在線化學(xué)分析儀表在火力發(fā)電企業(yè)中的應(yīng)用

孫連開(kāi)

（江蘇井神鹽化股份有限公司熱電分公司，江蘇 淮安 223200）

在線化學(xué)分析儀表在火力發(fā)電企業(yè)中的應(yīng)用

孫連開(kāi)

（江蘇井神鹽化股份有限公司熱電分公司，江蘇 淮安 223200）

在線化學(xué)分析儀表在火力發(fā)電廠中具有舉足輕重的地位，直接關(guān)系到熱力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、高效率運(yùn)行，火力發(fā)電廠主要配置的儀表有濁度儀、PH表、鈉表、硅表、電導(dǎo)率表、氧表、酸堿濃度計(jì)、氧化還原電位（ORP）表、磷酸根表、余氯表等，這些儀表的合理配置、及時(shí)投用、準(zhǔn)確測(cè)量將給熱力系統(tǒng)的高效運(yùn)行帶來(lái)意想不到的效果，不僅可以保證鍋爐給水水質(zhì)的安全，同時(shí)可以減少鍋爐換熱面的結(jié)垢及磨損，減少爆管次數(shù)，提高企業(yè)供熱及發(fā)電效率，上述儀表的投用及準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)還可以保證給汽輪發(fā)電機(jī)提供優(yōu)質(zhì)的蒸汽，避免因蒸汽污染而造成汽輪發(fā)電機(jī)葉片結(jié)垢甚至受損，給火力供熱發(fā)電企業(yè)帶來(lái)巨大損失。

生水；電導(dǎo)率；酸堿濃度；余氯；溶解氧；磷酸鹽；硅酸鹽

1　概述

化學(xué)在線分析儀表在保證水汽品質(zhì)方面已起到不可替代的作用，火力發(fā)電企業(yè)在化學(xué)在線分析儀表中的投入也逐步加大，常用的在線分析儀表有電導(dǎo)率表、氧表、鈉表、磷酸根表、硅表、酸堿濃度計(jì)、ORP表、余氯表等。其中硅、磷、鈉表主要測(cè)量飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽、凝結(jié)水、冷卻水中硅酸根、磷酸根、鈉離子的含量。這些化學(xué)在線分析儀表的使用和實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)熱力設(shè)備安全運(yùn)行起到了重要的保障作用。

2　電廠在線化學(xué)儀表監(jiān)督的意義

2.1 電廠化學(xué)監(jiān)督的目的

電廠化學(xué)監(jiān)督的目的是防止或減緩熱力系統(tǒng)中各種設(shè)備的結(jié)垢與腐蝕，防止化學(xué)原因引起的生產(chǎn)事故，有效地進(jìn)行化學(xué)監(jiān)督是電廠安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要保障之一。

在線化學(xué)監(jiān)督的意義：火電廠熱力系統(tǒng)中配置的在線化學(xué)儀表的主要功能是連續(xù)監(jiān)督水汽質(zhì)量，對(duì)超標(biāo)的測(cè)點(diǎn)及時(shí)報(bào)警，提醒運(yùn)行人員對(duì)熱力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行必要調(diào)節(jié)及預(yù)防惡性事故的發(fā)生。監(jiān)督水汽系統(tǒng)的污染源，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)、正確處理。與控制裝置配合使用可實(shí)現(xiàn)化學(xué)加藥的劑量控制與調(diào)節(jié)，使化學(xué)控制指標(biāo)趨于平穩(wěn)。防止熱力系統(tǒng)結(jié)垢與腐蝕，保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，延長(zhǎng)熱力設(shè)備的檢修周期和使用壽命。

水處理系統(tǒng)中配置的在線化學(xué)儀表，用于監(jiān)督水處理效果，使相應(yīng)的水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求值。及時(shí)發(fā)現(xiàn)水處理系統(tǒng)中失效設(shè)備，使之及時(shí)退出運(yùn)行，避免對(duì)成品水質(zhì)污染。與程控裝置配合使用可實(shí)現(xiàn)水處理的自動(dòng)化，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。

