湿法脱硫系统石膏浆液pH值测量系统优化.pdf

硫酸工业Sulphuric Acid Industry第 3 期2023 年 6 月No.3Jun.2023湿法脱硫系统石膏浆液 pH 值测量系统优化杜艳玲，方青帅，田育文，王俊杰（南京化学工业园热电有限公司，江苏南京 210000）摘要：介绍了某火电机组石灰石-石膏湿法脱硫系统配套的脱硫浆液 pH 值测量系统的工作原理、技术优势、在生产运行过程中存在的问题，以及采取的优化措施。针对采用流通式 pH 计的脱硫浆液 pH值测量系统存在的电极冲刷磨损大、易被浆液污染、使用寿命短、维护费用高等问题，通过在测量罐溢流管道上安装手动溢流阀控制测量罐的浆液液位以满足电极插深要求、采用长度较短的更耐石膏浆液的模拟电极、制定预防性电极维护计划并予以实施，保证了脱硫浆液 pH 值测量的准确度，大大提高了 pH电极的使用寿命，降低了 pH 电极的损耗，减少了电极维修工作量和仪表备件费用，有利于火电机组脱硫系统降本增效。关键词：火电机组湿法脱硫pH 值测量优化中图分类号：TP216+.1 文献标志码：B 文章编号：1002-1507(2023)03-0056-03Optimization of pH measurement system for gypsum slurry in wet desulfurization systemDU Yanling,FANG Qingshuai,TIAN Yuwen,WANG Junjie(Nanjing Chemical Industry Park Thermal Power Co.,Ltd.,Jiangsu,Nanjing,210000,China)Abstract:The working principle,technical advantages,problems in production and operation,and optimization measures taken for the pH value measurement system of the desulfurization slurry supporting the limestone gypsum wet desulfurization system of a certain thermal power unit are introduced.In response to the problems of high electrode erosion and wear,easy contamination by slurry,short service life,and high maintenance costs in the desulfurization slurry pH measurement system using a flow type pH meter,a manual overflow valve is installed on the overflow pipeline of the measurement tank to control the slurry level of the measurement tank to meet the requirements of electrode insertion depth,a simulated electrode with shorter length and more resistant to gypsum slurry is used,and a preventive electrode maintenance plan is formulated and implemented.This ensures the accuracy of measuring the pH value of the desulfurization slurry,greatly improves the service life of the pH electrode,reduces the loss of the pH