脫硫后的“氧信號(hào)”為何如此關(guān)鍵：脫硫型氧分析儀在FGD系統(tǒng)中的多重角色

在火電、冶金、化工等行業(yè)的煙氣排放控制中，脫硫是絕對(duì)繞不開(kāi)的一道關(guān)卡。無(wú)論是石灰石–石膏濕法脫硫、氨法脫硫，還是半干法、循環(huán)流化床脫硫，都在做一件事：把煙氣中的二氧化硫（SO?）“拿掉”。而要讓脫硫系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、低能耗地運(yùn)行，一個(gè)關(guān)鍵卻容易被忽視的變量，就是氧含量。脫硫型氧分析儀，正是專門為脫硫（FGD）場(chǎng)景量身打造的在線測(cè)氧設(shè)備，它幫助企業(yè)在“脫硫效率、設(shè)備安全、運(yùn)行成本”三者之間找到最佳平衡。

下面，我們從脫硫工藝與氧的關(guān)系、脫硫型氧分析儀的特點(diǎn)、典型安裝位置、控制邏輯和維護(hù)要點(diǎn)幾個(gè)維度，展開(kāi)講一講。

一、氧在脫硫工藝中的“雙重身份”

1）參與者：促進(jìn)氧化反應(yīng)，提高脫硫效率

以石灰石–石膏濕法脫硫?yàn)槔琒O?被吸收塔內(nèi)的石灰石漿液吸收后，大部分先以亞硫酸根（HSO??）形式存在。為了將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硫酸根（SO?²?），并在漿液中結(jié)晶生成石膏（CaSO?·2H?O），必須有足夠的氧參與：

O?使HSO??氧化為SO?²?；

O?含量越高，氧化反應(yīng)越快，石膏生成越充分，脫硫效率隨之上升。

因此，在吸收塔入口、漿液池或氧化風(fēng)管等位置，氧含量是否充足，直接影響脫硫效率和副產(chǎn)物品質(zhì)。

2）“麻煩制造者”：氧過(guò)高或過(guò)低都會(huì)出問(wèn)題

氧過(guò)低：亞硫酸根氧化不充分，漿液中亞硫酸鹽積累，既不利于石膏結(jié)晶，也會(huì)增加設(shè)備結(jié)垢和腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，脫硫效率難以長(zhǎng)期維持高位。

氧過(guò)高：過(guò)多的氧會(huì)加劇脫硫系統(tǒng)的氧化性腐蝕，同時(shí)可能促使部分SO?被氧化成SO?，形成硫酸蒸汽，進(jìn)一步降低酸露點(diǎn)，導(dǎo)致下游煙道、煙囪低溫腐蝕加劇。

所以，“不多不少”的氧，是脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

二、脫硫型氧分析儀的特殊之處

和普通鍋爐煙氣氧分析儀相比，脫硫型氧分析儀并不是“換個(gè)殼、貼個(gè)標(biāo)”那么簡(jiǎn)單，它在設(shè)計(jì)上有一些明顯差異。

1）對(duì)低溫、高濕環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)

濕法脫硫后，煙氣溫度往往只有45–60℃，濕度接近飽和。如果氧分析儀前端溫度過(guò)低，極易發(fā)生冷凝水甚至稀硫酸凝結(jié)，導(dǎo)致：

傳感器被腐蝕、壽命大幅縮短；

測(cè)量孔路堵塞，響應(yīng)變慢甚至失效。

脫硫型氧分析儀通常采用：

探頭和采樣管線伴熱設(shè)計(jì)，保持溫度在露點(diǎn)以上；

選用耐腐蝕材料與保護(hù)管，防止酸液侵蝕傳感器。

2）耐腐蝕、耐硫能力更強(qiáng)

脫硫環(huán)境中SO?、SO?濃度高，甚至有飛灰、漿液滴等，腐蝕性很強(qiáng)。普通探頭很快會(huì)因：

保護(hù)管、鋯池被酸性腐蝕穿孔；

電極中毒、老化加速，導(dǎo)致測(cè)量漂移。

脫硫型氧分析儀會(huì)在：

護(hù)套材料上采用316L、321甚至更高等級(jí)不銹鋼，部分產(chǎn)品內(nèi)襯防腐涂層；

探頭結(jié)構(gòu)上做薄膜電解技術(shù)、防腐設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)壽命并保持精度。

3）滿足精度和穩(wěn)定性要求

脫硫系統(tǒng)對(duì)氧量變化相對(duì)敏感，氧的波動(dòng)會(huì)影響氧化風(fēng)機(jī)頻率、漿液循環(huán)泵運(yùn)行模式等。因此，脫硫型氧分析儀通常具備：

高靈敏度、高精度的氧傳感器（多為氧化鋯，也有部分采用順磁或電化學(xué)）；

較快的響應(yīng)時(shí)間（數(shù)秒級(jí)）和良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，能準(zhǔn)確反映氧含量變化趨勢(shì)；

