濕法煙氣脫硫pH值分析及排漿泵運行優化

摘 要：石灰石-石膏濕法煙氣脫硫中，漿液pH值是影響脫硫系統性能的重要控制參數，通過對pH計安裝位置進行分析以及優化排漿泵的運行方式，達到脫硫裝置長時間、連續和高效運行，并有效降低運行能耗。

關鍵詞：濕法脫硫；pH值；pH計；排漿泵；變頻

引言

目前，煙氣脫硫技術一般分為濕法、干法和半干法。濕法煙氣脫硫技術是最成熟，實際應用最多，運行狀況最穩定的脫硫工藝，占脫硫裝機容量的85%以上。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫以技術成熟、脫硫效率高、吸收劑廉價易得、煤種適應范圍寬、能滿足大機組煙氣脫硫要求、脫硫副產品可資源化、對負荷變化的適應性強，適應30～100%的負荷變化[1]，并有較大幅度降低工程造價的可能性等顯著優點成為世界上最成熟，應用最廣泛的煙氣脫硫工藝。該工藝脫硫效率可以達到95%以上，因此在我國大、中型火電機組上廣泛采用。

脫硫效率是衡量煙氣脫硫裝置運行效果的主要考核指標，從石灰石-石膏濕法脫硫工藝過程來看，脫硫效率的主要影響因素有吸收溫度，脫硫劑品質、粒度，液氣比（L/G），鈣硫比（Ca/S），漿液pH值，煙氣流速和溫度，煙氣中的氧含量，漿池的持液量，石膏過飽和度等。對于采用特定工藝的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置，在其它影響因素在一定設計參數情況下，脫硫塔漿液pH值是影響脫硫效率最重要的控制參數，漿液塔內漿液pH值越高，傳質系數越大，二氧化硫吸收快，但漿液容易結垢，堵塞泵和管道，影響副廠品石膏的品質，pH值過低，阻礙二氧化硫的吸收，降低脫硫效率，只有選擇合適的pH值，脫硫系統才能達到最佳的運行效果[2]。吸收塔漿液pH值是連續變化的，吸收塔中漿液量很大，石灰石漿液給料量引起的pH值變化是一個復雜的，變化緩慢的化學反應過程，即控制系統時滯性大，慣性大，參數時變的非線性該系統。

文章對大的石灰石-石膏濕法脫硫機組的pH值控制范圍進行分析，并選擇合理 pH計的安裝位置，來保證pH值測量的準確性和一致性，達到脫硫裝置長時間、連續和高效運行。

1 pH值控制范圍

在石灰石-石膏脫硫系統中，由于化學反應產生的亞硫酸鈣在脫硫塔儲漿段的溶解度很低，特別容易達到過飽和狀態而發生結垢現象，容易堵塞脫硫塔及其它附屬設備，嚴重影響整個脫硫系統的高效性和經濟運行。實際上，不同漿液pH值，脫硫塔漿液的HSO3-和SO32-離子所占的體積分數不同，它們的關系如圖1。

由圖1 可以看出，當pH 值處于4.8～ 5.6 之間時，HSO3-的體積分數很高，說明脫硫產物主要是亞硫酸氫鈣，其溶解度遠大于亞硫酸鈣的溶解度，從而降低了過飽和結垢的程度；結合CaCO3溶解的最高pH值，該脫硫系統的操作pH值應控制在4.8～5.48之間從而有利于SO2的吸收和CaCO3的溶解，因此，對于石灰石濕法煙氣脫硫系統運行過程中，操作pH 值盡量控制在這個范圍。

為保證脫硫塔內漿液pH值控制在合理的范圍之內，需合理布置脫硫塔系統的pH計安裝位置。

2 pH計安裝、分析

pH值的合理控制對脫硫效率具有重要作用，并影響整個脫硫系統運行的經濟型和安全性。一般情況下，石灰石-石膏濕法脫硫系統中安裝一臺pH計。應該將脫硫塔漿液pH值控制在4.8～5.48之間，控制系統將自動比較設定值和所設pH值的大小，通過測量值與設定值的比較來控制石灰石漿液的加入量，當差值為正時，減小石灰石漿液的加入量；當差值為負時，加大石灰石漿液的加入量，因此pH值的準確測量至關重要，pH計的安裝位置是影響其準確測量的重要因素。

