CN103463959A - 具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样素统，属于环保测量器具领域，与现有技术不同，不是把它的pH计的电极放在常规检测位置，而是设置在本发明的pH值采样系统中，使得pH计电极尽可能地不接触或尽量少接触脱硫淤浆进行取样，防止pH计的电极被脱硫浆液污染或被包裹，延长了pH计的检定周期，提高了使用寿命。其中，淤浆堵塞清除器是由金属管构成的，管内壁表面经过研磨、抛光处理，并在所述管的侧壁加工2个以上与该管侧面法线成100°～170°角的斜孔，并且斜孔为通孔，其孔壁表面应经过研磨、抛光处理。通常，把它固定在支承架上，并且把该支承架固定在所述采样装置的圆桶形容器内使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种锅炉排烟脱硫液的pH值采样系统，特别是涉及一种具有脱硫液沉淀澄清和防淤浆堵塞等多功能的锅炉排烟脱硫液的pH值采样系统，属于环境保护的测量器具技术领域。它不但可以对锅炉排烟脱硫液的pH值进行适时采样，实现pH值的连续、稳定、准确的测量，而且能够降低运行成本，减轻操作人员的负担，延长pH计的使用寿命。
背景技术
目前锅炉排烟脱硫及其相关的测量器具技术已经成为国际上研究的热门课题之一。众所共知，脱硫系统的PH值是锅炉排烟脱硫系统运行中的一个关键参数，PH值的高低不仅与SO2的吸收率和脱硫剂利用率有关，还涉及到系统某些装置的腐蚀与脱硫液的颗粒沉淀问题。众所共知，在锅炉排烟脱硫系统中，随着脱硫剂(例如：Mg(OH)2或MgO等)的加入，脱硫塔内部的浆液PH值将上升。高PH值的脱硫浆液环境有利于SO2的吸收，但是脱硫吸收剂的利用率并不会随着浆料PH值的上升而无限地升高，在达到一定的PH值后即呈现饱和状态。如果浆料PH值过高，则会影响到反应中(例如：Mg(HSO3)2)的生成，降低吸收剂的利用率，同时SO3 2-的大量生成，会使系统磨损和脱硫液沉淀的增强；如果PH值偏低，则脱硫效率偏低，设备的腐蚀率也会加大。
在采用湿法脱硫(例如：氢氧化镁(Mg(OH)2)脱硫法或MgO脱硫法)的锅炉排烟脱硫设备中，绝大多数pH计是在线进行脱硫剂(例如：Mg(OH)2脱硫剂)的消耗监测管理。中国的pH计大都安装在浆料池中，例如申请号为201110039832.0和201120040941.X的中国专利，也有安装在储液槽的浆料出口管路上，例如申请号为200920187202.6的中国专利。遗憾的是，因为大多数脱硫浆液(例如：氢氧化镁脱硫浆液)，很容易附着在pH计的电极表面上，所以pH计电极很容易被脱硫剂(例如：氢氧化镁脱硫浆)污染或包裹在电极表面上。因此，为了使pH计的测量准确度维持在一定的水平上，必须对pH计的电极频繁地进行酸洗以及进行短周期检定、校准。在目前锅炉排烟脱硫领域，常规的方法是采用4％浓度的盐酸清洗电极表面：国内通常每星期清洗1次，而国外先进国家大都每天清洗1次，并且要经常对pH计进行检定、校准，通常国外先进国家的检定、校准周期是每星期1次，而国内通常每3个月进行1次。总之，这是一项极其耗资、耗时、费力、繁杂的工作，并且离线检定、校准方式不可避免地要中断一段时间对pH值的监测，显然还将影响脱硫效果，同时采用盐酸清洗电极表面也将减少pH计的电极的使用寿命。上述工作都将给操作员和管理者带来沉重的负担。
据最近对国内、外科技文献的查新表明，国际上关于pH计在线快速清洗技术的资料凤毛麟角，国内的相关资料几乎是空白，国外的科技文献也少得可怜。仅日本有一点报道，例如日本横河电机公司利用程序控制法，定时自动地把pH计的电极从氢氧化镁脱硫浆液面提起，然后自动地转入清洗槽，利用清洗液洗干净后，再自动地返回原测量位置，重新开始监测。虽然该装置技术先进，但是其价格高昂，并且不能在线实现pH值的连续、稳定、准确的测量。
