某電廠鍋爐爐水pH值出現酸性原因分析及處理

黃詩融 黃修行

某電廠鍋爐爐水pH值出現酸性原因分析及處理

黃詩融1黃修行2

（1.華潤電力（賀州）有限公司，廣西 賀州 542700；2.廣西電力職業技術學院，廣西 南寧 530200）

對某爐水采用固體堿化劑處理的超高壓自然循環鍋爐在運行中爐水pH值出現酸性的原因進行分析。文章通過對熱力系統水質的分析、鍋爐系統運行情況的檢查，引起鍋爐爐水pH值出現酸性的主要原因是鍋爐補給水處理系統混床的離子交換樹脂泄漏，泄漏的離子交換樹脂通過除鹽水系統進入鍋爐受熱分解后產生酸性物質所造成。鍋爐爐水繼續采用加磷酸三鈉處理，同時添加NaOH溶液，加強鍋爐排污后，爐水pH值恢復正常，根據鍋爐的運行情況，提出了改善爐水水質、提高水汽質量及運行管理的技術措施。

爐水；pH值；酸性；NaOH處理

引言

某自備電廠超高壓鍋爐投運已10多年，投運以來鍋爐的水汽質量指標正常，運行過程可控，但2021年7月24日中午，運行中爐水pH值突然出現酸性，在高溫高壓下，酸性爐水將會引起鍋爐爐管的全面快速腐蝕，若處理不當，將會嚴重威脅鍋爐的安全運行。爐水出現酸性后，電廠迅速采取加入NaOH溶液進行爐水堿化處理，爐水pH值得以改善。為防止爐水pH值異常情況再次出現，特別是防止因水質不合格引起鍋爐的快速腐蝕、結垢，有必要對鍋爐爐水出現pH值酸性的原因進行調查分析，針對存在的問題進行處理，并提出防范措施。

1 設備概況

鍋爐是上海鍋爐廠生產型號為SG-420/13.7/M417E煤粉爐，為電力企業產業升級拆下重建的鍋爐，于2010年重建投運。鍋爐的基本型式是：單鍋筒自然循環、一次中間再熱、π形布置。鍋爐的BECR蒸發量為420 t/h，過熱器出口溫度為540℃，過熱汽出口壓力為13.7 MPa，給水溫度為240℃。與鍋爐配套的發電機組為135 MW發電機組，2020年進行了改造，汽輪機由抽汽供熱機組改為全背壓供熱機組，機組為企業的燒堿和氧化鋁生產配套供熱。

鍋爐補給水來自凈水站→活性碳過濾器（Ф3200，12臺）→弱酸陽床（Ф3000，6臺）→強酸陽床（Ф3000，6臺）→除碳器（Ф2500，3臺）→雙室陰床（Ф3000，6臺）→混床（Ф2500，4臺）組成手動操作的二級化學除鹽系統生產的除鹽水；一級除鹽陽床、陰床系統為順流再生，混床為分步進酸、堿再生。為減少空氣中二氧化碳對除鹽水的污染，混床出來的除鹽水通過母管三通直接補至發電機組的凝結器及除鹽水箱。氧化鋁生產的溶出回水、蒸發回水回用至機組的除氧器。鍋爐給水采用全揮發性氨——聯氨處理；爐水采用固體堿化劑——磷酸三鈉處理。

2 爐水水質出現酸性及相關系統設備的運行情況

2.1 爐水出現酸性的情況

2021年7月24日12時，電廠運行人員分析爐水時發現爐水pH值由上一班運行人員檢測得到的9.16變為5.65，處于異常的偏低，重復取樣化驗，pH值仍然是酸性，判斷爐水pH值異常[1]，而給水、蒸汽質量檢驗正常。為保證生產供汽，立即采取加大鍋爐排污，并通過磷酸三鈉加藥系統配制NaOH溶液，添加至鍋爐汽包提高爐水的pH值。在加強加藥、排污處理的過程中，爐水pH值仍出現下降，14時爐水pH值降至4.43；隨著NaOH的加入及調大加入量，爐水的pH值開始逐步上升，17時爐水pH值轉為堿性，7月25日爐水PH值升高至9.48，達到合格范圍。在續后的幾天時間里，當停止加NaOH后又會出現爐水pH值下降的現象，為此反復添加NaOH以維持爐水的pH值合格，在整個處理過程中，給水、蒸汽的質量始終合格。熱力系統水汽質量及變化情況見表1。

