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1 pH值测量的重要性
pH值是溶液中氢离子浓度取对数的负值（pH=-lg[H+]）,它表示溶液的酸碱度。FGD （Flue GasDesu l furization）吸收塔中浆液pH值是一个关键的检测和控制参数,影响吸收塔中吸收剂的供给量和脱硫效率。pH值越高,SO2向液膜主体扩散的速率越快,传质系数就越大,促进SO2的吸收,但是不利于石灰石的溶解,容易造成设备系统沉淀,堵塞系统;pH值越小,有利于石灰石的溶解但因酸性越强,SO2酸性气体就很难被吸收,造成脱硫率下降。当pH值小于4时,系统对SO2吸收几乎无法进行,并且此时吸收剂浆液液酸性增强,对设备腐蚀严重。
合适的pH值可让整个脱硫系统中的脱硫剂结晶成型,通过真空皮带机和压滤机等的处理,形成块状石膏,便于回收利用。为了兼顾二者,对于强制氧化的吸收塔,根据工程经验,一般将pH值控制在5.0~6.0范围内。
2 pH计在工程运用中的布置与分析
现湿法脱硫中常用的pH计探头都是复合型传感器,即传感器中带测量电极、参比电极、测温元件。测量中,电极浸入待测液体中,将溶液中的H+浓度转换成mV电压信号,将信号放大并经对数转换为pH值。
在FGD浆液系统中,每个pH测点至少装有2套pH计。正常运行时,一般取它们测量值的平均值,并参与吸收塔石灰石浆液加料的闭环控制。pH传感器有三种常规布置方式:浸入式、流通式和插入式。就其布置特点,结合工程中的布置和应用情况,分别加以分析如下。
2.1 浸入式布置
在吸收塔排浆泵出口分支管采集pH测量浆液,将测量浆液引入一个装有pH电极的测量箱或罐中,箱内浆液保持连续流动,测试过的浆液进入废浆池或返回至测量箱,在测量箱上垂直或倾斜安装pH计探头,与被测液体接触。
该方式易于放入和取出电极,可降低石膏浆液对测量电极的冲刷,也方便用便携式pH计进行现场校准。但当容器内为正压时,可能出现密封不好而造成浆液渗漏情况。不同厂家不同的功能配置,其价格有所差别,所以由于该方式成本普遍过高,通常较少被环保工程承包商选用。
2.2 流通式布置
流通式传感器一般安装在工艺介质测量支管内,仪表上下游装有隔离阀,仪表下游还装有定期自动冲洗水阀,如图1所示。
该方式pH电极基本上受冲刷磨损较小,也能将在线电极冲洗干净,但冲洗水压力不可过大,否则易击碎pH电极。同时应保证旁路管中充满液体,不能选择有测量滞后的点做安装测量点。不足之处是取样管易堵塞,测量管道系统较复杂。
2.3 插入式布置
插入式传感器由流经式传感器变化而来,但不需要测量支管,它直接通过密封材料和一个隔离阀门插入到流体中,如图2所示。
插入式传感器可斜插于竖直管或立式插于水平管上。在安装时应注意,不要在测量电极处存在气泡以免影响测量的真实性。安装在水平管道上时要向管道侧面偏离正垂直方向15~20°。实际运行表明插入的探头不宜置于管中心高流速处,因流体冲蚀易磨损探头和数值漂移,探头应置于流体边缘又始终能接触到流体。该方式pH电极直接插入主管路内,电极易磨损而影响其使用寿命。
以上三种布置方式中,任何一种传感器的布置都有其优点和缺点。浸入式传感器易于维护,但当容器内为正压时容易引起泄露。流通式传感器的测量支管容易堵塞,管道系统较复杂,而插入式传感器管路虽简单,但磨损较严重。
3 在脱硫浆液系统中的优化布置
工程实际运用中,pH计大多数安装在循环浆液管路或石膏浆液排出管路中。为克服其上述三种常规布置方案存在的不足,可考虑直接把pH计安装于吸收塔塔壁的测量管路中,如图 3所示。
在吸收塔塔壁的下部引出直管段1,倾斜向上与塔竖直中心线成15°安装,在塔壁上部引出另一直管段2,倾斜向下与水平线成15°安装,在两直管相交处形成三通,三通管顶部设有顶盖,pH计探头自顶盖向下插入三通管中。在上下塔壁直管接口和三通处之间均设有阀门。在直管段1管路中,设有用于接冲洗管的冲洗接口。
正常运行时,在吸收塔浆液重力的作用下,新的浆液经直管段1进入三通管内,浆液在此进行分离,浆液中的石膏像晶体向下沉淀后经直管段1流入吸收塔内,分离出部分石膏的溶液经直管段2返回吸收塔,如此形成浆液的自然循环,pH计探头不断地采集塔内的液体并同步更新所显示浆液pH值的大小。当pH计需要冲洗时,冲洗水经冲洗接口冲洗积存在pH计探头上的石膏晶体,避免受到磨损和污染。
此布置方式,实现了既可将电极在线冲洗干净,又保证了pH测量值的实时性,减缓浆液对 pH电极的磨损,从而延长电极的使用寿命,且在pH计整个测量的过程中,依靠塔内浆液的自重,形成浆液的自然循环,无需任何附加的动力设备,就能获取浆液的pH值。所以此种布置方式简单、可靠、易维护,且能保证浆液pH值的实时性
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