2.1 pH計安裝位置比較

pH計的安裝位置見圖2。

位置①是將pH計安裝在石膏排出泵的出口位置，與漿液密度計串接。當石膏密度未達到設定值時，漿液返回脫硫塔，當石膏密度達到設定值時，關閉返回脫硫塔管路，漿液進入石膏脫水系統。

位置②是將pH計安裝在脫硫塔本體上，為防止漿液堵塞管道，pH計管道與塔體之間角度大于45°，當漿液密度達到設定值時，漿液送至石膏脫水系統。

位置③是將pH計安裝在循環泵出口管道上，并與密度計串接，嚴格控制循環漿液的pH值，當石膏漿液密度未達到設定值時，石膏排漿泵不運行，當密度達到設定值時，開啟排漿泵，石膏進入脫水系統。

①②③表示不同的安裝位置

pH計不同安裝位置比較：

位置①是工程實踐中普遍采用的安裝形式，由于該方式中石膏漿液始終處于流動狀態，可以很好的監測漿液pH值，有效的控制脫硫系統的運行。但由于在漿液密度未達到設定值的狀態下，石膏漿液需要通過泵出口反塔管路返回至脫硫塔，石膏排漿泵需要連續運行，能耗較大；同時在一般脫硫裝置中，石膏脫水設備距離脫硫排漿泵位置較遠，在確定石膏排漿泵揚程時，需要考慮石膏水力旋流器進口壓力要求（一般0.1～0.2MPa）和漿液管路阻力，當石膏排漿泵出口反塔管路運行時，由于管路的阻力很小，排漿泵經常不在特性曲線的最佳工作點下運行，造成泵的電機超功率，甚至會損壞電機。

將pH計安裝在位置②和③時，在石膏漿液未達到設定的密度值時，可以停運石膏排漿泵，降低系統能耗。一般情況下，連續運行的脫硫裝置，每天石膏排漿泵的運行時間僅為8個小時，這兩種安裝方式可以降低排漿泵2/3的電耗。

在安裝位置②中，雖然脫硫塔底部安裝有攪拌裝置，但局部可能會有漿液攪拌不均勻，或者在某個運行時間內，儲漿段的漿液流動性差，影響pH值測量的準確性，這樣會造成石灰石漿液加入量的階段性波動，從而影響系統穩定運行。

在通常情況下，脫硫裝置中石灰石漿液從循環泵入口加入，而在安裝位置③中，pH計安裝在循環泵的出口管路上，在管路內石灰石與SO2未完全反應，也會造成pH值測量的不準確，從而影響石灰石漿液的加入量，影響裝置穩定運行。endprint

2.2 pH計安裝位置確定

根據上述三個pH計安裝位置的比較，位置②和③在脫硫塔內石膏漿液的密度未達到設定密度值時，排漿泵不需要運行，排漿泵的運行能耗較低了2/3，但由于受到塔內石膏漿液的流動行及石灰石漿液的加入位置的影響，pH值測量的準確性和一致性受到較大的影響，不利于脫硫系統的連續運行，而在位置①中，石膏漿液始終處于流動狀態，不但有利于對塔內石膏漿液pH變化的實時監測，而且克服了因脫硫塔漿液池的大容量造成的pH值測量的非線性和遲滯行性等問題，因此采用位置①作為pH計的安裝位置，才能保證pH計測量值的準確性。

在選用位置①作為pH計布置方式時，需要優化排漿泵的運行方式來降低系統能耗，并減少該布置位置對系統的不利影響。

3 排漿泵運行方式分析及優化

3.1 排漿泵的選型及運行方式分析

在脫硫裝置中，主要依據脫硫系統處理煙氣量、煙氣中SO2的含量、脫硫效率、石膏漿液密度等參數來確定排漿泵流量，用排漿泵出口與脫水設備之間的距離、管路阻力以及脫水設備進口的壓力要求等參數來確定泵的揚程，因此排漿泵選型為在脫硫系統BMCR運行工況下確定的，一般選擇工頻電機。

