總有機碳及脫氣氫導聯合測定在火電廠水汽品質異常分析中的應用

沈思言，駱方明，魯衛哲，馮向東，余一凡，李松松

（1.浙江浙能技術研究院有限公司，浙江 杭州 311121；2.浙江省火力發電高效節能與污染物控制技術研究重點實驗室，浙江 杭州 311121；3.舟山煤炭交易市場有限公司，浙江 舟山 316021；4.中國能源建設集團華東電力試驗研究院有限公司，浙江 杭州 311200；5.工業新水源浙江省工程研究中心，浙江 杭州 311121）

0 引 言

火電廠汽水品質對機組的穩定運行有至關重要的作用，水作為主要介質與各系統及管道直接接觸，凝汽器中低溫水通過精處理，經低壓加熱器、除氧器和高壓加熱器升溫，再通過省煤器、水冷壁吸收煙氣熱量，進一步轉換為飽和蒸汽、過熱蒸汽和再熱蒸汽[1-4]。 在水汽轉變過程中，高溫高壓加劇了各系統及管道的腐蝕，并將之在整個系統中遷移，因此控制電廠汽水品質十分重要。《GB/T 12145 -2016 火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》中，對火電廠汽水品質有詳細的要求，其中關于有機碳的描述已經從2008 版本的TOC替換為2016 版的總有機碳離子（total organic carbon ions，TOCi）[5]。 由于TOCi除了能反映有機物中總碳含量，還能測量其他雜原子如硫、氯等氧化后產生的陰離子，因而能更加準確地反映水汽中有機物含量[6-8]。

1 試驗原理和方法

1.1 總有機碳

常用TOC測定方法主要有高溫催化燃燒氧化法、濕法氧化法、紫外氧化法、紫濕法氧化法[13]。 本研究采用的是紫外氧化法。

TOCi分析儀測試原理：水樣通過過濾、消除干擾處理后，進入氧化裝置。 水中的總有機碳在通過氧化裝置后發生如下反應：

C x H y O z M→CO2+H2O+HM（O）n

氧化裝置的進出口設有電導率檢查裝置，采集的進出口電導率信號輸入微機處理后計算得到TOCi值，其主要原理為紫外氧化-直接電導法。與TOC相比，TOCi不僅能測量有機物中的碳、氫、氧，還能將其他雜原子氧化產生氯離子、硫酸根、硝酸根等陰離子，并將其折算為二氧化碳含量的總和，TOCi更能準確反映水汽中的有機物含量及腐蝕性的大小，其中本研究所用儀表測量的TOCi范圍為0 ～1000 μg/L。

1.2 脫氣氫導

脫氣氫導的測量主要通過水樣進入陽離子交換柱將水樣中的陽離子置換成氫離子，然后進入脫氣單元，將水樣中的二氧化碳脫除，接著脫氣后的水樣進行冷卻，最后經過氫導電極測試得到脫氣氫導值。

圖1 脫氣氫導儀表結構

2 總有機碳和脫氣氫導的應用

2.1 脫氣氫導分析汽水品質異常

某火電廠（以下簡稱火電廠）裝有兩臺350 MW和兩臺330 MW 燃煤機組，在機組運行階段，4 臺機組皆出現水汽品質異常，各個水樣的氫電導率均出現超標情況。 其中按《GB/T 12145 -2016》與電廠運行規程要求凝結水水質氫電導率≤0.30 μs/cm，鍋爐給水水質氫電導率≤0.15 μs/cm，主蒸汽水質氫電導率≤0.15 μs/cm，其中電廠對水質的期望值要求更高。 為了查清機組水質異常的原因，對幾種可能出現的問題進行分析，首先懷疑除鹽水受到污染，檢查制水系統產水電導，發現始終在規定范圍內，并且幾臺機組都出現了水汽品質異常的情況，證明凝汽器泄漏的可能性也較小，后檢測到除鹽水中的TOC值較高，懷疑機組中有機物分解導致機組水汽系統水樣氫電導率升高，于是對機組水樣進行氫電導率及脫氣氫電導率對比。實際測量結果如表1 所示，7 號、8 號機組給水及蒸汽的氫電導率皆超過了0.15 μs/cm，而脫氣氫電導率均在正常范圍內。

