CN116124939B - 一种脱硫浆液石膏过饱和度及石膏结垢风险评价方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脱硫浆液石膏过饱和度及石膏结垢风险评价方法和系统。过饱和度评价方法包括：获取石膏溶解度确定模型，石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^‑浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；获取目标脱硫浆液的Cl^‑浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2‑浓度；基于目标脱硫浆液的Cl^‑浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2‑浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度。石膏结垢风险评价方法包括：获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度和脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度，进而确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值，进行脱硫浆液石膏结垢风险评价。

Description

一种脱硫浆液石膏过饱和度及石膏结垢风险评价方法和系统

技术领域

本发明属于SCR脱硝技术领域，特别涉及一种适用于SCR脱硝系统的脱硝系统阻力及吹灰效果评价方法和评价系统。

背景技术

石灰石-石膏湿法烟气脱硫是燃煤电厂烟气脱硫的主流工艺，核心原理是把石灰石制成的吸收浆液经由喷淋层雾化喷入脱硫塔内与烟气中的SO₂进行逆向接触吸收，并最终氧化结晶为脱硫石膏。由于脱硫反应是在塔内进行，且反应过程涉及到众多副反应，现有的脱硫在线测点装置及传统的采样化验分析手段，并不能及时有效地获得塔内浆液的品质状况及塔内设备表面结垢的状态。

脱硫浆液石膏(CaSO₄·2H₂O)过饱和度是评估石膏结晶析出及塔内结垢的关键参数，通常认为当脱硫浆液石膏(CaSO₄·2H₂O)过饱和度大于1.3-1.4时便易在塔内各构件表面生成石膏硬垢，影响塔内设备运行。已有对脱硫浆液石膏过饱和度研究中，大多采用平衡法、动力学法等实验手段进行脱硫浆液石膏过饱和度的测量，然而燃煤电厂一般不具备脱硫浆液石膏过饱和度检测能力；个别研究提出脱硫浆液过饱和度的理论计算方法，但其中关键参数获取困难，因此不具备工业适用性。

基于上述存在的实际问题，建立一个可实时评价脱硫浆液中的石膏过饱和度和石膏结垢风险的方法，对于评估脱硫塔内部浆液品质运行状态及脱硫产物形成、指导相应的脱硫工艺调整具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于在湿法脱硫工艺中对脱硫浆液石膏过饱和度、石膏结构结垢风险进行实时监测的方法和系统。

为了实现上述目的，本发明提供了如下四个方面的技术方案。

第一方面，本发明提供了一种脱硫浆液石膏过饱和度评价方法，其中，该方法包括：

获取石膏溶解度确定模型；其中，所述石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^-浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；

获取目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；

基于目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；

基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度。

第二方面，本发明提供了一种脱硫浆液石膏结垢风险评价方法，其中，该方法包括：

获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度；

获取脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度；

基于目标脱硫浆液的石膏过饱和度、脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值；利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价。

第三方面，本发明提供了一种脱硫浆液石膏过饱和度评价系统，其中，该系统包括：

溶解度模型获取模块：用于获取石膏溶解度确定模型；其中，所述石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^-浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；

目标浆液离子浓度获取模块：用于获取目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；

目标浆液溶解度确定模块：用于基于目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；

过饱和度确定模块：用于基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度。

第三方面，本发明提供了一种脱硫浆液石膏结垢风险评价系统，其中，该系统包括：

第一饱和度获取模块：用于获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度；

第二饱和度获取模块：用于获取脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度；

风险评价模块：用于基于目标脱硫浆液的石膏过饱和度、脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值；利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价。

本发明提供的技术方案解决了脱硝系统在实际脱硝的运行中无法对催化层是否堵塞及各吹灰器吹灰效果进行实施有效评估的技术问题。本发明提供的技术方案能够实时评估脱硝系统自身阻力变化，在此基础上能够实时评估吹灰器的吹扫效果，对于评估脱硝系统运行状态、指导相应的脱硝工艺调整具有重要的现实意义。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的脱硫浆液石膏过饱和度评价方法的流程示意图。

图2为本发明一实施例提供的脱硫浆液石膏结垢风险评价方法的流程示意图。

图3为本发明一实施例提供的脱硫浆液石膏过饱和度评价系统的结构示意图。

图4为本发明一实施例提供的脱硫浆液石膏结垢风险评价系统的结构示意图。

图5为本发明实施例1中石膏溶解度的三维响应曲面图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐述本发明的原理和精神。