對于安裝在位置①的pH計布置形式，最大的問題就是由于排漿泵連續運行造成的能耗增加以及在反塔管路運行時，排漿泵電機超功率運行對電機的不利影響，因此需要在泵的出口反塔管路上安裝節流孔板來增加管路阻力。在脫硫裝置中，漿液對管路的沖刷、腐蝕較嚴重，需采用陶瓷孔板，才能保證長時間、連續的運行。

3.2 排漿泵運行方式優化

改變離心泵特性曲線的方式包括：出口閥調節，旁路調節，轉數調節，切割葉輪外徑等方式，根據脫硫裝置中石膏漿液的特性和排漿泵的運行方式，采用變頻調速的方式不但降低脫硫系統的能耗，而且完全滿足pH計對脫硫漿液流動性的要求。

在排漿至石膏后處理系統時，排漿泵采用工頻運行，同時可以根據脫硫系統的負荷對流量進行調整。在漿液返回脫硫塔時，由于系統管路阻力大大降低，根據整個管路系統壓降的最高要求，將排漿泵的流量調整至合理的范圍，不但完全保證pH值測量的準確性，且降低了排漿泵的運行能耗。

可見，泵的負荷的顯著特點是其負荷轉矩與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。

在天津石化熱電部脫硫6、7#脫硫裝置改造項目中，根據石膏漿液生成量及系統物料平衡，排漿泵參數為流量：30m3/h，揚程：50m，功率：22kW，采用工頻電機，在泵不外排漿液的工況下，漿液反塔管路上孔板磨損嚴重，并造成電機超功率運行而發生電機損毀。當更換為變頻電機后，排漿泵出口需要的揚程為15m，根據功率、揚程和轉速之間的關系，此時泵的運行功率僅為電機軸功率的30%，而且管路上可以不用孔板，進一步保證裝置的長時間連續運行。

4 結束語

脫硫塔pH值控制是石灰石-石膏煙氣脫硫裝置最重要的控制參數，而pH計的安裝位置以及排漿泵的運行方式是脫硫裝置高效、長連續、經濟運行的保證。

（1）將pH計布置在排漿泵出口大大增加了石膏漿液的流動性，克服了脫硫塔漿液池的大容量造成的測量值的遲滯性、慣性和參數時變的非線性變化，是準確測量脫硫塔內漿液pH值的可靠保證；

（2）排漿泵采用變頻電機可以大大降低泵的運行能耗，延長設備和管路的運行時間。

參考文獻

[1]劉煜.煙氣脫硫系統優化設計[J].江蘇機電工程，2005：24.

[2]丁寧，楊玉林，王關晴，等.濕法煙氣脫硫效率影響因素及調節方法研究[J].能源工程，2009，（2）：39-41.

[3]鐘秦.燃煤煙氣脫離脫硝技術及工程實例[M].北京：北京化學工業出版社，2002

[4]焦嵩鳴，王彪，譚雨林 濕法煙氣脫硫系統的pH值分析及pH計安裝位置[J].電力科學與工程，2012，28（12）25～28.

作者簡介：薛潤芝（1976-），男，遼寧沈陽人，1999年畢業于天津大學化工學院，工學學士學位，現在北京燕山玉龍石化工程有限公司工藝室，中級，長期從事化工、環保項目工作。endprint

2.2 pH計安裝位置確定

根據上述三個pH計安裝位置的比較，位置②和③在脫硫塔內石膏漿液的密度未達到設定密度值時，排漿泵不需要運行，排漿泵的運行能耗較低了2/3，但由于受到塔內石膏漿液的流動行及石灰石漿液的加入位置的影響，pH值測量的準確性和一致性受到較大的影響，不利于脫硫系統的連續運行，而在位置①中，石膏漿液始終處于流動狀態，不但有利于對塔內石膏漿液pH變化的實時監測，而且克服了因脫硫塔漿液池的大容量造成的pH值測量的非線性和遲滯行性等問題，因此采用位置①作為pH計的安裝位置，才能保證pH計測量值的準確性。

