電站鍋爐給水pH 值異常原因探討

張龍

（中國石化天津分公司水務(wù)部，天津大港 300271）

1 概述

中國石化某公司熱電部一電站自建廠以來，一直采用單一的磷酸三鈉藥劑進行爐水pH 值的校正處理，基本上能夠滿足爐水各項控制指標的要求，pH值控制范圍為9.0～11.0。一電站除氧器后無加氨設(shè)施，鍋爐給水pH 值依靠水處理五車間除鹽水加氨控制，加氨后pH值控制范圍為8.8～9.3。

近幾年在節(jié)水減排的大形勢下，一電站鍋爐用二級除鹽水的原水由單一的寶坻地下水，逐步增加市政中水、安達水與乙烯凝液、海水淡化水等多種水源，針對不同水源的水質(zhì)特性，制備二級除鹽水的工藝也有所不同。老系統(tǒng)采用陽離子交換器（陽床）＋陰離子交換器（陰床）＋混合離子交換器（混床）制備二級除鹽水，而新系統(tǒng)采用超濾＋反滲透＋混合離子交換器制備二級除鹽水。老系統(tǒng)原水分別是地下水、自來水、市政中水、乙烯凝液，而新系統(tǒng)原水是淡化海水。淡化海水是由海水和市政污水經(jīng)過預(yù)處理＋超濾＋反滲透工藝制備。

2018年6月底，水處理五車間新建消化富裕淡化海水項目投產(chǎn)，項目的主要水源是淡化海水，所制備二級除鹽水主要供一電站鍋爐做補充水，即自新系統(tǒng)運行以來，雙膜裝置后續(xù)的混床運行周期一般為4～6天，其產(chǎn)水電導(dǎo)率控制在0.15μs/cm以下，產(chǎn)水常規(guī)水質(zhì)指標符合鍋爐給水水質(zhì)要求。自從新系統(tǒng)運行以后，熱電部一電站各運行爐的爐水pH值先后出現(xiàn)急劇下降情況，僅用磷酸三鈉調(diào)整無法保證爐水pH 值在合格范圍內(nèi)，只能通過補加氫氧化鈉進行緊急處理才能將爐水pH 值控制在合格下限，氫氧化鈉的消耗量增加，同時鍋爐給水加氨量也有所增加。

2 加氨量、除鹽水水量以及氫氧化鈉用量對比

2.1 加氨量和供一電站二級除鹽水水量統(tǒng)計

由于在線儀表與實際有偏差，經(jīng)過試驗和理論計算，采用控制加氨后二級除鹽水電導(dǎo)率指標來確定加氨量，控制范圍為3.5～5.0μs/cm。按照理論計算，加氨后電導(dǎo)率與pH值的關(guān)系為：

pH＝8.57＋lgDD

要維持加氨后pH值在8.8～9.3范圍內(nèi)，需控制加氨后電導(dǎo)率在1.71 ～5.41μs/cm 范圍即可滿足要求。表1 選取淡化海水制備二級除鹽水裝置投運前后加氨量和送一電站二級除鹽水量進行對比。

表1 加氨量和供一電站二級除鹽水水量統(tǒng)計

2018年6月底開始使用淡化海水制備二級除鹽水以后，一電站反映鍋爐給水pH值偏低，水處理五車間增加氨水投加量，通過表1可以看出，二級除鹽水中氨水含量有明顯的增加，每立方米二級除鹽水中氨水含量從3.1 g增加到4.8 g。由于一電站給水系統(tǒng)中有含銅的低溫加熱設(shè)備，加氨量不能無限制增加，否則會在氨的富集區(qū)引起銅材質(zhì)的氨腐蝕[1]。

2.2 一電站爐水pH 值校正消耗氫氧化鈉量統(tǒng)計

2018 年7 月之前，一電站鍋爐爐水pH 值調(diào)整極少用氫氧化鈉，僅用磷酸三鈉調(diào)整即可保證爐水pH值在合格范圍內(nèi)。但從7月以后，氫氧化鈉用量明顯增加，文中氫氧化鈉規(guī)格為分析純。對2018年下半年一電站爐水加氫氧化鈉用量進行統(tǒng)計，期間一電站鍋爐有3臺運行，見表2。