那么我们不仅要问，关于pH计的电极污染或脱硫淤浆包裹的处理问题，能否能换一种角度思考和解决呢？“是否能绕开当前的某些技术堡垒，另外开辟新径呢？即不再对pH计电极的快速清洗技术，下太大工夫，而是在脱硫浆液pH值的采样位置以及在pH值采样系统上做文章呢？换言之，设法绕过困难重重的pH计快速清洗技术，另外开辟一条路径——研制出具有脱硫浆液沉淀澄清和防淤浆堵塞的多功能锅炉排烟脱硫液pH值采样系统，即在满足取样原理的前提条件下，使得pH计不接触或少接触脱硫淤浆，从而减少了pH计电极被脱硫浆液包裹或被污染的几率，因此可以减少pH计电极的清洗次数，延长pH计的检定、校准周期。”
查阅近期国内、外科技文献表明，具有脱硫浆液沉淀澄清和防淤浆堵塞功能的锅炉排烟脱硫液pH值采样系统的技术资料，目前国内、外还没有报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有脱硫浆液沉淀澄清和防淤浆堵塞功能的锅炉排烟脱硫液pH值的采样系统。pH计的电极并不是放在排烟脱硫液的常规检测位置——吸收塔的脱硫浆液泵管路采样口，而是设置在具有脱硫浆液沉淀澄清和防淤浆堵塞的排烟脱硫液pH值的采样系统内。它能够解决目前锅炉排烟脱硫设备中pH计的电极很容易被碱性脱硫淤浆包裹或被淤浆污染问题以及需要频繁地检定、校准的困难，例如氢氧化镁淤浆对pH计电极的污染以及需每3个月进行1次检定、校准等问题。
本发明的目的是这样实现的：与现有技术不同，并不是把pH计的电极放在常规检测位置——吸收塔的脱硫剂泵管路采样口，而是设置在具有脱硫浆液沉淀澄清和防淤浆堵塞功能的排烟脱硫液pH值采样系统中。也就是说，设计一种新型的pH值采样系统，它具有澄清浆液功能和清除淤浆堵塞功能的装置和子系统。换言之，本发明通過采用间接的方法——在满足取样原理的前提条件下，使得pH计电极尽可能地不接触或尽量少接触脱硫淤浆进行取样，例如对碱性脱硫浆液进行适时采样，减少氢氧化镁脱硫淤浆附着在pH计的电极上的概率，防止pH计的电极被脱硫浆液污染或被包裹，从而延长了pH计的检定、校准周期，提高了pH计的使用寿命。
如图1和图2所示，具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统包括容器盖和上段、下段三大部分：它的上段部分的外形呈圆桶形，其下段部分的外形呈倒圆锥形的，容器盖呈圆板形，它们是由金属材料构成的。上段部分和下段部分依次连接，而容器盖覆盖并固定在上段部分之上。在下段部分的底端安装一根具有排放量调节阀的脱硫淤浆排出管，由透明材料构成的，例如：有机玻璃、硼硅酸玻璃、石英玻璃等。在该采样容器上段部分的圆桶侧面处装备了一根具有流量调节阀的脱硫浆液输入管.脱硫浆液输入管的一端通过输入阀门(图中没有示出)与脱硫吸收塔(图中没有示出)相连。脱硫浆液输入管的另一端与漩涡产生管相通。漩涡产生管是一根短管，并且沿上段部分的圆桶圆周方向安装，或者采取类似与离心风机的结构，由多根均匀分布的短管构成，并且分别沿上段部分的圆周方向安装。当图1中的箭头方向所示的脱硫浆液，经过流量调节阀、输入管，以一定压力从管流出时，则如图2所示，在上段部分的圆周方向形成了漩涡，迫使采样装置内的脱硫浆液产生了一种沿着采样装置圆桶的内壁圆周旋转的液流，圆桶内的液体也不同程度地跟着旋转，离圆桶内壁愈远，则液流的旋转愈小。由于离心力的作用以及重力的作用，导致脱硫浆液中的某些固体颗粒沉淀，成为淤浆沉积在采样装置的倒圆锥形的部分中，而脱硫浆液上层的液体经过沉淀而澄清。利用管路把少量澄清的脱硫浆液输送给pH计使用，即仅有少量的经过沉淀而澄清的脱硫浆液从该管路进入pH计电极的检验槽。该管路的一端是圆锥形收集口，特别是该收集口位于澄清的脱硫浆液区，并且其轴线与淤浆堵塞清除器的轴线共线。这样一来，因为该收集口处的经过澄清的脱硫浆液，其旋转的角速度接近于零，所以进入该收集口的采样脱硫浆液中的固体颗粒颇少，接近于零。该管路的另一端与一个调整阀门相连。而上述收集口位于采样装置的脱硫浆液上层的液体——澄清的脱硫浆液中。
在收集口和阀门之间，在与地面垂直的方向上设置了溢气管，以便防止管内残存过多的气体，影响pH值的正常检测。溢气管的高度必须大于采样装置中脱硫浆液液面之最高值，否则，由于脱硫浆液的虹吸效应，将带来不良的后果。在圆桶形容器上半部分设置了溢流排放管，以便防止澄清的脱硫浆液的液位过高，从而避免脱硫浆液溢出采样装置，带来不良影响。