注：7月24日至7月28日其它時段的各項水汽質量合格。

為了解引起鍋爐爐水pH值出現酸性的原因，電廠生產運行人員及時地對鍋爐的補給水、生產返回水水質再次進行了分析，水質的pH值及其它指標與平時檢測的數據相比沒有出現明顯變化，沒有出現異常，分析數據見表2。

表2 鍋爐補充水水質分析結果

為進一步找出引起鍋爐爐水pH值酸性的原因，電廠化學專業人員提供了上述鍋爐水質及水質異常處理過程的信息，對引起鍋爐爐水pH值出現酸性的原因進行技術咨詢。根據提供的信息及處理的情況，首先建議電廠檢查鍋爐補給水處理系統是否存在混床離子交換樹脂泄漏進入熱力系統的情況，同時對可能引起影響鍋爐爐水水質變化的相關系統、設備及運行管理等近期的情況進行檢查。

經檢查，#1、#3混床出口的樹脂捕捉器及除鹽水箱均存在有顆粒狀樹脂，尤其是#3混床，樹脂存在明顯的流失，從#3樹脂捕捉器沖洗閥放出大量顆粒完整的樹脂，見圖1。經混床捕捉器漏出的樹脂能通過鍋爐除鹽水系統進入鍋爐。離子交換樹脂在高溫高壓鍋爐內，因熱分解后會產生酸性物質[2]引起鍋爐爐水pH值降低。樹脂泄漏是由于混床系統使用年久失修所致。

圖1 #3混床捕捉器下方的水溝泄漏的樹脂

電廠及時檢查并修復存在缺陷的混床，更換混床的集水濾帽及樹脂捕捉器的濾網，對混床樹脂捕捉器、除鹽水箱內的樹脂進行清理，防止樹脂泄漏再次進入熱力系統。

2.2 爐水水質變化情況

經應急加NaOH溶液及對混床樹脂泄漏處理、除鹽水箱內的樹脂清洗后，鍋爐爐水水質有所改善，爐水的pH值恢復正常，隨后運行人員恢復正常的磷酸三鈉爐水處理。經現場檢查，除鍋爐爐水出現酸性后的幾天時間內爐水pH值出現較多下降的現象外，在繼后一個月的時間仍時有存在爐水pH＜9.0、pH值偏低、電導率偏大（大于20 μS/cm）的情況，為此電廠反復添加NaOH溶液以維持爐水的pH值至合格。檢查處理期間爐水pH值、電導率變化情況見圖2、圖3。分析認為，反復出現爐水pH值偏低現象，與先前進入鍋爐系統的離子交換樹脂沒有完全徹底分解[3]及在部分大體積的容器內（如凝結器、除氧器等）水流的死角區仍可能存在有離子交換樹脂，這些離子交換樹脂在運行過程隨水流逐漸被帶入鍋爐產生熱分解有關。

圖2 鍋爐爐水pH值的變化情況

圖3 鍋爐爐水電導率的變化情況

2.3 補給水系統的運行情況

檢查在運行的混床出水硬度為零，但電導率偏高。正在運行的在線電導率儀顯示#3混床出水電導率為0.93 μS/cm，#4混床出水電導率為0.94 μS/cm，除鹽水箱出水電導率為0.60 μS/cm；8月份人工取樣分析除鹽水電導率在0.59 μS/cm～0.95 μS/cm之間，化驗結果平均值為0.73 μS/cm，與標準要求混床出水電導率≤0.20 μS/cm，除鹽水箱出水電導率≤0.40 μS/cm均存在偏差。

補給水電導率大說明其含有一定量的雜質，這些雜質在運行中也會對熱力系統水汽質量造成一定的影響，尤其是對補給水率大供熱鍋爐，但在正常的給水、爐水處理工況，不會造成爐水突然出現pH值酸性的情況。

