CN116251466A - 一种基于pH值回调的脱硫浆液盲区封闭程度判定方法 - Google Patents

一种基于pH值回调的脱硫浆液盲区封闭程度判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业烟气脱硫处理技术领域，旨在提供一种基于pH值回调的脱硫浆液盲区封闭程度判定方法。包括：从石灰石‑石膏湿法脱硫装置中取样，分为两份原始浆液；向其中一份加入酸液调整pH值至5.0，并记录回调至5.5所用的时间T1；向另一份中加入强碱脱盲，然后再加入酸液调整pH值至5.0，并记录回调至5.5所用的时间T0；计算脱硫浆液盲区封闭程度ω＝(1‑T0/T1)×100％，根据其数值判定盲区浆液中石灰石溶解受阻程度。本方法通过直接研究盲区浆液中石灰石封闭特性，与间接法相比更直观且更有可比性；操作起来简单有效，采用强碱脱盲能够排除相关干扰；使用pH值回调区间内变动时间反映石灰石溶解速率，能直接反映脱硫浆液盲区导致石灰石溶解受阻的关键影响。

Description

一种基于pH值回调的脱硫浆液盲区封闭程度判定方法
技术领域
本发明涉及一种基于pH值回调的脱硫浆液盲区封闭程度判定方法，属于工业烟气脱硫处理技术领域。
背景技术
燃煤烟气石灰石-石膏湿法脱硫工艺广泛应用于大型燃煤发电机组和钢铁企业等，其主要优势是技术成熟、煤种负荷适应性强且兼具深度脱硫潜力。由于煤炭市场价格变动较大导致到厂煤品质与设计偏差较大，部分脱硫系统容易发生浆液中石灰石进入反应盲区的异常工况。当脱硫浆液进入反应盲区后，投入系统的石灰石(CaCO3)溶解反应受阻、活性下降，而且在加大供浆量时pH值不仅无法快速上升，甚至会导致脱硫浆液pH持续下降；导致生产装置的脱硫效率下降，严重时还会发生烟气SO2排放超标问题。
在目前的脱硫工艺中，氟化铝致盲是导致脱硫浆液盲区异常的主要原因。电除尘后烟气粉尘含量高或重金属成份高，会在吸收塔浆液内形成稳定的化合物AlFn(n一般为2～4)，该化合物附着在石灰石颗粒表面后会直接影响石灰石颗粒的溶解和反应。一旦出现氟化铝致盲，就会发生石灰石供浆对pH值调节失效，此时只能费时费力地置换大量浆液。由于现有研究中对置换效果和浆液活性恢复情况也没有可靠的评判依据，也常出现置换不及时导致脱硫出口SO2浓度瞬时值超标，以及置换过度导致脱硫系统经济性大大下降的情况。
现有研究缺乏针对石灰石湿法脱硫浆液盲区封闭程度的直接有效评价方法，在实际工作中往往只能全凭经验处置脱硫浆液盲区，而间接评价浆液盲区的方法(例如通过脱硫石灰石供浆量和浆液pH值的变动关系比较等)则由于不同脱硫系统运行工况的差异，准确性和可比性都很差。因此，极大限制了湿法脱硫系统运行的安全性和经济性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于pH值回调的脱硫浆液盲区封闭程度判定方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种基于pH值回调的脱硫浆液盲区封闭程度判定方法，包括以下步骤：
(1)从石灰石-石膏湿法脱硫装置中获取脱硫浆液样品，平均分为两份，作为原始浆液；
(2)在搅拌和实时测量pH值的条件下，向其中一份原始浆液中加入酸液调整pH值至回调区间的下限值5.0，并开始计时；随着浆液中石灰石自然溶解pH值逐渐上升，待达到回调区间的上限值5.5时，记录回调过程所用时间为T1；
(3)在搅拌和实时测量pH值的条件下，向另一份原始浆液中加入强碱并调整pH值至10.0以上；再加入酸进行中和，得到脱盲后浆液；
然后参照步骤(2)的操作对脱盲后浆液进行测量，获得相同回调过程所用的时间为T0；
(4)计算脱硫浆液盲区封闭程度ω＝(1-T0/T1)×100％，根据下述方式判定盲区浆液中石灰石溶解受阻程度：
(a)若浆液盲区封闭程度数值ω≥30％，表明石灰石-石膏湿法脱硫装置中的浆液反应已经进入盲区，石灰石的溶解速率下降较多；
(b)若浆液盲区封闭程度数值ω＜30％，表明石灰石-石膏湿法脱硫装置中的浆液反应盲区不明显，石灰石的溶解速率正常。
作为本发明的优选方案，在步骤(2)～(3)中，采用在线pH表实时测量pH值；在线pH表的分辨率0.01、灵敏度±0.1。
作为本发明的优选方案，在步骤(2)～(3)中，控制搅拌转速为250r/min。
作为本发明的优选方案，在步骤(3)中，所用强碱的用量应能调整原始浆液的pH值至10.0以上。
作为本发明的优选方案，在步骤(3)中，在加酸进行中和时，控制加酸量等于步骤(3)中强碱用量，以防止铝离子重新水解后包裹石灰石再次致盲。
作为本发明的优选方案，所述强碱是浓度为0.1mol/L的NaOH溶液。
作为本发明的优选方案，所述酸液是浓度为0.1mol/L的盐酸溶液。
发明原理描述：
在石灰石湿法脱硫工艺中，AlFn络合物的形成和稳定，与浆液pH值有着直接关系。脱硫正常运行时pH值在5.0-6.0之间，此时生成的AlFn络合物会包裹住石灰石，使石灰石的溶解速率下降，浆液反应将进入盲区。由于在强碱性环境和强酸性环境下，AlFn络合物都将会被破坏。脱盲过程中加入等量酸来中和强碱，所以浆液样品pH值不至于过低，此时Al将以AlFn和Al(OH)3等形式的水解络合物稳定存在于浆液中，不会被强酸破坏。因此浆液中的Al不会再次随着石灰石的溶解而水解之后包裹石灰石，故石灰石活性恢复，因而完成了脱盲。
盲区浆液pH值回调是指：向浆液样品中滴加一定量的盐酸后，浆液的pH值会变小。但随着浆液中石灰石自然溶解，浆液的pH值又会逐渐上升一定幅度，本发明将该过程称之为pH值回调。
脱硫浆液进入反应盲区后，石灰石的溶解速率会显著下降。而盲区浆液中石灰石溶解速率下降的程度，即为本发明所说的脱硫浆液盲区封闭程度。在深入研究后发现，通过比较脱盲前后浆液pH值回调变动的时间，能够得出石灰石溶解速率差异，然后可以将该时间用于评价脱硫浆液盲区封闭程度。
本发明的方法可以及时确定脱硫浆液盲区封闭程度，预警脱硫浆液盲区异常并指导高效置换异常脱硫浆液，从而减少机组出口SO2浓度超标次数且大大提高脱硫浆液盲区异常处置经济性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本方法通过直接研究盲区浆液中石灰石封闭特性，与间接法相比更直观且更有可比性；
2、本方法操作起来简单有效，具有基本化学仪器操作技能人员就能完成，不需要丰富脱硫运行经验或复杂逻辑判断来实现；
