总有机碳及脱气氢导联合测定在火电厂水汽品质异常分析中的应用

沈思言，骆方明，鲁卫哲，冯向东，余一凡，李松松

（1.浙江浙能技术研究院有限公司，浙江 杭州 311121；2.浙江省火力发电高效节能与污染物控制技术研究重点实验室，浙江 杭州 311121；3.舟山煤炭交易市场有限公司，浙江 舟山 316021；4.中国能源建设集团华东电力试验研究院有限公司，浙江 杭州 311200；5.工业新水源浙江省工程研究中心，浙江 杭州 311121）

0 引 言

火电厂汽水品质对机组的稳定运行有至关重要的作用，水作为主要介质与各系统及管道直接接触，凝汽器中低温水通过精处理，经低压加热器、除氧器和高压加热器升温，再通过省煤器、水冷壁吸收烟气热量，进一步转换为饱和蒸汽、过热蒸汽和再热蒸汽[1-4]。 在水汽转变过程中，高温高压加剧了各系统及管道的腐蚀，并将之在整个系统中迁移，因此控制电厂汽水品质十分重要。《GB/T 12145 -2016 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中，对火电厂汽水品质有详细的要求，其中关于有机碳的描述已经从2008 版本的TOC替换为2016 版的总有机碳离子（total organic carbon ions，TOCi）[5]。 由于TOCi除了能反映有机物中总碳含量，还能测量其他杂原子如硫、氯等氧化后产生的阴离子，因而能更加准确地反映水汽中有机物含量[6-8]。

1 试验原理和方法

1.1 总有机碳

常用TOC测定方法主要有高温催化燃烧氧化法、湿法氧化法、紫外氧化法、紫湿法氧化法[13]。 本研究采用的是紫外氧化法。

TOCi分析仪测试原理：水样通过过滤、消除干扰处理后，进入氧化装置。 水中的总有机碳在通过氧化装置后发生如下反应：

C x H y O z M→CO2+H2O+HM（O）n

氧化装置的进出口设有电导率检查装置，采集的进出口电导率信号输入微机处理后计算得到TOCi值，其主要原理为紫外氧化-直接电导法。与TOC相比，TOCi不仅能测量有机物中的碳、氢、氧，还能将其他杂原子氧化产生氯离子、硫酸根、硝酸根等阴离子，并将其折算为二氧化碳含量的总和，TOCi更能准确反映水汽中的有机物含量及腐蚀性的大小，其中本研究所用仪表测量的TOCi范围为0 ～1000 μg/L。

1.2 脱气氢导

脱气氢导的测量主要通过水样进入阳离子交换柱将水样中的阳离子置换成氢离子，然后进入脱气单元，将水样中的二氧化碳脱除，接着脱气后的水样进行冷却，最后经过氢导电极测试得到脱气氢导值。

图1 脱气氢导仪表结构

2 总有机碳和脱气氢导的应用

2.1 脱气氢导分析汽水品质异常

某火电厂（以下简称火电厂）装有两台350 MW和两台330 MW 燃煤机组，在机组运行阶段，4 台机组皆出现水汽品质异常，各个水样的氢电导率均出现超标情况。 其中按《GB/T 12145 -2016》与电厂运行规程要求凝结水水质氢电导率≤0.30 μs/cm，锅炉给水水质氢电导率≤0.15 μs/cm，主蒸汽水质氢电导率≤0.15 μs/cm，其中电厂对水质的期望值要求更高。 为了查清机组水质异常的原因，对几种可能出现的问题进行分析，首先怀疑除盐水受到污染，检查制水系统产水电导，发现始终在规定范围内，并且几台机组都出现了水汽品质异常的情况，证明凝汽器泄漏的可能性也较小，后检测到除盐水中的TOC值较高，怀疑机组中有机物分解导致机组水汽系统水样氢电导率升高，于是对机组水样进行氢电导率及脱气氢电导率对比。实际测量结果如表1 所示，7 号、8 号机组给水及蒸汽的氢电导率皆超过了0.15 μs/cm，而脱气氢电导率均在正常范围内。

