CN102008887A

CN102008887A - 一种火电厂湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率的测试方法

Info

Publication number: CN102008887A
Application number: CN201010581485XA
Authority: CN
Inventors: 李进; 李久义; 刘灵琴; 杨彦; 王俊
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明公开了一种火电厂湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率的测试方法；该方法包括：(1)测取石灰石/石膏湿法脱硫系统补充水流量Q_b；(2)测取脱硫系统排水量Q_p；(3)通过采样分别测取烟气、石灰石与工艺水中带入的氯离子量和烟气、石膏与废水带走的氯离子量，由测试数据分别计算出烟气、石灰石和工艺水带入氯离子的量分别占总带入氯离子量的百分含量a₁、b₁、c₁，烟气、石膏和废水带出氯离子的量分别占总带出氯离子量的百分含量a₂、b₂、c₂；(4)带入公式

计算出烟气、石灰石、石膏中氯离子含量折合为工艺水中氯离子含量的转化系数；(5)带入公式

计算出浆液浓缩倍率。通过该方法测得的浆液浓缩倍率能够较为全面的描述FGD系统吸收塔内浆液的浓缩特性。

Description

一种火电厂湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率的测试方法

技术领域

本发明涉及一种火电厂湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率的测试方法。

背景技术

近些年，国家采取一系列措施，大力推进火电厂烟气脱硫工程建设，取得了举世瞩目的成就。烟气脱硫机组占煤电机组的比例已由2000年底的2％上升到目前的50％以上，已超过美国煤电机组的脱硫比例。火电厂烟气脱硫的快速发展，为我国二氧化硫排放总量的控制作出了重要贡献。

在火力发电厂烟气脱硫快速发展的同时，对于石灰石/石膏湿法脱硫(FGD)系统理论层面上的认识和研究还不深刻，系统运行主要根据经验阶段，而没有上升到理论的深度。FGD系统运行参数和FGD系统化学监督机制都不够完善。由于吸收塔运行的复杂性，确定吸收塔内浆液的性质和浓缩变化没有确切的理论计算方法，致使吸收塔浆液的指标得不到统一的认识和控制，导致吸收塔腐蚀和结垢现象严重，浆液性质恶化现象时而发生，石膏副产品的品质得不到保证等问题。

当前理论计算中吸收塔浆液浓缩倍率得不到合理确定，需要提供一种可以全面反映吸收塔内浆液浓缩特性的倍率测试方法，来指导FGD系统实际运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种火电厂湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率的测试方法。通过该方法测得的浆液浓缩倍率能够较为全面的描述FGD系统吸收塔内浆液的浓缩特性，通过测得的浆液浓缩倍率来指导脱硫系统的运行参数的控制，以达到系统安全稳定的运行的目的。

为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：

烟气脱硫系统吸收塔浆液浓缩原理：

随着吸收塔中脱硫反应的进行，进入吸收塔的水主要由脱硫工艺用水和烟气带入的水组成，然而从吸收塔中排出的水中以水蒸气形式随烟气带走的一般可以达到95％以上，这样就使工艺用水和工艺用水从烟气中洗涤下的大量阴阳离子在吸收塔内不断浓缩，在废水排放量和排放频次恒定的条件下，吸收塔内离子浓度会趋于稳定，此时的离子浓度(一般以在溶液中性质比较稳定的Cl-浓度表示)和脱硫工艺用水中离子浓度之比最大，即浓缩倍率达到最大值。

根据上述浆液浓缩原理，本发明提供了火电厂湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率的测试方法，该方法包括如下步骤：

(1)测取石灰石/石膏湿法脱硫系统补充水流量Q_b，单位为m³/h，所述石灰石/石膏湿法脱硫系统补充水流量包括制浆用水和除雾器冲洗水量，以及各种冲洗冷却设备而进入吸收塔的水量；

(2)测取石灰石/石膏湿法脱硫系统排水量Q_p，单位为m³/h；所述石灰石/石膏湿法脱硫系统排水量为系统外排废水量；

(3)通过采样分别测取烟气、石灰石与工艺水中带入的氯离子量和烟气、石膏与废水带走的氯离子量，单位为g/h，由测试数据分别计算出烟气、石灰石和工艺水带入氯离子的量分别占总带入氯离子量的百分含量a₁、b₁、c₁，烟气、石膏和废水带出氯离子的量分别占总带出氯离子量的百分含量a₂、b₂、c₂，其中所述总带入氯离子量为烟气、石灰石和工艺水中带入氯离子量之和，所述总带出氯离子量为烟气、石膏和废水带出氯离子量之和；

