供熱機組水汽品質異常的原因分析

毛學華

(福建省鴻山熱電有限責任公司，福建石獅 362712）

供熱機組水汽品質異常的原因分析

Cause analysis of steam-water quality abnormality of cogeneration unit

毛學華

(福建省鴻山熱電有限責任公司，福建石獅 362712）

通過對供熱機組在不同供熱負荷時，各取樣點的TOC含量、陰離子含量和氫電導率等進行綜合分析，尋找其變化規律，確定供熱機組水汽品質異常的根本原因。

熱負荷;供熱機組;水汽品質

福建省鴻山熱電有限責任公司一期為2×600 MW超臨界抽凝供熱機組。隨著供熱量的不斷增大，補水量增大，供熱機組蒸汽的氫電導率也不斷升高，經常超過0.15 μS/cm的標準值。文中通過對該廠供熱機組在不同供熱負荷時，各取樣點的TOC含量、陰離子含量和氫電導率等進行綜合分析，找出不同供熱負荷條件下水汽中TOC的分解規律及其對水汽品質的影響，并提出建議。

1 補給水的水質特點

電廠原水使用的是自來水，從2007年至今原水水質變化不大，溶解固體含量在100 mg/L左右，無論冬季夏季原水中測得的TOC含量都未超過2 mg/L。

由于原水水質較好，因此設計時補給水系統使用了一級除鹽加混床的處理模式，運行中測試混床出水的TOC含量最高達600 μg/L。為確定補給水的TOC含量對水汽系統水質的影響，對供熱機組在不同供熱負荷時各取樣點的水質狀況進行了綜合分析，以確定了供熱機組水汽品質異常的根本原因。

2 水質狀況試驗分析

2.1 水汽系統的水質特點

對供熱機組水汽系統的水質狀況使用離子色譜儀和TOC儀進行普查，具體試驗結果見表1，2。

由表1知，各取樣點中無機陰離子含量均較低，但主蒸汽、再熱蒸汽取樣點中甲酸、乙酸含量較高，而離子色譜對二氧化碳是無法準確測量的，因此為了進一步分析有機物的分解產物，以主蒸汽中陰離子含量來衡算主蒸汽氫電導率，與實測值進行對比分析。

表1 水汽系統陰離子普查 μg/L

表2 水汽系統TOC普查

由于主蒸汽中各種離子含量很小，可通過表3列出的極限摩爾電導率值分別計算每種離子所產生的電導率，且水溶液濃度極稀，所以各種離子電離度均按100%計。

表3 主蒸汽中各種離子所產生的電導率

計算得到主蒸汽的電導率值為0.278 μS/cm，略低于測得的主蒸汽電導率值0.307 μS/cm，還有部分有機物分解產物以CO2的形式存在。

結合表2中TOC和氫電導率的分析結果可知，主蒸汽和再熱蒸汽的氫電導率已嚴重超標，與之對應的2個取樣點甲酸、乙酸也較高，證明補入系統的水中有部分有機物分解為低分子有機酸和二氧化碳，導致蒸汽氫電導率嚴重超標。

2.2 不同供熱負荷條件下水汽品質的變化規律

2.2.1 不同供熱負荷條件下陰離子的變化規律

2013年5月6日至8日，1號機組在非供熱工況下運行，水汽系統陰離子含量均較低，未出現異常狀況;5月9日1號機供熱負荷增加后，除省煤器入口、主蒸汽和再熱蒸汽中甲酸、乙酸含量增高，1號機組在不同熱負荷條件下主蒸汽中甲酸、乙酸及氫電導率的變化情況見表4。

表4 主蒸汽陰離子及氫電導率的變化規律

蒸汽中甲酸、乙酸含量較高與這些取樣點氫電導率較高的現象相對應，證明水汽系統氫電導率偏高的原因是由于有機物分解造成的。

2.2.2 水汽系統TOC的變化規律

供熱機組同一時間測得系統水樣的TOC含量會有明顯的趨勢變化，以2013年5月8日19時30分1號機組及2號機組水汽各取樣點測得的TOC含量來說明此問題，見圖1。

圖1 水汽各取樣點測得的TOC含量趨勢變化圖

從圖1可看出，純凝工況下凝結水中TOC含量稍高 (機組補水是直接補入凝汽器的)，通過精處理系統去除了部分有機物，隨后系統中各取樣點TOC含量基本一致，有機物的分解現象不是很嚴重，蒸汽中甲酸、乙酸含量也較低、蒸汽氫電導率未出現超標現象。這是由于在此工況下補給水帶入系統的有機物本來就少 (此時除鹽水TOC含量447.8 μg/L，補水率按照1.5%計算，為6.7 μg/L)，通過精處理系統又除去了一部分，因此不會在系統中出現有機物大量分解的現象。

