用鎂離子法測定煙氣脫硫系統除霧器出口霧滴質量濃度的實踐

查鈺明，鐘文琦，杜雙偉，徐祖明

（藍天環保設備工程股份有限公司，杭州310012）

濕法脫硫的吸收塔出口凈煙氣中漿液液滴含量的多少，不但會影響煙氣下游的煙道、設備、煙囪的正常運行和使用壽命，而且較高的液滴含量將對環境引起二次污染，如形成“石膏雨”或“煙囪雨”現象，會對周圍環境造成很大影響。為避免和減少“石膏雨”的產生，濕法脫硫工藝中，每座吸收塔頂部或出口凈煙道上都設置除霧器，用來除去煙氣中夾帶的漿液霧滴。一般要求除霧器出口霧滴質量濃度小于75mg／m3，而除霧器的性能好壞，將對控制“石膏雨”現象起到關鍵性作用。

目前，國內還沒有測量除霧器出口霧滴質量濃度的標準，筆者采用鎂離子測試法，對一臺660 MW燃煤發電機組脫硫工程除霧器出口霧滴質量濃度進行測試、分析，以確認該測試方法的可用性。

1 設備概況

河南龍泉金亨電力有限公司660MW燃煤發電機組煙氣脫硫工程采用典型的、成熟的石灰石－石膏濕法脫硫技術，一爐一塔配置。該脫硫系統主要設計特性有：

（1）煙氣脫硫系統入口在鍋爐最大連續蒸發量時的煙氣量為2 254 757m3／h，入口SO2質量濃度設計值為5 123mg／m3，脫硫效率＞97%。

（2）每個吸收塔漿液池設置5臺側進式攪拌器，對漿液進行攪動，保證漿液不沉淀，且混合均勻。

（3）吸收塔為空塔噴淋，塔內設置四層噴淋層；噴淋層上部安裝兩級屋脊除霧器，并設有四級除霧器沖洗，其中下面三層沖洗由氣動閥門DCS自動邏輯控制，最上層為手動閥門開關進行沖洗。

（4）吸收劑為粒徑小于325目（通過率大于90%）的石灰石粉制得的含固質量分數約為30%的石灰石漿液。

（5）煙氣系統不設旁路煙道，不設氣－氣加熱器。

（6）脫硫系統未設計單獨的增壓風機，與引風機合并。

（7）工藝水系統配置2臺工藝水泵和3臺除霧器沖洗水泵，每塔對應一臺除霧器沖洗水泵，負責除霧器的沖洗水供應。

（8）脫硫系統配套2臺真空皮帶脫水機，脫水后的石膏表面含水率（質量分數）小于10%，純度達90%以上。

（9）脫硫系統還配置有一套脫水廢水處理裝置，用于脫除脫硫漿液里的Cl－、粉塵和部分金屬離子。

2 鎂離子測試法原理

石灰石－石膏濕法脫硫工藝的脫硫吸收劑為石灰石，其主要成分是碳酸鈣，同時也含有一定量的 MgCO3及少量 Al2O3、Fe2O3、Si、Mn等雜質。石灰石磨成粉末與水混合成含固質量濃度為30%左右漿液，作為脫硫劑加入到吸收塔漿液池，漿液pH值為5～6，呈酸性，MgCO3在酸性溶液里極易溶解、分解，進入吸收塔漿液體系后能生成易溶的鎂鹽，漿液里就形成了一定濃度的 Mg2＋。

由于Mg2＋極易溶于酸性漿液里，可以認為吸收塔漿液池中漿液的Mg2＋的質量濃度和煙氣在除霧器出口所攜帶的液滴中Mg2＋的質量濃度相等［1］。

通過鎂離子測定法（絡合滴定法或原子吸收分光光度法），對吸收塔漿液池中漿液Mg2＋質量濃度測量和等速取樣，及鎂離子測定法測得除霧器出口煙氣中液滴中的Mg2＋的質量濃度；根據吸收漿液中 Mg2＋的質量濃度，計算出除霧器出口煙氣中液滴的量。在實際取樣測試中，一方面煙道中的煙氣流場不完全均勻，一般來說，煙道中心的煙氣流速大，為主流場，煙道壁附近的煙氣流速相對比較低，溫度也相對較低；另一方面等速取樣的實際位置離除霧器出口有一定的距離，可能會引起煙氣中液滴質量的變化，如隨著煙氣的流動，煙溫下降，煙氣中的飽和水蒸氣會凝結成液態水，并融入原有的漿液中，相當于對漿液中Mg2＋進行稀釋，使漿液中Mg2＋質量濃度值下降。故除霧器出口的液滴質量濃度需根據Mg2＋濃度再進行修正。

