供热机组水汽系统有机物行为的研究

王国蓉

(望亭发电厂，江苏 苏州 215155)

供热机组水汽系统有机物行为的研究

王国蓉

(望亭发电厂，江苏 苏州 215155)

随着大容量、高参数机组成为发电助理机组，纯发电的大中型机组面临巨大的经营压力，对其进行供热改造提升经济效益具有重大的意义。供热改造后由于补水量的增大，给水有机物对机组水汽品质的影响就显得更加突出。从炉外水处理系统到炉内水汽系统对有机物行为进行研究，探讨系统各阶段有机物的去除效果、有机物对水汽品质的影响以及对锅炉受热面腐蚀的作用，为供热机组水处理系统的改进提出建议。

大中型机组；供热；水汽系统；有机物；腐蚀

1 设备现状

国内装机容量快速增长，火电机组利用小时数逐年降低，纯发电的大中型机组面临巨大的经营压力。在我国宏观经济下行压力较大的背景下，火电机组利用小时数或将继续下降。采取“以热定电”方式运行的供热机组的发电设备利用小时数一般更有保障，在国家关停一批小火电后，热电联产项目在尚未按合理供热半径布局到位的前提下，有明显的供热区域空间可以利用；同时，现有大中型燃煤机组一般处在中心城市边缘且在有效供热半径内，进行集中供热具有明显的区位优势，比新投资建设热电项目更节省投资。改造后实现热电联产，可以充分利用现有设备，淘汰落后产能，针对当前环境污染日益严重的局面，既节能，又环保，具有良好示范作用。

然而，对于以地表水为补给水的机组而言，因为供热带来的补给水量大幅上升，由补给水带入水汽系统的有机物对水汽品质的影响以及对设备的腐蚀等影响就成为了一个需要高度重视的问题。

2 有机物对机组设备的影响

TOC是表示水中所有有机物污染物的总碳含量，是评价水中有机物污染的综合指标[1]。有机物在高温高压蒸汽中被分解为RCOOH，CO2和H2O，最普遍的分解产物为HCOOH和CH3COOH。这类低分子有机酸作为去极化剂，对加快机组受热面的腐蚀以及汽轮机叶片的腐蚀作用非常显著。国际汽轮机制造组织的专家已经发现了单纯二氧化碳造成的汽轮机腐蚀事故的案例。有机酸与铁形成的腐蚀产物还可以加快氯诱导应力腐蚀。

有机物对机组水汽系统品质的影响也是比较显著的。以望亭发电厂660 MW机组为例，进行供热改造前后给水及蒸汽的氢导有明显的上升，同时水汽铜铁含量也有一定的劣化趋势，可见，因补水带入系统的有机物对机组设备的腐蚀具有明显的负面作用。

3 设备概况

望亭发电厂供热机组为1×310 MW，1×330 MW，2×660 MW燃煤机组，其中#11机组为310 MW，#14机组为330 MW，是亚临界汽包炉燃煤机组；#3，#4机组为660 MW超超临界直流炉燃煤机组。

化学补给水的水源为望虞河水，净水系统流程为：进水水源→原水升压泵→沉淀池→滤池→综合清水池。供热机组化学补给水处理设备系统为：超滤、反渗透、一级除盐和混床。超滤装置出力为6×223 t/h，反渗透装置出力为6×150 t/h，除盐设备出力为6×150 t/h。

4台供热机组给水均采用加氨的氧化性全挥发处理。#11，#14机组炉内采用低磷酸盐处理。每台机组的汽、水监督各配备1套集中取样装置。

4 有机物在炉外水处理系统中的行为分析

4.1 有机物在补给水系统中的行为

望亭发电厂供热机组水汽系统中的TOC主要来源于化学补给水，但其根本来源于电厂的补给水原水——太湖水。近年来，太湖周边地区工业发展速度较快，随之而来的太湖水源污染问题也日益突出，太湖水质每况愈下，主要呈现为水体有机物含量高。针对这一问题，电厂化学补给水处理系统设计采用预处理+超滤+反渗透+二级离子交换除盐的处理工艺。随着膜技术的不断发展，其在水处理工艺中的运用也逐渐得到推广，特别是反渗透具有良好的脱盐率和对有机物有较高的去除效果。在正常情况下，水中TOC质量浓度一般小于15 mg/L，在大多数原水中其质量浓度为3～7 mg/L，相对分子质量大于200的有机化合物都可以很好地被返渗透去除，所以使其经济性尤为突出。但是反渗透膜是一种紧密度很高的分离物质，对进水有较高的要求，大量实际运行经验证明，为了维持反渗透装置的高脱盐和透水能力，必须合理地控制运行条件。