2.2 電廠主要用水水源及水源中雜質(zhì)的危害分析

在火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程中，水是重要的工質(zhì)。在鍋爐中被加熱蒸發(fā)形成規(guī)定壓力下的飽和蒸汽，經(jīng)繼續(xù)加熱形成高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)，在汽輪機(jī)中蒸汽具有的熱能變成機(jī)械能，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)與汽輪機(jī)軸相連的發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，便將汽輪機(jī)傳遞來(lái)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋；鹆Πl(fā)電供熱企業(yè)一般選址于有合適水源的地址，大多數(shù)火力發(fā)電供熱企業(yè)選擇生水作為生產(chǎn)用水，生水即天然水，指未經(jīng)任何處理的天然水，是制取鍋爐用水的原水，可用作某些轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸承的冷卻水或作消防用水，生水中含有各種各樣的雜質(zhì)，按顆粒大小可分為三類：粒徑在10-4mm以上的稱為懸浮物，粒徑在10-6～10-4mm 的稱為膠體，粒徑小于10-6mm的稱為溶解物質(zhì)。溶解物質(zhì)主要由呈離子狀態(tài)的雜質(zhì)及一些溶于水的氣體組成。

天然水中的泥砂與懸浮物的主要危害是堵塞管道及設(shè)備，造成沖刷腐蝕或附著在熱力設(shè)備上影響傳熱效果。天然水中的膠體物質(zhì)，一部分來(lái)源于動(dòng)植物體腐爛分解產(chǎn)物，屬于有機(jī)物；一部分是礦物膠體，主要是鐵、鉛、硅的化合物。有機(jī)物膠體會(huì)污染離子交換樹(shù)脂，使其交換容量減小，使除鹽水質(zhì)量下降。有機(jī)物膠體也會(huì)在鍋爐因受熱分解成有害的有機(jī)酸，從而腐蝕熱力設(shè)備。礦物質(zhì)膠體進(jìn)入鍋爐后受熱，產(chǎn)生鐵鋁氧化物的沉淀物質(zhì)，其中硅酸鹽會(huì)污染蒸汽造成汽輪機(jī)葉片結(jié)垢。

天然水中的溶解物質(zhì)，呈離子狀態(tài)的總稱為鹽類。通常用含鹽量來(lái)表示其多少，常用mmol/L或mg/L單位來(lái)計(jì)量。在水中各種離子相對(duì)量一定時(shí)，也可以用電導(dǎo)率來(lái)表示含鹽量。電導(dǎo)率越大，其含鹽量就越高。鹽分對(duì)熱力設(shè)備的腐蝕有促進(jìn)作用。某些鹽分在高溫高壓狀態(tài)下可被蒸汽攜帶或溶解。當(dāng)受污染的蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功后壓力降低時(shí)，蒸汽中的鹽分會(huì)析出而造成汽輪機(jī)葉片積鹽垢。天然水中溶解的氧氣（O2）和（CO2）會(huì)導(dǎo)致熱力設(shè)備氧腐蝕或二氧化碳腐蝕。

天然水中溶解的鈣鎂離子構(gòu)成了水中碳酸鹽硬度與非碳酸鹽硬度。在熱力設(shè)備內(nèi)水汽循環(huán)過(guò)程中鈣鎂硬度是造成熱力設(shè)備結(jié)垢的主要成分。

含有多種多樣雜質(zhì)的天然水，如不進(jìn)行處理或水處理效果不佳而作為給水進(jìn)入鍋爐，會(huì)造成以下危害。

（1）結(jié)垢。水在鍋爐內(nèi)受熱蒸發(fā)，爐水中鹽分不斷濃縮，當(dāng)這些雜質(zhì)在爐水中的濃度達(dá)到飽和以至過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，便有固體析出。另外鍋爐內(nèi)的高溫高壓也為水中含有的雜質(zhì)提供了相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的條件，有些反應(yīng)也可導(dǎo)致固體析出。如析出的固體呈懸浮態(tài)，則稱為水渣。析出的固體沉積在受熱面上就形成了水垢。

