CN102172474A - 镁基—海水法船用脱硫系统中喷雾浆料pH值控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁基-海水法船用脱硫系统中喷雾浆料pH值控制方法，用于船用镁基-海水法脱硫(简称M&S脱硫法)中喷雾浆料pH值控制，包括变频管道泵，流量计，电动蝶阀，喷淋泵，海水泵，排出泵，喷淋管道，pH计等部分组成，本发明通过多路自动反馈电器控制系统，包括风机与蝶阀联动、液位恒定、喷雾流量和喷雾级数控制、浆料供给和进水及排水控制、风量和SO2浓度及浆料pH值测试等等，自动调控喷雾液pH值，实现脱硫装置长期可靠、达标运行。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术领域，尤其涉及到镁法和海水法脱硫系统的喷雾浆料pH值控制方法。
背景技术
船用燃料油已执行极为严格的硫含量标准，同时允许船只使用经批准的减排技术，条件是SO2排放等于或低于燃烧0.10％的低硫燃油。采用含硫低的燃料油将大幅提高船舶营运成本，所以烟气脱硫成为应对新标准最为切实可行的选择。
相对于干法和半干法，湿法脱硫以其成熟的技术得到广泛应用。目前最为成功的达到工业应用的脱硫技术为化学法，包括钙法、镁法和海水法脱硫。由于海水法受到地理位置、脱硫副产品处理、脱硫剂来源及价格等因素的影响，常常应用在区域性较强、烟气量相对较小或工艺要求较简单的脱硫工程中；石灰(石)-石膏法技术成熟、价格便宜、脱硫效率高，故应用较多，但其运行费用高、二次污染严重、易造成管道结垢堵塞；镁法脱硫具有系统简单、运行安全、可靠性高、运行费用低、脱硫效率高、适用范围广、不易结垢、无二次污染、副产品利用价值相对较高等优势，近些年有逐步取代钙法脱硫的趋势。
船舶脱硫指标严格于一般工业脱硫，又受到船上特定环境的限制，船用脱硫研发应用技术和工艺困难很大，至今在国内外尚属空白。采取何种方法脱硫必须依据具体工况和要求达到的脱硫指标而定。对于特定的船上脱硫来说，如果使用现用的燃料油(含硫小于4.5％m/m)，为达到含硫1.00％m/m对应当量，要求脱硫效率至少达到70-80％；为达到含硫0.10％m/m对应当量，要求脱硫效率至少达到97％。因为钙法脱硫效率在95％以下，镁法脱硫效率能达到99％，所以只有镁法脱硫能达到新标准对应的SO2排放浓度值。同时考虑船上空间有限，不允许装置占大量体积、耗材或副产物大量堆积，所以单 纯的海水法和钙法脱硫均不可取，只能采用镁基脱硫中的抛弃法。镁基脱硫同时具有无二次污染、占用体积小、不结垢、运行成本低等优点，综上，镁基脱硫技术对船用脱硫来说是最为切实可行的。再者，考虑船舶工况，船上海水获取易淡水获取难，提出镁基-海水法脱硫技术用于船舶脱硫。海水法作为一种辅助方法，在船舶运行于淡水区时仅采用镁基脱硫，结合海水法以避免处理装置受海水腐蚀。镁基-海水法脱硫技术是适用于船舶特定工况的一种有效脱硫技术，然而国内外这种船舶脱硫技术属于空白。
脱硫系统的pH值是脱硫运行中的一个关键参数，pH值的高低不仅与SO2的吸收率和MgO利用率有关，还涉及到系统的腐蚀与沉淀。随着吸收剂Mg(OH)2的加入，脱硫塔内部的浆液pH值上升，高pH值的浆液环境有利于SO2的吸收。但是吸收剂利用率不会随着浆料pH值的上升而无限升高，在达到一定的pH值后即呈现稳态。如果浆料pH过高，则会影响到反应中Mg(HSO3)2的生成，降低吸收剂利用率，同时SO3 2-的大量生成会使系统的磨损和沉淀增强；如果pH值偏低则脱硫效率低，设备的腐蚀也会加大。
为了提高SO2吸收效率，人们做了大量的研究工作，分别从添加剂和系统控制两个方面进行pH值控调控制：一方面开发出了添加有机酸提高吸收效率的工艺，最早试验的有机酸添加剂是己二酸，它作为一种缓冲剂可以抑制浆料pH的降低、提高浆料中和酸性的能力，还能提高气液传质，进一步加速SO2的吸收；另一方面采用串级前馈-反馈控制系统，通过调节浆料阀门的开度控制流量，从而保证pH值在一定范围内。这两种方法各有利弊，因此需要提出一种自动调控喷雾浆料pH值技术，以达到持续、高效脱硫的效果。