支持4–20mA或數(shù)字通信輸出，方便接入DCS參與PID控制。

4）配套防爆和防護(hù)設(shè)計(jì)

部分化工、焦化行業(yè)的脫硫裝置位于危險(xiǎn)區(qū)，脫硫型氧分析儀也常做成防爆型，通過(guò)隔爆/本安設(shè)計(jì)，確保在可燃?xì)怏w環(huán)境中安全運(yùn)行。

三、FGD系統(tǒng)中的典型安裝與測(cè)點(diǎn)布局

根據(jù)不同脫硫工藝，脫硫型氧分析儀的常見(jiàn)安裝位置有：

1）原煙氣側(cè)：脫硫塔入口

監(jiān)測(cè)進(jìn)入脫硫塔前的煙氣氧含量；

為前級(jí)燃燒控制提供參考，同時(shí)與凈煙氣氧量對(duì)比，評(píng)估系統(tǒng)漏風(fēng)和氧化風(fēng)分配情況。

2）凈煙氣側(cè)：吸收塔出口/煙囪入口

監(jiān)測(cè)脫硫后的凈煙氣氧含量；

用于計(jì)算折算污染物濃度（按環(huán)保要求折算到基準(zhǔn)氧含量），并參與煙囪防腐運(yùn)行策略。

3）氧化風(fēng)管或漿液池上部空間

對(duì)氧化風(fēng)機(jī)送入的空氣或漿液池上方氣氛進(jìn)行測(cè)氧；

控制氧化風(fēng)量，維持足夠氧含量促使亞硫酸鹽氧化，但又不過(guò)量導(dǎo)致腐蝕加劇。

4）旁路煙道（如果有）

旁路開(kāi)啟時(shí)仍需監(jiān)測(cè)氧量，以評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和安全情況。

各測(cè)點(diǎn)需要選擇流速穩(wěn)定、有代表性的直管段，避開(kāi)渦流、死角和大溫差區(qū)域，以保證測(cè)量的真實(shí)性和穩(wěn)定性。

四、氧量信號(hào)如何“走進(jìn)”FGD控制邏輯

脫硫型氧分析儀通常不是“只看不管”，它的信號(hào)會(huì)深度參與自動(dòng)控制邏輯：

1）控制氧化風(fēng)量和風(fēng)機(jī)頻率

根據(jù)入口SO?負(fù)荷和漿液池氧含量，自動(dòng)調(diào)節(jié)氧化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和頻率；

在保證氧化充分的前提下，避免過(guò)量供風(fēng)造成的能耗和腐蝕。

2）輔助漿液循環(huán)與pH控制

氧含量偏低時(shí)，可適當(dāng)增加循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量或調(diào)整pH值，使SO?吸收和氧化過(guò)程更匹配；

氧偏高時(shí)，則需警惕系統(tǒng)氧化性增強(qiáng)，適當(dāng)調(diào)整防腐措施。

3）參與煙囪防腐與運(yùn)行策略

脫硫后煙氣溫度低、濕度高，易達(dá)到酸露點(diǎn)，導(dǎo)致硫酸冷凝腐蝕煙囪；

通過(guò)監(jiān)測(cè)凈煙氣氧量，可以在控制邏輯中加入“氧上限控制”，避免氧含量過(guò)高促使SO?生成過(guò)多，從源頭上減輕低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

4）環(huán)保達(dá)標(biāo)與折算計(jì)算

環(huán)保部門通常要求將SO?、NO?等污染物濃度折算到基準(zhǔn)氧含量（如6%O?），以確保數(shù)據(jù)可比；

脫硫型氧分析儀提供的氧量信號(hào)，正是進(jìn)行折算計(jì)算的重要依據(jù)。

五、選型與設(shè)計(jì)：脫硫工況下要特別留意的點(diǎn)

1）溫度范圍與伴熱設(shè)計(jì)

確認(rèn)測(cè)點(diǎn)煙氣長(zhǎng)期溫度、溫度，選擇合適的探頭類型和伴熱功率；

低溫、高濕測(cè)點(diǎn)要重點(diǎn)考慮防露點(diǎn)凝結(jié)，采樣管線和探頭最好全程伴熱。

2）耐腐蝕材料與結(jié)構(gòu)

