专利名称：石灰石活性测试方法及其分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于烟气脱硫过程的检测技术，用于指导烟气脱硫系统设计及优化。属于烟气脱硫技术领域。
背景技术：
随着经济迅速持续地发展，大气被SO2严重污染状况日渐显著。如中国SO2排放量达2000多万吨，成为世界SO2排放的第一大国。燃煤锅炉烟气脱硫(FGD)是现今唯一能大规模减少SO2排放的途径，在此技术中，石灰石/石膏湿法烟气脱硫(WFGD)占有主导地位。在WFGD中，石灰石浆液作为SO2的吸收剂，当SO2浓度相同时，其吸收速率决定于石灰石的溶解特性。石灰石的活性综合反应了石灰石吸收二氧化硫的能力，因而石灰石的活性对脱硫效率、脱硫系统设计具有重要意义。
在烟气脱硫工程设计中，常根据石灰石的活性对制浆系统的制浆能力进行设计，如果设计能力过大，会造成资源的浪费；设计能力过小，又达不到脱硫的要求。而目前国内各电厂在进行制浆系统设计时，由于对石灰石的活性了解不深入，以及测试的不准确，常为了保险起见而把制浆能力设计得很大，因而造成了不必要的投入。
石灰石的活性是评价烟气脱硫过程中脱硫效率的一个重要参数。目前，目前国内外针对石灰石活性的测试几乎均以酸滴定为基础，且均是在实验室对少量的石灰石样品进行快速分析，没有系统的测试装置；发展较成熟的是AEE公司所生产的自动滴定仪，也是以酸滴定为基础所建立的。但是由于酸滴定的反应机理与实际脱硫过程不同，故其测试结果不能为工程运行过程中所出现的问题提供参考。
目前，国内尚无完整的、统一的石灰石活性测试标准，各厂家均是根据具体的脱硫设备，参照国外有关方法建立测试标准及实验方法，没有通用性，且标准不一致。国内现有的一种测试石灰石活性的方法是电力行业于2005年6月1日起实施的《中华人民共和国电力行业标准》DL/T943(烟气湿法脱硫用石灰石粉反应速率的测定)。此方法必须对石灰石的成分进行准确分析，并且认为石灰石中碳酸钙和碳酸镁与盐酸的反应性相同，如果石灰石成分分析有误差，则测定结果意义不大，故实际应用较少。目前国内外使用较多的是AEE测试方法。综观国内外目前的石灰石活性测试方法，其共通点为大多采用酸滴定方法，酸滴定方法的优点是操作简单、检测迅速；缺点则是反应机理与实际脱硫过程不同，往往不能正确反映石灰石的活性。石灰石活性测试方法和装置是评价石灰石的活性对脱硫效率、脱硫系统设计的关键技术。因此，寻求一种简单、安全、且与实际工程较为相似的模拟装置是非常必要的。
发明内容
针对现有石灰石活性滴定实验装置的不足，本发明的目的是提供一种能够模拟烟气脱硫实际过程，并能更准确评价石灰石活性的方法。
本发明的另一个目的是提供一种实现上述方法的分析系统。
本发明的目的是这样实现的石灰石活性测试方法，其特征在于将石灰石浆液同SO2烟气直接反应，模拟实际脱硫过程，通过测量SO2的脱除率来反映石灰石的活性，SO2脱除率越高，说明石灰石活性越好；SO2脱除率越低，说明石灰石活性越差。
具体步骤如下A、测试准备(1)将待分析的石灰石磨制成250目的粉末；(2)配制石灰石浆液，浆液配比为5％(重量体积比)；B、测试步骤(1)模拟烟气及流量控制，通过减压阀调节N2，CO2，O2和SO2气体流量；(2)开启温度控制器，设定烟气温度为135℃左右；(3)将配制的石灰石浆液放入浆液池中，维持其温度在50℃左右，并保持搅拌，使其中的石灰石颗粒不至于沉降；(4)开启浆液泵，控制流量为20L/h，开启pH控制仪，调节浆池内的pH值；未进行pH调节时，可省去；并记录吸收尾气中SO2的含量，最后分析。
实现上述方法的石灰石活性测试分析系统，包括石灰石浆液池、浆液泵、吸收塔、气体钢瓶、气体流量控制器、石灰石浆液回收池、浆液流量控制器；浆液池通过管道、浆液泵、浆液流量控制器与吸收塔顶部的总管入口连通，总管设有浆液流量控制器与吸收塔连通，吸收塔底部设出口通入石灰石浆液回收池；吸收塔顺流吸收端部连接烟气温度控制器；吸收塔逆流吸收端部经数据测量口连接气体分析仪；气体钢瓶模拟烟气通过气体流量控制器通入烟气温度控制器；石灰石浆液池和石灰石浆液回收池内设有搅拌装置和恒温装置。