发明内容
为实现镁基-海水法脱硫技术应用于船舶烟气高效脱硫，保证脱硫装置长期可靠、达标运行。本发明提供一种镁基-海水法船用脱硫系统中喷雾浆料pH值控制方法。
本发明的原理是：船舶烟气在风机驱动下经海水喷雾冷却，烟气 温度降至100℃以下，通过多级Mg(OH)2浆料喷雾与烟气中的SO2反应，降低烟气中SO2浓度至达标排放。反应产物MgSO3随喷雾液降至浆料池，通过氧化形成MgSO4，随排水排放。按照一定流量注入制备的Mg(OH)2浆料，调节浆料液pH值，保证高效脱硫。所述的调节浆料液pH值原理为：根据脱硫效率与喷雾液pH之间的关系，以达标SO2浓度值为阈值，确定6.5-11之间的浆料pH变化范围。根据浆料池中浆料pH变化，控制浆料罐中浆料供应量和给排水水量；根据排烟口SO2浓度，控制喷淋流量、级数和浆料罐中浆料供应量。
镁基-海水法船用脱硫系统主要包括脱硫塔、海水冷却喷雾单元、浆料罐、多级喷淋装置、海水，在所述的脱硫塔下部设有浆料池，浆料池上部为多级喷淋装置，通过氧化风机向浆料池中通入氧气，通过海水泵向浆料池中通入海水，浆料池底部设有排出泵；所述的浆料罐的上部设有蒸汽、氧化镁粉、海水管道，其中蒸汽管道上设有电动蒸汽阀，海水管道上设有海水流量计，浆料罐中设有搅拌器，浆料罐下端出料管道设有变频管道泵，出料管道上还设有浆料流量计并连接到多级喷淋装置；多级喷淋装置还通过喷淋泵连接到浆料池；锅炉烟气经过依次设有电动蝶阀、变频风机、烟气流量计的排烟管道进入海水冷却喷雾单元，海水冷却喷雾单元顺锅炉烟气通风方向喷雾，经冷却的锅炉烟气进入脱硫塔；脱硫塔顶部设有除雾网和新水喷淋装置，处理后烟气从脱硫塔的排烟口进入烟囱并排出，排烟口侧壁设有SO2分析仪探头；浆料池中还设有pH计，浮子式液位计。
本发明镁基-海水法船用脱硫系统中喷雾浆料pH值控制方法的技术解决方案是这样实现的：
镁基-海水法船用脱硫系统中喷雾浆料pH值控制方法所涉及的系统设备包括变频管道泵，流量计，电动蝶阀，喷淋泵，海水泵，排出泵，喷淋管道，pH计等部分组成。通过调控浆料供给量、给排水量，保持喷雾液pH值在一定范围内。确定相关参数与喷雾液pH之间的关系，自动调控喷雾液pH值。
烟气经海水喷雾冷却进入脱硫塔，喷淋泵抽取浆料池中Mg(OH)2 浆料向塔中多级喷淋装置定量输送。浆料罐中浆料在变频管道泵作用下以稍大于3atm压强分多路向多级喷淋装置的各级喷淋管道输送，各分路均装有电动蝶阀，与浆料变频管道泵和流量计联动控制浆料供给量。氧化风机向浆料池中提供氧气，烟气经浆料循环冷却喷淋、循环反应喷淋，形成冷却液和喷雾液在重力作用下降落至浆料池，反应产物MgSO3被氧化成MgSO4沉积池底，气流向上最终经排烟口去雾网去雾排到大气中。排烟口侧壁设有SO2分析仪探头，用于SO2浓度测定。随反应进行，浆料池中浆料pH逐渐下降，为保证高效脱硫，确定6.5-11之间的浆料pH变化范围，配备pH计进行实时监控。浆料池外壁连有排出泵和海水泵，根据浆料pH变化情况和应用要求，控制进出水流量和频率，保持浆料池液位恒定在1m左右，兼具调节浆料pH的功能。
浆料池pH值是决定脱硫装置能否持续达标运行的关键，其调控可以通过2个途径实现：1、浆料pH值恒定：根据烟气温度和出烟浓度，根据处理烟气风量，通过浆料变频管道泵流量调节和电动蝶阀的开启控制浆料罐中浆料供给量，通过喷淋泵调节控制喷雾流量和喷雾级数，寻求浆料控制与给排水之间的稳态，实现供料、出水和进水三者之间的动态平衡，使浆料pH值稳定，同时保持SO2浓度达标排放和浆料池液位恒定。2、浆料pH在6.5-11之间动态变化：根据烟气温度和排放SO2浓度及烟气风量，浆料变频管道泵和喷淋泵按一定流量和喷淋级数提供浆料。当浆料池中浆料pH值由11下降至6.5左右时，排放反应后喷雾液、定量补充新水，使其pH值回复至11，如此反复，保持SO2浓度达标排放、浆料池液位恒定。
可根据实际需要，选择适合的浆料pH调控模式。
本发明的有益效果是：通过风机与蝶阀联动、液位恒定、喷雾流量和喷雾级数控制、浆料供给和进水及排水控制、风量和SO2浓度及浆料pH值测试等等，自动调控喷雾液pH值，实现脱硫装置长期可靠、达标运行。
