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脱硫塔PH计改造及应用
发布时间:2023-06-24 | 浏览次数: 334

摘 要: 通过分析PH计测量点对脱硫装置的影响,论述在脱硫系统中对PH值控制的重要性。改进PH计装置及检测方式,解决了烟气脱硫系统中PH计玻璃电极磨损、破碎等问题及取样滞后效应,为其他石灰石-石膏湿法脱硫系统PH计的改进提供新的方法。

关键词: 脱硫塔; 湿式烟气脱硫; PH计

0 引 言
某脱硫系统配置3台烟气脱硫装置,均采用石灰石 石膏湿法脱硫。湿法脱硫pH计是系统指标调整的重要指示工具,表计的测量精度是保证系统二氧化硫指标合格可控的前提。在实际生产过程中,运行主值需要根据电厂烟气进入脱硫塔入口的二氧化硫密度来调节石灰石浆液的流量,以满足超低排放标准,同时也需要平衡浆液pH值,促使二氧化硫吸收率达到*优,附属产品石膏达到结晶时间,整个脱硫塔里的化学反应达到*初设计要求。现场设备运行过程中,发现脱硫塔pH计仪表故障率非常高,表现为数据丢失、分散控制系统( distributed control system,DCS) 中 pH 值曲线异常波动,经过实验室数据分析,对供浆影响*为严重的是浆液的 pH 测量值存在滞后7分钟效应。这些故障直接影响运行人员对脱硫塔补充浆液的操作,尤其是测量滞后效应,经常造成石灰石浆液补充过量。

该文对原安装方式的优缺点进行分析比较,并改进pH 计装置和浆液采样点位置,以实现pH值检测的准确性和稳定性。

1 脱硫系统浆液PH值的控制范围
脱硫塔内浆液的化学反应由两个主要变量控制:pH值和SO2密度。pH值和SO2密度设定值的目标是脱除SO2*多、消耗石灰石*少。吸收塔浆液池中的 pH 值由石灰石浆液的投入量控制,而加入塔内的新制备石灰石浆液的量取决于原烟气中SO2密度及吸收塔浆液的 pH值。通过分析塔内浆液pH值对吸收反应的影响,来设定浆液pH值*佳范围。

1.1石灰石的溶解随着pH值的减小,石灰石溶解速率呈指数级降低。石灰石溶解速率越高,越有利于参与反应。当采用的石灰石粉细度为325目时,经过试验分析,pH值的理想值需低于5.5。
1.2亚硫酸盐的氧化
亚硫酸盐的氧化速率受氧气含量、温度、pH 值等的综合影响。根据相关试验得出,当pH值大于5时,氧化速率快速下降,所以pH 值较低有利于亚硫酸盐的氧化。

1.3脱硫效率
经过运行数据分析,pH值低于3时,氯化氢吸收率远远高于二氧化硫,浆液无脱硫效率。pH值大于6时,脱硫效率也不能增高,而超低排放改造后的脱硫效率需控制在95%以上,才能满足出口处二氧化硫密度低于35mg/m3 的排放标准。

1.4pH 值控制选择
统计分析脱硫系统2021年6月至12月3台脱硫塔的脱硫效率曲线及对应浆液pH值曲线,如图1所示。将pH值控制在4.8~5.2区间内,脱硫效率较高,可以达到98%,说明此时脱硫反应效果*好。因此,选择该pH值范围为脱硫吸收反应*优pH控制值。

2 pH计测量点存在问题分析
脱硫系统配置3台脱硫塔,每台脱硫塔配置2台pH 计,原电极采用直插取样管路安装方式,如图2、图3 所示。取样管路设置在脱硫塔底部1m 处,浆液从脱硫塔经取样管路直接流入地沟后汇入地坑。这种pH计安装方式,结构简单且操作方便,但是存在以下不足。

2.1 地坑泵频繁启停
脱硫系统 pH计为连续在线监测设备,运行人员需要根据出入口烟气中二氧化硫密度值以及浆液pH值调整供浆量,浆液从取样管路不间断地流入地坑,地坑泵在液位达到2.5m时启动,平均每20min 就需要启动1次地坑泵,并将地坑里的浆液打回脱硫塔内,导致地坑泵频繁启动,故障率增加,检修频次和成本较高。

2.2 pH 计玻璃电极磨损
pH计玻璃电极的安装方式是直接插入管道中,浆液在管路中流速过快,加上脱硫塔运行过程中伴随防腐层部分玻璃鳞片脱落,对 pH计电极及管路产生很大的磨损,甚至造成pH计电极破碎。仅2021年3台脱硫塔总计就更换11支玻璃电极,维护成本较高。