水垢極大地影響鍋爐導(dǎo)熱能力。省煤器若有1mm厚水垢，則要多消耗1.5%～2.0%的燃料。鍋爐爐管內(nèi)若有1mm水垢，則浪費(fèi)的燃料達(dá)10%。結(jié)垢還容易導(dǎo)致鍋爐受熱面遭到損壞，鍋爐受熱面內(nèi)如有水垢，導(dǎo)熱系數(shù)變小，爐膛傳給金屬管壁的熱量就不能正常傳遞給爐管內(nèi)的爐水，金屬管壁溫度將超過(guò)正常工作溫度，發(fā)生金屬過(guò)熱，導(dǎo)致金屬?gòu)?qiáng)度下降，在鍋爐壓力作用下，爐管可能發(fā)生鼓包甚至爆破。爐管超溫時(shí)，爐管膨脹超出設(shè)計(jì)值而造成爐管龜裂。爐管內(nèi)結(jié)有水垢，增加了爐管內(nèi)水循環(huán)阻力，破壞了正常的鍋爐水循環(huán)的工況，將會(huì)出現(xiàn)大面積爐管過(guò)熱爆破。鍋爐受熱面的損壞不僅浪費(fèi)大量鋼材及檢修費(fèi)用，而且嚴(yán)重危及鍋爐設(shè)備及人身安全。結(jié)垢使傳熱性能變差，影響鍋爐的蒸發(fā)量，從而降低了鍋爐出力。

（2）腐蝕。水汽品質(zhì)不良將會(huì)造成熱力設(shè)備多種腐蝕，主要腐蝕類型有溶解氧和二氧化碳腐蝕及沉淀物下腐蝕。

（3）汽水共騰。當(dāng)鍋爐水中含有較多氯化鈉、磷酸鈉、油脂類有機(jī)物、硅酸鹽等雜質(zhì)，爐水沸騰蒸發(fā)的過(guò)程中，液面會(huì)產(chǎn)生泡沫，泡沫薄膜破裂后分離出很多小水滴，小水滴不斷被蒸汽帶走，便形成汽水共騰。

3　在線化學(xué)分析儀表的種類及主要作用

3.1 濁度儀

濁度，即水的混濁程度，由水中富含微量不溶性懸浮物質(zhì)，膠體物質(zhì)所形成的，ISO規(guī)范所用的丈量單位為FTU或NTU（濁度單位）。

濁度儀工作原理：用一定的入射光強(qiáng)透過(guò)同一厚度不同濁度的水樣時(shí)，將得到不同的透射光強(qiáng)，其消光值和濁度成正比，濁度儀即利用這個(gè)原理制造而成，通過(guò)計(jì)量透射光強(qiáng)，并經(jīng)過(guò)電路處理，即得到水樣的濁度值。

濁度儀用于對(duì)電廠水樣渾濁度的測(cè)量，指導(dǎo)化學(xué)水處理人員對(duì)原水樣進(jìn)行過(guò)濾、加藥處理，有效降低水樣中的懸浮物及膠體物質(zhì)，為水樣的進(jìn)一步處理提供保障。

3.2 PH表

火力發(fā)電企業(yè)需對(duì)水樣的PH值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，火力發(fā)電廠一般在水處理系統(tǒng)澄清池出口、省煤器進(jìn)口、鍋爐爐水取樣管、廢水池處加裝PH表。澄清池出口PH值主要用于指導(dǎo)化學(xué)水處理人員控制水處理過(guò)程中化學(xué)物品的使用量以節(jié)約藥劑使用成本。省煤器進(jìn)口PH值需控制在8.8～9.8范圍內(nèi)，避免熱力設(shè)備遭酸堿腐蝕。鍋爐爐水PH的監(jiān)測(cè)主要防止對(duì)鍋爐水冷壁管道的腐蝕。廢水池PH值用于控制化水處理廢水的酸堿度，保證環(huán)保達(dá)標(biāo)排放。

3.3 鈉表

測(cè)定水樣中Na+含量的儀表稱之為鈉表。GB12145規(guī)定，蒸汽監(jiān)測(cè)鈉離子含量是防止過(guò)熱器和汽輪機(jī)葉片有鈉鹽沉積?；鹆Πl(fā)電企業(yè)利用鈉表監(jiān)測(cè)蒸汽品質(zhì)、凝汽器的泄露、陽(yáng)床的運(yùn)行工況及進(jìn)行水質(zhì)分析。鈉表主要安裝于陽(yáng)床出口管道、過(guò)熱蒸汽取樣管路、凝汽器取樣管路中，可有效監(jiān)測(cè)各被測(cè)點(diǎn)的Na+含量，避免蒸汽污染及汽輪機(jī)葉片的鈉鹽沉積。