湿法脱硫工艺中脱硫浆液石膏(CaSO₄·2H₂O)过饱和度是评估石膏结晶析出及塔内结垢的关键参数，然而现有过饱和度评价方法并不适用于在湿法脱硫工艺中对脱硫浆液石膏(CaSO4·2H2O)过饱和度进行实时监测。为了提出一种适用于在湿法脱硫工艺中对脱硫浆液石膏(CaSO₄·2H₂O)过饱和度进行实时监测的方法，发明人从脱硫浆液的主要成分、各离子对石膏过饱和度影响的原理以及基础实验数据出发进行研究，建立了一种便于各燃煤电厂化验人员开展的脱硫浆液石膏过饱和度评价的方法，并提出了一种基于脱硫浆液石膏过饱和度的定量评估脱硫浆液石膏结垢风险的方法，用于指导湿法脱硫的安全有效运行。

参见图1，本发明一具体实施方式提供了一种脱硫浆液石膏过饱和度评价方法，其中，该方法包括：

步骤S1：获取石膏溶解度确定模型；其中，所述石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^-浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；

步骤S2：获取目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；

步骤S3：基于目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；

步骤S4：基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度。

其中，目标脱硫浆液为石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺用脱硫浆液，石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺用脱硫浆液中主要离子种类为Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄ ^2-，通常情况下上述4种离子的质量占总离子质量的90％以上。

一实施例中，步骤S1，获取石膏溶解度确定模型包括：

步骤S11：获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏(CaSO₄·2H₂O)的溶解度；

步骤S12：基于不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度，确定石膏溶解度确定模型；

进一步地，步骤S11，获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度包括：

利用MgCl₂、NaCl和水配置得到不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度的基液；向各基液中加入石膏实现溶解平衡，确定加入石膏实现溶解平衡后的各基液的石膏溶解度以及加入石膏实现溶解平衡后的各基液中的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度，从而实现获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度；

进一步地，不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度为在目标温度下不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度；其中，所述目标温度为48-52℃；

举例而言，利用MgCl₂、NaCl和去离子水混匀配置得到不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度的基液；根据石灰石-石膏湿法烟气脱硫的运行安全性对Cl^-、Mg²⁺浓度的要求，配置的基液中Cl^-的质量浓度不超过36000mg/L，Mg²⁺的质量浓度不超过12000mg/L；基液的数量满足至少5个不同Cl^-浓度与至少5个不同Mg²⁺浓度的梯度组合，即至少25个基液；将所有基液预热至目标温度下(目标温度通常根据脱硫浆液在脱硫塔中的工作温度进行确定，通常情况下脱硫浆液在脱硫塔中的工作温度为48-52℃，在一实施例中为50℃)并恒温保持，将石膏加入各基液中搅拌直至溶解平衡过程完成，利用溶解法或其他方法确定加入石膏溶解平衡后的各基液的石膏(CaSO₄·2H₂O)溶解度；利用离子色谱或其他方法测量加入石膏溶解平衡后的各基液中各离子(Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄ ^2-)的质量浓度，进而利用下述公式确定加入石膏溶解平衡后的各基液中各离子(Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄ ^2-)的摩尔浓度：

其中：m_i为i离子的质量浓度，mg/L；M_i为i离子的摩尔质量，g/mol；C_i为i离子的摩尔浓度，mol/L；i为Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄ ^2-。

一实施例中，石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；a、b、c、d、e、f为系数；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g；

举例而言，石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

一实施例中，步骤S4，基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度通过下述公式实现：

式中，为脱硫浆液中钙离子的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中硫酸根的浓度，mol/L；σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

参见图2，本发明一具体实施方式提供了一种脱硫浆液石膏结垢风险评价方法，其中，该方法包括：

步骤A1：获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度；

步骤A2：获取脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度；

步骤A3：基于目标脱硫浆液的石膏过饱和度、脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值；利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价。

其中，目标脱硫浆液为石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺用脱硫浆液。

一实施例中，步骤A2，脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度为1.3-1.4；进一步地，脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度为1.3。

一实施例中，步骤A3，

通过下述公式确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值：

式中，σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；σ_c为脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度，无量纲；B为脱硫浆液石膏结垢风险值，％；A为系数，取值0.5-0.8(例如0.6)；

其中，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越小，目标脱硫浆液在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险越小；

进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值＜A时，目标脱硫浆液不具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险；

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥A时，目标脱硫浆液具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大结垢风险越大；

更进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢；其中，控制值＞A，具体可根据各电厂的运行经验进行调控；

当判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢时，应进行结垢情况检查及垢物清洁；

再进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大，目标脱硫浆液在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的程度越高。