若把pH计的电极置于检验槽中，则检验槽中的被测脱硫浆液的pH值与圆桶形装置中的澄清脱硫浆液的pH值相同。该检验槽也安装了溢流管、缓冲集液槽、溢流排放管。在pH计的检验槽系统中还设置了被测脱硫浆液的排放流量调节阀，被测脱硫浆液的循环流量调节阀。它们可以调控脱硫浆液流量，并且使其返回脱硫吸收塔(图中没有示出)。
在具有脱硫浆液沉淀澄清和防淤浆堵塞的排烟脱硫液pH值的采样装置中专门装备了淤浆堵塞清除器，而淤浆堵塞清除器被安装支承架上，并且把该支承架固定在上述采样装置的上段部分区的圆桶形容器内。
淤浆堵塞清除器的结构如下：它是由316L材料的不锈钢管构成的，不锈钢管的内径应大于￠35mm，并且管内壁表面应经过研磨、抛光处理，表面光滑如镜。在不锈钢管的四周应该加工许多(2个以上的)与该管侧面法线成100°～170°角的斜孔53，最好是成135°角。其斜孔孔径应不小于￠5mm，并且斜孔的孔壁表面应经过研磨、抛光处理。可利用上述的支承架把淤浆堵塞清除器的不锈钢管外壁固定在圆桶侧面处，并且应该使此不锈钢管的轴线与其连接的管路轴线共线，此外应该使此不锈钢管的底端与下段部分的倒圆锥形容器的出口保持一定的间隔，通常其间隔应不小于10mm。
当脱硫浆液中的某些微小的固体颗粒进入淤浆堵塞清除器的不锈钢管内，并沉淀和堆集于该管内。由于淤浆堵塞清除器的特殊结构产生的表面张力之影响以及光滑如镜的表面，淤浆不能完全堵塞不锈钢管的四周的每个斜孔，并且每个斜孔也不可能完全被淤浆填平，因此，当排烟脱硫液pH值的采样装置下段部分底端的排放量调节阀全部打开时，即流量最大时，较大的压差将产生巨大的冲刷力，从而使得某些斜孔内的淤浆被冲刷掉，并且将发生连锁反应，几乎各个斜孔内的淤浆都将被冲刷掉，最终导致在该不锈钢管内的淤浆以及位于不锈钢管和倒圆锥形容器侧面之间的淤浆也几乎完全被冲刷掉。
本发明的有益效果如下：
本发明绕开当前的一些技术堡垒，另开辟了一种在pH值采样系统上下工夫的创新思路：与现有技术不同，不是在pH计电极的快速清洗技术想办法，而是在脱硫浆液pH值的采样位置以及在pH值采样系统上下工夫，研制出一种具有脱硫浆液沉淀澄清和防淤浆堵塞的多功能锅炉排烟脱硫液pH值采样系统。它在满足取样原理的前提条件下，使得pH计电极尽可能地不接触或少接触脱硫淤浆，从而减少pH计电极被脱硫浆液包裹或被污染的几率，因此减少了pH计电极的清洗次数，延长了pH计的检定、校准周期。据不完全统计，采用本发明的装置可以使得脱硫浆液中的固体颗粒减少85％以上，大大减少了pH计电极被污染的概率。通常，pH计电极清洗次数可减少60％以上，因此，也延长了pH计电极的使用寿命，增大了pH计的标定周期。与常规方法相比，通常可改善3～5倍，显然大幅度地降低了pH运行和维护成本。
附图说明
图1是具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统的结构示意图。
图2是示于图1的pH值采样系统结构的A-A剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图1附图2和附图2及实施例对本发明做进一步描述；本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统100是由pH值采样装置50和pH值检测装置51两大部分构成。其中，它的pH值采样装置50包括容器盖1、上段部分2和下段部分3。它的上段部分2的外形呈圆桶形，其下段部分3的外形呈倒圆锥形的，容器盖1呈圆板形，它们皆是由金属材料构成的。上段部分2和下段部分3依次连接，而容器盖1覆盖并固定在上段部分2上。
在下段部分3的底端安装一根具有排放量调节阀4的脱硫淤浆排出管5，它的材质可以是金属材料，也可以是非金属材料，最好是透明的非金属材料，例如：有机玻璃、硼硅酸盐玻璃、石英玻璃、聚碳酸酯塑料等，但是推荐采用透明的非金属材料。这因为透明的非金属材料可以一目了然地看到脱硫淤浆排出管5和管32中是否充满了淤浆？是否应该启动排放量调节阀4排除其中的淤浆？
