某供熱機(jī)組蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)原因分析及解決方案
2019/3/8 16:37:13
某供熱機(jī)組蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)
詳細(xì)介紹
1.現(xiàn)場概況
某電廠一期為2×600MW超臨界抽凝供熱機(jī)組，是目前國內(nèi)最大的供熱機(jī)組，每臺機(jī)組額定供熱量為650t/h。電廠鍋爐補(bǔ)給水處理方式為城市自來水依次經(jīng)活性碳過濾器、陽床、陰床、混床處理后至機(jī)組補(bǔ)給水箱，分析除鹽水中陰、陽離子含量均未出現(xiàn)異常。兩臺機(jī)組對外供熱后，隨著供熱量的不斷增大，補(bǔ)水量不斷升高，供熱機(jī)組蒸汽氫電導(dǎo)率也不斷升高，經(jīng)常超過GB/T 12145-2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》要求的控制值（標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.10μS/cm），最高達(dá)到0.4μS/cm以上。汽輪機(jī)低壓缸腐蝕嚴(yán)重，直接影響電廠的安全運(yùn)行。
2.原因分析
根據(jù)機(jī)組水質(zhì)異常的現(xiàn)象，初步確定與補(bǔ)給水帶入的有機(jī)物有關(guān)。水中的有機(jī)物完全氧化后將發(fā)生下列反應(yīng)：
CxHyOz→CO2+H2O（1）
CxHyOzM→CO2+H2O+HM(O)n（2）
注：M表示有機(jī)物中除碳外氧化后可能產(chǎn)生陰離子的雜原子。
當(dāng)有機(jī)物僅含有碳、氫、氧，不含其他雜原子時，氧化后產(chǎn)生的二氧化碳與水中總有機(jī)碳含量成正比關(guān)系，通過測定氧化器進(jìn)出口二氧化碳的變化就可計算出有機(jī)物中的碳（TOC）含量。當(dāng)有機(jī)物中除碳外還含有其他雜原子時，氧化后除產(chǎn)生二氧化碳還會產(chǎn)生氯離子、硫酸根、硝酸根等陰離子，這時通過測量有機(jī)物中所有可能產(chǎn)生陰離子的原子（包括碳）氧化前后電導(dǎo)率的變化，折算為二氧化碳含量（以碳計）的總和即為TOCi含量，因此TOCi含量能更準(zhǔn)確地反映水中有機(jī)物分解產(chǎn)生的腐蝕性陰離子含量。為了研究確定有機(jī)物含量對蒸汽氫電導(dǎo)率影響規(guī)律，現(xiàn)場試驗中除了檢測水汽系統(tǒng)TOC含量還檢測了TOCi，結(jié)果見表1。
表1 有機(jī)物含量對蒸汽電導(dǎo)率影響試驗結(jié)果
由補(bǔ)給水帶入水汽系統(tǒng)的TOCi含量和主蒸汽氫電導(dǎo)率關(guān)系曲線見圖1，從圖中可以看出，主蒸汽氫電導(dǎo)率隨著由補(bǔ)給水帶入水汽系統(tǒng)的TOCi含量的增加而增加，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999，證明主蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)是補(bǔ)給水帶入的有機(jī)物引起。
圖1 補(bǔ)入系統(tǒng)的TOCi含量和主蒸汽氫電導(dǎo)率關(guān)系
根據(jù)TOCi的測量原理，水樣中的有機(jī)物在通過TOCi分析儀后有可能會分解產(chǎn)生陰離子，根據(jù)陰離子種類可以推測有機(jī)物的來源。為了進(jìn)一步查明氫電導(dǎo)率超標(biāo)原因，檢測混床出水水樣通過TOCi分析儀前、后陰離子含量，試驗數(shù)據(jù)見表2所示。
