電廠水汽系統(tǒng)有機物含量對氫電導(dǎo)率影響試驗研究

金緒良，李永立，王應(yīng)高，趙 熒，聶晉峰，張曉玲

（1.中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京100040；2.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京100045；3.大唐國際發(fā)電股份有限公司，北京100045；4.大唐國際發(fā)電股份有限公司陡河發(fā)電廠，河北唐山063000）

電廠水汽系統(tǒng)有機物含量對氫電導(dǎo)率影響試驗研究

金緒良1，李永立2，王應(yīng)高2，趙 熒3，聶晉峰2，張曉玲4

（1.中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京100040；2.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京100045；3.大唐國際發(fā)電股份有限公司，北京100045；4.大唐國際發(fā)電股份有限公司陡河發(fā)電廠，河北唐山063000）

為探索電廠水汽系統(tǒng)中有機物含量對氫電導(dǎo)率的貢獻值，在測定機組水汽有機物含量的同時，進行了水樣離子色譜分析。根據(jù)離子色譜數(shù)據(jù)可以理論計算出水汽中無機離子變化對氫電導(dǎo)率的貢獻，從而間接計算出有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻。分析表明：上述方法計算出的結(jié)果與實際值相符，水汽中的有機物對氫電導(dǎo)率存在較大影響。

電廠；水汽系統(tǒng)；氫電導(dǎo)率

在火力發(fā)電過程中，作為鍋爐機組工作介質(zhì)的水在熱力系統(tǒng)中是循環(huán)使用的，高質(zhì)量的水汽品質(zhì)是熱力設(shè)備安全經(jīng)濟運行的重要條件之一，尤其是高參數(shù)大容量機組〔1〕。隨著國內(nèi)火力發(fā)電裝機容量的大幅提升，電廠化學(xué)監(jiān)督的重要性越來越重要，對水處理方式和水汽質(zhì)量監(jiān)督提出新的要求，熱力系統(tǒng)中有機物含量要求也日益嚴格〔2-3〕?？傆袡C碳（TOC）是評價水中有機物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)，代表水體中所含有機物質(zhì)的總和，直接反映水體被有機物污染的程度。GB/T 12145—2008《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、DL/T 912—2005《超臨界火力發(fā)電機組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了火力發(fā)電廠鍋爐補給水和給水中的TOC含量。

隨著電廠水源的日益惡化，進入機組水汽系統(tǒng)中的有機物越來越多。有機物在機組水汽系統(tǒng)中發(fā)生分解，不僅影響機組的水汽品質(zhì)合格率，特別是氫電導(dǎo)率，同時造成熱力系統(tǒng)腐蝕，嚴重影響機組的安全經(jīng)濟運行。但水汽中有機物的分解對氫電導(dǎo)率到底存在多大影響，目前文獻一般只有定性分析〔4-5〕，沒有定量的分析研究。筆者通過試驗系統(tǒng)地分析了機組水汽系統(tǒng)的有機物分解對氫電導(dǎo)率的影響，便于技術(shù)人員指導(dǎo)電廠化學(xué)監(jiān)督工作，同時為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有機物控制范圍的制訂提供一定依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗原理

當(dāng)電廠水汽中的有機物分解后，其TOC含量和氫電導(dǎo)率會相應(yīng)地發(fā)生變化。為進一步探索水汽系統(tǒng)TOC含量與氫電導(dǎo)率變化的對應(yīng)關(guān)系，在機組不同負荷下，對不同水汽進行大量取樣測試工作。首先對水樣進行TOC在線測試，同時取樣到實驗室進行離子色譜分析。通過離子色譜測試數(shù)據(jù)計算出水汽中不同時間內(nèi)無機離子變化對氫電導(dǎo)率變化的貢獻值，水汽氫電導(dǎo)率在兩個時間內(nèi)的實際變化值減去無機離子對氫電導(dǎo)率變化的貢獻值就是有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻值。進而可以計算出水汽中有機物含量的變化對氫電導(dǎo)率的貢獻值。

1.2 計算原理及推導(dǎo)