electrode,reduces the workload of electrode maintenance and the cost of instrument spare parts,and is beneficial for reducing costs and increasing efficiency of the desulfurization system of thermal power units.Key words:thermal power unit;wet desulfurization;pH value;measurement optimization脱硫浆液的 pH 值是石灰石-石膏湿法脱硫系统的重要运行参数，对脱硫效率、石膏品质均有重要影响1-3。脱硫浆液的 pH 值较高，有利于二氧化硫的吸收，却不利于石灰石的溶解和石膏的生成；反之，pH 值较低，有利于石灰石的溶解和石膏的生成，但影响二氧化硫的吸收4。脱硫系统正常运行期间，吸收塔内脱硫浆液的 pH 值一般控制收稿日期：2023-02-08。作者简介：杜艳玲，女，南京化学工业园热电有限公司工程师，主要从事火力发电厂热工仪表与在线化学仪表维护管理工作。电话：[phone]；E-mail：。在 5.06.0。而对脱硫浆液 pH 值的准确可靠监测是控制脱硫系统稳定运行的前提条件，脱硫浆液中含有微小的石灰石、石膏颗粒以及烟气中的油、灰等57杂质，容易对 pH 电极造成腐蚀、磨损，使 pH 电极出现故障，从而缩短 pH 电极的使用寿命，增加维护费用5。因此，对脱硫浆液的 pH 值测量系统进行优化改造十分必要。1脱硫系统石膏浆液 pH 值的测量方式目前国内湿法脱硫工程中，脱硫系统 pH 计的安装方式主要有浸入式、流通式和插入式，通常安装在石膏浆液排出管路、循环浆液管路或吸收塔的塔壁上，不同的测量方式各有其优缺点5-8，总体而言，以外接测量罐、在线连续测量及在线冲洗方式最优。现有某 300 MW2+30 MW2 火电机组4 套脱硫系统，均采用流通式 pH 计测量脱硫浆液的 pH 值，测量系统示意见图 1。图1脱硫浆液pH值测量系统示意在吸收塔壁距离底部 12 m 位置处开溢流孔，经法兰外接 DN 50 衬胶管道，经手动取样阀、气动阀、进样阀接入 DN 150 锥形测量罐底部，测量罐顶部安装 2 台 pH 计实现冗余测量，测量罐侧面安装 DN 80 或 DN 100 的溢流管。pH 值测量系统配置了冲洗水阀，在脱硫系统正常运行期间，由于吸收塔内液位较高，浆液在压力作用下溢流至测量罐，每隔 4 h 冲洗水阀打开对取样管路及 pH 计进行在线冲洗。2脱硫浆液 pH 值测量系统现状该火电机组 4 套脱硫系统配备的 pH 计均为恩德斯豪斯（E+H）品牌，其中 1 套脱硫系统配置的2 台 pH 计均为数字式 pH 计，另外 3 套脱硫系统配置的 pH 计均为模拟式 pH 计。数字式 pH 计为CM442 型变送器配套长度 125 mm 的 CPS91D 型耐浆料型玻璃电极，模拟式 pH 计为 CPM223 型变送器配套长度 225 mm 的 CPS11 型废水型玻璃电极。2.1测量系统的技术优势上述脱硫系统配备的 pH 值测量系统具有以下技术优势：1）能够实时在线监测脱硫浆液的 pH 值。从吸收塔引取浆液到测量罐，在脱硫系统正常运行期间，浆液在取样管内保持流通，能够在线连续测量脱硫浆液的 pH 值，为调整吸收塔的石灰石供浆量提供依据。2）采用锥形测量罐降压减速，减小对 pH 电极的冲刷磨损。pH 值测量系统采用锥形测量罐，相对于直接在管道上安装 pH 电极的方式，测量罐能够对来样进行扩容降压，减缓浆液流经 pH 电极时的流速，减少脱硫浆液对 pH 电极的冲刷磨损9。3）能够在线冲洗。测量系统安装气动阀门和冲洗阀门，能够通过远程操控定期对取样管路及pH 计进行冲洗，防止管路淤积堵塞。同时，根据冲洗水的 pH 测量值能否达到微碱性复用冲洗水的 pH 值（8.0 左右），可判断 pH 电极的测量准确情况及 pH 电极的老化程度。