附图说明
下面结合附图和具体的实施方式对本发明做进一步的描述。
图1为镁基-海水法船用脱硫系统原理图。
图中，1、脱硫塔，2、浆料罐，3、烟囱，4、浆料池，5、海水，6、蒸汽，7、氧化镁粉，8、海水泵，9、海水流量计，10、电动阀，11、电动蒸汽阀，12、变频管道泵，13、浆料流量计，14、喷淋泵，15、排出泵，16、废液，17、氧化风机，18、锅炉烟气，19、电动蝶阀，20、变频风机，21、烟气流量计，22、处理后气体。
具体实施方式
下面结合实施例具体说明本发明。
在某集装箱船上实船进行本喷淋浆料pH值调控系统对SO2去除效果测试。使用含硫0.71～0.93％m/m燃料油，正常海上航行，主机排放废气风量约50000m3/h。采用440V、60Hz三相交流船电供电本装置，引风风量小于10000m3/h，引风风机功率为10～30kW可调，浆料变频管道泵功率小于3kW可调，压强3.5～4.0atm，浆料供给流量为0.1～1.0m3/h可调(Mg(OH)2浆料浓度小于25％)。循环喷淋泵功率为10～30kW可调，浆料喷淋小于100m3/h可调。采用两种不同模式分别持续运行5小时，测试结果见下表。
模式1：浆料pH值恒定
本模式保持浆料pH恒定，在6000～7000风量条件下，根据蒸发量0.4m3/h，通过测试得到浆料量供给流量0.2m3/h、新水量供给流量为0.8m3/h、排水流量为0.6m3/h的持续运行方式可以保持浆料pH＝8.5恒定、浆料池液位稳定、SO2浓度达标排放。
模式2：浆料pH在6.5-11之间动态变化
本模式浆料pH在6.5-11.0之间动态变化：在6000～7000风量条件下，浆料供给流量为0.2m3/h，间歇式供给方式当浆料池中浆料pH值由11.0下降至6.5左右时，排放反应后喷雾液、定量补充新水，使其pH值回复至11，如此反复，保持浆料池液位恒定、SO2浓度达标排放。
本发明不局限于上述实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种镁基-海水法船用脱硫系统中喷雾浆料pH值控制方法，其特征在于：锅炉烟气经海水喷雾冷却进入脱硫塔，喷淋泵抽取浆料池中浆料向塔中多级喷淋装置定量输送；浆料罐中浆料在变频管道泵作用下以稍大于3atm压强分多路向多级喷淋装置的各级喷淋管道输送，各分路均装有电动蝶阀，与浆料变频管道泵和流量计联动控制浆料供给量；氧化风机向浆料池中提供氧气，烟气经浆料循环冷却喷淋、循环反应喷淋，形成冷却液和喷雾液在重力作用下降落至浆料池，反应产物MgSO3被氧化成MgSO4沉积池底，气流向上最终经排烟口去雾网去雾排到大气中；排烟口侧壁设有SO2分析仪探头，用于SO2浓度测定；随反应进行，浆料池中浆料pH逐渐下降，为保证高效脱硫确定6.5-11之间的浆料pH变化范围，配备pH计进行实时监控；浆料池外壁连有排出泵和海水泵，根据浆料pH变化情况和应用要求，控制进出水流量和频率，保持浆料池液位恒定在1m左右，调节浆料pH。
2.如权利要求1所述的一种镁基-海水法船用脱硫系统中喷雾浆料pH值控制方法，其特征在于：所述浆料池中浆料pH在6.5-11之间动态变化，即根据烟气温度和排放SO2浓度及烟气风量，浆料变频管道泵和喷淋泵按一定流量和喷淋级数提供浆料，当浆料池中浆料pH值由11下降至6.5左右时，排放反应后喷雾液、定量补充新水，使其pH值回复至11，如此反复，保持SO2浓度达标排放、浆料池液位恒定。
3.如权利要求1所述的一种镁基-海水法船用脱硫系统中喷雾浆料pH值控制方法，其特征在于：所述浆料池中浆料pH值恒定，即根据烟气温度和出烟浓度，根据处理烟气风量，通过浆料变频管道泵流量调节和电动蝶阀的开启控制浆料罐中浆料供给量，通过喷淋泵调节控制喷雾流量和喷雾级数，寻求浆料控制与给排水之间的稳态，实现供料、出水和进水三者之间的动态平衡，使浆料pH值稳定，同时保持SO2浓度达标排放和浆料池液位恒定。
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