（1）摩爾電導(dǎo)率。將含1 mol電解質(zhì)的溶液置于電導(dǎo)池中單位距離的2個平行電極之間時的電導(dǎo)率為摩爾電導(dǎo)率。電解質(zhì)在水溶液中的摩爾電導(dǎo)率隨濃度的變化而變化。通常當(dāng)強電解質(zhì)濃度在0.001 mol/L以下時，其摩爾電導(dǎo)率為常數(shù)，稱為極限摩爾電導(dǎo)率。此時，溶液電導(dǎo)率等于各離子物質(zhì)的量濃度乘以其極限摩爾電導(dǎo)率之和。正常情況下電廠水汽都是非常純凈的，其濃度均在0.001 mol/L以下，因此可采用極限摩爾電導(dǎo)率計算其對電導(dǎo)率的貢獻。

（2）氫電導(dǎo)率。氫電導(dǎo)率是水樣經(jīng)過氫離子交換柱交換后測得的電導(dǎo)率，其單位為μS/cm，與陽電導(dǎo)率是相同的。標(biāo)準(zhǔn)中采用氫電導(dǎo)率而不用電導(dǎo)率的理由是：①給水采用加氨處理，氨對電導(dǎo)率的影響遠大于雜質(zhì)的影響；②氨在水中存在電離平衡，經(jīng)過H型離子交換后可除去NH4+并生成等量的H+，H+與OH-生成H2O。由于水樣中所有的陽離子都轉(zhuǎn)化成H+，而陰離子不變，即水樣中除OH-以外各種陰離子以對應(yīng)的酸的形式存在。氫電導(dǎo)率是衡量除OH-以外所有陰離子的綜合指標(biāo)，其值越小說明陰離子含量越低。

假設(shè)水汽中其他雜質(zhì)離子不變，氯離子增加1 μg/L（1/35.5 μmol/L）時，根據(jù)電荷平衡原理相應(yīng)的陽離子也應(yīng)增加1/35.5 μmol/L。由于所有陽離子通過H型離子交換柱后都轉(zhuǎn)化為H+，此時氫離子也應(yīng)增加1/35.5 μmol/L。因此當(dāng)水汽中氯離子增加1 μg/L即1/35.5 μmol/L時，電導(dǎo)率升高1/35.5×10-6×7.634× 10-3+1/35.5×10-6×34.982×10-3，計算結(jié)果為0.012 μS/cm。以此類推，可計算出水汽中每增加1 μg/L的氟離子，其電導(dǎo)率升高0.0127 7 μS/cm，每增加1 μg/L硫酸根，其電導(dǎo)率升高0.011 51 μS/cm。

1.3 水汽中有機物變化對氫電導(dǎo)率的貢獻值

根據(jù)上述原理，假定以某個水樣（以凝結(jié)水為例）某一時候的TOC、氫電導(dǎo)率及離子色譜數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，一定時間后其TOC、氫電導(dǎo)率及離子色譜數(shù)據(jù)均會發(fā)生變化。通過離子色譜數(shù)據(jù)變化可以計算出無機離子對氫電導(dǎo)率變化值的貢獻，剩余的就是有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻。

將某電廠凝結(jié)水、給水、過熱蒸汽、再熱蒸汽中的TOC變化值與有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻值進行曲線擬合，得到圖1~圖4。

圖1 凝結(jié)水中有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻值

圖2 給水中有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻值

圖3 過熱蒸汽中有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻值

圖4 再熱蒸汽中有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻值

根據(jù)圖1~圖4數(shù)據(jù)進行計算，凝結(jié)水中每增加100 μg/L的有機物，其電導(dǎo)率增加0.017 μS/cm；給水中每增加100 μg/L的有機物，其電導(dǎo)率增加0.021 μS/cm；過熱蒸汽中每增加100 μg/L的有機物，其電導(dǎo)率增加0.025 μS/cm；再熱蒸汽中每增加100 μg/L的有機物，其電導(dǎo)率增加0.071 μS/cm。

2 應(yīng)用情況

某電廠水汽氫電導(dǎo)率經(jīng)常超標(biāo)，其凝結(jié)水、飽和蒸汽、過熱蒸汽、再熱蒸汽的氫電導(dǎo)率在0.2~0.3 μS/cm。取樣后進行離子色譜和TOC測定，如表1、表2所示。

