淺談燃煤電廠煙氣脫硫系統pH測定存在的問題和維護要點

季可申

淺談燃煤電廠煙氣脫硫系統pH測定存在的問題和維護要點

季可申

（上海申欣環保實業有限公司，上海 200137）

在濕法石灰石脫硫過程中pH值是過程控制的一個很重要的參數，由于脫硫吸收塔的循環漿液高含鹽量、高含固量的特點，使準確測量成為難題。結合實際工作經驗，討論了pH測定存在的問題和使用、維護要點。

煙氣脫硫；pH測量；pH傳感器；pH儀

目前，燃煤電廠煙氣脫硫系統多采用濕法石灰石/石膏工藝，石灰石漿液與煙氣逆流接觸，煙氣中二氧化硫（SO2）遇水溶解成亞硫酸，亞硫酸進一步與石灰石（CaCO3）反應生成亞硫酸，亞硫酸氧化形成穩定的、易脫水的石膏（CaSO4·2H2O）。為了兼顧吸收效率最大化和減少吸收塔內部結垢堵塞，要求控制吸收塔內的pH值在5.8～6.2范圍內，因此pH值測量的及時性和準確性非常重要。然而塔內漿液含有大量的固體物質、浮灰和油，嚴重污染pH測量的傳感元件，所以若要及時準確地測量，必須從設備、操作和維護等各個方面做好保障。

1 pH測量存在的問題

目前火電廠煙氣脫硫的pH測量儀表多使用直讀式在線表，由復合電極和溫度傳感器組成測量傳感器，變送器連接專用測量電纜，將測量結果傳輸至DCS[1]。

本電廠脫硫系統的處理煙氣量為2.8×106Nm3/h，SO2濃度不大于1 923 mg/Nm3，設計脫硫率大于95%，鈣硫比1.05。吸收塔內pH值控制在5.6±0.3范圍內，這個pH范圍需要嚴格控制，維持較低pH氛圍（酸性）可以減少塔內晶體析出和結垢，同時又必須達到脫硫效率所要求的吸收推動力（堿性）。吸收塔內pH是由石灰石漿液的輸入量和石膏的輸出量控制的。當pH值低時，增加石灰石漿液的輸入量；pH值高時，減少石灰石漿液的輸入，石膏的輸出則根據石灰石漿液的輸入量按比例變化。

為了應對系統參數的滯后性，本廠的石灰石漿液的輸入和石膏漿液的輸出，首先依據機組負荷參數，進行前饋控制。正常運行時機組負荷控制大于360 MW，結合實時的pH參數調節石灰石漿液進口流量閥門。這種控制方法的優點是可以在工況改變前做出預判控制，缺點是當系統不穩定時，擾動較大，補漿量有一定偏差。

為了保證系統穩定，保證脫硫率，還要通過DCS根據pH值和煙氣流量、SO2濃度計算獲得石灰石漿液的輸入量，并根據塔內pH信息實時修正，運行人員通過DCS調整石灰石漿液閥門開度，準確控制石灰石漿液量的輸入量；另一方面，根據pH值和漿液密度判斷循環漿液的輸出量，調節石膏排出泵，控制輸出漿液的流量。由此可見pH值是系統運行的關鍵性參數。

本廠pH測量傳感器安裝在吸收塔的導出測量池中，在線監測循環漿液的pH值。電位法測量pH是十分成熟的分析方法，儀器很穩定。但是在脫硫吸收塔的循環漿液測量中，測量條件十分惡劣。吸收塔的循環漿液主要成分為亞硫酸、硫酸、氯離子、金屬離子和有機物等各種溶解性物質，還有大量的亞硫酸鈣、硫酸鈣、石灰石、飛灰等固體物質，存在以下問題。

pH電極的玻璃膜被快速流動的漿液磨損。吸收塔內循環漿液是固液混合物，固體物質含量在4%～50%，大量的未反應完的石灰石和反應生成的亞硫酸鈣以固體形式存在，漿液流速在1.2～3 m/s，pH電極的敏感元件玻璃膜在這種環境中磨損嚴重，壽命快速降低，測量值不準確。

電極表面被漿液中的固體和油覆蓋。pH計測量的是液體中的H+的活度，吸收塔中循環漿液含大量固體物質，這些固體粘在pH電極的玻璃膜表面，阻礙了玻璃膜與漿液的接觸，不能得到準確的電位。另外，煙氣中飛灰經過吸收區后進入了漿液，由于飛灰的比重和表面張力，飛灰一般浮在循環漿液的上層，經過曝氣等環節，有時會使循環漿液起泡，使電極與漿液接觸不良。有時循環漿液中會含有浮油，可能來自于煙氣中的氣態有機物，或者吸收過程中添加的增效劑，這些“油”會覆蓋在電極敏感膜表面，隔絕玻璃膜與漿液的接觸，而且這層油膜很難去除。

測量條件與標定用的標準溶液差距很大。pH電位分析法測量的是H+的活度，與溶液的離子強度有關，當離子強度很低時，濃度等于活度，當離子強度較高時濃度不等于活度。標定用的標準溶液與循環漿液的離子強度相差很遠，所以這種測量方法是存在誤差的，只是相對于上述兩種問題這個誤差可以忽略。