如冲洗时 pH 测量值偏差大，则表明 pH 计需校验；若校验所得的性能参数超出标准范围，或校验后 pH 计测量冲洗水的pH 值时仍然存在较大偏差，则表明 pH 电极老化程度高，需更换备件。4）pH 电极采用外置安装方式，易于维护。2.2测量系统存在的问题在实际生产运行过程中发现，脱硫系统配备的pH 值测量系统存在以下问题。1）pH 电极磨损较快。为保证在测量罐顶部安装的 pH 电极在浆液中有足够插深，需增大手动取样阀开度，以较大的浆液溢流量来确保测量罐内的液面高度，此时虽然采用锥形测量罐减缓了脱硫浆液的流速，但在脱硫浆液流速较高时，在石灰石-石膏颗粒的不断冲刷下，pH 计的玻璃电极仍易磨损。2）pH 电极易被污染。一方面，脱硫浆液中存在由烟气带入或由脱硫用水带入的氯离子，会引起pH 电极结垢4；另一方面，锅炉烟气中携带的油、灰等杂质进入脱硫浆液，黏性油污也会附着在 pH电极上。结垢和油污都会导致 pH 电极无法充分接触浆液，影响 pH 值的准确测量。3）使用寿命短，维护费用高。pH 电极的工作介质为 45 左右的脱硫浆液，易对 pH 电极造成杜艳玲等.湿法脱硫系统石膏浆液pH值测量系统优化硫酸工业582023 年第 3 期冲刷磨损、污染等不利影响，造成 pH 电极的使用寿命短，故障率高，备件更换频繁，维护工作量大、费用高。通过对比发现，脱硫系统的 pH 电极平均寿命不足 6 个月，电极老化快，且模拟式 pH 计的电极故障率、消耗量要明显高于数字式 pH 计。3脱硫浆液 pH 值测量系统的优化措施3.1在测量罐溢流管上增加溢流阀测量罐内脱硫浆液的流速是影响脱硫浆液 pH值测量的重要因素。浆液流速过高，则浆液对 pH电极的冲刷磨损大；浆液流速低，可以减轻对 pH电极的冲刷磨损。但是浆液流速过低，一方面会造成浆液容易沉淀，堵塞管道；另一方面，随着浆液量的减少，测量罐内的液位也会相应降低，导致长度为 125 mm 的 pH 电极在浆液中的插深不足，直接影响 pH 值的测量。因此，需控制浆液流速在合理范围内。通过综合分析取样系统，调整手动取样阀、测量罐进样阀的开度，减少吸收塔溢流的浆液量，以此降低浆液流速，同时在测量罐的溢流管上端增加手动溢流阀（见图 2），通过调整溢流阀的开度，控制测量罐的浆液液位，保证 pH 电极在测量罐浆液中的插深满足测量需求。图2优化后的脱硫浆液pH值测量系统示意3.2优化pH电极选型CPS11 型电极采用凝胶电解液和 PTEE 环状隔膜，更适用于废水测量，而 CPS91D 型电极采用固态凝胶开孔设计，适用于重度污染介质、悬浊液等环境更为恶劣的浆料场合，同时 E+H 公司也设计了适用于 CPM223 型变送器耐浆料的 CPS91 型模拟电极。另外，通过长时间的生产实践发现，电极长度越大越容易被脱硫浆液冲刷磨损。综合考虑 pH 电极的适用范围和电极长度的影响，将测量池的 CPS11 型模拟电极更换为长度为125 mm 的耐浆料 CPS91 型模拟电极，并对其使用效果进行跟踪。结果表明，长度较短的 CPS91 型模拟电极使用寿命明显优于 CPS11 型模拟电极。提高 pH 电极的使用寿命，可以减少电极的消耗数量和维修费用，从而降低生产成本。在经济允许的条件下，对于 2 台 pH 计均为模拟式表计的脱硫系统，可以将其中的 1 台 pH 计换型为数字式pH 计，方便对整台表计的使用运行情况进行比对。3.3制定预防性电极维护计划锅炉烟气携带的未完全燃烧的油气进入脱硫系统的吸收塔后，只能随生成的石膏逐步排出系统，在未完全排出前，容易附着在 pH 电极上污染电极，因此需制定预防性电极维护计划，加强 pH 电极的维护保养。主要措施有：1）加强对电极的维护保养，保证对 pH 电极实施有效监测。建立 pH 电极定期标定作业指导书，形成标准化文件，并严格执行。每月对 pH 电极进行校验，每 2 周对 pH 电极进行清洗，并根据电极的检查情况调整清洗频次。2）建立设备台账，以年度为单位，记录备件更换的时间及部件，便于横向进行年度仪表情况比对和纵向进行不同种表计情况比对。3）加强日常巡检，尤其关注脱硫浆液的流量，控制流量在适宜范围内，尽量减少浆液对电极的冲刷磨损和管道堵塞情况的发生。