在该采样容器上段部分2的圆桶侧面6处装备了一根具有流量调节阀7的脱硫浆液输入管8。脱硫浆液输入管8的一端9通过输入阀门(图中没有示出)与脱硫吸收塔(图中没有示出)相连。脱硫浆液输入管8的另一端10与漩涡产生管11相通。漩涡产生管11是一根短管，与管10形成一定角度，并且还可以沿上段部分2的圆桶圆周方向安装，或者采取类似与离心风机的结构，由多根均匀分布的短管构成，并且分别沿上段部分2的圆周方向安装。当示于图1之中的箭头12方向的脱硫浆液，经过流量调节阀7、输入管8，以一定压力从管11流出时，则如图2所示，在上段部分2的圆周方向形成了漩涡27，迫使采样装置100内的脱硫浆液13产生了一种沿着采样装置圆桶的内壁圆周旋转的液流27，圆桶内的液体13也不同程度地跟随着旋转，离圆桶的中心愈近，则液流的切向线速度愈小。显然，由于离心力的作用以及重力的作用，脱硫浆液13中的某些固体颗粒将发生沉淀，成为淤浆26沉积在采样装置100的倒圆锥形部分3中，而位于脱硫浆液13上层的液体都是经过沉淀而澄清的脱硫浆液28，在澄清的脱硫浆液28中的固体颗粒含量甚少。
14是淤浆堵塞清除器，25是淤浆堵塞清除器14的支承架。淤浆堵塞清除器14被固定在支承架25上，并且把该支承架25固定在上述采样装置的上段部分区2的圆桶形容器内。
管路16是供给pH计使用的澄清的脱硫浆液28之管路，即仅有一小部分经过沉淀而澄清的脱硫浆液28从管路16进入pH计电极的检验槽21中。管路16的上端是圆锥形收集口15，特别重要的是该收集口15必须位于脱硫浆液13上层的液体——澄清的脱硫浆液28中，即位于固体颗粒含量甚少的经澄清的脱硫浆液区，并且圆锥形收集口15的轴线应该与淤浆堵塞清除器14的对称轴线共线。这样一来，因为位于该圆锥形收集口15处的脱硫浆液13旋转的切向线速度接近于零，所以由于重力的作用，使得进入该圆锥形收集口15的采样脱硫浆液中所包含的固体颗粒颇少，几乎接近于零。而管路16的另一端——下端52与阀门19相连。
在圆锥形收集口15和阀门19之间在与地面垂直的方向上设置了溢气管18，以便防止在管16内残存气体。此外，溢气管18的高度必须大于采样装置100的脱硫浆液28液面之可能达到的最高位置。否则，由于虹吸效应，可能导致脱硫浆液28大量流出，将带来某些不良的后果。17是采样装置100的圆桶形容器之溢流排放管，它的上端应高于或等于脱硫浆液28液面可能达到的最高位置。
淤浆堵塞清除器14的结构如下：它是由金属材料，例如316L不锈钢管构成的，管的内径应大于￠35mm，并且其管内壁表面应经过研磨、抛光处理，表面光滑如镜。在该不锈钢管的侧壁表面应该加工2个以上的与该管侧面法线成100°～败170°角的斜孔53，最好是成135°角。斜孔53的直径应不小于￠5mm，并且斜孔53为通孔，其孔壁表面应经过研磨、抛光处理。此外，应利用支承架25把淤浆堵塞清除器14的不锈钢管外壁固定在圆桶侧面6处，并且应该使此不锈钢管的轴线与连接管32的轴线共线，另外，还应该使此不锈钢管的底端与采样容器下段部分3的倒圆锥形容器的出口保持一定的间隔，通常其间隔应不小于10mm。
当脱硫浆液13中的某些微小的固体颗粒进入淤浆堵塞清除器14的不锈钢管内，并沉淀，沉集于该管内时，由于淤浆堵塞清除器14的特殊结构产生的表面张力以及光滑如镜的表面之影响，使得淤浆不能完全堵塞不锈钢管的四周的每个斜孔，并且每个斜孔也不可能完全被淤浆填满。因此，当下段部分3底端的排放量调节阀4全部打开，脱硫浆液13流量很大时，巨大的冲刷力使得某些斜孔内的淤浆被冲刷掉，同时还会发生连锁反应，使得全部斜孔内的淤浆几乎全被冲刷掉，最后导致不锈钢管内的淤浆以及在不锈钢管和倒圆锥形容器侧面之间的淤浆几乎被完全冲刷掉。
pH值检测装置51是由pH计54、pH计的电极20、检验槽21、被测脱硫浆液29、溢流管22、缓冲集液槽23、溢流排放管24等构成的。
其中，pH计的电极20置于检验槽21中，检验槽21中的被测脱硫浆液29的pH值与圆桶形装置中的经过沉淀而澄清脱硫浆液28的pH值相同。22是检验槽21的溢流管。23是缓冲集液槽，24是溢流排放管、被测脱硫浆液29的排放流量调节阀30、被测脱硫浆液29的循环流量调节阀31。排放流量调节阀30和被测脱硫浆液的循环流量调节阀31同时还担负了被测脱硫浆液29中固体颗粒的排除任务。