表2 2018 年下半年一電站氫氧化鈉用量統(tǒng)計

2018年7月初開始使用淡化海水制備二級除鹽水以后，一電站鍋爐給水pH值偏低，增加氨水投加量仍不足以保證爐水pH值在合格范圍內(nèi)。為保證爐水水質(zhì)，一電站一直延續(xù)磷酸三鈉和氫氧化鈉共同調(diào)整的緊急處理方式，對2019年上半年一電站所用的氫氧化鈉情況進行統(tǒng)計，見表3。

通過表3 可發(fā)現(xiàn)2019 年5—7 月氫氧化鈉的用量仍有較大的增加，同時氫氧化鈉的消耗量隨著氣溫的升高有一定的增加，正好驗證隨著溫度升高二級除鹽水的pH值降低[1]的規(guī)律。

表3 2019 年一電站各爐氫氧化鈉用量統(tǒng)計

3 原因分析

3.1 工藝流程排查

通過切換制備除鹽水原水種類來對比爐水處理的藥劑消耗量。老系統(tǒng)制備二級除鹽水的原水在2018年7月之前一直未變，一電站爐水pH調(diào)節(jié)加堿量未見異常，同時，各裝置用水量主要依靠老系統(tǒng)制水，為安全生產(chǎn)暫未安排實驗。特對乙烯凝液和淡化海水兩水源進行切出實驗，觀察一電站氫氧化鈉的消耗情況，2018年10月11日至26日期間，裝置切除乙烯凝液運行，鍋爐側(cè)氫氧化鈉的消耗量無明顯變化，日均消耗3.47 kg。而2018年10月29日至11月13日，將淡化海水切出裝置運行，鍋爐側(cè)加氫氧化鈉的量逐步下降，切出淡化海水三天后不再消耗氫氧化鈉，僅投加磷酸三鈉即可滿足正常需求。

3.2 質(zhì)量控制排查

3.2.1 水質(zhì)控制方面

通過陽離子交換器、陰離子交換器、反滲透、混合離子交換器等裝置的進出水水質(zhì)指標變化來排查是否存在異常。7 月26 日至10 月期間，對水處理五車間過程產(chǎn)品、產(chǎn)品進行全面排查，包括電導(dǎo)率、二氧化硅、鈉離子等常規(guī)指標，也包括全流程TOC開展專項排查，分析數(shù)據(jù)詳見表4～7。

表4 過程產(chǎn)水和產(chǎn)品水分析數(shù)據(jù)

表5 原水和部分產(chǎn)水TOC 分析數(shù)據(jù)（采樣時間7 月31 日）

表6 裝置產(chǎn)水和外供二級除鹽水TOC 分析數(shù)據(jù)（送樣時間8 月1 日）

續(xù)表

表7 外供水箱二級除鹽水、新系統(tǒng)過程產(chǎn)水及氨水TOC 分析數(shù)據(jù)（送樣時間8 月2 日）

從表4～7可以看出，電導(dǎo)率、二氧化硅、鈉離子等常規(guī)指標全部合格，部分原水TOC 含量偏高，但最終混床產(chǎn)水和外供的未加氨二級除鹽水的TOC均＜0.1 mg/L（該儀器的最小檢出限0.1 mg/L），均符合標準規(guī)范的要求。供一電站二級除鹽水加氨后的TOC含量在0.4～0.8 mg/L之間，偏高。此外，氨水的TOC含量16.5 mg/L，偏高。

但經(jīng)過了解，氨水對TOC的測量會產(chǎn)生較大影響。同時，《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T 12145—2016關(guān)于補給水TOC指標已修訂為TOCi，隨后委托有資質(zhì)的某熱工院進行部分水質(zhì)的分析，見表8。

