總有機(jī)碳及脫氣氫導(dǎo)聯(lián)合測(cè)定在火電廠水汽品質(zhì)異常分析中的應(yīng)用

沈思言，駱?lè)矫?，魯衛(wèi)哲，馮向東，余一凡，李松松

（1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江 杭州 311121；2.浙江省火力發(fā)電高效節(jié)能與污染物控制技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311121；3.舟山煤炭交易市場(chǎng)有限公司，浙江 舟山 316021；4.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，浙江 杭州 311200；5.工業(yè)新水源浙江省工程研究中心，浙江 杭州 311121）

0 引 言

火電廠汽水品質(zhì)對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行有至關(guān)重要的作用，水作為主要介質(zhì)與各系統(tǒng)及管道直接接觸，凝汽器中低溫水通過(guò)精處理，經(jīng)低壓加熱器、除氧器和高壓加熱器升溫，再通過(guò)省煤器、水冷壁吸收煙氣熱量，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽[1-4]。 在水汽轉(zhuǎn)變過(guò)程中，高溫高壓加劇了各系統(tǒng)及管道的腐蝕，并將之在整個(gè)系統(tǒng)中遷移，因此控制電廠汽水品質(zhì)十分重要?！禛B/T 12145 -2016 火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》中，對(duì)火電廠汽水品質(zhì)有詳細(xì)的要求，其中關(guān)于有機(jī)碳的描述已經(jīng)從2008 版本的TOC替換為2016 版的總有機(jī)碳離子（total organic carbon ions，TOCi）[5]。 由于TOCi除了能反映有機(jī)物中總碳含量，還能測(cè)量其他雜原子如硫、氯等氧化后產(chǎn)生的陰離子，因而能更加準(zhǔn)確地反映水汽中有機(jī)物含量[6-8]。

1 試驗(yàn)原理和方法

1.1 總有機(jī)碳

常用TOC測(cè)定方法主要有高溫催化燃燒氧化法、濕法氧化法、紫外氧化法、紫濕法氧化法[13]。 本研究采用的是紫外氧化法。

TOCi分析儀測(cè)試原理：水樣通過(guò)過(guò)濾、消除干擾處理后，進(jìn)入氧化裝置。 水中的總有機(jī)碳在通過(guò)氧化裝置后發(fā)生如下反應(yīng)：

C x H y O z M→CO2+H2O+HM（O）n

氧化裝置的進(jìn)出口設(shè)有電導(dǎo)率檢查裝置，采集的進(jìn)出口電導(dǎo)率信號(hào)輸入微機(jī)處理后計(jì)算得到TOCi值，其主要原理為紫外氧化-直接電導(dǎo)法。與TOC相比，TOCi不僅能測(cè)量有機(jī)物中的碳、氫、氧，還能將其他雜原子氧化產(chǎn)生氯離子、硫酸根、硝酸根等陰離子，并將其折算為二氧化碳含量的總和，TOCi更能準(zhǔn)確反映水汽中的有機(jī)物含量及腐蝕性的大小，其中本研究所用儀表測(cè)量的TOCi范圍為0 ～1000 μg/L。

1.2 脫氣氫導(dǎo)

脫氣氫導(dǎo)的測(cè)量主要通過(guò)水樣進(jìn)入陽(yáng)離子交換柱將水樣中的陽(yáng)離子置換成氫離子，然后進(jìn)入脫氣單元，將水樣中的二氧化碳脫除，接著脫氣后的水樣進(jìn)行冷卻，最后經(jīng)過(guò)氫導(dǎo)電極測(cè)試得到脫氣氫導(dǎo)值。

圖1 脫氣氫導(dǎo)儀表結(jié)構(gòu)