表1 某電廠1號機水汽離子色譜測定數(shù)據(jù)μg/L

表2 某電廠1號機水汽TOC測定數(shù)據(jù)

從表1可以看出，該電廠水汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)時，其無機離子處于較低水平，說明氫電導(dǎo)率超標(biāo)與無機離子的變化沒有明顯關(guān)系。通過表2可以粗略計算出1號機凝結(jié)水TOC為473 μg/L時，有機物分解應(yīng)導(dǎo)致氫電導(dǎo)率上升0.080 μS/cm；1號機給水TOC為518 μg/L時，有機物分解應(yīng)導(dǎo)致氫電導(dǎo)率上升0.18 μS/cm；當(dāng)1號機過熱蒸汽TOC為453 μg/L時，有機物分解應(yīng)導(dǎo)致氫電導(dǎo)率上升0.113 μS/cm。正常運行時某廠凝結(jié)水氫電導(dǎo)率基本在0.12~0.18 μS/cm，給水氫電導(dǎo)率基本在0.06~0.09 μS/cm，過熱蒸汽氫電導(dǎo)率基本在0.06~0.10 μS/cm。因此當(dāng)水汽中的有機物達到表2數(shù)值時，其凝結(jié)水、給水和過熱蒸汽氫的電導(dǎo)率分別應(yīng)在0.20~0.26、0.17~0.20、0.17~0.21 μS/cm，這與實際情況基本一致。說明某電廠氫電導(dǎo)率超標(biāo)主要是有機物增加所致。

3 結(jié)論

（1）通過離子色譜數(shù)據(jù)可以理論計算出水汽中無機離子變化對氫電導(dǎo)率的貢獻，從而間接計算出有機物分解對氫電導(dǎo)率的貢獻，即水汽中TOC含量的變化對氫電導(dǎo)率的貢獻。實際應(yīng)用表明上述理論計算是可行的。

（2）試驗數(shù)據(jù)均來源于北方電廠，對于南方電廠，由于其水源中的有機物成分與北方電廠可能差別較大，有待于進一步研究。

［1］金緒良，李永立，王應(yīng)高，等.精處理高速混床樹脂再生動態(tài)試驗研究［J］.熱力發(fā)電，2014，43（4）：49-53.

［2］田利，石立斌，安雪松，等.電廠水汽中痕量TOC測量方法研究［J］.熱力發(fā)電，2013，42（9）：92-94.

［3］田利，戴鑫，沈肖湘.發(fā)電廠水汽中有機物含量控制指標(biāo)探討［J］.熱力發(fā)電，2014，43（11）：108-111.

［4］曹順安，李亞靜，趙梓舟.保定熱電廠蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)的故障診斷及解決對策［J］.工業(yè)水處理，2008，28（8）：88-92.

［5］薛云波，顧素萍.降低機組主蒸汽氫電導(dǎo)率偏高的措施［J］.工業(yè)技術(shù)，2012（22）：91-92.

Experimental study on the influence of organic matter content in the water vapor system of a power plant on hydrogen conductivity

Jin Xuliang1，Li Yongli2，Wang Yinggao2，Zhao Ying3，Nie Jinfeng2，Zhang Xiaoling4
（1.Science and Technology Research Institute Co.，Ltd.，China Datang Corporation，Beijing 100040，China；2.North China Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100045，China；3.Datang International Power Generation Co.，Ltd.，Beijing 100045，China；4.Douhe Power Plant，Datang International Power Generation Co.，Ltd.，Tangshan 063000，China）

In order to find out the contribution values of the organic matter content in the water vapor system of a power plant to hydrogen conductivity，water sample ion chromatographic analysis has been implemented，while the organic matter content in water vapor system detected at the same time.According to the data from ion chromatograaphy，the contribution of inorganic ions change in water vapor to hydrogen conductivity can theoretically be worked out，so as to indirectly work out the contribution of organic matter decomposition to hydrogen conductivity.The analysis indicates that the above results worked out conforms with the actual values.The organic matter in water vapor has comparatively important influence on hydrogen conductivity.

power plant；water vapor system；hydrogen conductivity

TM621

A

1005-829X（2016）12-0067-03

金緒良（1979—），碩士，高級工程師。電話：18611823127，E-mail：jinxuliang@126.com。

2016-10-24（修改稿）