目前火电厂烟气脱硫的pH测量仪表多使用直读式在线表,由复合电极和温度传感器组成测量传感器,变送器连接专用测量电缆,将测量结果传输至DCS。
本电厂脱硫系统的处理烟气量为2.8×106Nm3/h,SO2浓度不大于1923mg/Nm3,设计脱硫率大于95%,钙硫比1.05。吸收塔内pH值控制在5.6±0.3范围内,这个pH范围需要严格控制,维持较低pH氛围(酸性)可以减少塔内晶体析出和结垢,同时又必须达到脱硫效率所要求的吸收推动力(碱性)。吸收塔内pH是由石灰石浆液的输入量和石膏的输出量控制的。当pH值低时,增加石灰石浆液的输入量;pH值高时,减少石灰石浆液的输入,石膏的输出则根据石灰石浆液的输入量按比例变化。
为了应对系统参数的滞后性,本厂的石灰石浆液的输入和石膏浆液的输出,首先依据机组负荷参数,进行前馈控制。正常运行时机组负荷控制大于360MW,结合实时的pH参数调节石灰石浆液进口流量阀门。这种控制方法的优点是可以在工况改变前做出预判控制,缺点是当系统不稳定时,扰动较大,补浆量有一定偏差。
为了保证系统稳定,保证脱硫率,还要通过DCS根据pH值和烟气流量、SO2浓度计算获得石灰石浆液的输入量,并根据塔内pH信息实时修正,运行人员通过DCS调整石灰石浆液阀门开度,准确控制石灰石浆液量的输入量;另一方面,根据pH值和浆液密度判断循环浆液的输出量,调节石膏排出泵,控制输出浆液的流量。由此可见pH值是系统运行的关键性参数。
本厂pH测量传感器安装在吸收塔的导出测量池中,在线监测循环浆液的pH值。电位法测量pH是十分成熟的分析方法,仪器很稳定。但是在脱硫吸收塔的循环浆液测量中,测量条件十分恶劣。吸收塔的循环浆液主要成分为亚硫酸、硫酸、氯离子、金属离子和有机物等各种溶解性物质,还有大量的亚硫酸钙、硫酸钙、石灰石、飞灰等固体物质,存在以下问题。
pH电极的玻璃膜被快速流动的浆液磨损。吸收塔内循环浆液是固液混合物,固体物质含量在4%~50%,大量的未反应完的石灰石和反应生成的亚硫酸钙以固体形式存在,浆液流速在1.2~3m/s,pH电极的敏感元件玻璃膜在这种环境中磨损严重,寿命快速降低,测量值不准确。
电极表面被浆液中的固体和油覆盖。pH计测量的是液体中的H+的活度,吸收塔中循环浆液含大量固体物质,这些固体粘在pH电极的玻璃膜表面,阻碍了玻璃膜与浆液的接触,不能得到准确的电位。另外,烟气中飞灰经过吸收区后进入了浆液,由于飞灰的比重和表面张力,飞灰一般浮在循环浆液的上层,经过曝气等环节,有时会使循环浆液起泡,使电极与浆液接触不良。有时循环浆液中会含有浮油,可能来自于烟气中的气态有机物,或者吸收过程中添加的增效剂,这些“油”会覆盖在电极敏感膜表面,隔绝玻璃膜与浆液的接触,而且这层油膜很难去除。
测量条件与标定用的标准溶液差距很大。pH电位分析法测量的是H+的活度,与溶液的离子强度有关,当离子强度很低时,浓度等于活度,当离子强度较高时浓度不等于活度。标定用的标准溶液与循环浆液的离子强度相差很远,所以这种测量方法是存在误差的,只是相对于上述两种问题这个误差可以忽略。