表2 混床出水通過TOCi分析儀前、后陰離子含量測定結(jié)果（單位：μg/L）
試驗結(jié)果表明：
1）TOC指標(biāo)僅反映了有機(jī)物中的碳含量，TOCi指標(biāo)不僅反映了有機(jī)物中的碳，還有氯、硫、氮等其他雜原子，因此該廠TOC合格，但TOCi指標(biāo)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)。
2）直接取現(xiàn)場水樣分析陰離子，陰離子含量均合格；當(dāng)將現(xiàn)場水樣經(jīng)過TOCi分析儀氧化分解后，氟離子、氯離子、尤其是硫酸根離子顯著上升。這進(jìn)一步說明在常溫下，補(bǔ)給水TOCi雖然超標(biāo)，但是有機(jī)物中的雜原子沒有分解出來，因此測量電導(dǎo)率、陰離子等指標(biāo)均合格。這些隨補(bǔ)給水帶入的有機(jī)物在水汽系統(tǒng)高溫高壓環(huán)境下，氧化分解產(chǎn)生氟離子、氯離子、硫酸根等陰離子導(dǎo)致蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)。
一般電廠除鹽水系統(tǒng)陽樹脂的溶出物是含硫有機(jī)物的重要來源，由于供熱機(jī)組補(bǔ)水量很大，為了達(dá)到合格的水汽指標(biāo)及蒸汽質(zhì)量，要求離子交換樹脂尤其是陰樹脂具有優(yōu)良的離子交換動力學(xué)性能及去除有機(jī)物的能力。質(zhì)量傳遞系數(shù)（Mass Transfer Coefficient，MTC）是用于衡量離子交換樹脂交換過程中動力學(xué)性能的一個重要指標(biāo)。為了確定陰樹脂的動力學(xué)性能和去除有機(jī)物的能力，將陰樹脂送至美國陶氏公司實驗室進(jìn)行了MTC的測定，MTC值只有1.5×10-2cm/s，是該指標(biāo)的最低限值。同時也進(jìn)行了染色試驗，表明陰樹脂主要被陽樹脂釋放的聚苯乙烯磺酸鹽所污染，證明了陰樹脂去除有機(jī)物能力下降。
通過以上試驗得出該廠氫電導(dǎo)率超標(biāo)原因如下：
除鹽水系統(tǒng)陽樹脂釋放有機(jī)物、陰樹脂去除有機(jī)物的能力下降是導(dǎo)致補(bǔ)給水TOCi含量超標(biāo)的根本原因。補(bǔ)給水帶入的有機(jī)物在水汽系統(tǒng)高溫高壓環(huán)境下分解產(chǎn)生大量陰離子最終導(dǎo)致蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)。
3.解決措施及效果
通過更換除鹽水系統(tǒng)陰、陽樹脂，主蒸汽氫電導(dǎo)率逐漸恢復(fù)正常。同時在混床出口還加裝了TPRI-TW型在線水汽中痕量TOCi分析儀，便于運(yùn)行人員在線監(jiān)測混床出水TOCi含量，對供熱機(jī)組控制水汽系統(tǒng)有機(jī)物含量，防止氫電導(dǎo)率超標(biāo)有重要參考意義。
4.結(jié)論及建議
1）對于供熱機(jī)組，當(dāng)補(bǔ)給水中有機(jī)物含量超標(biāo)時，隨著機(jī)組供熱負(fù)荷的增加，機(jī)組補(bǔ)水量增加，補(bǔ)入系統(tǒng)的有機(jī)物就會隨之增加，有機(jī)物在高溫高壓環(huán)境下分解，導(dǎo)致氫電導(dǎo)率超標(biāo)。
2）對于電廠水汽系統(tǒng)，TOCi比TOC能更準(zhǔn)確地反映出水中有機(jī)物分解產(chǎn)生的腐蝕性陰離子含量，對于水汽品質(zhì)監(jiān)督與控制更有意義。
3）建議電廠加裝痕量TOCi分析儀，按照GB/T 12145-2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》的要求監(jiān)測并嚴(yán)格控制除鹽水或給水TOCi含量。
編輯：侯明暉