30是被测脱硫浆液29的排放流量调节阀，31是被测脱硫浆液29的循环流量调节阀，它可以调控脱硫浆液29流量，并且使其返回脱硫吸收塔(图中没有示出)。
Claims (10)
1.具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统是由pH值采样装置(50)和pH值检测装置(51)两大部分构成，而其中pH值采样装置(50)是由容器盖(1)、上段部分(2)和下段部分(3)构成的，其特征在于：它的上段部分(2)的外形呈圆桶形，而其下段部分(3)的外形呈倒圆锥形的，容器盖(1)呈圆板形，上段部分(2)和下段部分(3)依次连接，而容器盖(1)覆盖在上段部分(2)上。
2.根据权利要求1所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，其特征在于：在pH值采样装置(50)的下段部分(3)的底端安装一根具有排放量调节阀(4)的脱硫淤浆排出管(32)、(5)。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，其特征在于：脱硫淤浆排出管(32)是由透明的非金属材料构成的。
4.根据权利要求1和权利要求2所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，其特征在于：在采样容器上段部分(2)的圆桶侧面(6)处装备了一根具有流量调节阀(7)的脱硫浆液输入管(8)，脱硫浆液输入管(8)的一端(9)通过输入阀门与脱硫吸收塔相连，脱硫浆液输入管(8)的另一端管(10)与漩涡产生管(11)相通。
5.根据权利要求1和权利要求4所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，其特征在于：漩涡产生管(11)是一根短管，与管(10)形成一定角度，并且还可以沿上段部分(2)的圆桶圆周方向安装漩涡产生管(11)是一根短管，并且沿上段部分(2)的圆桶圆周方向安装。
6.根据权利要求1所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，其特征在于：淤浆堵塞清除器(14)被固定在支承架(25)上，并且把该支承架(25)固定在所述采样装置(50)的上段部分区(2)的圆桶形容器内。
7.根据权利要求1和权利要求6所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，其特征在于：淤浆堵塞清除器(14)是由金属管构成的，并且其管内壁表面应经过研磨、抛光处理，表面光滑如镜，在所述金属管的侧壁表面加工2个以上的与该管侧面法线成100°～170°角的斜孔(53)，并且斜孔(53)为通孔，其孔壁表面应经过研磨、抛光处理。
8.根据权利要求1和权利要求6所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，其特征在于：淤浆堵塞清除器(14)的金属管的轴线与连接管(32)的轴线共线，所述的金属管的底端与采样容器下段部分(3)的倒圆锥形容器的出口保持一定的间隔。
9.根据权利要求1和权利要求2所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，管路(16)是供给pH计使用的澄清的脱硫浆液(28)进入pH计电极的检验槽(21)之管路，管路(16)的上端是圆锥形收集口(15)，其特征在于：收集口(15)必须位于脱硫浆液(13)上层的液体——澄清的脱硫浆液(28)中，并且圆锥形收集口(15)的轴线应该与淤浆堵塞清除器(14)的对称轴线共线。
10.根据权利要求1和权利要求2所述的具有澄清浆液和防淤浆堵塞的脱硫液pH值采样系统，其特征在于：管路(16)的一端是圆锥形收集口(15)，管路(16)的另一端与阀门(19)相连，在收集口(15)和阀门(19)之间在与地面垂直的方向上设置了溢气管(18)，溢气管(18)的高度必须大于采样装置(50)的脱硫浆液(28)液面之最高位置。
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