应用于火电厂脱硫循环系统的减阻剂及使用方法

摘要

本发明属于精细化学品领域，特别涉及一种应用于火电厂脱硫循环系统的减阻剂及使用方法。该减阻剂为主体成分PEO、PAM及辅助成分硫脲的水溶液，其中，主体成分PEO、PAM及辅助成分硫脲的总浓度范围为600～810mg/L，PEO、PAM和硫脲的质量浓度配比为(3.0～4.0):1:(2.0～2.8)。针对不同的火电厂脱硫循环系统及使用环境，制备配比不同的减阻剂，投加到石灰石浆液箱中，由石灰石浆液泵输送到脱硫塔底部的浆液池中。该减阻剂应用于火电厂脱硫石灰石浆液循环系统中，对脱硫效率无不良影响，减阻效果明显，为火电厂节约耗电，带来可观收益；配方具有减阻率高、抗剪切能力强的特色，保证了配方的长期高效、稳定运行。

权利要求

1.一种应用于火电厂脱硫循环系统的减阻剂，其特征在于：该减阻剂为主体成分PEO、PAM及辅助成分硫脲的水溶液，其中，主体成分PEO、PAM及辅助成分硫脲的总浓度范围为

600～810mg/L，PEO、PAM和硫脲的质量浓度比例为(3.0～4.0):1:(2.0～2.8)。

2.一种权利要求1所述减阻剂应用于火电厂脱硫循环系统的方法，其特征在于，针对不同的火电厂脱硫循环系统及使用环境，制备配比不同的减阻剂，具体分为以下步骤：(1)在30℃的恒温条件下，配制一系列不同浓度PEO的脱硫浆液，加入到循环管道系统中，通过管路流体阻力实验装置分别测量流体阻力值，对仅含PEO的脱硫浆液进行减阻效果评价，即根据减阻率公式计算加入不同浓度PEO所产生的减阻率，最大减阻率所对应的浓度，即为PEO的最佳减阻浓度；同理按上述实验操作，分析PAM的最佳减阻浓度；其中，减阻率公式为：DR＝(λx-λ0)/λ0，DR—减阻剂溶液的减阻率，λx—添加减阻剂后脱硫浆液的摩阻系数，λ0—纯脱硫浆液的摩阻系数；

(2)按照步骤(1)得到的PEO的最佳减阻浓度，在脱硫浆液中保持PEO最佳减阻浓度不变，分别添加不同浓度范围的PAM，测定其流体阻力值以及通过减阻率公式计算来确定减阻率的最大值，因而得到同时含有PEO、PAM的最佳减阻总浓度及配比范围；

(3)按照步骤(2)得到的混合高聚物PEO、PAM的最佳减阻总浓度及配比，将PEO、PAM投加到脱硫浆液中，再添加不同浓度的硫脲，形成一系列不同浓度配比的实验流体：在不同时间段测定浆液的流体阻力值，分析计算减阻率DR，根据减阻率随时间衰减的快慢来确定硫脲的最佳投加量；

(4)通过上述实验研究得出减阻剂的最佳减阻总浓度范围，以及主体成分PEO、PAM和辅助成分硫脲的浓度配比范围；

(5)根据步骤(4)得到的结果，配制减阻剂的水溶液，再添加石灰石均匀混合形成减阻剂的脱硫浆液；而后将得到的脱硫浆液投加到石灰石浆液箱中，由石灰石浆液泵输送到脱硫塔底部的浆液池中，脱硫浆液的温度范围为30～50℃，pH范围为5～6。

说明书

应用于火电厂脱硫循环系统的减阻剂及使用方法

技术领域

[0001] 本发明属于精细化学品领域，特别涉及一种应用于火电厂脱硫循环系统的减阻剂及使用方法。

背景技术

[0002] 火电厂SO2排放对环境造成的污染多年居世界首位。煤炭作为主要一次能源，燃煤带来的SO2排放量占总排放量的90%，电厂脱硫刻不容缓。目前火电厂应用最广泛、技术最成熟的脱硫法为含石灰石浆液洗涤烟气脱硫法。

[0003] 烟气脱硫在大型火力发电厂应用日趋广泛，脱硫系统运行成本高一直是个难题，而石膏浆液循环泵是石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的耗电大户。经调查一套300MW机组浆液循环泵日耗602KW·h，若减少10%的泵阻耗，每天可节约相当一部分电能。因此，降低循环泵阻耗对降低脱硫系统的成本至关重要。随着节约能源成为我国大力提倡的重要措施，对浆液脱硫循环系统节能的研究具有乐观的前景。