表1 電廠7 號、8 號機組汽水系統脫氣氫導測試結果

圖2、圖3 分別為7 號、8 號機組各個水樣汽水的氫電導率與脫氣氫電導率的對比圖，從圖中可以發現2 臺機組各個系統的水樣氫電導率和脫氣氫電導率之間均有較大差值，測試水樣經過脫除CO2氣體后，測量其氫導值大幅度下降。 電廠在線儀表上的氫電導率和本次測試氫電導率接近，都出現虛高狀況，并不能真實反映水樣中危害較大的其他離子的綜合水平，如果采用脫氣氫電導率當作機組水汽品質監督的指標，電廠的汽水品質會有較大程度的改善，并且水汽品質均在控制范圍內。

圖2 7 號機組不同水樣CC與DCC對比

圖3 8 號機組不同水樣CC與DCC對比

2.1 總有機碳結合分析汽水品質異常

為了查清水樣中CO2高的原因，本研究通過測量汽水系統水樣的TOCi與TOC來結合分析并驗證數據的有效性，結果如表2 所示。 結果表明，水樣的TOCi比TOC值高，主要為TOCi能夠測得有機物中除碳外的其他雜離子氧化后的陰離子之和。 系統中除鹽水的TOCi與TOC值偏高，而各個系統隨著汽水系統的溫度升高，TOCi與TOC緩慢下降，說明水樣中的有機物發生了部分分解，分解產生的CO2溶于水中，導致機組的氫電導率出現超標現象。 兩臺機組的數據相近，都出現該現象。

表2 電廠7 號、8 號機組汽水系統總有機碳測試結果

為進一步探究除鹽水中有機物濃度高的原因，對電廠制水系統進行化驗分析，電廠淡水取自溪口水庫，電廠的制水系統的分為兩套，一套為4×100 t/h 的混床系統，另一套為1 ×150 t/h 的EDI系統。 混床系統為蓄水池、反應沉淀池、無閥濾池、高效過濾器、陽離子交換器、除碳器、陰離子交換器、混合離子交換器組成；EDI系統由蓄水池、反應沉淀池、無閥濾池、超濾系統、反滲透系統、EDI裝置組成。 從工藝上看，混床系統工藝缺少預除鹽系統。

從混床系統化驗數據來看（見表3），有機物的來源為前端來水，相比較于陽床的進出口有機物濃度，排除了陽樹脂降解引起的水樣TOCi含量偏高。 陽床進出口與混床進出口的有機物脫除率較差，證明樹脂對有機物的脫除性較弱，而陽床出口和陰床出口相比，有機物含量明顯降低，可能是由于陽床和陰床之間有除碳器對有機物有一定的脫除效果。

表3 電廠混床系統總有機碳測試結果

EDI制水系統的產水中，有機物含量較低（見表4），主要原因為反滲透系統對有機物具有較好的去除效果，相比較于混床系統工藝，混床系統沒有預除鹽系統，因此導致除鹽水中的有機物較高。

表4 電廠EDI系統總有機碳測試結果

以TOCi為例，混床出水的TOCi為307.6 μg/L，總產水量為400 t/h，EDI系統出水的TOCi為61 μg/L，總產水量為150 t/h。 EDI系統和混床系統共同制水得到電廠的除鹽水，因此通過核算，除鹽水中總有機碳含量為210 μg/L，在合理范圍內。

3 結果與討論

（1）電廠出現水汽系統氫電導率超標現象，主要原因是水樣中存在大量的CO2，不能真實反映水汽品質的好壞，而脫氣氫電導率能夠真實反映水樣中除CO2以外危害性較大的其他離子的含量，更能代表水汽系統的品質，經過測量分析，電廠汽水品質均在規定范圍內。

（2）機組出現水汽中含有CO2的主要原因為除鹽水中含有有機物，有機物分解產生的CO2溶于水中，致使水汽氫電導率出現虛高狀況。 除鹽水中有機物含量偏高主要是由于混床系統工藝中缺少預除鹽系統，對有機物的去除率較差，并且通過各個床體進出口有機物的分析，排除了樹脂降解的可能，而EDI系統中的反滲透系統對有機物具有良好的去除率，EDI產水中有機物含量在正常水平。

（3）后期電廠通過控制來水中有機物的濃度，從而降低了除鹽水中的有機物，機組的汽水系統虛高問題得到解決，進一步證明了水中CO2的來源主要為有機物含量偏高，排除了凝汽器泄漏或者加藥系統藥品原因將雜質離子帶入的可能。

4 建 議

電廠可以采用脫氣氫電導率監督機組的汽水品質，脫氣氫電導率更能準確反映水汽中各種離子含量的真實狀況，并聯合總有機碳測量，能夠有效判斷水汽中有機物含量及來源，為機組正常穩定的運行提供依據。