进一步，所述石灰石浆液池、石灰石浆液回收池之间设有PH控制仪。
本发明方法的优点主要体现在以下几个方面(1)综合考虑了石灰石的成分、杂质、结构等各方面性质对SO2吸收的影响；
(2)吸收反应条件与实际工业过程极为接近，真实反应了石灰石的活性；(3)采用本发明方法对石灰石活性进行分析，不仅有利于在WFGD系统设计阶段选择合适的吸收剂，而且可以在运行阶段确定最优运行操作参数，进而降低投资与运行；(4)此测试系统能够模拟实际工业过程，研究石灰石浆液对二氧化硫的吸收情况；(5)测定方法简单、有效，易于实现，可以正确评价石灰石的活性，为烟气脱硫工程设计提供理论依据；(6)本发明模拟系统接近工业实际，结构简单，且易于控制。
图1为本发明测试分析系统原理流程图。
具体实施例方式
石灰石活性测试方法，将石灰石浆液同SO2烟气直接反应，模拟实际脱硫过程，通过测量SO2的脱除率来反映石灰石的活性，SO2脱除率越高，说明石灰石活性越好；SO2脱除率越低，说明石灰石活性越差。具体步骤如下A、测试准备(1)将待分析的石灰石磨制成250目的粉末；(2)配制石灰石浆液，浆液配比为5％(如石灰石∶水＝50g∶1L)；B、测试步骤(1)模拟烟气及流量控制，通过减压阀调节N2，CO2，O2和SO2气体流量；如四种气体流量分别为N2＝1.64m3/h，CO2＝0.24m3/h，O2＝0.12m3/h，SO2＝120mL/min；(2)开启温度控制器，设定烟气温度为135℃；(3)将配制的石灰石浆液放入浆液池中，维持其温度在50℃左右，并保持搅拌，使其中的石灰石颗粒不至于沉降；(4)开启浆液泵，控制流量为20L/h，开启pH控制仪，调节浆池内的pH值；未进行pH调节时，可省去；并记录吸收尾气中SO2的含量，最后分析。
如图1所示，石灰石活性测试分析系统，包括石灰石浆液池11、浆液泵12、吸收塔13、气体钢瓶14、气体流量控制器J-N、石灰石浆液回收池15、浆液流量控制器A-I；浆液池11通过管道、浆液泵12、浆液流量控制器I与吸收塔13顶部的总管16入口连通，总管16设有浆液流量控制器A-F与吸收塔13连通，吸收塔13底部设出口通入石灰石浆液回收池15；吸收塔13顺流吸收端部连接烟气温度控制器R；吸收塔13逆流吸收端部经数据测量口1-5连接气体分析仪；气体钢瓶14模拟烟气通过气体流量控制器J-N通入烟气温度控制器R；石灰石浆液池11和石灰石浆液回收池15内设有搅拌装置P、O和恒温装置；气体分析仪，采用现有成熟产品即可。
参见图1，石灰石浆液池11、石灰石浆液回收池15之间设有PH控制仪Q，通过开关阀G、H的选择确定石灰石浆液的流向。
本发明的测试结果本测试技术与工程实际较为符合，可以对石灰石活性进行准确测定，此方法能够模拟烟气脱硫实际过程，准确度高。由这种方法得到的石灰石活性参数，可用于烟气脱硫设计，本石灰石活性测试技术在国内外属于先进水平。
活性评价本发明方法及系统能够模拟实际工业过程，研究石灰石浆液对二氧化硫的吸收情况。吸收过程的工艺参数与实际情况接近，石灰石的活性采用SO2溶解的平均速率进行量度。含二氧化硫烟气与石灰石浆液的主要反应为
石灰石在时刻t的瞬时速率为A2,i′=ci-1-ciΔti,i=1,2,3······n]]>A2′=Σ1nA2,i′n]]>式中，ci-i时刻的出口SO2浓度，ppm；ci-1-i-1时刻的出口SO2浓度，ppm；Δti-i时刻与i-1时刻的时间间隔，s；A2i′-SO2在Δti时间内的平均溶解速率；A2′-SO2的平均溶解速率，即为石灰石活性。
n-SO2的读取次数，n≥100采用SO2溶解的平均速率评价石灰石的活性。SO2溶解的平均速率越大，石灰石活性越大；SO2溶解的平均速率越小，石灰石活性越小。
