电厂中有机物的来源、特征及去除措施

吴　昊

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)



电厂中有机物的来源、特征及去除措施

吴昊

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)

摘要：对电厂机组热力系统水中的有机物来源、特性及其分布作了较为全面的介绍，并针对补给水中常见有机物提出混凝处理、活性炭吸附、反渗透和超滤3种去除措施。

关键词：电厂；有机物；来源；分布

随着电厂机组容量和机组参数的提高，对进入机组热力系统的水的品质也提出了更加严格的要求，减少水中有机物对热力设备及除盐系统的安全运行造成的危害，是当前水处理工作者研究的一个热点。因此，分析水中有机物的来源及特征，以及去除水中有机物，是维护电厂安全、稳定运行的必要工作。

1电厂水中有机物的来源

1.1天然水中的有机物

天然水中的有机物杂质大多来源于土壤中的腐植质、生活污水和工业废水。这些有机物的组成和性质非常复杂，从总体上看，可以被分为两种：可被生物分解的和不可被生物分解的。第一种不能用紫外辐射(UV)法检出，而能用化学需氧量(COD)法检出，既可凭借生物处理方法去除，也易于用混凝处理的方法去除。生物处理(如活性污泥)的结果是，使部分可被生物分解的变为不可被生物分解的腐植质[1]。

天然水中，能造成阴树脂污染的有机物有两类弱酸性的羧酸类混合物：腐植酸和富里酸。它们都包含了从很小相对分子质量到胶体大小相对分子质量不等的各种酸。造成混床阴树脂污染的有机物为相对分子质量较大的有机酸，但是胶体状有机物可通过混凝沉淀等预处理措施去除[2]。

1.2发电厂热力系统中有机物杂质的来源

火力发电厂热力系统中的有机物杂质主要通过以下几种途径带入。

1)补给水处理系统中残留有机物及设备管材中有机物的溶出。目前火电厂的锅炉补给水预处理系统及除盐系统有20%左右的有机物未去除[3]，而且锅炉补给水处理系统的设备、管道、水箱等材料还会溶出部分有机物。当除盐水作为补给水时，有机物也就随之进入锅炉。

2)树脂及其降解产物。锅炉补给水的除盐系统和凝结水精处理混床溶出的小颗粒树脂及树脂氧化后的降解产物，通过凝汽器和凝结水管道带入热力系统，在高温、高压下，分解生成相应的有机酸，对热力设备造成腐蚀。

3) 凝汽器泄漏。我国火力发电机组的冷却水一般采用直流冷却系统或开式冷却系统。直流冷却系统直接从水源取水作为冷却水，经凝汽器后再排到水源中，水中含有离子态、胶态、悬浮态的有机物；开式循环冷却系统是指通过凝汽器的冷却水，经冷却塔或冷却池冷却后再利用，经凝汽器蒸发浓缩后，水中有机物含量增加，当凝汽器管板渗漏与铜管泄漏时，有机物进入冷凝水系统并随之进入锅炉[3]。

4)热力系统自身污染物。自身的污染物主要是各种润滑油脂，是烷烃类或芳香烃类的石油裂解产物，含有少量的氮、磷、硫等。

5)法兰、盘根等。主要是硫的有机物等。

2电厂水中有机物的特征

2.1有机物对热力系统的损害

1)有机物进入锅炉后在一定温度和压力下局部浓缩，极易形成黏性很强的垢，粘在受热面管壁上，不仅会影响热循环，更严重的是会造成垢下腐蚀，使管壁变薄甚至穿孔。

2)有机物(以腐植酸为主)进入锅炉后受热分解成小分子有机酸(如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸)，还可能生成无机酸(如盐酸、硫酸和碳酸等)。生成的这些酸必然会消耗大量的碱来中和，从而造成炉水pH值偏低，而偏低的pH值会对热力系统造成危害：一是增加了炉内磷酸盐防垢处理难度；二是导致炉内脆蚀更加严重；三是使得SiO2的选择性携带现象更严重及炉内有机酸的挥发增多，造成严重的蒸汽污染，影响机组安全稳定的运行[4-6]。

