电厂脱硫中PH测量仪表的改进

电厂脱硫中PH测量仪表的改进(上)河北兴泰发电有限责任公司2005年在新建2X300MW机组建造脱硫系统的情况下，对其它两台200MW机组也陆续进行了增建脱硫（湿法）改造。我们知道湿法脱硫原理是吸收塔浆液中CaCO3含量，也就是说加入的石灰石与烟气中的硫充分反应，如达到了平衡，脱硫效率就较高，石膏品质也较好。所以说脱硫就是控制石灰石浆液的PH值，因此运行时，吸收塔内石膏浆液的pH值的测量就显得尤为重要，即正常运行时PH值应控制在5．3～5．75的范围内。当然吸收塔浆液的运行密度也应控制在1075～1093kg／m3之间。我们说，PH是什么？PH的全名是HydrogenPower，英文解释是MeasureoftheconcentrationofHydrogenions，翻译成中文就是氢离子的集中测量，水中的【氢离子】的数量多寡，决定水的PH值。测量PH值的方法很多，主要有化学分析法、试纸法、电位法等，电位测量是测量pH最精密的方法，一个pH计大体由三个部件构成：1）一个参比电极；2）一个玻璃电极，其电位取决于周围溶液的pH；3）一个表头（电流计）。目前使用的新型电极称为复合电极即将上述1、2项合为了一体。参比电极，它一般是与测量溶液相通，并且与测量仪表相连。参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位，作为测量各种偏离电位的对照。银-氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极。玻璃电极是电位分析仪表的重要组成部件，其电极电位随溶液中被测离子活度的变化而变化，功能是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化作出反应的电位差，并严格服从能斯特方程，所以又称为工作电极。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中，就组成一个原电池，该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和，即E电池＝E参比+E玻璃，如果温度恒定，这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化，而测量pH计中的电池产生的电位是困难的，因其电动势非常小，且电路的阻抗又非常大1－100MΩ；因此，必须把信号放大。所以除了测量电极外，显示表头就显得尤其重要，电流计的功能就是将原电池的电位放大若干倍，放大了的信号通过数字式pH计表头，直接以数字显出pH值。目前我厂#11炉脱硫系统使用的PH计主要有E+H等，为了提高石灰石-石膏浆法烟气脱硫系统的效率，确保稳定、连续的pH值测量，降低运行成本，则对酸度计（PH计）的维护使用提出了更高要求。由于现场使用中PH计表头，即显示部分所处环境较恶劣，因震动、灰尘大或潮湿等原因，使担负着仪表的计算、放大和显示部分的表头经常损害，造成测量的抖动、不准和误测，直接影响脱硫的效率和设备的安全经济运行，且E+H的PH计的表头部分价格非常昂贵，增大了运行成本。为此原因和得益于近年来机组DCS系统的完善和控制的强大功能，我们对#11炉脱硫的PH计进行了改造，把担负着仪表的计算、放大和显示部分的表头去掉，替换为一个具有很强的抗干扰能力、对现场环境适应力强的FJA型现场在线PH变送器，来接收电极来的信号，如下图：此PH变送器可将PH电极测得的微弱信号或mv信号，经变送器直接转换成标准线性信号。它由低漂移pH复合电极（玻璃电极、参比电极）、和双高阻(1012欧)测量放大器等组成；供电电压12VDC或24VDC。变送器将pH电极产生的高阻抗小信号加以阻抗转换与放大，经电压/电流转换器转换，恒电流输出，在输入电位为-420mV至+420mV时，输出电流为4-20mA(负载电阻为250欧)，电位读数为1-5V，供计算机数据采集后进入DCS组态再进行运算。在pH电极完全符合理论值时，电位与pH的换算关系为：pH=0.0035*（电位读数-1000），实际使用时要用pH标准溶液进行校准。如图：经PH变送器输出的4-20mADC电流信号，引入DCS的AI通道；因为PH电极电位测量严格服从能斯特方程，所以由能斯特（NERNST）公式：E=E0+R·T·1naMen·F式中：E—电位;E0—电极的标准电压;R—气体常数（8.31439焦耳/摩尔和℃）;T—开氏绝对温度（例：20℃=273+293开尔文）;F—法拉弟常数（96493库化/当量）n—被测离子的化合价（银=1，氢=1）;aMe—离子的活度可以看出式中R和F为常数，n为化合价，每种离子都有其固定的值。对于氢离子来讲n=1。温度“T”做为变量，在能斯特公式中起很大作用。随着温度的上升，电位值将随之增大（而E0也是个与温度有关的量）。对于每1℃的温度变化，将引起电位0.2mv/perpH变化。用pH值来表示则每1℃第1pH变化0.0033pH值。这也就是说：对于20～30℃之间和7pH左右的测量不需要对温度变化进行补偿；而对于温度＞30℃或＜20℃和pH值＞8pH或6pH的应用场合，则必须对温度变化进行补偿。所以将被测液体的温度信号也同时送人DCS中与变送器的电流输出在组态中完成计算补偿等功能，通常按下面公式进行计算进行补偿：pHx=pHiso+(Ex-Eiso)/｛-S+0.2（Ts-Tx）｝式中pHiso、Eiso分别为pH玻璃电极与参比电极组成测量电池的等电位点的pH值(通常为7)和电位值（通常为0或±10mV内，精确要求时可在pH7的标液中测定得到），Ex为测定样品的电位值，-S为温度Ts时的pH玻璃电极斜率，Tx为测量样品溶液时的温度。另外，计算测量电池的斜率：S=(Es2-Es1)/(pHs2-pHs1)这时可对相同温度的样品进行pH测定。根据电极在样品溶液中的电位值计算pH值：pHx=pHs1+(Ex-Es1)/S下图为我厂#11炉脱硫系统，PH计改造后DCS组态中的计算部分：经过一段时间在实际中的使用，修正了一些小的问题，其中对PH变送器的测量精度有着直接影响的需要特别注意的方面有：1．系统在用pH标准溶液校正前，变送器必须通电预热半小时以上。2．仪器输入端（包括pH玻璃电极插座与插头等）必须保持干燥和清洁。3．玻璃pH电极或长期干储存的电极，在使用前应在pH浸泡液中浸泡24小时后才能使用。pH电极在停用时，就将电极的敏感部分浸泡在pH浸泡液中。这对改善电极响应迟钝和延长电极寿命是非常有利的。4．用标准缓冲溶液标定时，首先要保证标缓冲溶液的精度，否则将引起严重的测量误差。5．忌用浓硫酸或铬酸洗涤电极的敏感部分，不可在无水或脱水的液体（如四氯化碳、浓酒精）中浸泡电极。不可在碱性或氟化物的体系、其他胶体溶液中放置时间过长，以致响应迟钝；另外，pH测定的准确性取决于标准缓冲液的准确性。酸度计用的标准缓冲液，要求有较大的稳定性，较小的温度依赖性。6．按面板上所示的输入、输出接线图正确接线，否则不能正常工作，甚至损坏器件。此次对PH计表头的改进，充分利用了DCS的成熟性、灵活性、包容性、稳定性，配合具有强的抗干扰能力、现场环境适应力的PH变送器，解决了就地在线测量表头故障多、价格昂贵等长期存在的一系列问题，提高了PH值测量的准确性与稳定性，保证了脱硫系统的正常运行，提高了脱硫效率，使此脱硫系统得以经济稳定的运行，为保一片蓝天奠定了基础。