(4)将烟气、石灰石、石膏中的氯离子含量折合到工艺水中，带入公式

计算出烟气、石灰石、石膏中氯离子含量折合为工艺水中氯离子含量的转化系数；

(5)带入公式

计算出湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率，其中K为湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍。

上述火电厂湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率的测试方法是通过下面的具体原理和方法得到的：

1.以吸收塔为研究对象，对于烟气脱硫系统的盐(以Cl^-浓度表示)平衡存在以下关系：

带入FGD系统的Cl^-＝FGD系统累计的Cl^-+系统排出的Cl^-(如图1所示)

由上述分析可以看出，计算FGD系统吸收塔循环浆液的浓缩倍率需要测试的项目有五个方面，一是测试烟气、石灰石和工艺水Cl^-浓度；二是测试烟气、石膏和废水Cl^-浓度；三是FGD系统工艺补充水流量和FGD系统排水量；四是FGD系统入口和出口烟气流量；五是FGD系统石灰石使用量和石膏的产生量。

2、测试方法：

根据测试项目分析，所需要的测试项目有系统补水和排水流量，FGD系统进出口烟气流量，石灰石使用量，烟气、石灰石和工艺水带入Cl^-的量以及烟气、石膏和废水带出Cl^-的量。在测试过程中，选定一段时间，同时同步测试下列指标，要求各指标在测试时间内有较好的对应性。

(1)FGD系统补水量和排水量

FGD系统补充水分为制浆用水和除雾器冲洗水两个部分，对于一般的FGD系统制浆用水量、除雾器冲洗水量和工艺用水的总体使用量均有在线仪表监测，可以通过连续在线监测系统直接得到。如果在线仪表故障或者精确度不高，推荐在FGD系统工艺用水母管处采用超声波流量计测定。具体测定方法参考超声波流量计的使用方法。

FGD系统排水量也可以通过连续在线监测系统直接得到，如果在线仪表故障或者精确度不高，推荐在FGD系统废水排出泵处采用超声波流量计测定(2)烟气进出口流量

FGD系统烟气连续在线监测系统可以提供任意时刻烟气进出口流量。亦可通过人工测定，采用烟气测试仪，在FGD出入口烟道处选取若干个取样点，同步测定烟气流量。

(3)FGD系统石灰石的使用量和石膏测产生量

FGD系统具备石灰石计量泵，可以提供石灰石的使用量，石膏的产生量可以利用计量称在皮带脱水机处测定。

(4)烟气中Cl^-浓度

参考《空气和废气监测分析方法》烟气中Cl^-浓度测试方法。

(5)FGD系统工艺用水中Cl^-浓度和废水中Cl^-浓度

参考《水和废水监测分析方法》水中Cl^-浓度测试方法。

(6)石灰石和石膏中Cl^-浓度

称取2g石灰石试样(0.1mg精度)到250mL烧杯中，加入100mL去离子水加热煮沸溶液，约30min，然后用滤纸过滤。反复用去离子水清洗过滤纸和残留滤饼，直到过滤液不能使硝酸银溶液成白色沉淀。收集过滤液。参考《水和废水监测分析方法》水中Cl^-浓度测试方法，测定过滤液中Cl^-浓度为C(mg/L)，则石灰石中浓度为0.05C(mg/g)。

称取2g石膏试样(0.1mg精度)到250mL烧杯中，加入100mL去离子水加热煮沸溶液，约30min，然后用滤纸过滤。反复用去离子水清洗过滤纸和残留滤饼，直到过滤液不能使硝酸银溶液生成白色沉淀。收集过滤液。参考《水和废水监测分析方法》水中Cl^-浓度测试方法，测定过滤液中Cl^-浓度为C(mg/L)，则石灰石中浓度为0.05C(mg/g)。

3、计算方法：

此处为分析方便，分别将气相带入、固相带入和带出系统的Cl^-折合到工艺水与排放废水中，设工艺用水量为Q_bt，工艺水中Cl^-浓度为C_bmg/L，废水排放量为Q_pt，废水中Cl^-浓度为C_pmg/L，烟气、石灰石和工艺水带入Cl^-的量分别占总带入量的a₁、b₁、c₁，烟气、石膏和废水带出Cl^-的量分别占总带出量的a₂、b₂、c₂。吸收塔内浆液体积为Vm³。

则在dt时间内，由工艺补充水带入FGD系统的Cl^-＝Q_b·C_bdt，

烟气带入FGD系统的

{Cl}^{-} = \frac{Q_{b} \cdot C_{b}}{c_{1}} \times a_{1} \cdot dt = \frac{a_{1}}{c_{1}} \cdot Q_{b} \cdot C_{b} \cdot dt,

石灰石带入FGD系统的

{Cl}^{-} = \frac{Q_{b} \cdot C_{b}}{c_{1}} \times b_{1} \cdot dt = \frac{b_{1}}{c_{1}} \cdot Q_{b} \cdot C_{b} \cdot dt .