2 總有機(jī)碳和脫氣氫導(dǎo)的應(yīng)用

2.1 脫氣氫導(dǎo)分析汽水品質(zhì)異常

某火電廠（以下簡(jiǎn)稱火電廠）裝有兩臺(tái)350 MW和兩臺(tái)330 MW 燃煤機(jī)組，在機(jī)組運(yùn)行階段，4 臺(tái)機(jī)組皆出現(xiàn)水汽品質(zhì)異常，各個(gè)水樣的氫電導(dǎo)率均出現(xiàn)超標(biāo)情況。 其中按《GB/T 12145 -2016》與電廠運(yùn)行規(guī)程要求凝結(jié)水水質(zhì)氫電導(dǎo)率≤0.30 μs/cm，鍋爐給水水質(zhì)氫電導(dǎo)率≤0.15 μs/cm，主蒸汽水質(zhì)氫電導(dǎo)率≤0.15 μs/cm，其中電廠對(duì)水質(zhì)的期望值要求更高。 為了查清機(jī)組水質(zhì)異常的原因，對(duì)幾種可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，首先懷疑除鹽水受到污染，檢查制水系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)始終在規(guī)定范圍內(nèi)，并且?guī)着_(tái)機(jī)組都出現(xiàn)了水汽品質(zhì)異常的情況，證明凝汽器泄漏的可能性也較小，后檢測(cè)到除鹽水中的TOC值較高，懷疑機(jī)組中有機(jī)物分解導(dǎo)致機(jī)組水汽系統(tǒng)水樣氫電導(dǎo)率升高，于是對(duì)機(jī)組水樣進(jìn)行氫電導(dǎo)率及脫氣氫電導(dǎo)率對(duì)比。實(shí)際測(cè)量結(jié)果如表1 所示，7 號(hào)、8 號(hào)機(jī)組給水及蒸汽的氫電導(dǎo)率皆超過(guò)了0.15 μs/cm，而脫氣氫電導(dǎo)率均在正常范圍內(nèi)。

表1 電廠7 號(hào)、8 號(hào)機(jī)組汽水系統(tǒng)脫氣氫導(dǎo)測(cè)試結(jié)果

圖2、圖3 分別為7 號(hào)、8 號(hào)機(jī)組各個(gè)水樣汽水的氫電導(dǎo)率與脫氣氫電導(dǎo)率的對(duì)比圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)2 臺(tái)機(jī)組各個(gè)系統(tǒng)的水樣氫電導(dǎo)率和脫氣氫電導(dǎo)率之間均有較大差值，測(cè)試水樣經(jīng)過(guò)脫除CO2氣體后，測(cè)量其氫導(dǎo)值大幅度下降。 電廠在線儀表上的氫電導(dǎo)率和本次測(cè)試氫電導(dǎo)率接近，都出現(xiàn)虛高狀況，并不能真實(shí)反映水樣中危害較大的其他離子的綜合水平，如果采用脫氣氫電導(dǎo)率當(dāng)作機(jī)組水汽品質(zhì)監(jiān)督的指標(biāo)，電廠的汽水品質(zhì)會(huì)有較大程度的改善，并且水汽品質(zhì)均在控制范圍內(nèi)。

圖2 7 號(hào)機(jī)組不同水樣CC與DCC對(duì)比

圖3 8 號(hào)機(jī)組不同水樣CC與DCC對(duì)比

2.1 總有機(jī)碳結(jié)合分析汽水品質(zhì)異常

為了查清水樣中CO2高的原因，本研究通過(guò)測(cè)量汽水系統(tǒng)水樣的TOCi與TOC來(lái)結(jié)合分析并驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性，結(jié)果如表2 所示。 結(jié)果表明，水樣的TOCi比TOC值高，主要為T(mén)OCi能夠測(cè)得有機(jī)物中除碳外的其他雜離子氧化后的陰離子之和。 系統(tǒng)中除鹽水的TOCi與TOC值偏高，而各個(gè)系統(tǒng)隨著汽水系統(tǒng)的溫度升高，TOCi與TOC緩慢下降，說(shuō)明水樣中的有機(jī)物發(fā)生了部分分解，分解產(chǎn)生的CO2溶于水中，導(dǎo)致機(jī)組的氫電導(dǎo)率出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。 兩臺(tái)機(jī)組的數(shù)據(jù)相近，都出現(xiàn)該現(xiàn)象。

表2 電廠7 號(hào)、8 號(hào)機(jī)組汽水系統(tǒng)總有機(jī)碳測(cè)試結(jié)果

為進(jìn)一步探究除鹽水中有機(jī)物濃度高的原因，對(duì)電廠制水系統(tǒng)進(jìn)行化驗(yàn)分析，電廠淡水取自溪口水庫(kù)，電廠的制水系統(tǒng)的分為兩套，一套為4×100 t/h 的混床系統(tǒng)，另一套為1 ×150 t/h 的EDI系統(tǒng)。 混床系統(tǒng)為蓄水池、反應(yīng)沉淀池、無(wú)閥濾池、高效過(guò)濾器、陽(yáng)離子交換器、除碳器、陰離子交換器、混合離子交換器組成；EDI系統(tǒng)由蓄水池、反應(yīng)沉淀池、無(wú)閥濾池、超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、EDI裝置組成。 從工藝上看，混床系統(tǒng)工藝缺少預(yù)除鹽系統(tǒng)。