2 pH傳感器的安裝

2.1 安裝角度

pH電極的安裝角度如圖1所示。在安裝pH電極時要盡量保持垂直，與水平面的夾角不小于15°，這是為了防止在電極內溶液因傾斜而形成氣泡，不能形成正常的膜電位。

圖1 pH電極的安裝角度

2.2 安裝位置

目前傳感器安裝的位置有pH計安裝在漿液引出管上裝置、帶錐形測量罐pH測量裝置、帶水平測量罐的pH測量裝置等。直接安裝在吸收塔循環漿液排出管上裝置，如圖2所示。該法利用塔內循環漿液的壓力自動排出，不需要額外動力，但是沖擊力大，所以在pH傳感器附近裝閥門降低壓力。盡管如此，pH傳感器仍然磨損嚴重。

pH傳感器安裝在錐形測量罐中，如圖3所示。在石膏漿液排出管上引出一個錐形測量罐，高于排出管，電極插在測量池上端，這樣減少了漿液中固體物質對電極的沖擊磨損。這是目前使用最多的方法，本廠采用這種安裝方式。該方法結構簡單，維護較方便，但是污染仍然很嚴重。

圖2 pH計安裝在漿液引出管上

圖3 帶錐形測量罐pH測量裝置

帶水平測量罐的pH測量裝置如圖4所示。帶水平測量罐的pH測量裝置是目前一種新型的測量罐[2-3]，罐體水平方向擴容，循環漿液進入測量罐流速突然降低，固體物質得以沉淀，電極位于上層“清液”，可以減少磨損和污染，該測量罐帶有閥門，引入循環漿液后關閉閥門，靜置2 min，待固體物質沉淀后再讀取pH值。這種測量罐的缺點是結構復雜，增加了維護工作量和用電量。

上面介紹的是目前常用的pH安裝方法，目的都是減輕循環漿液對電極的污染，其中最常用的是帶錐形測量罐pH測量裝置。然而，目前所有方法都不能真正做到無污染，因為時間稍長，漿液中的固體物質和油膜仍然會覆蓋在pH電極的敏感膜上，保證測量準確度還必須落實在日常維護上。

圖4 帶水平測量罐的pH測量裝置

3 pH儀的維護

pH電極最常見的問題是電極膜的污染，但因為pH數據對工藝流程的重要性，同時作為環保指標，需要不間斷測量，日常巡檢很難觀察到浸沒在漿液內的電極狀況。所以，需另外準備一臺手持式pH計。每隔2 h測量一次，比較就地pH計和手持pH計各自顯示的數值，若相差大于0.2，則誤差過大，需要維護。維護優先順序為：清洗電極、標定電極、更換電極、更換電纜、更換變送器。在每項操作前，都需要比較就地pH計和手持pH計各自顯示的數值，若誤差大于0.2，再執行該操作。以下為各操作注意事項。

電極必須經常清洗，每班清洗2次。若電極表面附著褐色物質，一般為石膏，直接用清水徹底清洗，配合柔軟的棉布輕輕反復擦拭至完全去除。當電極表面褐色物質經上述操作無法取出或覆蓋有黑色油膜時，可用pH值為1.0左右稀鹽酸浸泡1 min，再用清水沖洗加上柔軟的棉布輕輕反復擦拭。若一次性無法完全去除，可重復幾次，直至完全去除表面物質。標定電極前應先進行溫度補償，本廠使用的CPS11D-7AA21型pH測量儀帶有自動溫度校正功能，操作時注意給予30 s左右的校正時間。且必須將電極按清洗步驟清洗干凈，電極插入標液前需要用該少量標液沖洗濕潤，保證標液不被污染。校正時讀數應該取平穩值。

pH電極外殼脆弱，更換期間每一步都需要輕拿輕放，以免損壞破裂。與固定套管間的螺紋口需要纏聚四氟乙烯帶，以免進水導致電極與電纜損壞。螺紋連接旋轉時需要時刻注意電纜情況，以免電纜擰斷，盡量讓電纜跟著電極一起旋轉。若安裝情況不允許，可在螺紋上緊前反向轉幾圈，保證正常使用時電纜不會受太大的力，避免電纜斷裂。更換完成后需要標定電極。

更換變送器接線完畢，送電。以本廠使用的CPM253-MR0005為例，需要在菜單中設定測量內容為pH值、所用電極的類型為玻璃電極以及工藝標準所需要的阻尼值。設定完后需要標定電極。

4 結束語

在濕法石灰石脫硫過程中pH值是過程控制的一個很重要的參數，是關系到脫硫率、石膏品質、石灰石利用率以及脫硫設備安全的參數，由于脫硫吸收塔的循環漿液高含鹽量、高含固量的特點，使準確測量成為難題，目前可以通過選擇優質的儀器設備、規范的安裝和嚴格的維護來達到準確測量的目的。

［1］季可申，劉曉萌.淺談火電廠煙氣脫硫熱工設備常見故障的分析邏輯［J］.電力與能源，2019，40（3）：360-362.

［2］孫園園，羅新華，熊巍.脫硫塔內漿液密度及pH值測量裝置的改進研究［J］.東北電力技術，2018，39（7）：22-25.

［3］胡銘.探討煙氣脫硫中pH值測量系統的幾種方案［J］.工業控制計算機，2017，30（7）：161，164.

X701.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.16.017

2095－6835（2019）16－0042－02

季可申（1991—），男，助理工程師，主要從事發電企業脫硫脫硝熱控檢修工作。

〔編輯：嚴麗琴〕