[0004] 经调查研究循环泵克服流体阻力造成相当大部分的能量损失。在循环浆液中加入减阻剂以改变流体的内部结构，普通流体转变为粘性流体，流体内部的紊动阻力下降，从而有效减小流体阻力。减阻剂广泛应用于石油开采、医学工程、供暖系统、消防灌溉、管道输送等领域，它是提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。

[0005] 在各种水溶性减阻剂中，聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯酰胺（PAM）的减阻效果最引人关注。PEO有“减阻王”之称，实验发现在水中加入1mg/L的PEO，水的流体阻力也会减少20%以上，其在纯水中减阻率高达63.5%。目前PEO已成功运用于消防水管、钻井泥浆等。PAM是一种线性高分子聚合物，具有优良的减阻性能。目前国外应用最普遍的水基减阻剂是由一种或者两种不同的单体共聚生成的聚丙烯酰胺类减阻剂。但PEO、PAM在紊流流体的高剪切作用下，其分子量极易因分子链的断裂而降低，甚至失去减阻功能，即通常所说的永久性的、不可逆的剪切降解，这是高分子减阻剂最大的不足。因而在配方中增添抗降解稳定剂以增加减阻剂的稳定性、保持减阻剂的高效性。

[0006] 早期的循环水道减阻剂通常运用于原油输送管道，例如美国专利US1352284（1974-5-8）公开的由聚氧化乙烯、悬浮剂和表面活性剂组成的减阻剂配方。国内专利CN101538090公开的由氯化十二烷基二甲基苄基胺杀菌灭藻剂、椰油酸二乙醇酰胺缓蚀阻垢剂和羟基亚乙基二膦酸钠组成的减阻剂配方只适用于空调设备或小型工业循环水处理系统。国内专利02804037.6（2004-4-7）将两性离子表面活性剂与阴离子型含醚表面活性剂一起作为减阻剂，运用于加热或冷却的配水体系。该专利在减阻剂配方与应用对象上与本专利有重大区别。

[0007] 随着减阻技术的进一步发展，在国外已有将减阻技术应用到集中供热系统的案例。例如，减阻剂在丹麦的Herning城市的一个中型集中供热系统中得到运用,并且已经运行了12年之久。应用于该集中供热系统中所节约的电量约为1400MW·h/年,由于水泵效率提高所节约的电量达到2800MW·h/年,总合计4200MW·h/年，带来巨大的节能效应，可见经济效益相当可观。

[0008] 众所周知，烟气脱硫系统中的浆液循环泵是连续不间断运行的，能耗巨大，是烟气脱硫系统电耗的主要来源。检索国内外专利，目前并未有将减阻剂和脱硫浆液循环系统二者结合起来的相关研究和应用实例，而电厂脱硫方面对减少循环泵阻力问题鲜有涉及。本发明创新性地将减阻技术应用到电厂脱硫系统中，可大幅降低循环泵的阻力，得到可观的节能效益。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种应用于火电厂脱硫循环系统的减阻剂及使用方法。

[0010] 本发明所提供的减阻剂，为主体成分聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯酰胺（PAM）及辅助成分硫脲的水溶液，其中，主体成分PEO、PAM及辅助成分硫脲的总浓度范围为600～810mg/L，PEO、PAM和硫脲的质量浓度比例为(3.0～4.0):1:(2.0～2.8)。

[0011] 本发明提供的该减阻剂应用于火电厂脱硫循环系统的方法，需要针对不同的火电厂脱硫循环系统及使用环境，制备配比不同的减阻剂，具体分为以下步骤：

[0012] （1）在一定温度条件下，配制一系列不同浓度PEO的脱硫浆液，加入到循环管道系统中，通过管路流体阻力实验装置分别测量流体阻力值，对仅含PEO的脱硫浆液进行减阻效果评价，即根据减阻率公式计算加入不同浓度PEO所产生的减阻率，最大减阻率所对应的浓度，即为PEO的最佳减阻浓度；同理按上述实验操作，分析PAM的最佳减阻浓度。其中，减阻率公式为：DR=(λx-λ0)/λ0，DR—减阻剂溶液的减阻率，λx—添加减阻剂后脱硫浆液的摩阻系数，λ0—纯脱硫浆液的摩阻系数；

[0013] （2）按照步骤（1）得到的PEO的最佳减阻浓度，在脱硫浆液中保持PEO最佳减阻浓度不变，分别添加不同浓度范围的PAM，测定其流体阻力值以及通过减阻率公式计算来确定减阻率的最大值，因而得到同时含有PEO、PAM最佳减阻总浓度及配比范围；