带入FGD系统的总

{Cl}^{-} = \frac{a_{1} + b_{1} + c_{1}}{c_{1}} \cdot Q_{b} \cdot C_{b} \cdot dt

在dt时间内，由废水带出FGD系统的Cl^-＝Q_p.C_pdt，

烟气带出FGD系统的

{Cl}^{-} = \frac{Q_{p} \cdot C_{p}}{c_{2}} \times a_{2} \cdot dt = \frac{a_{2}}{c_{2}} \cdot Q_{p} \cdot C_{p} \cdot dt,

石膏带出FGD系统的

{Cl}^{-} = \frac{Q_{p} \cdot C_{p}}{c_{2}} \times b_{2} \cdot dt = \frac{b_{2}}{c_{2}} \cdot Q_{p} \cdot C_{p} \cdot dt,

带出FGD系统的总

{Cl}^{-} = \frac{a_{2} + b_{2} + c_{2}}{c_{2}} \cdot Q_{p} \cdot C_{p} \cdot dt

因此，在dt时间内，FGD系统累计的Cl^-含量为：

Vdc = \frac{a_{1} + b_{1} + c_{1}}{c_{1}} \cdot Q_{b} \cdot C_{b} \cdot dt - \frac{a_{2} + b_{2} + c_{2}}{c_{2}} \cdot Q_{p} \cdot C_{p} \cdot dt - - - (1)

设t₀时吸收塔浆液Cl^-含量为C₀mg/L，t时吸收塔浆液Cl^-含量为C_xmg/L，且排水中Cl^-含量与循环浆液Cl^-含量相同，有C_p＝C_x，将(1)分离变量并积分：

{&Integral;}_{0}^{t} dt = {&Integral;}_{c_{0}}^{c_{x}} \frac{dc}{\frac{(a_{1} + b_{1} + c_{1}) Q_{b} \cdot C_{b}}{c_{1} V} \cdot - \frac{(a_{2} + b_{2} + c_{2}) Q_{p} \cdot C_{x}}{c_{2} V}}

c_{p} = \frac{c_{2} (a_{1} + b_{1} + c_{1}) Q_{b} C_{b}}{c_{1} (a_{2} + b_{2} + c_{2}) Q_{p}} - (\frac{c_{2} (a_{1} + b_{1} + c_{1}) Q_{b} c_{b}}{c_{1} (a_{2} + b_{2} + c_{2}) Q_{p}} - C_{0}) \exp [- \frac{(a_{2} + b_{2} + c_{2}) Q_{p}}{c_{2} V} (t_{0} - t)] - - - (2)

系统长时间稳定时，吸收塔处于稳态，此时浆液中浓度达到最大值，即(2)式中t＝∞，易知：

(\frac{c_{2} (a_{1} + b_{1} + c_{1}) Q_{b} C_{b}}{c_{1} (a_{2} + b_{2} + c_{2}) Q_{p}} - C_{0}) \exp [- \frac{(a_{2} + b_{2} + c_{2}) Q_{p}}{c_{2} V} (t_{0} - t)] = 0

所以，

c_{x} = \frac{c_{2} (a_{1} + b_{1} + c_{1}) Q_{b} C_{b}}{c_{1} (a_{2} + b_{2} + c_{2}) Q_{p}} - - - (3)

式(2)，(3)表明，FGD系统开始运行阶段，吸收塔浆液的含盐量是随运行时间的延长而增加的。当t值运行达到某一时刻，由于入口烟气，工艺用水，石灰石浆液带进的盐量和由系统排水、烟气带出、石膏带出的含盐量相同，脱硫系统吸收塔中的含盐量趋于一个稳定值，浓缩倍率达到一个最大值或设计值。

通过式(3)盐平衡关系可以确定测试条件下吸收塔循环浆液的浓缩倍率K，即：

K = \frac{C_{x}}{C_{b}} = \frac{c_{2} (a_{1} + b_{1} + c_{1}) Q_{b}}{c_{1} (a_{2} + b_{2} + c_{2}) Q_{p}} - - - (4)

令

k = \frac{c_{2} (a_{1} + b_{1} + c_{1})}{c_{1} (a_{2} + b_{2} + c_{2})},

则

K = \frac{C_{x}}{C_{b}} = k \frac{Q_{b}}{Q_{p}} - - - (5)