從混床系統(tǒng)化驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看（見(jiàn)表3），有機(jī)物的來(lái)源為前端來(lái)水，相比較于陽(yáng)床的進(jìn)出口有機(jī)物濃度，排除了陽(yáng)樹(shù)脂降解引起的水樣TOCi含量偏高。 陽(yáng)床進(jìn)出口與混床進(jìn)出口的有機(jī)物脫除率較差，證明樹(shù)脂對(duì)有機(jī)物的脫除性較弱，而陽(yáng)床出口和陰床出口相比，有機(jī)物含量明顯降低，可能是由于陽(yáng)床和陰床之間有除碳器對(duì)有機(jī)物有一定的脫除效果。

表3 電廠混床系統(tǒng)總有機(jī)碳測(cè)試結(jié)果

EDI制水系統(tǒng)的產(chǎn)水中，有機(jī)物含量較低（見(jiàn)表4），主要原因?yàn)榉礉B透系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物具有較好的去除效果，相比較于混床系統(tǒng)工藝，混床系統(tǒng)沒(méi)有預(yù)除鹽系統(tǒng)，因此導(dǎo)致除鹽水中的有機(jī)物較高。

表4 電廠EDI系統(tǒng)總有機(jī)碳測(cè)試結(jié)果

以TOCi為例，混床出水的TOCi為307.6 μg/L，總產(chǎn)水量為400 t/h，EDI系統(tǒng)出水的TOCi為61 μg/L，總產(chǎn)水量為150 t/h。 EDI系統(tǒng)和混床系統(tǒng)共同制水得到電廠的除鹽水，因此通過(guò)核算，除鹽水中總有機(jī)碳含量為210 μg/L，在合理范圍內(nèi)。

3 結(jié)果與討論

（1）電廠出現(xiàn)水汽系統(tǒng)氫電導(dǎo)率超標(biāo)現(xiàn)象，主要原因是水樣中存在大量的CO2，不能真實(shí)反映水汽品質(zhì)的好壞，而脫氣氫電導(dǎo)率能夠真實(shí)反映水樣中除CO2以外危害性較大的其他離子的含量，更能代表水汽系統(tǒng)的品質(zhì)，經(jīng)過(guò)測(cè)量分析，電廠汽水品質(zhì)均在規(guī)定范圍內(nèi)。

（2）機(jī)組出現(xiàn)水汽中含有CO2的主要原因?yàn)槌}水中含有有機(jī)物，有機(jī)物分解產(chǎn)生的CO2溶于水中，致使水汽氫電導(dǎo)率出現(xiàn)虛高狀況。 除鹽水中有機(jī)物含量偏高主要是由于混床系統(tǒng)工藝中缺少預(yù)除鹽系統(tǒng)，對(duì)有機(jī)物的去除率較差，并且通過(guò)各個(gè)床體進(jìn)出口有機(jī)物的分析，排除了樹(shù)脂降解的可能，而EDI系統(tǒng)中的反滲透系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物具有良好的去除率，EDI產(chǎn)水中有機(jī)物含量在正常水平。

（3）后期電廠通過(guò)控制來(lái)水中有機(jī)物的濃度，從而降低了除鹽水中的有機(jī)物，機(jī)組的汽水系統(tǒng)虛高問(wèn)題得到解決，進(jìn)一步證明了水中CO2的來(lái)源主要為有機(jī)物含量偏高，排除了凝汽器泄漏或者加藥系統(tǒng)藥品原因?qū)㈦s質(zhì)離子帶入的可能。

4 建 議

電廠可以采用脫氣氫電導(dǎo)率監(jiān)督機(jī)組的汽水品質(zhì)，脫氣氫電導(dǎo)率更能準(zhǔn)確反映水汽中各種離子含量的真實(shí)狀況，并聯(lián)合總有機(jī)碳測(cè)量，能夠有效判斷水汽中有機(jī)物含量及來(lái)源，為機(jī)組正常穩(wěn)定的運(yùn)行提供依據(jù)。