在選用位置①作為pH計布置方式時，需要優化排漿泵的運行方式來降低系統能耗，并減少該布置位置對系統的不利影響。

3 排漿泵運行方式分析及優化

3.1 排漿泵的選型及運行方式分析

在脫硫裝置中，主要依據脫硫系統處理煙氣量、煙氣中SO2的含量、脫硫效率、石膏漿液密度等參數來確定排漿泵流量，用排漿泵出口與脫水設備之間的距離、管路阻力以及脫水設備進口的壓力要求等參數來確定泵的揚程，因此排漿泵選型為在脫硫系統BMCR運行工況下確定的，一般選擇工頻電機。

對于安裝在位置①的pH計布置形式，最大的問題就是由于排漿泵連續運行造成的能耗增加以及在反塔管路運行時，排漿泵電機超功率運行對電機的不利影響，因此需要在泵的出口反塔管路上安裝節流孔板來增加管路阻力。在脫硫裝置中，漿液對管路的沖刷、腐蝕較嚴重，需采用陶瓷孔板，才能保證長時間、連續的運行。

3.2 排漿泵運行方式優化

改變離心泵特性曲線的方式包括：出口閥調節，旁路調節，轉數調節，切割葉輪外徑等方式，根據脫硫裝置中石膏漿液的特性和排漿泵的運行方式，采用變頻調速的方式不但降低脫硫系統的能耗，而且完全滿足pH計對脫硫漿液流動性的要求。

在排漿至石膏后處理系統時，排漿泵采用工頻運行，同時可以根據脫硫系統的負荷對流量進行調整。在漿液返回脫硫塔時，由于系統管路阻力大大降低，根據整個管路系統壓降的最高要求，將排漿泵的流量調整至合理的范圍，不但完全保證pH值測量的準確性，且降低了排漿泵的運行能耗。

可見，泵的負荷的顯著特點是其負荷轉矩與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。

在天津石化熱電部脫硫6、7#脫硫裝置改造項目中，根據石膏漿液生成量及系統物料平衡，排漿泵參數為流量：30m3/h，揚程：50m，功率：22kW，采用工頻電機，在泵不外排漿液的工況下，漿液反塔管路上孔板磨損嚴重，并造成電機超功率運行而發生電機損毀。當更換為變頻電機后，排漿泵出口需要的揚程為15m，根據功率、揚程和轉速之間的關系，此時泵的運行功率僅為電機軸功率的30%，而且管路上可以不用孔板，進一步保證裝置的長時間連續運行。

4 結束語

脫硫塔pH值控制是石灰石-石膏煙氣脫硫裝置最重要的控制參數，而pH計的安裝位置以及排漿泵的運行方式是脫硫裝置高效、長連續、經濟運行的保證。

（1）將pH計布置在排漿泵出口大大增加了石膏漿液的流動性，克服了脫硫塔漿液池的大容量造成的測量值的遲滯性、慣性和參數時變的非線性變化，是準確測量脫硫塔內漿液pH值的可靠保證；

（2）排漿泵采用變頻電機可以大大降低泵的運行能耗，延長設備和管路的運行時間。

參考文獻

[1]劉煜.煙氣脫硫系統優化設計[J].江蘇機電工程，2005：24.

[2]丁寧，楊玉林，王關晴，等.濕法煙氣脫硫效率影響因素及調節方法研究[J].能源工程，2009，（2）：39-41.

[3]鐘秦.燃煤煙氣脫離脫硝技術及工程實例[M].北京：北京化學工業出版社，2002

[4]焦嵩鳴，王彪，譚雨林 濕法煙氣脫硫系統的pH值分析及pH計安裝位置[J].電力科學與工程，2012，28（12）25～28.

作者簡介：薛潤芝（1976-），男，遼寧沈陽人，1999年畢業于天津大學化工學院，工學學士學位，現在北京燕山玉龍石化工程有限公司工藝室，中級，長期從事化工、環保項目工作。endprint

2.2 pH計安裝位置確定

根據上述三個pH計安裝位置的比較，位置②和③在脫硫塔內石膏漿液的密度未達到設定密度值時，排漿泵不需要運行，排漿泵的運行能耗較低了2/3，但由于受到塔內石膏漿液的流動行及石灰石漿液的加入位置的影響，pH值測量的準確性和一致性受到較大的影響，不利于脫硫系統的連續運行，而在位置①中，石膏漿液始終處于流動狀態，不但有利于對塔內石膏漿液pH變化的實時監測，而且克服了因脫硫塔漿液池的大容量造成的pH值測量的非線性和遲滯行性等問題，因此采用位置①作為pH計的安裝位置，才能保證pH計測量值的準確性。