2.3 pH 测量滞后效应
pH计取样点设计在脱硫塔底部1m左右,测量值与循环泵出口浆液pH值对比存在滞后效应( 循环泵出口浆液通过喷淋直接参与烟气中二氧化硫吸收反应,*为接近塔内浆液实际pH 值) ,补充石灰石浆液后塔内浆液的实际pH要延迟5~8min,才能混合均匀到达 pH 测点,导致自动补浆或人工补浆调整不能准确执行,经常出现补浆过量的情况。2021年5月,由于pH计测量延迟偏差,导致脱硫塔内石灰石浆液的过量补充,造成石膏浆液中碳酸钙含量过高,引起石膏含水率超过20% ,严重影响生产安全。

3 pH计测量方式改造实施
通过改造,将脱硫塔到浆液循环泵出口管作为浆液的取样点,并设计新的取样装置来解决以上问题。
3.1装置设计

3.1.1 更改pH计安装位置
针对pH计取样后浆液流入地坑频繁启动地坑泵的问题,将pH计安装方式由脱硫塔底部安装改为脱硫塔10m平台安装,使测量后的浆液通过脱硫塔汇集管直接回塔,避免浆液流入地坑。

3.1.2 改善 pH 计电极保护套材质针对pH计玻璃电极保护问题,设计1个直径800mm 的玻璃钢缓冲罐,将pH电极保护套设计为耐磨耐腐不锈钢材质。该设计一方面可降低浆液流速,减少pH计磨损,另一方面减少了浆液中杂质对电极的冲击,不锈钢保护套可以实现玻璃电极的全面防护。

3.1.3 改变浆液取样点
针对测量滞后效应,把取样点设计在浆液循环泵出口的管路膨胀节向上1m 处,方便安装冲洗管路和加装阀门。测量的浆液是经过连续循环的塔内浆液,所测的pH值能够准确反应塔内浆液的实时数据。

3.2 装置制作标准及安装

3.2.1 装置结构及材质选择
新型pH检测装置由浆液循环泵引出管、pH 检测罐、浆液回流管、进口蝶阀、出口蝶阀、检测装置冲洗蝶阀、电极保护装置及连接法兰、缓冲罐端盖等零件组成。电极保护装置为不锈钢材质,电极引出线从法
兰处引出,玻璃电极与保护套管长度相同,电极圆
头部位镂空。为了既降低成本又能适应石灰石浆液长期冲刷等特性,缓冲罐的制作材料选择玻璃钢,厚度为12mm。
3.2.2 装置安装
pH计仪表位置不变,将pH计玻璃电极引出线加长,安装在新加工的保护套内。玻璃电极保护套通过法兰安装在缓冲罐上,再将整套装置安装在脱硫塔10m平台汇集母管附近。*后再按设计加装取样管路(3台循环泵出口取样管通过母管汇集到一起) ,确保任一台泵运行,不会影响测量。
pH计电极插入方式设计,由原来的直接插入管路改为插入缓冲罐,缓冲罐为直径800mm、长1500 mm的玻璃钢圆柱体,管壁厚20mm。通过降低测量区浆液流速,使pH计电极所受冲击压力降低。
玻璃电极护套材质为304钢,护套长度400mm,护套里螺纹可与玻璃电极转换头直接安装。护套上部连接可拆卸法兰盘。
4实施效果
此项装置于2021年6月至12月,在公司脱硫系统3号脱硫塔进行了改造应用,效果显著。在2022年7月推广到其他公司脱硫塔应用,现场实际应用3套,应用效果较好。
1)每小时流入地坑中浆液量减少,地坑泵启动间隔时间延长,降低了地坑泵耗电量和故障率。
2) 改造后 pH 计可实现低压连续测量,避免了浆液及杂质直接对电极的冲击,pH 计玻璃电极损坏率下降。
3) 脱硫塔 pH 计测量方式改造后,能够在保证不影响pH计连续测量的前提下,解决采样测量数据滞后问题,避免了补浆过量问题,石膏品质得到了很好的改善。

5 结 语
检测装置经过改造后,测量的pH值可以真实反映脱硫塔内参与二氧化硫吸收反应的浆液pH值,设备故障率降低,石膏品质得到改善。为保证脱硫系统运行的经济性,减少石灰石粉消耗,在优化pH计测量装置的基础上,还应在浆液pH值精准自动控制方面加强研究。

 
 
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