3、本方法采用强碱脱盲，脱盲前后的浆液样品中F、CaCO3等成分不受影响，因此本方法能够排除相关干扰；
4、使用pH值回调区间内变动时间来反映石灰石溶解速率，能直接反映脱硫浆液盲区导致石灰石溶解受阻的关键影响。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
本发明各实施例和对比例中的#1脱硫盲区浆液、#2脱硫盲区浆液和#3脱硫正常浆液，均取自浙能长兴电厂的燃煤烟气石灰石-石膏湿法脱硫装置。
实施例1：
按照GB/T 5762-2012《建材用石灰石、生石灰和熟石灰化学分析方法》的规定，测得#1脱硫盲区浆液中的CaCO3含量为20.45％。
同时量取2份各50mL浆液样品，精确称量到0.1mL，分别置于250mL烧杯中。加入去离子水，将两份浆液样品定容到250mL，在室温下设置磁力搅拌速度为250r·min-1。
选用分辨率0.01、灵敏度±0.1的在线pH表计插入其中一份浆液样品，实时显示浆液样品当前pH值。用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸，待浆液pH值到5.0时开始计时，浆液pH值回调到5.5时计时为13.25s。
将在线pH表计清洗后插入另一份浆液样品，实时显示浆液样品当前pH值。用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的NaOH溶液，调整pH值为10.3，稳定5min，再用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸进行中和。继续用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸，待浆液pH值到5.0时开始计时，浆液pH值回调到5.5时计时6s。
pH值回调区间上限取5.5，计算#1脱硫盲区浆液封闭程度为54.72％。
实施例2：
按照GB/T 5762-2012《建材用石灰石、生石灰和熟石灰化学分析方法》的规定，测得#2脱硫盲区浆液中的CaCO3含量为9.28％。
同时量取2份各50mL浆液样品，精确称量到0.1mL，分别置于250mL烧杯中。加入去离子水，将两份浆液样品定容到250mL，在室温下设置磁力搅拌速度为250r·min-1。选用分辨率0.01，灵敏度±0.1在线pH表计插入其中一份浆液样品，实时显示浆液样品当前pH值。用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸，待浆液pH值到5.0时开始计时，浆液pH值回调到5.5时计时46.5s，浆液pH值回调到6.0时计时145s。
在线pH表计清洗后插入另一份浆液样品，实时显示浆液样品当前pH值。用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的NaOH溶液，调整pH值为10.5，稳定5min，再用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸进行中和。继续用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸，待浆液pH值到5.0时开始计时，浆液pH值回调到5.5时计时28.5s。
pH值回调区间上限取5.5时，计算#2脱硫盲区浆液封闭程度为38.71％。
对比例1：
按照GB/T 5762-2012《建材用石灰石、生石灰和熟石灰化学分析方法》的规定，测得#3脱硫正常浆液中的CaCO3含量为10％。
同时量取2份各50mL浆液样品，精确称量到0.1mL，分别置于250mL烧杯中。加入去离子水，将两份浆液样品定容到250mL，在室温下设置磁力搅拌速度为250r·min-1。选用分辨率0.01，灵敏度±0.1在线pH表计插入其中一份浆液样品，实时显示浆液样品当前pH值。用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸，待浆液pH值到5.0时开始计时，浆液pH值回调到5.5时计时19s。
在线pH表计清洗后插入另一份浆液样品，实时显示浆液样品当前pH值。用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的NaOH溶液，调整pH值为11.0，稳定5min，再用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸进行中和。继续用滴定管向样品中加入5mL浓度为0.1mol/L的盐酸，待浆液pH值到5.0时开始计时，浆液pH值回调到5.5时计时15s。
pH值回调区间上限取5.5时，计算#3脱硫正常浆液封闭程度为21.05％。
结果和分析结论
表1实施例和对比例的测试结果
Figure SMS_1
通过表1可以看出：
实施例1、2盲区浆液的pH值5.5回调时间T1均分别大于实施例1、2脱盲后浆液的回调时间T0，并以此为依据计算得#1、#2盲区浆液封闭程度ω1、ω2分别为54.72％和38.71％。依据本发明方法的判定原则ω≥30％时浆液石灰石溶解反应已经进入盲区。而对比例1中正常浆液脱盲后浆液回调时间T0与脱盲前回调时间T1相差仅4s，浆液封闭程度ω为21.05％，依据本发明方法的判定原则ω＜30％，此时浆液石灰石溶解反应正常。说明用强碱来对浆液脱盲并基于pH值回调的浆液封闭程度判定方法有效。
本发明的应用方法示例：
在判定脱硫浆液盲区封闭程度之后，基于判断结果可以实现以下应用：
1、解决浆液进入反应盲区后未及时处置，导致脱硫出口SO2浓度瞬时值超标的问题。
本方法可用于浆液盲区预警。通过利用本方法定期浆液手工操作得到浆液封闭程度ω，再结合本方法的判定原则ω≥30％时即为浆液进入反应盲区；或者通过利用仪器自动进样分析，能实时在线监测和判断脱硫浆液是否进入反应盲区。尽早判断出浆液盲区有助于准确判断参数异常原因，及时干预，避免异常扩大。
2、解决置换过度导致脱硫系统经济性大大下降的问题。
本方法还可用于指导故障恢复阶段的经济运行。浆液盲区处置过程中，大量置换浆液会有大量能耗和难处理的脱硫废水，对机组脱硫经济运行有很大影响。尽早判断出浆液是否脱离盲区，有助于及时恢复机组设备正常运行方式，提高处置过程经济性。

