用镁离子法测定烟气脱硫系统除雾器出口雾滴质量浓度的实践

查钰明，钟文琦，杜双伟，徐祖明

（蓝天环保设备工程股份有限公司，杭州310012）

湿法脱硫的吸收塔出口净烟气中浆液液滴含量的多少，不但会影响烟气下游的烟道、设备、烟囱的正常运行和使用寿命，而且较高的液滴含量将对环境引起二次污染，如形成“石膏雨”或“烟囱雨”现象，会对周围环境造成很大影响。为避免和减少“石膏雨”的产生，湿法脱硫工艺中，每座吸收塔顶部或出口净烟道上都设置除雾器，用来除去烟气中夹带的浆液雾滴。一般要求除雾器出口雾滴质量浓度小于75mg／m3，而除雾器的性能好坏，将对控制“石膏雨”现象起到关键性作用。

目前，国内还没有测量除雾器出口雾滴质量浓度的标准，笔者采用镁离子测试法，对一台660 MW燃煤发电机组脱硫工程除雾器出口雾滴质量浓度进行测试、分析，以确认该测试方法的可用性。

1 设备概况

河南龙泉金亨电力有限公司660MW燃煤发电机组烟气脱硫工程采用典型的、成熟的石灰石－石膏湿法脱硫技术，一炉一塔配置。该脱硫系统主要设计特性有：

（1）烟气脱硫系统入口在锅炉最大连续蒸发量时的烟气量为2 254 757m3／h，入口SO2质量浓度设计值为5 123mg／m3，脱硫效率＞97%。

（2）每个吸收塔浆液池设置5台侧进式搅拌器，对浆液进行搅动，保证浆液不沉淀，且混合均匀。

（3）吸收塔为空塔喷淋，塔内设置四层喷淋层；喷淋层上部安装两级屋脊除雾器，并设有四级除雾器冲洗，其中下面三层冲洗由气动阀门DCS自动逻辑控制，最上层为手动阀门开关进行冲洗。

（4）吸收剂为粒径小于325目（通过率大于90%）的石灰石粉制得的含固质量分数约为30%的石灰石浆液。

（5）烟气系统不设旁路烟道，不设气－气加热器。

（6）脱硫系统未设计单独的增压风机，与引风机合并。

（7）工艺水系统配置2台工艺水泵和3台除雾器冲洗水泵，每塔对应一台除雾器冲洗水泵，负责除雾器的冲洗水供应。

（8）脱硫系统配套2台真空皮带脱水机，脱水后的石膏表面含水率（质量分数）小于10%，纯度达90%以上。

（9）脱硫系统还配置有一套脱水废水处理装置，用于脱除脱硫浆液里的Cl－、粉尘和部分金属离子。

2 镁离子测试法原理

石灰石－石膏湿法脱硫工艺的脱硫吸收剂为石灰石，其主要成分是碳酸钙，同时也含有一定量的 MgCO3及少量 Al2O3、Fe2O3、Si、Mn等杂质。石灰石磨成粉末与水混合成含固质量浓度为30%左右浆液，作为脱硫剂加入到吸收塔浆液池，浆液pH值为5～6，呈酸性，MgCO3在酸性溶液里极易溶解、分解，进入吸收塔浆液体系后能生成易溶的镁盐，浆液里就形成了一定浓度的 Mg2＋。

由于Mg2＋极易溶于酸性浆液里，可以认为吸收塔浆液池中浆液的Mg2＋的质量浓度和烟气在除雾器出口所携带的液滴中Mg2＋的质量浓度相等［1］。

通过镁离子测定法（络合滴定法或原子吸收分光光度法），对吸收塔浆液池中浆液Mg2＋质量浓度测量和等速取样，及镁离子测定法测得除雾器出口烟气中液滴中的Mg2＋的质量浓度；根据吸收浆液中 Mg2＋的质量浓度，计算出除雾器出口烟气中液滴的量。在实际取样测试中，一方面烟道中的烟气流场不完全均匀，一般来说，烟道中心的烟气流速大，为主流场，烟道壁附近的烟气流速相对比较低，温度也相对较低；另一方面等速取样的实际位置离除雾器出口有一定的距离，可能会引起烟气中液滴质量的变化，如随着烟气的流动，烟温下降，烟气中的饱和水蒸气会凝结成液态水，并融入原有的浆液中，相当于对浆液中Mg2＋进行稀释，使浆液中Mg2＋质量浓度值下降。故除雾器出口的液滴质量浓度需根据Mg2＋浓度再进行修正。