由表8可知，產(chǎn)品水TOCi指標全部符合標準要求。

3.2.2 酸、堿、氨水、磷酸三鈉質(zhì)量分析

由于日常對酸、堿等輔料的質(zhì)量分析主要是濃度和有效成分，沒有雜質(zhì)的數(shù)據(jù)積累，無法做到前后對比。熱電部一電站和二電站的鍋爐補充用二級除鹽水來源不一，但消耗的氨水是同一個廠家、同一個批次，通過和二電站消耗的氨水做橫向比較，發(fā)現(xiàn)在一電站鍋爐給水pH 值異常時，二電站氨水和氫氧化鈉的消耗量均沒有增加，可初步排除氨水等輔料造成鍋爐給水pH值異常。

經(jīng)過對不同批次的磷酸三鈉質(zhì)量進行分析化驗，未發(fā)現(xiàn)和2018年7月之前藥劑品質(zhì)有異。

表8 某熱工院過程產(chǎn)水和產(chǎn)品水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)（取樣時間為2019 年8 月20 日）

3.3 分析結(jié)果

實驗停運淡化海水后，爐水消耗氫氧化鈉的量明顯減少，經(jīng)過多次試驗和化驗數(shù)據(jù)分析基本確定影響爐水pH 值調(diào)整用堿量增加的原因是制備的二級除鹽水的原水發(fā)生變化。淡化海水水溫偏高，導(dǎo)致系統(tǒng)溶解二氧化碳量增加，最終導(dǎo)致鍋爐給水pH值偏低。

4 解決措施、效果及下一步計劃

4.1 解決措施和效果

1）提升加氨量以保障鍋爐給水pH值合格為準，但由于一電站給水系統(tǒng)中有含銅的低溫加熱設(shè)備，給水pH值控制范圍在8.8～9.3之間，為保證低加設(shè)備安全，給水pH 控制靠下線運行。遠期對含銅設(shè)備進行改造，將給水系統(tǒng)改成無銅系統(tǒng)；在高壓除氧器下水管增設(shè)加氨設(shè)施，提高給水pH值。

2）單獨設(shè)置氫氧化鈉和磷酸三鈉加藥系統(tǒng)。現(xiàn)有的一電站爐水加藥系統(tǒng)2套，#3、4爐共用一套，#6、7 爐共用一套。現(xiàn)有的一電站爐水加藥系統(tǒng)是按單一試劑（磷酸三鈉）和單一濃度的加藥方案設(shè)計，雖然對原有加藥系統(tǒng)做了調(diào)整和改造，仍不能滿足生產(chǎn)的要求，擇機增加單獨的加藥系統(tǒng)。

3）繼續(xù)使用加氫氧化鈉和磷酸三鈉組合的方式調(diào)整爐水pH 值。淡化海水的使用勢在必行，為保證一電站爐水pH 值合格，需長期利用投加氫氧化鈉的緊急加藥方式進行爐水調(diào)整。

經(jīng)過三個月的觀察，增加了氨水投加量、并穩(wěn)定使用氫氧化鈉和磷酸三鈉組合的方式調(diào)整爐水pH值后，爐水pH值合格穩(wěn)定。

4.2 下一步計劃

1）根據(jù)一電站調(diào)整爐水pH值使用氫氧化鈉量的變化情況，發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉消耗情況有隨季節(jié)變化而變化的趨勢。夏天淡化海水受工藝限制，溫度最高達到42℃，可以看出氫氧化鈉消耗量明顯增加，接下來將繼續(xù)研究溫度對水質(zhì)的影響。

2）雖然已確定一電站鍋爐給水pH值異常是由淡化海水引起，但具體是淡化海水中哪一種成分導(dǎo)致仍然需要驗證，下一步將進一步進行水質(zhì)分析，排查出導(dǎo)致異常的確定因素。

5 結(jié)論

經(jīng)過分析探討，確定一電站鍋爐給水pH 值異常的主要原因是使用淡化海水后，二級除鹽水溫度升高，溶解二氧化碳含量有所增加，導(dǎo)致鍋爐給水pH值偏低。通過增加投加氫氧化鈉可保證鍋爐給水和鍋爐水pH值在合格范圍內(nèi)。