[0014] （3）按照步骤（2）得到的混合高聚物PEO、PAM的最佳减阻总浓度及配比，将PEO、PAM投加到脱硫浆液中，再添加不同浓度的硫脲，形成一系列不同浓度配比的实验流体。在不同时间段测定浆液的流体阻力值，分析计算减阻率DR，根据减阻率随时间衰减的快慢来确定硫脲的最佳投加量。

[0015] （4）通过上述实验研究得出减阻剂的最佳减阻总浓度范围，以及主体成分PEO、PAM和辅助成分硫脲的浓度配比范围。

[0016] （5）根据步骤（4）得到的结果，配制减阻剂的水溶液，再添加石灰石均匀混合形成减阻剂的脱硫浆液；而后将得到的脱硫浆液投加到电厂湿式石灰石脱硫系统的石灰石浆液箱中，由石灰石浆液泵输送到脱硫塔底部的浆液池中，脱硫浆液的温度范围为30～50℃，pH范围为5～6；脱硫浆液在循环管道中不断流动，降低流动过程中的阻力从而实现节能。

[0017] 本发明的有益效果体现在以下几方面：

[0018] （1）该减阻剂应用于火电厂脱硫石灰石浆液循环系统中，对脱硫效率无不良影响，减阻效果明显，为火电厂节约耗电，带来可观收益。

[0019] （2）配方采用日常工业原料，价格低廉，无毒无刺激性，易于商业化推广。

[0020] （3）配方具有减阻率高、抗剪切能力强的特色，保证了配方的长期高效、稳定运行。

[0021] （4）配方组分的稳定性数据以及原料安全性已在实验中得到验证，有推广应用基础。

附图说明

[0022] 图1为减阻率DR随PEO、PAM浓度变化的关系曲线；

[0023] 图2为PEO浓度保持一定时，摩阻系数λ随PAM浓度的变化关系曲线；

[0024] 图3为硫脲对减阻剂抗剪切能力的影响曲线；

[0025] 图4为烟气分析仪记录的SO2浓度C与时间t的关系曲线。

具体实施方式

[0026] 本发明提供了一种应用于火电厂脱硫循环系统的减阻剂及使用方法，下面对本发明做进一步说明。

[0027] 该减阻剂由主体成分聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯酰胺（PAM）和具有抗剪切功能的辅助成分硫脲按一定浓度比例配制而成，减阻剂的最佳减阻浓度范围为600～810mg/L，减阻剂中各成分PEO、PAM和硫脲的质量浓度比例为(3.0～4.0):1:(2.0～2.8)。

[0028] 减阻剂配方的核心成分PEO、PAM是高聚物，高聚物由于其特有长链结构，对环境温度也会比较敏感，发生一定程度的降解，温度会影响减阻剂的性能。本发明配制的减阻剂主要针对电厂脱硫系统，而浆液环境温度约为30～50℃，因此需要考虑温度对减阻剂减阻性能的影响，即减阻剂的最佳浓度和各成分的最佳配比会出现范围波动。

[0029] 配制的具体步骤为：

[0030] （1）在一定温度条件下，配制一系列不同浓度PEO的脱硫浆液，加入到循环管道系统中，通过管路流体阻力实验装置分别测量流体阻力值，对仅含PEO的脱硫浆液进行减阻效果评价，即根据减阻率公式计算加入不同浓度PEO所产生的减阻率，实验结果整理为减阻率DR随PEO浓度变化的关系曲线，最大减阻率所对应的浓度，即为PEO的最佳减阻浓度，同理按照上述实验操作确定PAM的最佳减阻浓度；其中，减阻率公式为：DR=(λx-λ0)/λ0，DR—减阻剂溶液的减阻率，λx—添加减阻剂后脱硫浆液的摩阻系数，λ0—纯脱硫浆液的摩阻系数；

[0031] （2）按照步骤（1）得到的PEO的最佳减阻浓度，在保持PEO的最佳减阻浓度一定时，配制多份PEO的脱硫浆液；配制一系列不同浓度范围PAM的脱硫浆液，将二者等体积均匀混合配制成高聚物混合溶液，即一系列不同浓度配比PEO/PAM的脱硫浆液。用管路流体阻力实验装置测定其流体阻力值，计算并确定减阻率的最大值以得到PEO、PAM最佳浓度配比范围；

[0032] （3）将PEO、PAM按照步骤（2）得到最佳浓度配比配制脱硫浆液，再分别加入不同浓度的硫脲，测定不同时间段浆液的流体阻力值，计算其减阻率，根据减阻率随时间衰减的快慢来确定最佳浓度比例的硫脲；