除雾器出口液滴质量浓度的计算公式为：

式中：ρ为除雾器出口液滴质量浓度，mg／L；ρ1为测量烟气中总液滴质量浓度，mg／L；G为取样的液滴质量，g；V 为取样的烟气量，m3；η为镁离子修正系数；c2为烟气中镁离子质量浓度，mg／L，可分为主流场和烟道壁；c1为吸收塔浆液池浆液中镁离子质量浓度，mg／L。

在测定过程中，需要分别对吸收塔浆池内的浆液和除雾器后烟气进行取样、测定。图1为石灰石－石膏湿法脱硫简易烟气系统及取样示意图，图2为测试烟气取样截面示意图。

图1 取样点示意图

图2 烟道取样截面图（单位：m）

3 液滴质量浓度测定

3．1 测试项目和设备

测试项目为：（1）净烟道烟气流速，m／s；（2）净烟道烟气流量（标态，湿基，实际φ（O2）），m3／h；（3）净烟道烟气流量（标态，干基，实际φ（O2）），m3／h；（4）吸收塔浆池浆液 Mg2＋质量浓度，mg／L；（5）除雾器出口雾滴质量浓度，mg／m3；（6）净烟气雾滴里 Mg2＋质量浓度，mg／L。

测试所用主要仪器有：（1）真空泵（德国产）Ш－20；（2）雾滴取样器（西安产）三级；（3）累计气体流量计（日本产）HNK－10。

3．2 测试结果

3．2．1 吸收塔浆液镁离子质量浓度的测定

吸收塔浆液镁离子质量浓度的测定见表1。

表1 吸收塔浆液Mg2＋质量浓度测试结果

测试时，每隔1．5h对吸收塔浆液取了5个样，用EDTA络合滴定法对样品中的Mg2＋质量浓度进行标定。

3．2．2 净烟气雾滴中镁离子质量浓度的测定

等速取样的烟气通过一级、二级吸收装置，使烟气中的雾滴附着在吸收装置的内壁上，采样后进行称量，吸收装置在试验前后的质量差即是雾滴的质量；同时用同样的标定方法，可以标定出雾滴里Mg2＋质量浓度。

本次测试中，共5个采集管，其中1～4号采集管分别在图2中的4个取样孔采集4个平行样，每个样品分别在测孔处深度1．5m、2．5m、3．0m三个点采集；5号采集管在4个取样孔距烟道壁0．2m处采集。5个采集管的采集时间基本上在吸收塔浆液池取样时间前后，每次采集时间约40min。

3．3 测试数据分析

根据上文所述的计算公式和测试数据，可计算出除雾器出口雾滴含量，结果见表2与表3。

表2 净烟气雾滴测试结果

表3 计算结果表

4 结语

综上所述，该660MW机组脱硫塔除雾器出口主流场区域逃逸浆液质量浓度为72．4mg／m3，除雾器出口烟道壁逃逸浆液质量浓度为58．99mg／m3，除雾器出口逃逸浆液质量浓度小于保证值75 mg／m3。

通过吸收塔浆液中Mg2＋质量浓度与净烟气雾滴中Mg2＋质量浓度的对比，用修正系数来计算吸收塔除雾器出口雾滴质量浓度，特别是通过修正系数计算出的结果，更能直接、准确地反映出除雾器的除雾性能，避免了烟气在净烟道中的组分变化给测量数据带来的偏差。

［1］李森，周屈兰，徐通模，等 ．镁离子法测定除雾器出口烟气携带液滴量方法［J］．热能动力工程，2005，20（4）：381－383．