2.4 補給水系統離子交換器的再生情況

現場隨機檢查最近一段時間補給水系統陽床、陰床、混床再生記錄，同等參數、再生處理的陽床，周期制水量較多的為20000 m3，周期制水量較少的則為10313 m3；同樣同等參數、再生處理的陰床，周期制水量多的為20254 m3，周期制水量較少則為8655 m3。陽床、陰床的周期制水量存在明顯差異，說明周期制水量少的設備存在再生時再生工藝參數控制不好或設備存在缺陷。混床再生進酸、堿時間最短一次的分別為9分鐘，大多數混床再生的進酸、堿時間在10分鐘至15分鐘，對照電廠的運行規程，進酸、堿的時間明顯不足（一般要求大于等于30分鐘），因此制水系統除鹽水電導率偏大，與混床再生控制不好有關。從運行的實際數據及系統結構看，陽床、陰床、混床再生不好，影響的是除鹽系統制水的經濟性，但不會造成鍋爐爐水出現酸性。

檢查再生系統各閥門完好，無再生誤操作，不存在再生過程酸液進行入除鹽水系統引起鍋爐水pH值出現酸性的現象。

2.5 在線化學儀表的運行情況

檢查機組配備的在線化學儀表有：凝結水pH表、給水pH表、爐水pH表、凝結水氫電導率表、給水氫電導率表、蒸汽氫電導率表、爐水比電導率表；凝結水溶解氧表、給水溶解氧表、蒸汽硅表鈉表、凝結水硅表鈉表、給水硅表鈉表。這些在線化學儀表因使用年久，維護欠缺，已不能正常投用。補給水處理系統配置有陰床、混床、除鹽水母管在線電導率表，投運后沒有進行過校驗；在生產運行中主要依靠人工定期分析監督水汽質量。在線化學儀表不能投用或測量不準，不利于的機組汽水品質的連續、準確監督，不能對生產過程水汽質量實行有效的監控。在鍋爐爐水pH值出現酸性過程中，已通過人工檢測、復測，爐水確實呈現酸性，因此，在線化學儀表投用、準確與否與鍋爐爐水pH值出現酸性無關。

2.6 鍋爐給水、爐水水工況控制情況

檢查鍋爐給水加氨、聯氨系統及鍋爐爐水加磷酸三鈉系統，系統加藥泵采用二用一備設計，設備完好，能滿足鍋爐給水、爐水加藥水質調節控制的需要。給水pH值調節用AR液氨、液體聯氨，鍋爐爐水處理用一級工業品固體磷酸三鈉。藥品質量滿足鍋爐水質調節控制的要求。鍋爐給水、爐水水工況控制滿足規范的要求，因此也不是鍋爐給水、爐水加藥調節系統運行控制不當造成鍋爐爐水pH值出現酸性。

在鍋爐的運行過程中，當出現磷酸鹽暫時消失現象時會引起爐水的堿度降低，pH值下降[4]。本鍋爐爐水采用磷酸鹽處理，滿足磷酸鹽暫時消失現象的必備條件，但要判斷是否存在磷酸鹽暫時消失現象，還需從鍋爐爐管表面的清潔程度、鍋爐的運行負荷、負荷的變化及鍋爐爐水磷酸變化多方面進行分析。鍋爐管表面清潔，鍋爐負荷高、負荷變化快容易產生酸鹽暫時消失現象。對于干凈的爐管表面，竇照英[5]研究發現，某廠兩臺鍋爐酸洗后（注：酸洗后的鍋爐爐管表面干凈）啟動時，都發生爐水pH值低于7，即使加入大量磷酸三鈉也不升高，而且爐水磷酸根濃度也不升高。本鍋爐酸洗后已運行10多年，檢查近期大修分析爐管結垢量已達246 g/m2，表面并不干凈，在爐水出現酸性的過程中鍋爐負荷穩定，磷酸根也沒明顯的變化或消失現象，因此出可以判斷，本次鍋爐爐水pH出現酸性，不是因磷酸鹽暫時消失現象引起的。