本发明针对实际运行情况开发与实际工程较为相似的模拟装置，通过对实际脱硫过程的模拟，得到比较准确的石灰石活性值，为工程设计提供依据，从而降低烟气脱硫的投入费用。
本发明以钢瓶作为气源，用流量计调节气体成分和流量，电加热后得到模拟工业实际情况的烟气。反应池的温度、搅拌强度、充氧强度设定在确定值，用pH计控制石灰石浆液的加入，使pH值维持不变。石灰石的活性采用SO2溶解的平均速率进行量度。
模拟烟气部分烟气中的主要成分N2、O2及CO2，SO2为重点控制对象，各种气体用瓶装纯气体。
吸收塔部分采用液幕吸收塔进行模拟。模拟烟气在塔中的停留时间必须足够长，以保证二氧化硫的充分吸收。
本发明操作规程在实际工程中，对进入吸收塔的浆液均会进行严格的pH控制，但在本项目的石灰石活性测试中，由于只需考虑吸收塔上半部的烟气吸收，对于下半部的氧化过程不需考虑，且考虑到进行pH值控制的操作比较复杂，因此本发明中大部分模拟烟气可不进行pH调节。实际上，是否对喷淋浆液的pH值进行调节不会对几种石灰石的活性顺序产生影响，当不进行pH调节直接喷石灰石原浆液时，由于pH值较高，会使几种石灰石的活性同时增高；而当进行pH调节时，会使喷淋的循环浆液的pH值降低，从而使几种石灰石的活性同时下降，但其变化趋势应是相同的，且活性大小顺序不应发生变化，而从测试观察得到的结果也验证了此结论。
而AEE测定方法采用酸对石灰石进行滴定，由于分析时石灰石用量较少，容易因石灰石取样造成成分偏析，最终导致活性结果不准确，且酸滴定的反应机理与实际脱硫工艺存在较大差异。
权利要求
1.石灰石活性测试方法，其特征在于将石灰石浆液同SO2烟气直接反应，模拟实际脱硫过程，通过测量SO2的脱除率来反映石灰石的活性，SO2脱除率越高，说明石灰石活性越好；SO2脱除率越低，说明石灰石活性越差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤如下A、测试准备(1)将待分析的石灰石磨制成250目的粉末；(2)配制石灰石浆液，浆液配比为5％；B、测试步骤(1)模拟烟气及流量控制，通过减压阀调节N2，CO2，O2和SO2气体流量；(2)开启温度控制器，设定烟气温度为135℃；(3)将配制的石灰石浆液放入浆液罐中，维持其温度在50℃，并保持搅拌，使其中的石灰石颗粒不至于沉降；(4)开启浆液泵，控制流量为20L/h，开启pH控制仪，调节浆池内的pH值；未进行pH调节时，可省去；并记录吸收尾气中SO2的含量，最后分析。
3.石灰石活性测试分析系统，其特征在于包括石灰石浆液池(11)、浆液泵(12)、吸收塔(13)、气体钢瓶(14)、气体流量控制器(J-N)、石灰石浆液回收池(15)、浆液流量控制器(A-I)；浆液池(11)通过管道、浆液泵(12)、浆液流量控制器(I)与吸收塔(13)顶部的总管(16)入口连通，总管(16)设有浆液流量控制器(A-F)与吸收塔(13)连通，吸收塔(13)底部设出口通入石灰石浆液回收池(15)；吸收塔(13)顺流吸收端部连接烟气温度控制器(R)；吸收塔(13)逆流吸收端部经数据测量口(1-5)连接气体分析仪；气体钢瓶(14)模拟烟气通过气体流量控制器(J-N)通入烟气温度控制器(R)；石灰石浆液池(11)和石灰石浆液回收池(15)内设有搅拌装置(P、O)和恒温装置。
4.根据权利要求3所述的石灰石活性测试分析系统，其特征在于所述石灰石浆液池(11)、石灰石浆液回收池(15)之间设有PH控制仪(Q)。
全文摘要
本发明公开一种石灰石活性测试方法及其分析系统，是将石灰石浆液同SO
文档编号G01N31/00GK1869685SQ200610054309
公开日2006年11月29日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者董凌燕, 杜云贵, 刘清才, 杨剑, 刘艺, 陈登福, 谢兰, 罗新蕾, 罗捷 申请人:重庆大学, 中电投远达环保工程有限公司