举例而言，通过下述公式确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值：

进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：当目标脱硫浆液石膏结垢风险值＜60％时，目标脱硫浆液不具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险；当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥60％时，目标脱硫浆液具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大结垢风险越大；更进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢，其中控制值＞60％，具体可根据各电厂的运行经验进行调控(通常取值75％)，当判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢时，应进行结垢情况检查及垢物清洁；再进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大，目标脱硫浆液在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的程度越高。

一实施例中，步骤A1，获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度按照上述实施方式提供的脱硫浆液石膏过饱和度评价方法获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度；具体而言：

步骤A1，获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度包括：

步骤A11：获取石膏溶解度确定模型；其中，所述石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^-浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；

步骤A12：获取目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和A1O₄ ^2-浓度；

步骤A13：基于目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；

步骤A14：基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、A1O₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度。

一实施例中，步骤A11，获取石膏溶解度确定模型包括：

步骤A111：获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏(CaA1O₄·2H₂O)的溶解度；

步骤A112：基于不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度，确定石膏溶解度确定模型；

进一步地，步骤A111，获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度包括：

利用MgCl₂、NaCl和水配置得到不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度的基液；向各基液中加入石膏实现溶解平衡，确定加入石膏实现溶解平衡后的各基液的石膏溶解度以及加入石膏实现溶解平衡后的各基液中的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度，从而实现获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度；

进一步地，不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度为在目标温度下不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度；其中，所述目标温度为48-52℃；

举例而言，利用MgCl₂、NaCl和去离子水混匀配置得到不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度的基液；根据石灰石-石膏湿法烟气脱硫的运行安全性对Cl^-、Mg²⁺浓度的要求，配置的基液中Cl^-的质量浓度不超过36000mg/L，Mg²⁺的质量浓度不超过12000mg/L；基液的数量满足至少5个不同Cl^-浓度与至少5个不同Mg²⁺浓度的梯度组合，即至少25个基液；将所有基液预热至目标温度下(在一实施例中为50℃)并恒温保持，将石膏加入各基液中搅拌直至溶解平衡过程完成，利用溶解法或其他方法确定加入石膏溶解平衡后的各基液的石膏(CaA1O₄·2H₂O)溶解度；利用离子色谱或其他方法测量加入石膏溶解平衡后的各基液中各离子(Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、A1O₄ ^2-)的质量浓度，进而利用下述公式确定加入石膏溶解平衡后的各基液中各离子(Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、A1O₄ ^2-)的摩尔浓度：

其中：m_i为i离子的质量浓度，mg/L；M_i为i离子的摩尔质量，g/mol；C_i为i离子的摩尔浓度，mol/L；i为Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、A1O₄ ^2-。

一实施例中，石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；a、b、c、d、e、f为系数；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g；

举例而言，石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

一实施例中，步骤A14，基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、A1O₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度通过下述公式实现：

式中，为脱硫浆液中钙离子的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中硫酸根的浓度，mol/L；σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

图3是本发明一实施例提供的一种脱硫浆液石膏过饱和度评价系统的结构框图，该脱硫浆液石膏过饱和度评价系统能够实现上述实施实施方式提供的脱硫浆液石膏过饱和度评价方法的步骤；如图3所示，该系统包括：

溶解度模型获取模块31：用于获取石膏溶解度确定模型；其中，所述石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^-浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；

目标浆液离子浓度获取模块32：用于获取目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；

目标浆液溶解度确定模块33：用于基于目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；

过饱和度确定模块34：用于基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度。

其中，目标脱硫浆液为石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺用脱硫浆液。

一实施例中，溶解度模型获取模块31包括：

第一数据获取子模块311：用于获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏(CaSO₄·2H₂O)的溶解度；

溶解度模型确定子模块312：用于基于不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度，确定石膏溶解度确定模型；

进一步地，不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度为在目标温度下不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度；其中，所述目标温度为48-52℃。

一实施例中，石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；a、b、c、d、e、f为系数；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g；

举例而言，石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

一实施例中，过饱和度确定模块34用于通过下述公式确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度：

式中，为脱硫浆液中钙离子的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中硫酸根的浓度，mol/L；σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

图4是本发明一实施例提供的一种脱硫浆液石膏结垢风险评价系统的结构框图，该脱硫浆液石膏结垢风险评价系统能够实现上述实施实施方式提供的脱硫浆液石膏结垢风险评价方法的步骤；如图4所示，该系统包括：

第一饱和度获取模块41：用于获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度；

第二饱和度获取模块42：用于获取脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度；

风险评价模块43：用于基于目标脱硫浆液的石膏过饱和度、脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值；利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价。