3.4 硅表

隨著火力發(fā)電企業(yè)對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，硅酸鹽作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的一種重要參數(shù)，對(duì)保證水質(zhì)起到了舉足輕重的作用。從鍋爐產(chǎn)生的蒸汽總是含有少量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)主要是鈉鹽和硅酸鹽，另外還有微量的CO2、H2和氨等氣體。如果蒸汽中鈉鹽、硅酸鹽等雜質(zhì)含量過(guò)多，就會(huì)引起過(guò)熱器、汽輪機(jī)積鹽，設(shè)備傳熱能力下降，輕則影響產(chǎn)汽量，排煙溫度上升，鍋爐效率降低，重則使管壁溫度超過(guò)金屬允許的極限溫度，導(dǎo)致?tīng)t管超溫爆管等故障。如果蒸汽中含有硅酸鹽，蒸汽在經(jīng)過(guò)管道及汽輪機(jī)葉片做功后便會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成難溶于水的二氧化硅附著于熱力設(shè)備管道內(nèi)壁及汽輪機(jī)葉片上，給設(shè)備帶來(lái)重大安全隱患。

硅表主要用于測(cè)量水中及蒸汽中可溶性硅酸鹽的含量，主要安裝于除鹽水出口母管及過(guò)熱蒸汽取樣管路中，用于監(jiān)測(cè)水汽品質(zhì)，指導(dǎo)運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整制水工藝，保證水中及過(guò)熱蒸汽中硅酸鹽含量達(dá)標(biāo)。5.9～18.3MPa汽包爐蒸汽中含二氧化硅應(yīng)≤20μg/Kg,鍋爐補(bǔ)給水二氧化硅含量應(yīng)滿足鍋爐設(shè)計(jì)要求。

3.5 電導(dǎo)率表

電導(dǎo)率表是用來(lái)測(cè)量溶液中電解質(zhì)含量的儀器。在火力發(fā)電企業(yè)中用于測(cè)量的在線電導(dǎo)率儀主要用于監(jiān)測(cè)各種水汽中雜質(zhì)含量的多少，以確認(rèn)該水汽品質(zhì)是否符合技術(shù)指標(biāo)要求。電導(dǎo)率表利用水中溶解的離子雜質(zhì)移動(dòng)（帶正負(fù)電荷的離子移動(dòng)便形成電流）形成電流的特性研制而成，電導(dǎo)率并非電導(dǎo)的倒數(shù)。物體的導(dǎo)電特性用物體的電阻表示，電阻的倒數(shù)稱為物體的電導(dǎo)，電阻公式為R=ρL/S，電導(dǎo)率公式為γ=1/ρ，電導(dǎo)率單位為S/m，常用單位為μS/cm。電導(dǎo)率越大，水樣中離子濃度越高，水中雜質(zhì)越多。電導(dǎo)率表主要安裝于陰床出口、混床出口、反滲透出口、高低出口取樣管、鍋爐省煤器進(jìn)口取樣管、鍋爐爐水取樣管、鍋爐飽和蒸汽取樣管、鍋爐過(guò)熱蒸汽取樣管等處。

3.6 氧表

在線溶解氧分析儀表屬于電流式分析儀表，是火力發(fā)電企業(yè)常用的在線分析儀表之一。在線溶解氧分析儀通常采用電流式分析法中的極譜分析法，即在以金、銀為電極的電解池中，于兩級(jí)間加上恒定的極化電壓。當(dāng)溶液中有氧存在時(shí)，氧在金電極上起去極化作用，產(chǎn)生的去極化電流與溶液中的氧含量成正比，通過(guò)測(cè)定去極化電流的大小，定量的表示被測(cè)溶液的溶解氧含量。在線溶解氧分析儀表主要用于測(cè)量省煤器進(jìn)口及鍋爐爐水的含氧量防止因爐水中含氧量過(guò)高而導(dǎo)致熱力設(shè)備氧腐蝕。

3.7 酸堿濃度計(jì)

酸堿濃度計(jì)利用對(duì)溶液電導(dǎo)率的測(cè)量實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和監(jiān)督作用，酸堿濃度計(jì)主要應(yīng)用于化水除鹽水處理系統(tǒng)，可檢測(cè)除鹽再生設(shè)備中的酸堿劑量，及時(shí)顯示出被測(cè)溶液的質(zhì)量容積百分比濃度。