表1 电厂7 号、8 号机组汽水系统脱气氢导测试结果

图2、图3 分别为7 号、8 号机组各个水样汽水的氢电导率与脱气氢电导率的对比图，从图中可以发现2 台机组各个系统的水样氢电导率和脱气氢电导率之间均有较大差值，测试水样经过脱除CO2气体后，测量其氢导值大幅度下降。 电厂在线仪表上的氢电导率和本次测试氢电导率接近，都出现虚高状况，并不能真实反映水样中危害较大的其他离子的综合水平，如果采用脱气氢电导率当作机组水汽品质监督的指标，电厂的汽水品质会有较大程度的改善，并且水汽品质均在控制范围内。

图2 7 号机组不同水样CC与DCC对比

图3 8 号机组不同水样CC与DCC对比

2.1 总有机碳结合分析汽水品质异常

为了查清水样中CO2高的原因，本研究通过测量汽水系统水样的TOCi与TOC来结合分析并验证数据的有效性，结果如表2 所示。 结果表明，水样的TOCi比TOC值高，主要为TOCi能够测得有机物中除碳外的其他杂离子氧化后的阴离子之和。 系统中除盐水的TOCi与TOC值偏高，而各个系统随着汽水系统的温度升高，TOCi与TOC缓慢下降，说明水样中的有机物发生了部分分解，分解产生的CO2溶于水中，导致机组的氢电导率出现超标现象。 两台机组的数据相近，都出现该现象。

表2 电厂7 号、8 号机组汽水系统总有机碳测试结果

为进一步探究除盐水中有机物浓度高的原因，对电厂制水系统进行化验分析，电厂淡水取自溪口水库，电厂的制水系统的分为两套，一套为4×100 t/h 的混床系统，另一套为1 ×150 t/h 的EDI系统。 混床系统为蓄水池、反应沉淀池、无阀滤池、高效过滤器、阳离子交换器、除碳器、阴离子交换器、混合离子交换器组成；EDI系统由蓄水池、反应沉淀池、无阀滤池、超滤系统、反渗透系统、EDI装置组成。 从工艺上看，混床系统工艺缺少预除盐系统。

从混床系统化验数据来看（见表3），有机物的来源为前端来水，相比较于阳床的进出口有机物浓度，排除了阳树脂降解引起的水样TOCi含量偏高。 阳床进出口与混床进出口的有机物脱除率较差，证明树脂对有机物的脱除性较弱，而阳床出口和阴床出口相比，有机物含量明显降低，可能是由于阳床和阴床之间有除碳器对有机物有一定的脱除效果。

表3 电厂混床系统总有机碳测试结果

EDI制水系统的产水中，有机物含量较低（见表4），主要原因为反渗透系统对有机物具有较好的去除效果，相比较于混床系统工艺，混床系统没有预除盐系统，因此导致除盐水中的有机物较高。

表4 电厂EDI系统总有机碳测试结果

以TOCi为例，混床出水的TOCi为307.6 μg/L，总产水量为400 t/h，EDI系统出水的TOCi为61 μg/L，总产水量为150 t/h。 EDI系统和混床系统共同制水得到电厂的除盐水，因此通过核算，除盐水中总有机碳含量为210 μg/L，在合理范围内。

3 结果与讨论

（1）电厂出现水汽系统氢电导率超标现象，主要原因是水样中存在大量的CO2，不能真实反映水汽品质的好坏，而脱气氢电导率能够真实反映水样中除CO2以外危害性较大的其他离子的含量，更能代表水汽系统的品质，经过测量分析，电厂汽水品质均在规定范围内。

（2）机组出现水汽中含有CO2的主要原因为除盐水中含有有机物，有机物分解产生的CO2溶于水中，致使水汽氢电导率出现虚高状况。 除盐水中有机物含量偏高主要是由于混床系统工艺中缺少预除盐系统，对有机物的去除率较差，并且通过各个床体进出口有机物的分析，排除了树脂降解的可能，而EDI系统中的反渗透系统对有机物具有良好的去除率，EDI产水中有机物含量在正常水平。

（3）后期电厂通过控制来水中有机物的浓度，从而降低了除盐水中的有机物，机组的汽水系统虚高问题得到解决，进一步证明了水中CO2的来源主要为有机物含量偏高，排除了凝汽器泄漏或者加药系统药品原因将杂质离子带入的可能。

4 建 议

电厂可以采用脱气氢电导率监督机组的汽水品质，脱气氢电导率更能准确反映水汽中各种离子含量的真实状况，并联合总有机碳测量，能够有效判断水汽中有机物含量及来源，为机组正常稳定的运行提供依据。