其中，目标脱硫浆液为石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺用脱硫浆液。

一实施例中，脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度为1.3-1.4；进一步地，脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度为1.3。

一实施例中，风险评价模块43用于通过下述公式确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值：

式中，σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；σ_c为脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度，无量纲；B为脱硫浆液石膏结垢风险值，％；A为系数，取值0.5-0.8(例如0.6)；

其中，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越小，目标脱硫浆液在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险越小；

进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值＜A时，目标脱硫浆液不具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险；

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥A时，目标脱硫浆液具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大结垢风险越大；

更进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢；其中，控制值＞A，具体可根据各电厂的运行经验进行调控；

当判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢时，应进行结垢情况检查及垢物清洁；

再进一步地，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大，目标脱硫浆液在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的程度越高。

一实施例中，第一饱和度获取模块41包括上述具体实施方式提供的脱硫浆液石膏过饱和度评价系统。

实施例1

本实施例用于对某燃煤电厂脱硫塔中的两组脱硫浆液分别进行石膏过饱和度和石膏结垢风险评价。

具体包括如下步骤：

1、获取石膏溶解度确定模型；其中，石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^-浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；

具体而言：

利用MgCl₂、NaCl和去离子水混匀配置得到6个Cl^-浓度(分别为0mg/L、7100mg/L、14200mg/L、21300mg/L、28400mg/L、35500mg/L)及7个Mg²⁺浓度(分别为0mg/L、1600mg/L、2800mg/L、4000mg/L、6000mg/L、8000mg/L、12000mg/L)的基液，供给42个基液；将所有基液预热至50℃并恒温保持，将石膏加入各基液中搅拌直至溶解平衡过程完成，利用溶解法或其他方法确定加入石膏溶解平衡后的各基液的石膏(CaSO₄·2H₂O)溶解度；利用离子色谱或其他方法测量加入石膏溶解平衡后的各基液中Cl^-、Mg²⁺的质量浓度，进而利用下述公式确定加入石膏溶解平衡后的各基液中各离子Cl^-、Mg²⁺的摩尔浓度：

其中：m_i为i离子的质量浓度，mg/L；M_i为i离子的摩尔质量，g/mol；C_i为i离子的摩尔浓度，mol/L；i为Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄ ^2-；

结果如表1所示。本步骤中使用的MgCl₂、NaCl和石膏纯度均大于99.0％。

表1

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将得到的加入石膏溶解平衡后的各基液中Cl^-、Mg²⁺的摩尔浓度、石膏溶解度数据，以Cl^-摩尔浓度为x坐标、Mg²⁺摩尔浓度为y坐标，石膏溶解度为z坐标，绘制石膏溶解度的三维响应曲面(如图5所示)，并对该曲面进行线性回归；在线性拟合过程中，曲面上的样品数据采用间隔采样方法进行样品数据分类，每隔4个样品数据筛选出1个样品数据为验证组，剩余样品数据为建模组，建模组与验证组的样本数量为4:1；拟合得到的石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g；

对拟合得到的石膏溶解度确定模型进行准确性验证，模型拟合性R²＝0.960、稳健性q²＝0.959、预测性R2 pre＝0.988，满足模型评价指标要求的拟合性R²＞0.85、稳健性q²＞0.5、预测性R2 pre＞0.80的条件；其中R2 pre计算公式与R²相同，只是数据源由建模组更换为验证组数据；

式中，为石膏溶解度模型预测值；S_i为石膏溶解度实验实测值；/>为石膏溶解度实验实测值的平均值。

2、获取目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；具体而言：

分别获取目标燃煤电厂脱硫塔中的两组目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；结果如表2所示。

3、基于目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；具体而言：

分别基于目标燃煤电厂脱硫塔中的两组目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定两组目标脱硫浆液的石膏溶解度；结果如表2所示。

4、基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度；具体而言：

分别基于目标燃煤电厂脱硫塔中的两组目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，利用如下公式确定两组目标脱硫浆液的石膏过饱和度；结果如表2所示：

式中，为脱硫浆液中钙离子的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中硫酸根的浓度，mol/L；σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

5、获取脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度；本实施例中为1.5。

6、基于目标脱硫浆液的石膏过饱和度、脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值；利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价；具体而言：

分别基于目标燃煤电厂脱硫塔中的两组目标脱硫浆液的石膏过饱和度、脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度，利用如下公式确定两组目标脱硫浆液的石膏结垢风险值(结果如表2所示)：

式中，σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；σ_c为脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度，无量纲；B为脱硫浆液石膏结垢风险值，％；

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值＜60％时，目标脱硫浆液不具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险；