在機組對外供熱的情況下，大量的蒸汽被抽走，大量除鹽水直接補入凝汽器中 (約占整個水量的1/3)，因此凝結水中TOC含量最高 (達到163.0 μg/L);通過精處理系統去除了一小部分有機物，TOC含量有所降低 (精處理出口降至141.1 μg/L)，隨后當到省煤器入口時TOC突然降低至107.1 μg/L(溫度達到280℃左右，部分有機物分解)，同時甲酸、乙酸含量升高、蒸汽氫電導率超標;到主蒸汽時有機物繼續分解，TOC含量則降低至45 μg/L，同時主蒸汽中甲酸、乙酸含量達到最高、蒸汽氫電導率嚴重超標。

2.3 供熱流量與水汽系統各物理量的關系

2.3.1 機組供熱流量與水汽系統氫電導率的關系

1號機組供熱流量與水汽系統氫電導率的關系如圖2所示。

隨著機組供熱量的增加，水汽系統各點的氫電導率值也在逐漸攀升。供熱流量與水汽系統省煤器入口、主蒸汽、再熱蒸汽的氫電導率值成正比增加關系，試驗期間這些測點的無機陰離子的含量基本未發生變化，只是小分子有機酸 (甲酸、乙酸)隨著供熱量的變化發生了明顯變化，證明有機物在高溫系統中分解造成水汽系統氫電導率偏高。

圖2 供熱流量與水汽系統氫電導率的關系圖

2.3.2 機組供熱流量與水汽系統TOC含量的關系

試驗期間機組對外供熱量在0～490 t/h之間變化，不同供熱負荷時補入系統的TOC含量和主蒸汽氫電導率的數據匯總見表5。補入系統的TOC增量=供熱流量÷鍋爐當時的蒸發量 (1 789.9 t/h)×除鹽水TOC含量;非供熱工況下補水率按照30 t/h計算。供熱機組給水TOC值與對應主蒸汽的氫電導率值的關系見圖3。

表5 不同熱負荷時補入系統的TOC含量和主蒸汽氫電導率的數據匯總

圖3 補入系統的TOC含量和主蒸汽氫電導率的關系曲線

根據圖3曲線可計算出主蒸汽氫電導率等于0.15 μS/cm時，由補水帶入系統的TOC平均含量為32.83 μg/L。以此為基礎計算幾個典型熱負荷點時補給水中TOC的控制指標，計算結果見表6(補給水中TOC含量=32.83×機組最大蒸發量÷熱負荷流量)。

表6 不同熱負荷時除鹽水TOC含量的期望值

可見，隨著機組供熱負荷的增加，機組補水量增加，如需控制進入熱力系統的TOC含量，補水中TOC的控制指標要求更加嚴格。當機組對外供熱流量達到600 t/h時，要求補給水中TOC含量小于100 μg/L，這樣才能使整個水汽系統各取樣點的氫電導率達標 (＜0.15 μS/cm)。

3 結論及建議

1)供熱機組補水量大，補給水TOC含量高是導致蒸汽氫電導率超標的根本原因，因此降低補給水中TOC含量是解決供熱機組蒸汽氫電導率超標的唯一途徑。

2)每臺機組的額定供熱能力為650 t/h，補給水中TOC含量必須小于100 μg/L，才能使整個水汽系統各取樣點的氫電導率達標 (＜0.15 μS/cm)，單純依靠離子交換除鹽很難達到。

3)建議加設反滲透處理設備，反滲透出水可直接通過除碳器進入混床進行處理，這樣可以將再生樹脂的酸堿用量減少95%以上，并有效提高水質質量 (反滲透出水TOC含量基本小于100 μg/L)。

〔1〕GB/T12145—2008火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量〔S〕.

〔2〕何輝純.有機添加劑與水汽TOC標準的討論〔C〕.電廠化學2007學術年會暨中國電廠化學網2007高峰論壇會議論文集，2007:5-9.

〔3〕郭可勇.總有機碳 (TOC)分析儀在電廠化學中的應用〔J〕.浙江電力，2009，28(4):67-69.

〔4〕田利，石立斌，安雪松，等.電廠水汽中痕量TOC測量方法研究〔J〕.熱力發電，2013(9):92-94.

〔5〕龔云峰，吳春華，丁桓如.苯乙烯系離子交換樹脂溶出物測定研究〔J〕.水處理技術，2006，32(6):27-30.

TM621.8

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1008-0198(2014)02-0047-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.02.015

2013-09-27 改回日期:2013-10-30