式中Q_b----FGD系统工艺补充水流量，m³/h；

C_b----工艺补充水Cl^-含量，mg/L；

Q_p----系统排水量，m³/h；

C_x----在时间t时，排水中Cl^-含量，mg/L，

K----FGD系统吸收塔循环浆液盐浓缩倍率；

k可定义为烟气、石灰石、石膏中氯离子含量折合为工艺水中氯离子含量的转化系数，

本发明的有益效果是：弥补当前不能合理测定吸收塔浆液浓缩倍率的空白，提出一种可以全面准确反映吸收塔内浆液浓缩特性的方法，合理的确定吸收塔浆液浓缩倍率，评估脱硫浆液特质对脱硫过程、设备腐蚀结垢的影响，提出适于烟气脱硫系统的用水水质控制指标，为烟气脱硫系统的合理、经济和安全运行提供可靠依据和科学的指导。本发明以湿法烟气脱硫系统吸收塔为研究对象，用吸收塔浆液中氯离子浓度表示含盐量，分析吸收塔内浆液中氯离子的来源和去向，测试烟气、石灰石与工艺水中氯离子的带入量和烟气、石膏与废水带走的氯离子量，建立烟气脱硫过程中水、烟气和固体中氯离子的平衡关系，进而通过平衡计算得到吸收塔浆液浓缩倍率值，以此对吸收塔浆液浓缩倍率予以新的内涵。

附图说明

图1进入和排出吸收塔系统的离子(以Cl^-表示)的平衡关系图。

具体实施方式

实施例1

例如，对华北某电厂某台300MW机组的石灰石-石膏湿法脱硫系统主体设备吸收塔的浓缩倍率进行测定。实验期间吸收塔运行稳定，各项指标均在涉及范围内。同时监测下列指标：

(1)测试工艺水量。工艺用水主要包括：除雾器冲洗水，吸收塔管道、仪表等冲洗水、真空皮带机清洗水、石膏清洗水、氧化风机、循环泵等冷却用水，石灰石制浆系统用水等，其中冲洗水和冷却水收集入地坑，由地坑泵打入吸收塔。

表1为该电厂一期4台系统的工艺用水量测试结果：

表1一期脱硫系统进入水量

(2)测试外排废水流量。表2为该电厂一期4台系统外排废水流量测试结果。

表1一期脱硫系统外排废水流量

		1#FGD	2#FGD	3#FGD	4#FGD
						合计Q_p (m³/h)	15.33	3.92	3.49	3.98	3.94

(3)以1#FGD为例，测定工艺水和外排废水中氯离子浓度C_b和C_p；

测定吸收塔测定入口和出口烟气流量为Q_r和Q_c；

测定入口和出口烟气氯离子浓度为C_r和C_c；

测定石灰石的使用量和石膏生产量为M_S和M_g；

测定石灰石和石膏中的氯离子浓度为C_s和C_g；

由上述测定结果可以得到各部分进入和排除1#FGD系统氯化物总量。

表4带入、带出1#FGD系统的可溶性氯化物

计算得烟气、石灰石和工艺水带入Cl^-的量分别占总带入量的a₁＝34.96％、b₁＝56.52％、c₁＝8.51％，烟气、石膏和废水带出Cl^-的量分别占总带出量的a₂＝11.92％、b₂＝88.33％、c₂＝4.76％

利用公式

K = \frac{C_{x}}{C_{b}} = k \frac{Q_{b}}{Q_{p}},

其中

k = \frac{c_{2} (a_{1} + b_{1} + c_{1})}{c_{1} (a_{2} + b_{2} + c_{2})}

可得，吸收塔的浓缩倍率K＝18

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种火电厂湿法烟气脱硫吸收塔内浆液浓缩倍率的测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)测取石灰石/石膏湿法脱硫系统补充水流量Q_b，所述石灰石/石膏湿法脱硫系统补充水流量包括制浆用水和除雾器冲洗水量以及各种冲洗冷却设备而进入吸收塔的水量；

(2)测取石灰石/石膏湿法脱硫系统排水量Q_p，所述排水量为外排废水量；

(3)通过采样分别测取烟气、石灰石与工艺水中带入的氯离子量和烟气、石膏与废水带走的氯离子量，由测试数据分别计算出烟气、石灰石和工艺水带入氯离子的量分别占总带入氯离子量的百分含量a₁、b₁、c₁，烟气、石膏和废水带出氯离子的量分别占总带出氯离子量的百分含量a₂、b₂、c₂，其中所述总带入氯离子量为烟气、石灰石和工艺水中带入氯离子量之和，所述总带出氯离子量为烟气、石膏和废水带出氯离子量之和；

(4)带入公式

(5)带入公式