Claims (7)

1.一种基于pH值回调的脱硫浆液盲区封闭程度判定方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)从石灰石-石膏湿法脱硫装置中获取脱硫浆液样品，平均分为两份，作为原始浆液；
(2)在搅拌和实时测量pH值的条件下，向其中一份原始浆液中加入酸液调整pH值至回调区间的下限值5.0，并开始计时；随着浆液中石灰石自然溶解pH值逐渐上升，待达到回调区间的上限值5.5时，记录回调过程所用时间为T1；
(3)在搅拌和实时测量pH值的条件下，向另一份原始浆液中加入强碱并调整pH值至10.0以上；再加入酸进行中和，得到脱盲后浆液；
然后参照步骤(2)的操作对脱盲后浆液进行测量，获得相同回调过程所用的时间为T0；
(4)计算脱硫浆液盲区封闭程度ω＝(1-T0/T1)×100％，根据下述方式判定盲区浆液中石灰石溶解受阻程度：
(a)若浆液盲区封闭程度数值ω≥30％，表明石灰石-石膏湿法脱硫装置中的浆液反应已经进入盲区，石灰石的溶解速率下降较多；
(b)若浆液盲区封闭程度数值ω＜30％，表明石灰石-石膏湿法脱硫装置中的浆液反应盲区不明显，石灰石的溶解速率正常。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)～(3)中，采用在线pH表实时测量pH值；在线pH表的分辨率0.01、灵敏度±0.1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)～(3)中，控制搅拌转速为250r/min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所用强碱的用量应能调整原始浆液的pH值至10.0以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，在加酸进行中和时，控制加酸量等于步骤(3)中强碱用量，以防止铝离子重新水解后包裹石灰石再次致盲。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强碱是浓度为0.1mol/L的NaOH溶液。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸液是浓度为0.1mol/L的盐酸溶液。
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