4结语通过对石灰石-石膏湿法脱硫系统的 pH 值测量系统采取增加测量罐溢流节流阀、优化 pH 电极选型、加强 pH 电极的维护保养等措施，保证了脱硫浆液 pH 值的测量准确性，同时将电极的使用寿命从不足半年延长到 1 年左右，大大降低了 pH 电极的损耗，减少了电极维修工作量和仪表备件费用，对于火电机组脱硫系统降本增效具有积极的促进作用。参考文献：1 许程.湿法脱硫工程pH计的测量安装方式优化设计J.石化技术,2016(11):92.(下转第62页)硫酸工业622023 年第 3 期表1主要技术经济指标项目设计值实际值污酸处理量/(m3d-1)480150200砷汞渣中w(H2O)/%6060砷汞渣中w(As)(以干基计)/%40453040电渗析处理量/(m3d-1)480120150淡水中(F)/(mgL-1)100200淡水中(Cl)/(mgL-1)100100浓水中w(H2SO4)/%946淡水产出率/%6290三效蒸发处理量/(td-1)17.41820吹脱处理量/(m3d-1)4050成品酸w(H2SO4)/%60706575成品酸(F)/(mgL-1)100500成品酸(Cl)/(mgL-1)100100氟氯分盐处理量/(m3d-1)3040氟化钙产品w(CaF2)/%656585氯化钙产品w(CaCl2)/%74(固体)3040(液体)3）蒸发系统可以实现连续将 w(H2SO4)10%的硫化后液浓缩至 30%以上，吹脱系统可以实现将w(H2SO4)30%的蒸发浓缩液吹脱产出 w(H2SO4)70%左右的成品酸。4）氟化钙系统采用单套中和反应系统，压滤渣中的 w(CaF2)65%。单釜压滤时间为 25 h，平均可处理氟氯混酸量 3040 m3/d。3技术应用效果及效益3.1应用效果采用新工艺处理后的回用水氟和氯的质量浓度均小于 200 mg/L，水回收率 95%以上，硫酸回收率 90%以上，回收硫酸 6 200 t/a 折合为w(H2SO4)100%硫酸 ；氟和氯以氟化钙和氯化钙的形式实现产品化，氟和氯回收率达 95%以上，实现了污酸的资源化治理。3.2经济效益项目实施后，每年减少危险固废 10 000 t 以上，危险固废处理费按 1 500 元/t 计，每年可节省危险固废处置费约 1 500 万元；同时，回收硫酸、回用水、氯化钙和氟化钙等资源价值约 250 万元。由于新工艺实现了硫酸回收，每年减少石灰用量约 6 000 t，石灰单价按 400 元/t 计，每年可减少石灰费用约240 万元。该项目创效近 2 000 万元/a，经济效益显著。3.3社会效益污酸资源化处理新技术渣量不及传统工艺的10%，解决了有色行业污酸处理渣量大、二次污染严重的问题，且新技术实现了冶炼烟气制酸系统的废水“零排放”，具有极大的推广应用价值。4结语污酸资源化处理新技术自 2019 年 2 月底投产以来，经多次改造，整体工艺运行稳定，目前已基本实现达标达产。污酸采用新工艺处理后，减排危险固废 10 000 t/a 以上，为公司实现废水“零排放”、废渣减量化作出了突出贡献。参考文献：1 龙双,王浩宇,刘卫平,等.污酸梯级资源化处理新技术及工程应用J.世界有色金属,2022(14):1-5.2 谭硕望.污酸治理新技术的研究J.环境与发展,2020(5):76-78.3 王广,张雪梅,张志豪.化工污水处理中膜技术的应用J.化工设计通讯,2021,47(3):165-166.2 孙园园,罗新华,熊巍.脱硫塔内浆液密度及pH值测量装置的改进研究J.东北电力技术,2018,39(7):22-25.3 林蔚,江燕明.浅谈电厂烟气脱硫浆液系统在线pH计测量系统的优化J.中国科技信息,2009(11):159-160.4 杨红.脱硫系统浆液pH值软测量方法研究D.北京:华北电力大学,2021.5 张伟明,秦茜,黄尚书,等.湿法烟气脱硫过程pH值的优化调节J.硫酸工业,2022(7):49-52.6 肖永健.脱硫吸收塔pH计测量系统改造J.科技与创新,2018(10):127-128.7 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