火力發電廠水冷壁管垢清洗液中多種元素同時測定的方法

吳芳芳，湯 治，章月芳

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014； 2.杭州意能電力技術有限公司，杭州 310014）

0 引言

在火力發電廠中，鍋爐由于出現結垢、積鹽和腐蝕等現象，必須定期進行化學清洗。而在進行化學清洗前，往往要先進行鍋爐垢量、垢成分的分析和小型試驗，以確定最終的清洗方案。

在分析鍋爐水冷壁管垢成分時需采集垢樣，但獲取分析所需的足夠量的垢樣非常不易。特別是對于不易刮取的樣品，雖然通常的方法是采用擠壓采樣，但這給實際操作帶來很大的困難。由于在化學清洗小型試驗確定鍋爐的垢量時，采用DL/T 794-2001《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》中的洗垢法，清洗下來的試液金屬成分近似等同于垢樣中的金屬成分，這為判斷垢樣的組成提供了有利的數據。因此，如何快速準確判斷該清洗試液的成分，對于分析發生結垢、腐蝕現象的主要原因，及時改善水汽質量和調整系統的運行工況具有重要的意義。

常用的垢和腐蝕產物分析方法為SD 202-86《垢及腐蝕物快速分析方法》。此法分析過程繁瑣，且試驗時間較長。因此近年來，很多研究工作者對垢樣的檢測方法作了改進和研究[1-2]，以尋求更快捷和準確地檢測垢樣成分的方法。

等離子體發射光譜法（ICP-AES）因其具有穩定性好、干擾少、線性范圍寬、檢出限低、基體效應小、測量精度高、簡便、快捷等優越性，且同時可測定多種元素[3]，在金屬成分分析中被廣泛應用[4-5]。用ICP-AES法測定垢樣中的金屬元素尚有報道，但其只是對分析方法進行簡單描述，沒有充分考慮基體效應、酸效應的影響。以下應用ICP-AES法同時測定了清洗試液中的K，Ca，Na，Mg，Al等11種金屬元素，并分析基體、酸、緩蝕劑對測定的影響，結果令人滿意。

1 試驗概況

1.1 主要儀器和試劑

儀器：ICP-AES全譜直讀等離子體發射光譜儀為美國Thermo公司生產；純水儀為法國Millipore公司生產。

試劑：1 000 mg/L的單元素標準液，臨用前用1%硝酸逐級稀釋；優級純硝酸；分析純鹽酸；04緩蝕劑；純度大于99.99%的氬氣。

1.2 儀器工作條件及分析線的選擇

工作條件：功率為1 150 W；霧化壓力約為172 kPa；載氣流量為0.40 L/min；輔助氣流量為0.4 L/min；泵速為100 r/min；積分時間：長波為10 s，短波為5 s。所選用譜線見表1。

1.3 工作曲線的繪制

精確吸取標準貯備液，逐步用1%硝酸稀釋定容，其中鋁、鈣、銅、鉀、鎂、錳、鈉、硅、磷、鋅的濃度系列采用 0.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 mg/L等6檔。在試驗條件下，測定標準溶液中各待測元素的譜線強度，以分析元素濃度為橫坐標，譜線強度為縱坐標，繪制各待測元素的工作曲線。

2 結果與討論

2.1 回收率試驗

為確定在強酸和緩蝕劑存在下金屬成分的回收率，配制的本體溶液為內含0.5%04緩蝕劑+5%硝酸+1%鹽酸的強酸溶液，進行加標回收測試，結果如表2所示。可見，回收率試驗中，各元素的加標回收率為95%～106%之間。

2.2 Fe基體干擾的影響

由于在鍋爐水冷壁垢樣中存在最多的元素是鐵，且其Fe2O3含量基本在50%以上，甚至可達到99%。因此進行了基體干擾試驗，當存在高濃度Fe時，研究對其他元素測定值的影響。

所配制的溶液均為1%的硝酸溶液，分別配制未加鐵、加入100 mg/L的鐵和加入1 000 mg/L的鐵3種基體背景溶液，加入相同量的11種金屬元素，測定各元素的濃度，如表3所示。

由表3可以看出，100 mg/L的鐵對各個元素的基體干擾基本可以忽略，而1 000 mg/L的鐵的對Al，Mn，Cu略有干擾，對其他元素的干擾基本可以忽略。因此，當Fe和Al，Mn，Cu的濃度比大于1 000倍的時候，建議采用干擾系數法進行糾正。

表1 各元素分析所選用的譜線

表2 測定結果及回收率

表3 鐵基體干擾影響

表4 酸及緩蝕劑干擾試驗檢測結果

但是對于管樣小型試驗后溶液中金屬成分的分析，由于所選管段長度不超過5 cm，根據經驗，基本上清洗下來的垢樣重量不超過1 g，即其中鐵元素的含量不超過1 400 mg/L。而以管樣垢量為1 g計，即使1 000 mg/L鐵造成的基體影響，經過計算所得如表3所示，均不超過0.1%，符合檢測標準的允許差范圍，因此該影響也比較小。

2.3 酸及緩蝕劑的干擾試驗

在管樣的小型試驗中，加入了較高濃度的酸和緩蝕劑。因此配制了一系列均含約10 mg/L Fe的基礎溶液，并在其中加入酸和緩蝕劑，分別測定各個元素的濃度值，結果如表4所示。

由表4可知，雖然濃酸和緩蝕劑存在會造成一定的影響，但是對于管樣分析來說，造成的影響有限。

3 結語

通過回收率、基體干擾、酸度影響等試驗證明，采用ICP-AES法能快速并準確地同時測定水冷壁管垢清洗液中的金屬成分。但是由于檢測的是水冷壁管垢清洗液的金屬成分，雖然加入了一定量的緩蝕劑，管樣本體仍然難以避免會有部分被酸腐蝕，造成檢測結果中的鐵含量會略高于實際垢樣中的含量，但是對于指導判斷發生結垢、腐蝕現象的主要原因，仍有著重要的意義。而且本方法具有分析速度快、多元素同時測定、操作簡便等優點。

[1]郝新煥，王帝，何麗麗.離子色譜測定垢樣中的重金屬離子[J].工業水處理，2008，28（9）：77-79.

[2]周少玲，鞠麗霞.汽輪機垢樣常規分析方法的改進[J].熱力發電，2009，36（9）：78-94.

[3]辛仁軒.等離子體發射光譜分析[M].北京：化學工業出版社，2004.

[4]費浩，王樹安，張泓澎.電感耦合等離子體原子發射光譜法測定不銹鋼中元素[J].分析試驗室，2009，28（5）：268-271.

[5]呂杰.ICP-AES法同時測定飲用水中的Pb，As等11種金屬元素[J].光譜學與光譜分析，2003，23（4）：779-784.