是配置标准溶液精准，曲线拉好后提高准确度。

（4）离子选择电极法是采用氯离子选择性电极，根据能斯特方程原理来工作的。它与传统的pH 计、pNa 计原理一致，缺点是氯离子选择电极目前还不够成熟，但该法是所有氯离子检测方法中唯一可在线测量的方法[7]。

3 在线氯离子分析仪的选择

某公司的湿法脱硫工艺中，根据近3 年人工化验测得脱硫石膏中的氯离子含量为600～2500 mg/L、脱硫废水中的含量为11 000～18 000 mg/L。根据人工化验，如此高浓度的氯离子溶液需要经过多次稀释才能得到测量需要的浓度，这无疑会扩大测量误差。为了提高测量的准确性，及时掌握吸收塔脱硫浆液中氯离子的含量，选择一款能连续监测脱硫浆液中氯离子含量的仪器是最佳途径。在仪器选择方面，主要考虑量程范围、响应速度、可靠性、准确度及性价比等因素。

在经过认真、仔细的对比和分析研究之后，国能（惠州）热电有限责任公司最终选择南京某公司生产的脱硫浆液氯离子在线分析仪。该仪器采用离子选择性电极法，测量的参数有氯离子、电位、温度，主要特点有：

（1）具备先进的水样预处理，可以有效去除水样中的悬浮物、颗粒物等不溶解物，降低样水对测量系统的影响。

（2）先进的选择性电极。该产品采用最新研发的选择性电极技术，通过离子选择性电极法，可以有效消除其他干扰离子对测量的影响，且电极不容易被污染、使用寿命长，使用过程中不需要添加化学试剂，不污染环境。

（3）先进的在线监测功能。采用电极测量，可以连续监测水样的氯离子，日常维护量小、操作简单，是国内研发比较早的同类产品（表1）。

4 在线氯离子分析仪的安装、调试、校准和维护

4.1 安装方法

（1）安装地点选择在2#机组脱硫塔浆液的回流母管上，采用旁路取样法。

（2）安装仪表柜、流通池、氯离子分析仪电极、氯离子分析仪，连接取样管路、冲洗管路、敷设电缆线等。

（3）安装完毕后，送电对仪表进行调试，包括参数设置、仪表标定、信号输出等。

（4）调试完毕后，确认所有水路连接、电缆接线均合格，与DCS 系统通信正常。

4.2 安装步骤

（1）仪表柜安装。控制柜安装时要做好防坠落措施，通过地脚螺栓将仪表柜固定到地面，再将氯离子在线分析仪安装至机柜上。

（2）铺设取样管至仪表柜电缆及水管。敷设电缆前，提前搭设好脚手架。将水管按施工方案要求，从浆液取样口铺设至仪表柜；将电缆按施工方案要求，从电源接口处敷设至仪表柜。在通过电缆槽盒和机柜底部时，注意做好防磨保护。

（3）在线分析仪安装。根据施工方案要求，安装流通池、氯离子分析仪电极，进行仪表内部水管连接。

（4）系统联调主要包括4 个步骤：①测点接线，按照仪表图纸进行接线，保证电缆接线正确；②仪表调试，安装完毕后，送电对仪表进行调试，包括参数设置、仪表标定以及信号输出等；③测点确认，接线完毕后，进行点对点的核对，以确认测点、接线、通道一一对应，无错误，检查DCS 界面是否正常；④调试结束，系统调试完毕后再次确认，所有的水管连接、电缆线接线均合格正确，仪表与DCS 系统通信正常。

根据安装要求，完成仪表柜的安装固定、仪表的水路连接和线路连接，并对仪表进行调试，确保仪表能正常运行（图1）。

图1 脱硫系统在线氯离子分析仪安装现场

4.3 仪表的校准和维护

校准工作包括标准溶液两点校准、标准溶液单点和过程校准。

（1）标准溶液两点校准：在氯离子分析仪显示屏点击仪表校准按键后，点击标准溶液两点校准按键，根据提示先将电极放入标准溶液B，点击开始校准按键，界面显示校准中，待数值稳定后，完成标准溶液B 的校准；根据提示将电极放入标准溶液C，点击开始校准按键，界面显示校准中，待数值稳定后，界面显示两点校准完成。校准完成后30 s 无操作则自动返回测量界面，或点击返回按键后直接返回测量界面。

（2）单点校准：在氯离子分析仪显示屏点击仪表校准按键后，点击标准溶液单点校准按键，根据提示将电极放入标准溶液A 中，点击开始校准按键；系统进行标准溶液单点校准，界面显示校准中，待数值稳定后，界面显示单点校准完成。校准完成后30 s 无操作自动返回测量界面，或点击返回按键后直接返回测量界面。

（3）过程校准：在氯离子分析仪显示屏点击仪表校准按键后，默认为过程校准界面，将氯离子电极放入已知氯离子浓度的溶液中，输入已知氯离子浓度值，点击开始校准按键，系统进行过程校准，界面显示校准中，待数值稳定后，界面显示过程校准完成。校准完成后30 s 无操作自动返回测量界面，或点击返回按键后直接返回测量界面。

该仪器的维护较少，一般定期进行校准即可。如果出现无法校准情况，应先检查电极性能，如果达不到要求则需要更换电极或联系生产厂家。

4.4 使用效果评估

脱硫系统在线氯离子分析仪在电厂安装调试后，连续运行，定期记录在线氯离子分析仪示值，并取样通过手工分析对浆液中氯离子含量进行测量，测试脱硫系统在线氯离子分析仪的长期运行稳定性及准确性。测试结果见表2，其中相对误差计算公式为：（在线氯离子分析仪测量值-手工分析氯离子含量）/手工分析氯离子含量×100%。