含硫、氯的工況下，選用防腐型氧化鋯探頭，保護(hù)管采用316L或更高級(jí)別不銹鋼，必要時(shí)內(nèi)襯涂層；

對(duì)飛灰、漿液滴多的位置，考慮加強(qiáng)過(guò)濾、反吹方案，延長(zhǎng)維護(hù)周期。

3）防爆與防護(hù)要求

若脫硫裝置位于危險(xiǎn)區(qū)（如某些化工企業(yè)的尾氣處理系統(tǒng)），必須選擇符合相應(yīng)防爆等級(jí)的脫硫型氧分析儀；

戶外安裝要考慮防雨、防潮、防日曬，防護(hù)等級(jí)至少IP65。

4）精度、響應(yīng)與通信

參與閉環(huán)控制時(shí)，要關(guān)注系統(tǒng)精度（通常≤±2%FS）和響應(yīng)時(shí)間（≤3s）；

4–20mA輸出與主電路要隔離，RS-485等通信接口方便與DCS/SCADA集成。

六、維護(hù)與故障處理：把“腐蝕”關(guān)在門外

1）定期檢查探頭外觀與密封

觀察保護(hù)管是否有明顯腐蝕、裂紋、穿孔；

檢查法蘭連接處密封情況，防止冷風(fēng)漏入導(dǎo)致氧量偏高。

2）校準(zhǔn)與標(biāo)定

按廠家建議周期進(jìn)行空氣點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)氣點(diǎn)和工況點(diǎn)標(biāo)定，尤其是在檢修后或長(zhǎng)期停運(yùn)重新投運(yùn)前；

注意標(biāo)準(zhǔn)氣成分和背景氣體盡量接近工況，減少交叉干擾。

3）防堵與反吹

高粉塵、漿液滴環(huán)境要定期清理過(guò)濾器，防止堵塞；

合理設(shè)置反吹間隔和反吹壓力，既要保證通暢，又要避免損傷傳感器。

4）壽命管理與備件計(jì)劃

脫硫型氧化鋯探頭在腐蝕性環(huán)境中壽命可能縮短至1–2年，需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況制定更換計(jì)劃；

提前儲(chǔ)備備件，避免突發(fā)故障影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行。

5）數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析

利用DCS歷史數(shù)據(jù)觀察氧量變化趨勢(shì)，與SO?排放、脫硫效率等參數(shù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)異常及早排查；

若發(fā)現(xiàn)氧量長(zhǎng)期單向漂移，多半是探頭老化或中毒，應(yīng)及時(shí)校準(zhǔn)或更換。

七、一個(gè)具體案例：某電廠濕法FGD的氧量?jī)?yōu)化

某300MW機(jī)組濕法石灰石–石膏脫硫系統(tǒng)，曾經(jīng)面臨兩個(gè)問(wèn)題：

吸收塔漿液池亞硫酸鹽偏高，石膏品質(zhì)不佳；

煙囪局部出現(xiàn)明顯硫酸腐蝕跡象。

通過(guò)在原煙氣入口、凈煙氣出口和氧化風(fēng)管上增設(shè)脫硫型氧分析儀，并將信號(hào)引入DCS，采取以下優(yōu)化措施：

根據(jù)漿液池氧含量自動(dòng)調(diào)節(jié)氧化風(fēng)機(jī)頻率，維持氧含量在合理區(qū)間；

凈煙氣氧含量偏高時(shí)，適度減少氧化風(fēng)量，從源頭上控制SO?生成；

定期分析氧量與SO?脫除效率、石膏純度之間的關(guān)系，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。

一段時(shí)間后，脫硫效率穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值以上，石膏純度提高，煙囪腐蝕趨勢(shì)明顯減緩，系統(tǒng)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)、更安全。

八、小結(jié)：看不見(jiàn)的“氧”，決定看得見(jiàn)的“效果”

脫硫系統(tǒng)往往是整個(gè)環(huán)保末端中最“潮濕、最腐蝕”的地方，煙氣里的那一點(diǎn)點(diǎn)氧，既是化學(xué)過(guò)程的參與者，也是腐蝕的助推者。脫硫型氧分析儀通過(guò)高精度、高可靠的氧量測(cè)量，把這一關(guān)鍵參數(shù)“亮出來(lái)”，并讓控制系統(tǒng)基于它做決策。

從表面上看，它只比普通氧分析儀多了一個(gè)“耐腐蝕”“適應(yīng)低溫高濕”的標(biāo)簽；但從系統(tǒng)層面看，它是脫硫效率、設(shè)備壽命、運(yùn)行成本三者之間的一個(gè)調(diào)節(jié)器。選對(duì)型、裝對(duì)位置、維護(hù)得當(dāng)，它就能在濕冷酸霧的環(huán)境中長(zhǎng)久、穩(wěn)定地提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)，讓脫硫系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)“既環(huán)保、又經(jīng)濟(jì)、又安全”的目標(biāo)。

至此，四種設(shè)備（煙氣測(cè)氧用氧含量分析儀、直插式氧化鋯分析儀、防爆型氧化鋯氧分析儀、脫硫型氧分析儀）的專題文章已經(jīng)完成，每篇都盡量做到原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用和選型維護(hù)兼顧。如果你后續(xù)有需要，我也可以按某種邏輯把它們整合成對(duì)比性的長(zhǎng)文，或者針對(duì)某一類設(shè)備再細(xì)化寫(xiě)“落地實(shí)施指南”或“故障排查手冊(cè)”。