3)通过机械携带进入汽轮机的小分子有机物危害性更大。其中含有的有机酸性物质因其不稳定的性质，容易在热力系统高温、高压条件下，随着条件的变化而发生有机物的异构化反应、水解反应，甚至分解反应，从而衍生出一些对热力系统危害性很大的低分子有机酸(如甲酸、乙酸等)，在汽轮机隔板和末级叶片上富集，造成酸性腐蚀，加重末级叶片的冲刷腐蚀[7-8]。

2.2水汽品质变化的主要特征

常冬梅[9]通过对中电国华北京热电分公司机组运行过程中水汽系统的氢电导率超标现象的调查研究发现，当水源水受到有机物污染后，其水汽品质变化主要体现在以下5个方面。

1)机组正常运行时，除了氢电导率升高外，其他检测指标均在正常范围内。

2)氢电导率随温度升高而增大，即饱和蒸汽>给水>凝结水>除盐水。

3)随着补给水量的增加，氢电导率也随之明显上升。

4)当水汽系统的氢电导率异常时，随着运行时间的增加，炉水的pH值呈现缓慢下降的趋势。

5)总有机碳(TOC)含量能够较全面地反映出水中有机物的污染程度。当有机物污染水源水时，水源水的TOC含量则高于正常情况下的含量。

3补给水中有机物的去除措施

3.1混凝处理

在混凝处理过程中，水中悬浮态和胶态有机物优先被去除，其去除率可达90%以上，但溶解态的有机物难以去除。因此在混凝过程中，原水浊度在很大程度上影响了有机物的去除率。为降低原水浊度，一般可以采用强化混凝处理的方式去除原水中大部分浊度杂质和有机物。

强化混凝是通过改善混凝条件来改变水中杂质的性质和状态，从而提高水中有机物的去除率。影响强化混凝效果的原因很多，主要有原水水质、混凝剂种类及添加量、pH值、水力条件及水温等。

1)原水水质。因为不同原水中杂质的含量、成分、浓度、性质等差异较大，所需的混凝剂种类和投加量也不相同，所以需要在实际生产中进行实验来确定。

2)混凝剂种类。强化混凝剂按照化学成分可以分为有机混凝剂、无机混凝剂和微生物混凝剂。在混凝过程中，有机混凝剂不能提供吸附电位，仅有电中和作用参与腐植酸的沉淀过程，其混凝效果较差。而无机混凝剂(铝盐、铁盐)既有电中和作用，又有表面吸附作用，所以混凝效果较好[10-11]。如在混凝处理过程中，用铝盐作混凝剂，优化情况下对相对分子质量大于30 000的有机物，其去除率可达到93%～96%；相对分子质量为10 000～30 000的有机物，其去除率可达到71%～86%；相对分子质量为5 000～<10 000的有机物，其去除率为66%～77%；相对分子质量为1 000～<5 000的有机物，其去除率只能达到37%～53%；对于相对分子质量小于1 000的有机物，其去除率为0。用铁盐作为混凝剂时，对相对分子质量大于10 000的有机物，其去除率可接近90%；相对分子质量为1 000～5 000的有机物，其去除率可达66%；对相对分子质量小于1 000的有机物，其去除率很小。微生物混凝剂去除效果好且环保，具有极高的应用前景，但其成本太高，目前无法投入生产使用。

3)混凝剂投药量。混凝剂的投药量是决定混凝效果的重要因素。在一定范围内，投药量的增加使得混凝效果增加，但是过量会发生胶体再稳现象或者絮体太大，使混凝效果降低且费用增加；而投药量不足时会出现混凝不充分的情况[10]。

4)pH值。pH值既影响腐植酸的解离水平，又影响混凝剂的水解产物。pH值低时能提高有机物的质子化程度，混凝剂需求量则随之降低，且混凝剂水解物中带更多正电荷导致吸附能力增加。