3.8 ORP表

ORP表，即氧化還原電位表，氧化還原電位（ORP）測(cè)量在火電廠的制水系統(tǒng)中應(yīng)用較多，其可用于監(jiān)測(cè)反滲透進(jìn)水的氧化還原性能，據(jù)此調(diào)整殺菌劑和還原劑的投加量。為控制微生物增長(zhǎng)，通常會(huì)在水的預(yù)處理過(guò)程中加入殺菌劑，如氯氣、次氯酸鈉、溴化物和過(guò)氧化物等。在反滲透進(jìn)水處，若水體中殘余的殺菌劑含量超標(biāo)，氧化性過(guò)強(qiáng)，容易產(chǎn)生活性自由基，與反滲透膜材料發(fā)生鏈引發(fā)反應(yīng)和鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，導(dǎo)致膜氧化和水解，影響膜的性能和壽命。此外，在反滲透進(jìn)水中通常加入一定量的還原劑，如亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉等，但還原劑的加入并非越多越好，還原劑加入過(guò)多，會(huì)形成硫酸鹽沉淀。為有效控制殺菌劑和還原劑的加入量，防止反滲透膜的不可逆損害，有必要監(jiān)測(cè)反滲透進(jìn)水的ORP。

3.9 磷酸根表

磷酸根表主要用于監(jiān)測(cè)爐水樣中磷酸根的含量，水處理系統(tǒng)中通常通過(guò)加Na3PO4來(lái)消除爐水中的Ca2+、Mg2+，讓爐水軟化，并產(chǎn)生難溶于水的磷酸鈣和磷酸鎂隨鍋爐定排或連排排出熱力系統(tǒng)以外，避免鍋爐熱力設(shè)備結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低甚至造成更大危害。

磷酸根表利用光學(xué)原理制成，通常由加藥泵、蠕動(dòng)泵、反應(yīng)池、光電檢測(cè)組建等部件組成，鍋爐爐水磷酸根含量一般控制在10mg/L～30mg/L。

3.10 余氯表

余氯表主要用于測(cè)量水處理系統(tǒng)中氯離子的含量。氯離子在水處理管道中存在，當(dāng)氯離子濃度大于一定值時(shí)，將會(huì)對(duì)水處理管道帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕甚至穿孔，特別對(duì)奧氏體不銹鋼造成開(kāi)裂。

余氯表通常由測(cè)量電極和參比電極及變送器組成，余氯單位為mg/L,主要用于對(duì)水處理反滲透出口母管水樣中氯離子的檢測(cè)。

4　總述

在線化學(xué)分析儀表對(duì)火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)出高品質(zhì)、高效率的蒸汽起基礎(chǔ)保障作用，熱力設(shè)備的安全離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)的除鹽水，優(yōu)質(zhì)的除鹽水更離不開(kāi)在線化學(xué)分析儀表的檢測(cè)和指導(dǎo)，在線化學(xué)分析儀表在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中將上演越來(lái)越重要的角色，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展提供安全保障。

［1］謝少龍.工業(yè)鍋爐水中磷酸根、亞硫酸根含量控制［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2010（2）：70-72.

［2］山西省電力工業(yè)局.電廠化學(xué)儀表及程控裝置（初級(jí)工）［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1996.

［3］山西省電力工業(yè)局.電廠化學(xué)儀表及程控裝置（中級(jí)工）［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1996.

［4］徐明威.蒸汽品質(zhì)對(duì)熱力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響［J］.中國(guó)機(jī)械，2008（3）：52-55.

Application of on Line Chemical Analysis Instrument in Thermal Power Plant

Sun Liankai
（Jiangsu Jingshen Salt & Chemical Industry Co.， Ltd Thermoelectric Branch，Huaian 223200，China）

Online chemical analysis instrument in thermal power plant has a pivotal position， directly related to the thermodynamic system security， stability， long period， high effciency operation of thermal power plant is the main confguration of the instrument are the turbidity，pH， sodium， silicon， conductivity， oxygen and acid and alkali concentration， oxidation reduction potential （ORP）， phosphate， residual chlorine，the instrument is reasonable configuration， timely investment， accurate measurement for thermal system and efficient operation of an unexpected effect， not only can ensure the boiler feed water quality safety and also can reduce boiler heat surface fouling and wear， reducing the blast tube times.High heating enterprises and power generation effciency， the instrument of investment and accurate monitoring can also ensure the provision of high quality steam to the steam turbine generator and avoid due to steam pollution caused by turbine generator blade scaling or even damaged， thermal heating power generation enterprises to bring huge losses.

water； conductivity； acidity； chlorine； dissolved oxygen； phosphate； silicate

孫連開(kāi)（1985-），男，江蘇淮安人，助理工程師。