基于ORP与pH耦合控制的湿法脱硫实验研究与应用

来源 :华北电力大学(保定)   | 被引量 : 0次 | 上传用户:xieqinghang
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湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺是火电企业应用最多的脱硫技术,脱硫系统所发生的反应包括酸碱反应与氧化反应两个部分,现有控制模式是通过调节pH保证酸碱反应的进行以保障脱硫效率;整个过程中氧化反应并没有精确控制,从而会带来亚硫酸盐超标、系统结垢、重金属价态高、石膏品质差等一系列问题。
  因此,如何科学地对脱硫系统的氧化过程进行合理控制,在保持高脱硫效率条件下,高效控制亚硫酸钙的氧化,防止脱硫系统结垢,控制重金属价态,生成高品质石膏,同时降低脱硫系统能耗是当前火电企业脱硫系统有待优化的突出问题。
  本课题通过ORP与pH耦合控制的思路,探究亚硫酸钙氧化过程中pH与ORP的变化特征与规律,从影响脱硫系统氧化反应的基本原理作为出发点与落脚点,提出引入ORP作为脱硫系统控制参数,与pH实现耦合控制。依托监测ORP、pH的实时参数了解脱硫浆液氧化状态,并通过改变氧化风量实现对氧化状态的调整。
  在脱硫浆液氧化现状分析的过程中,对脱硫系统结垢产物与成垢前体物进行采样与分析,通过XRD、SEM、EDS、ICP-MS、TG等表征手段对采集样品进行分析,探究湿法脱硫系统的常见结垢种类及形成机理,并针对性提出了结垢防治方法。
  在实验室条件通过L16(45)的正交实验法研究了温度、风量、pH、反应物浓度、搅拌速度五个因素对ORP的影响,分析了各种因素对湿法脱硫浆料氧化过程中ORP的影响规律。通过方差分析,得到各因素对不同浆液中ORP氧化过程的贡献顺序。研究结果为脱硫浆液的模型研究与氧化控制提供了理论支持。
  依据实验室大量实验数据,并结合经典能斯特(Nernst)方程,建立了适用于湿法脱硫系统氧化还原反应的ORP半经验公式,并对模型进行准确性评估。拟合过程中确定系数为0.98、最大误差小于8mV。在某电厂安装ORP测量仪表与氧化风机变频控制器,现场验证ORP与pH双控制实施效果。现场试验表明,ORP与pH双控制能有效改善脱硫系统反应状况,减轻脱硫系统结垢,提高石膏品质。通过获取的现场试验数据对ORP半经验公式进行修正,得出了适用于实际湿法脱硫系统的ORP半经验公式,模型与改进模型拟合点确定系数为0.91,模型与整体实验数据点确定关系为0.76。
  本研究实现了基于ORP与pH耦合控制的湿法脱硫精确调控方案,克服了传统氧化控制的滞后性,优化了脱硫系统的运行,并可以一体化高效解决传统氧化控制中的诸多弊端,拥有广阔的发展前景。
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