5)水温。低温会降低强化混凝的效果。

6)水力条件。适宜的水力条件可以使混凝剂充分发挥作用，提高混凝效果。

混凝处理是常用的一种水处理措施，优化水力条件及研发新型混凝剂来提高混凝效果，是目前混凝研究的热点。

3.2活性炭吸附

活性炭吸附主要是利用范德华引力对水中有机物进行物理吸附。活性炭的表面积大，具有不同规则网孔结构，吸附作用在网孔中进行，其吸附过程见图1。

在活性炭吸附处理过程中，分子直径小于活性炭孔径的有机物都能被活性炭吸附除去；分子直径大于活性炭孔径的则不能被吸附(如大分子腐植酸)。活性炭对不同相对分子质量的有机物产生不同的吸附量，是因为活性炭的总孔容主要分布在孔径小于50埃的微孔中。因此，分子直径小于50埃的有机物可被所有的炭表面所吸附。活性炭对不同相对分子质量的有机物的吸附容量随相对分子质量的增大而减小，当所有可能吸附大分子有机物的炭表面被充满后，就只能选择性地吸附小分子[12]。

活性炭吸附一定时间后，孔隙会逐渐被杂质堵塞而导致吸附能力降低，甚至失去吸附能力。由于活性炭价格较高，对活性炭的再生也成为随之而来的研究热点。一般需要根据吸附杂质的种类、吸附机理以及再生工艺成本等因素，综合选择再生方法。

图1　吸附过程示意图

3.3反渗透和超滤

反渗透可以去除水中的各种离子，也能去除水中的大分子有机物，其去除率可达90%以上。反渗透对有机物的去除能力不仅与有机物的相对分子质量及大小有关，而且与有机物形成氢键的能力有关。

超滤可去除水中高相对分子质量的有机物，但是无法去除低相对分子质量的挥发性有机物，超滤膜的截留相对分子质量影响有机物的去除能力[13-14]。

4结论

随着高参数大容量机组的应用，电厂对水质的要求也越加严格，对水中有机物杂质的含量也提出了愈来愈严格的限制。有机物杂质含量的监控越发必要，有机物的去除不仅在机组设计阶段需要考虑，更要在机组运行后严加监控。有机物含量的监控不仅可减少热力系统的腐蚀，更是对机组的安全、稳定运行起着至关重要的作用。

参考文献：

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[2]吴三毛.浅析阴树脂的有机物污染[J].江西电力，2003，27(5)：9-12.

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[5]高晓刚.电厂化学水处理[EB/OL].(2011-09-18)[2016-01-20].http://wenku.baidu.com/view/4c68156cb84ae45c3b358c86.html.

[6]看星星落下.有机物的去除——去除水中有机物的研究进展[EB/OL]. (2012-02-27)[2016-1-20]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_9885180d01011rd9.html.

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[9]常冬梅.判断水源水受到有机物污染的方法[J].热力发电，2006(9)：73-74.

[10] 周兰.水中天然有机物的混凝特性研究[D].西安：西安建筑科技大学，2001.

[11] 常蕾，秦治平，刘红烨.强化混凝去除微污染水源中天然性有机物的研究[J].科技信息，2012(27)：69-70.

[12] 杨娜，叶树强，周朝勇.活性炭吸附在工业废水处理中的应用[J].企业技术开发，2016(6)：49-50.

[13] 杨清.超滤膜应用于饮用水处理的性能及对比研究[D].杭州：浙江工业大学，2015.

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Analysis of the Sources，Characteristics and Removal of Organic Matters in the Power Plant

WU Hao

(Guangdong Yudean Jinghai Power Generation Co., Ltd.，Jieyang Guangdong 515223，P.R.China)

Abstract：This paper introduces the sources，characteristics and distribution of organic matters in the thermodynamic system of the unit of the power plant．In order to remove the common organic matters in the makeup water，it presents such measures as coagulation treatment，activated carbon absorption，reverse osmosis and ultra-filtration．

Key words：power plant；organic matter；source；distribution

收稿日期：2016-03-30

作者简介：吴昊(1983-)，工程师，主要从事火电厂环保及相关专业管理工作。

中图分类号：TM621.8

文献标识码：A

文章编号：1008- 8032(2016)03- 0047- 03