表1 补给水水处理各阶段TOC含量及去除率

4.2 补给水TOC分布及处理

望亭发电厂采用超滤装置作为反渗透的预处理，可有效地去除水中大部分的悬浮物、胶体、病毒、细菌等杂质，确保反渗透进水污染指数(SDI)合格。仅从TOC指标来看，炭床、超滤装置和反渗透装置对有机物的去除率分别为7.8%，3.3%和96.2%。这是由于超滤进水是经过混凝澄清和过滤处理的清水，大部分的高分子有机物都已经去除，水质中有机物分布主要集中在低分子有机物。超滤装置对低分子有机物没有截留能力，而反渗透装置能将相对分子量大于200的有机物全部去除。图1、图2所示为补给水系统各测点TOC含量及TOC去除率分布情况。

图1 望亭发电厂供热机组化学补给水系统TOC含量分布

图2 望亭发电厂化学补给水系统TOC去除率分布

望亭发电厂补给水处理系统各测点的TOC含量及设备的有机物去除效率，见表1。

由表1可知，给水TOC含量控制在较低水平，完全满足机组用水要求。但考虑到机组供热后，补水量上升到供热前的5～6倍以上，尽管有机物含量达到国标标准[2]，但带入系统的有机物总量给机组带来的影响仍不容忽视。

续表

表2 有机物在各取样点分析数据统计 μg/kg

4.3 水中TOC对补给水系统的影响

如图2所示，在补给水处理系统中，有机物去除的最主要设备是反渗透装置。根据相关资料显示，就天然水体而言，反渗透系统存在潜在有机垢趋势的粗略判断标准为：TOC大于3 mg/L，生化需氧量(BOD)大于5 mg/L或者化学需氧量(COD)大于8 mg/L。望亭发电厂补给水系统经过混凝澄清及沉淀过滤等预处理后，工业水(超滤装置进水)的有机物质量浓度在3～7 mg/L。从原水有机物含量来看，反渗透膜仍存在有机物污染及有机垢沉积的风险。为此，应在设备运行和维护上加强管理，加强对超滤及反渗透膜管的化学清洗，保证超滤透膜压差在10 kPa以内,反渗透系统的脱盐率在98%以上，进出口压差控制在0.5 MPa以内。

活性炭过滤器对有机物的去除有比较明显的效果，但活性炭过滤器的吸附容量有一定限制，要达到理想的去除有机物的效果，就要加强对活性炭过滤器的运行管理，包括定期的反洗以及及时的再生或更换。

在有机物基数比较大的情况下，保安过滤器对有机物也有较明显的去除效果，特别是大分子有机物，所以在运行中要加强保安过滤器的反洗，以确保其发挥作用。

4.4 水中微生物对补给水系统的影响

在净水处理系统中，尽管SDI合格，仍然有可能在反渗透膜表面形成大量黏泥状生物膜，造成反渗透运行压差增大，产水量下降并降低出水品质。同时，微生物膜不溶于酸，也难溶于碱，难以彻底清洗。为解决这个问题，在超滤装置前添加非氧化性杀菌剂，结合氧化性杀菌剂，强化杀菌效果。但因为非氧化性杀菌剂本身是一种有机物的混合物，在杀菌的同时也提高了水中有机物的含量。

5 有机物在炉内行为分析

5.1 有机物在锅内的分布情况

以望亭发电厂#3机组为例，炉内水汽系统各阶段的水汽总碳(TC)、TOC和总无机碳(IC)的分析结果见表2，变化趋势图3所示。

从总有机碳含量曲线图可以看出，给水中有机碳在除氧器出口至省煤器进口阶段大量分解，有近一半含量的有机物分解成CO2。在省煤器至高温过热器出口阶段，有机物继续分解为CO2，但分解数量逐渐减少。总有机碳的减少，同时反映出分解生产的低分子有机酸与铁反应形成腐蚀产物在锅内沉积。