在選用位置①作為pH計布置方式時，需要優化排漿泵的運行方式來降低系統能耗，并減少該布置位置對系統的不利影響。

3 排漿泵運行方式分析及優化

3.1 排漿泵的選型及運行方式分析

在脫硫裝置中，主要依據脫硫系統處理煙氣量、煙氣中SO2的含量、脫硫效率、石膏漿液密度等參數來確定排漿泵流量，用排漿泵出口與脫水設備之間的距離、管路阻力以及脫水設備進口的壓力要求等參數來確定泵的揚程，因此排漿泵選型為在脫硫系統BMCR運行工況下確定的，一般選擇工頻電機。

對于安裝在位置①的pH計布置形式，最大的問題就是由于排漿泵連續運行造成的能耗增加以及在反塔管路運行時，排漿泵電機超功率運行對電機的不利影響，因此需要在泵的出口反塔管路上安裝節流孔板來增加管路阻力。在脫硫裝置中，漿液對管路的沖刷、腐蝕較嚴重，需采用陶瓷孔板，才能保證長時間、連續的運行。

3.2 排漿泵運行方式優化

改變離心泵特性曲線的方式包括：出口閥調節，旁路調節，轉數調節，切割葉輪外徑等方式，根據脫硫裝置中石膏漿液的特性和排漿泵的運行方式，采用變頻調速的方式不但降低脫硫系統的能耗，而且完全滿足pH計對脫硫漿液流動性的要求。

在排漿至石膏后處理系統時，排漿泵采用工頻運行，同時可以根據脫硫系統的負荷對流量進行調整。在漿液返回脫硫塔時，由于系統管路阻力大大降低，根據整個管路系統壓降的最高要求，將排漿泵的流量調整至合理的范圍，不但完全保證pH值測量的準確性，且降低了排漿泵的運行能耗。

可見，泵的負荷的顯著特點是其負荷轉矩與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。

在天津石化熱電部脫硫6、7#脫硫裝置改造項目中，根據石膏漿液生成量及系統物料平衡，排漿泵參數為流量：30m3/h，揚程：50m，功率：22kW，采用工頻電機，在泵不外排漿液的工況下，漿液反塔管路上孔板磨損嚴重，并造成電機超功率運行而發生電機損毀。當更換為變頻電機后，排漿泵出口需要的揚程為15m，根據功率、揚程和轉速之間的關系，此時泵的運行功率僅為電機軸功率的30%，而且管路上可以不用孔板，進一步保證裝置的長時間連續運行。

4 結束語

脫硫塔pH值控制是石灰石-石膏煙氣脫硫裝置最重要的控制參數，而pH計的安裝位置以及排漿泵的運行方式是脫硫裝置高效、長連續、經濟運行的保證。

（1）將pH計布置在排漿泵出口大大增加了石膏漿液的流動性，克服了脫硫塔漿液池的大容量造成的測量值的遲滯性、慣性和參數時變的非線性變化，是準確測量脫硫塔內漿液pH值的可靠保證；

（2）排漿泵采用變頻電機可以大大降低泵的運行能耗，延長設備和管路的運行時間。

參考文獻

[1]劉煜.煙氣脫硫系統優化設計[J].江蘇機電工程，2005：24.

[2]丁寧，楊玉林，王關晴，等.濕法煙氣脫硫效率影響因素及調節方法研究[J].能源工程，2009，（2）：39-41.

[3]鐘秦.燃煤煙氣脫離脫硝技術及工程實例[M].北京：北京化學工業出版社，2002

[4]焦嵩鳴，王彪，譚雨林 濕法煙氣脫硫系統的pH值分析及pH計安裝位置[J].電力科學與工程，2012，28（12）25～28.

作者簡介：薛潤芝（1976-），男，遼寧沈陽人，1999年畢業于天津大學化工學院，工學學士學位，現在北京燕山玉龍石化工程有限公司工藝室，中級，長期從事化工、環保項目工作。endprint