[0033] （4）通过上述实验分析确定减阻剂最佳减阻浓度范围，以及主体成分PEO、PAM和辅助成分硫脲的浓度比例；

[0034] （5）根据步骤（4）得到的结果，配制减阻剂的水溶液，再添加石灰石均匀混合形成减阻剂的脱硫浆液；而后将得到的脱硫浆液投加到电厂湿式石灰石脱硫系统的石灰石浆液箱中，由石灰石浆液泵输送到脱硫塔底部的浆液池中，脱硫浆液的温度范围为30～50℃，pH范围为5～6；脱硫浆液在循环管道中不断流动，降低流动过程中的阻力从而实现节能。

[0035] 实施例

[0036] （1）在30℃的恒温条件下，分别称取一系列不同质量的市售聚氧化乙烯（分子量300万）溶于4.5L水中，配制PEO的水溶液，再称取市售石灰石500g，搅拌溶解制成质量分数为10%的石灰石浆液，机械搅拌30分钟后，即配制好高聚物PEO的脱硫浆液。用管路流体阻力实验装置进行实验测定，记录管路流量与压差，然后计算流体阻力值。经数据分析计算不同浓度PEO脱硫浆液的摩阻系数，再通过减阻率公式计算减阻率，减阻率DR的最大值对应的浓度即PEO的最佳减阻浓度。同理，按照上述实验操作，配制一系列浓度范围的PAM脱硫浆液，测定其流体阻力值以确定PAM的最佳减阻浓度。实验结果整理成减阻率DR与浓度C的关系曲线，由图1可知，在30℃条件下PEO、PAM的最佳减阻浓度分别为600mg/L、
200mg/L。

[0037] （2）在30℃的恒温条件下，首先，按照PEO的最佳减阻浓度配制多份600mg/L的PEO脱硫浆液，即称取市售聚氧化乙烯3g先溶于4.5L的水中，再添加市售石灰石500g均匀混合形成PEO脱硫浆液。同理，按上述实验过程配制好一系列质量浓度的PAM溶液。然后，将一份600mg/L的PEO水溶液和另一份只含有PAM的水溶液等体积混合，机械搅拌30分钟，均匀混合形成一系列不同浓度配比的高聚物混合溶液。最后，采用管路流体阻力实验装置测定其流体阻力以及分析计算减阻率DR的最大值，来确定PEO、PAM最佳减阻总浓度及其配比。实验结果如图2所示，反映了混合溶液减阻率DR与PAM浓度C的关系，研究表明在30℃条件下PEO、PAM的最佳减阻总浓度为400mg/L，最佳配比为3:1，即称取市售聚氧化乙烯1.5g，聚丙烯酰胺0.5g溶于4.5L的水中，形成减阻剂溶液后投加到质量分数为10%的石灰石浆液中。在管道中循环流动才能达到最佳减阻效果。

[0038] （3）在30℃的恒温环境下，根据上述实验结果，先称取聚氧化乙烯1.5g、聚丙烯酰胺0.5g溶于4.5L水中，再取市售石灰石500g，并添加不同质量的硫脲，机械搅拌30分钟，均匀溶解形成一系列实验溶液。将制备的溶液投加到管道系统中进行循环流动，用管路流体阻力实验装置测其阻力值。测定硫脲对混合减阻剂抗剪切能力的影响，并计算其减阻率。硫脲对减阻剂的抗剪切能力影响表现在减阻率随时间衰减的快慢，因此以溶液起始减阻率DR0和随时间降解后的减阻率DR比值(DR/DR0)的最大值所对应的浓度，即添加硫脲的最佳浓度。从而确定减阻剂的最佳减阻浓度和各组分的最佳配比。实验结果如图3所示，在30℃的温度条件下，当添加1g硫脲对高聚物的抗剪切能力增强程度最佳，减阻剂最佳减阻总浓度为600mg/L，减阻剂各组分PEO、PAM、硫脲的质量浓度配比为3:1:2。

[0039] （4）单一改变温度条件，重复上述实验过程。在符合浆液运行温度环境下，减阻剂的最佳减阻总浓度在区间600～810mg/L内变化，各成分最佳浓度配比范围为(3.0～4.0):1:(2.0～2.8)。

[0040] （5）配制一系列不同浓度减阻剂的脱硫浆液置于鼓泡脱硫塔中，在30℃条件下，进行脱硫实验。经烟气分析仪记录SO2的浓度变化，将实验结果转化为SO2的浓度C-时间h的关系曲线（如图4所示）。改变减阻剂的浓度重复试验，实验结果表明减阻剂配方对脱硫效率无影响。