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥60％时，目标脱硫浆液具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险，且目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大结垢风险越大；

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥75％时，判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢，且目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大目标脱硫浆液在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的程度越高。

表2

目标燃煤电厂脱硫塔中的两组目标脱硫浆液的石膏过饱和度分别为0.967和1.210，结垢风险值分别为0.275和0.526，不具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种脱硫浆液石膏过饱和度评价方法，其中，该方法包括：

获取石膏溶解度确定模型；其中，所述石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^-浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；

获取目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；

基于目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；

基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度；

其中，获取石膏溶解度确定模型包括：

获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度；

基于不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度，确定石膏溶解度确定模型；

其中，获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度包括：

利用MgCl₂、NaCl和水配制得到不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度的基液；向各基液中加入石膏实现溶解平衡，确定加入石膏实现溶解平衡后的各基液的石膏溶解度以及加入石膏实现溶解平衡后的各基液中的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度，从而实现获取不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度；

其中，石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；a、b、c、d、e、f为系数；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g；

其中，基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度通过下述公式实现：

式中，为脱硫浆液中钙离子的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中硫酸根的浓度，mol/L；σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

2.根据权利要求1所述的方法，不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度为在目标温度下不同Cl^-浓度、Mg²⁺浓度下的石膏的溶解度；其中，所述目标温度为48-52℃。

3.一种脱硫浆液石膏结垢风险评价方法，其中，该方法包括：

获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度；

获取脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度；

基于目标脱硫浆液的石膏过饱和度、脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值；利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价；

其中，通过下述公式确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值：

式中，σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；σ_c为脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度，无量纲；B为脱硫浆液石膏结垢风险值，％；A为系数，取值0.5-0.8；

其中，获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度按照权利要求1或2所述的脱硫浆液石膏过饱和度评价方法获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度为1.3-1.4。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度为1.3。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值＜A时，目标脱硫浆液不具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险；

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥A时，目标脱硫浆液具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大结垢风险越大。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢；其中，控制值＞A。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大，目标脱硫浆液在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的程度越高。

9.一种脱硫浆液石膏过饱和度评价系统，其中，该系统包括：

溶解度模型获取模块：用于获取石膏溶解度确定模型；其中，所述石膏溶解度确定模型为石膏溶解度基于Cl^-浓度和Mg²⁺浓度的计算模型；

目标浆液离子浓度获取模块：用于获取目标脱硫浆液的Cl^-浓度、Mg²⁺浓度、Ca²⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；

目标浆液溶解度确定模块：用于基于目标脱硫浆液的Cl^-浓度和Mg²⁺浓度，利用石膏溶解度确定模型，确定目标脱硫浆液的石膏溶解度；

过饱和度确定模块：用于基于目标脱硫浆液的Ca²⁺浓度、SO₄ ^2-浓度和石膏溶解度，确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度；

其中，石膏溶解度确定模型为：

式中，为脱硫浆液中Cl^-的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中Mg²⁺的浓度，mol/L；a、b、c、d、e、f为系数；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g；

其中，过饱和度确定模块用于通过下述公式确定目标脱硫浆液的石膏过饱和度：

式中，为脱硫浆液中钙离子的浓度，mol/L；/>为脱硫浆液中硫酸根的浓度，mol/L；σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；S为脱硫浆液的石膏溶解度，g/100g。

10.一种脱硫浆液石膏结垢风险评价系统，其中，该系统包括：

第一饱和度获取模块：用于获取目标脱硫浆液的石膏过饱和度；

第二饱和度获取模块：用于获取脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度；

风险评价模块：用于基于目标脱硫浆液的石膏过饱和度、脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值；利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价；

其中，风险评价模块用于通过下述公式确定目标脱硫浆液石膏结垢风险值：

式中，σ为脱硫浆液的石膏过饱和度，无量纲；σ_c为脱硫浆液中石膏结垢临界饱和度，无量纲；B为脱硫浆液石膏结垢风险值，％；A为系数，取值0.5-0.8；

其中，第一饱和度获取模块包括权利要求9所述的脱硫浆液石膏过饱和度评价系统。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值＜A时，目标脱硫浆液不具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险；

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥A时，目标脱硫浆液具有在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的风险，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大结垢风险越大。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，判定目标脱硫浆液已经在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢；其中，控制值＞A。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，利用目标脱硫浆液石膏结垢风险值进行脱硫浆液石膏结垢风险评价包括：

当目标脱硫浆液石膏结垢风险值≥控制值时，目标脱硫浆液石膏结垢风险值越大，目标脱硫浆液在脱硫塔内构件表面产生石膏结垢的程度越高。