除霧器出口液滴質量濃度的計算公式為：

式中：ρ為除霧器出口液滴質量濃度，mg／L；ρ1為測量煙氣中總液滴質量濃度，mg／L；G為取樣的液滴質量，g；V 為取樣的煙氣量，m3；η為鎂離子修正系數；c2為煙氣中鎂離子質量濃度，mg／L，可分為主流場和煙道壁；c1為吸收塔漿液池漿液中鎂離子質量濃度，mg／L。

在測定過程中，需要分別對吸收塔漿池內的漿液和除霧器后煙氣進行取樣、測定。圖1為石灰石－石膏濕法脫硫簡易煙氣系統及取樣示意圖，圖2為測試煙氣取樣截面示意圖。

圖1 取樣點示意圖

圖2 煙道取樣截面圖（單位：m）

3 液滴質量濃度測定

3．1 測試項目和設備

測試項目為：（1）凈煙道煙氣流速，m／s；（2）凈煙道煙氣流量（標態，濕基，實際φ（O2）），m3／h；（3）凈煙道煙氣流量（標態，干基，實際φ（O2）），m3／h；（4）吸收塔漿池漿液 Mg2＋質量濃度，mg／L；（5）除霧器出口霧滴質量濃度，mg／m3；（6）凈煙氣霧滴里 Mg2＋質量濃度，mg／L。

測試所用主要儀器有：（1）真空泵（德國產）Ш－20；（2）霧滴取樣器（西安產）三級；（3）累計氣體流量計（日本產）HNK－10。

3．2 測試結果

3．2．1 吸收塔漿液鎂離子質量濃度的測定

吸收塔漿液鎂離子質量濃度的測定見表1。

表1 吸收塔漿液Mg2＋質量濃度測試結果

測試時，每隔1．5h對吸收塔漿液取了5個樣，用EDTA絡合滴定法對樣品中的Mg2＋質量濃度進行標定。

3．2．2 凈煙氣霧滴中鎂離子質量濃度的測定

等速取樣的煙氣通過一級、二級吸收裝置，使煙氣中的霧滴附著在吸收裝置的內壁上，采樣后進行稱量，吸收裝置在試驗前后的質量差即是霧滴的質量；同時用同樣的標定方法，可以標定出霧滴里Mg2＋質量濃度。

本次測試中，共5個采集管，其中1～4號采集管分別在圖2中的4個取樣孔采集4個平行樣，每個樣品分別在測孔處深度1．5m、2．5m、3．0m三個點采集；5號采集管在4個取樣孔距煙道壁0．2m處采集。5個采集管的采集時間基本上在吸收塔漿液池取樣時間前后，每次采集時間約40min。

3．3 測試數據分析

根據上文所述的計算公式和測試數據，可計算出除霧器出口霧滴含量，結果見表2與表3。

表2 凈煙氣霧滴測試結果

表3 計算結果表

4 結語

綜上所述，該660MW機組脫硫塔除霧器出口主流場區域逃逸漿液質量濃度為72．4mg／m3，除霧器出口煙道壁逃逸漿液質量濃度為58．99mg／m3，除霧器出口逃逸漿液質量濃度小于保證值75 mg／m3。

通過吸收塔漿液中Mg2＋質量濃度與凈煙氣霧滴中Mg2＋質量濃度的對比，用修正系數來計算吸收塔除霧器出口霧滴質量濃度，特別是通過修正系數計算出的結果，更能直接、準確地反映出除霧器的除霧性能，避免了煙氣在凈煙道中的組分變化給測量數據帶來的偏差。

［1］李森，周屈蘭，徐通模，等 ．鎂離子法測定除霧器出口煙氣攜帶液滴量方法［J］．熱能動力工程，2005，20（4）：381－383．