图3 各取样点碳含量变化趋势

从总碳含量及无机碳含量趋势图可以看出，总碳含量同样逐渐减少，CO2含量并未随着有机物的分解而上升。由此可以推断，分解形成的CO2与受热面的铁反应形成腐蚀产物在锅内沉积，显示出有机物对受热面保护的负面影响。

5.2 有机物对水汽品质的影响

由于机组进行供热改造，补给水量大幅上升，由补给水带来的有机物总量也相应大幅上升。有机物在锅内发生分解，产生低分子有机酸等物质，从而影响机组的水汽品质。从望亭发电厂#3机组供热前后的氢导数据可以明显看出，有机物对水汽品质存在负面影响。

由表3可知，供热改造后给水、主蒸汽的氢导均较供热前有所升高，主蒸汽氢导的升高幅度明显高于给水。可见，有机物对水汽品质的负面影响是明显的，而且随着水汽温度的提高，有机物分解加剧，对氢导的影响就更为显著。特别是进行供热改造后，由补给水带入的有机物总量大幅上升，水汽氢导上升得就更大。根据GB/T 12145—2016 《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》的要求，给水及蒸汽氢导均应小于0.10 μS/cm，期望值小于0.08 μS/cm，供热后给水氢导平均值已达到并部分超过期望值，接近标准值，而主蒸汽则全面超过期望值，多数时间段超过标准值。

表3 供热前后机组水汽氢导的变化 μS/cm

从#3锅炉补给水的有机物含量看，平均仅达到45.3 μg/kg，远小于200 μg/kg的标准。可见，对于供热机组而言，补给水TOC≤200 μg/kg的标准显然无法满足水汽品质的要求，需要根据补给水量加以调整。

6 结束语

以上的分析显示，供热机组因为补水量的大幅度增加，有机物对水汽品质具有明显的负面影响，部分指标已超出国标要求，必须加以重视。

对供热机组而言，补给水TOC≤200 μg/kg的标准显然无法满足水汽品质的要求，应根据补给水量对控制标准进行调整，以保障水汽品质，降低有机物的影响。

补给水处理系统中，对有机物的去除主要发生在反渗透装置。但在去除有机物的同时，有机物对反渗透膜具有污染作用，反渗透膜的有机污染是由有机物在膜表面的吸附而形成的，其不仅会导致反渗透膜水通量的快速、大幅降低,而且被有机物污染后的膜很难被清洗干净，几乎不可逆。为保证在去除有机物的同时，防止反渗透膜的污染，首先要选择抗污染能力较强的反渗透膜，同时必须加强反渗透设备的运行管理，包括进水预处理、操作条件优化、添加阻垢剂、清洗等。

活性炭过滤器和保安过滤器对去除有机物有较明显的作用。在供热机组的补给水处理系统设计中要考虑安装该装置，以减轻反渗透装置的运行压力。由于反渗透装置对有机物的去除效率可达到90%以上，在条件允许的情况下，安装二级反渗透系统可以有效降低有机物含量，提高水汽品质。

在电厂运行过程中，经常遇到反渗透装置前置过滤器的滤膜压差上升过快，污堵非常严重的问题，造成电厂更换前置过滤器滤膜非常频繁，主要原因是原水中有机物含量非常高(澄清池中长青苔)，原水的预处理过程中杀菌剂添加量不足，应适当增加预处理的杀菌剂剂量。

[1]杜秀英, 殷兴军. 有机污染物综合指标(一)[J].环境化学,1986(2):83-86.

[2]火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量:GB/T 12145—2016[S].

(本文责编：齐琳)

2016-12-19；

2017-01-23

TM 621.8

B

1674-1951(2017)03-0005-04

王国蓉(1972—)，女，安徽芜湖人，高级工程师，从事电厂化学监督技术管理方面的工作(E-mail:guorong_wang@chd.com.cn)。