2.7 鍋爐運行、供汽及生產返回水情況

鍋爐為滿足供熱負荷的需求，汽包運行的壓力在9.1 MPa～11.6 MPa，蒸發量約270 t/h；生產返回水主要來自氧化鋁生產的溶出回水，水質滿足鍋爐補充水水質的要求，返回水量約為鍋爐供汽量的40%。鍋爐運行、供汽及生產返回水也不會引起鍋爐爐水pH值突然出現酸性。

3 爐水出現酸性的原因分析

混床陽樹脂樹脂為001×7 MB，陰樹脂為201×7 MB，樹脂骨架—白球是苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，白球經磺化反應、胺化反應后分別生成陽、陰離子交換樹脂，樹脂在高溫、高壓下會發生下列分解反應，產生酸及酸性物質。

R一SO3H+H2O→RH+H2SO4（1）

R一SO3Na+H2O→RH+NaHSO4（2）

R一CH2一N(CH3)3Cl+H2O→R一CH2OH+HN(CH3)3++Cl-（3）

樹脂的骨架分解后同樣會生成低分子的有機酸。

上述反應（1）～（3）及樹脂骨架的熱分解均產生了酸性的化合物，造成爐水出現酸性，所以爐水出現酸性是由于混床出現離子交換樹脂泄漏，泄漏的樹脂進入鍋爐在高溫高壓的爐水中受熱分解后產生酸性物質所致；經過混床系統修復、更換樹脂捕捉器濾網、除鹽水箱清洗后，8月份爐水水質還出現異常的原因是由于進入鍋爐的離子交接樹脂的熱分解在目前鍋爐參數的溫度（300℃～320℃）條件下，離子交接樹脂聚合體的骨架完全分解需要一定的時間，分解產物仍會持續的對鍋爐水質產生影響；同時在大體積容器內水流動慢的地方（如凝結器的熱水井內、除氧器的端頭及底部）可能仍會沉積有部分離子交換樹脂，在機組運行過程中，這些樹脂會隨水的擾動逐漸地被帶入鍋爐后受熱分解，從而影響鍋爐爐水pH值出現酸性。

鍋爐補給水處理系統已運行了10多年，樹脂存在一定的污染，存在有再生控制不好的現象，造成除鹽水質量欠佳；而且鍋爐爐水在低磷酸鹽、低電導率條件下，緩沖性能差；由于機組供熱補給水量大，補給水中的有機物（TOC）在鍋爐內高溫分解后也會對鍋爐水質pH值產生一定的影響，尤其是對蒸汽氫電導率，會造成蒸汽的氫電導率升高；但本次從鍋爐爐水pH值突然出現酸性至處理合格的整個過程中，蒸汽質量一直合格；給水、爐水控制系統能正常投用，給水質量也是一直合格；除鹽水質量與平時比較也沒有出現偏離，故此判斷不是除鹽水、給水中酸性離子雜質引起爐水pH值出現酸性，是除鹽水系統離子交換樹脂泄漏，進入鍋爐熱分析后生產酸性物質造成的。

4 處理的結果

根據現場檢查及分析的結果，爐水處理采取了在加磷酸三鈉的同時，添加適量的NaOH，調整爐水的pH值在9.3～9.5之間，控制鍋爐排污量使爐水的電導率≤20 μS/cm。經處理后熱力系統的水汽質量合格。在繼后的運行中，整個熱力系統水汽質量均符合GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》的要求。

5 結束語

為提高鍋爐水汽質量，減緩鍋爐的腐蝕、結垢，應加強補給水系統的維護及運行管理，防止出現樹脂的泄漏，確保補給水質量；加強在線化學儀表的維護，提高水質檢測的及時性及準確性；運行中必需根據鍋爐爐水的化學水工況，調整好爐水處理的加藥量，當維持爐水正常的PO3-含量，爐水pH值偏低時，應適當的添加氫氫化鈉，爐水電導率超標時，應加強鍋爐排污；在鍋爐補充水水質合格，無硬度的條件下，鍋爐爐水處理可采用低磷酸鹽、氫氧化鈉聯合處理；鍋爐水汽質量控制的標準可根據鍋爐實際的運行參數按照GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》標準進行控制，當鍋爐低負荷，壓力較低的條件下，可適當放寬鍋爐水質的控制指標，如汽包壓力低于12.6 MPa時，爐水的電導率可控制在＜30 μS/cm；在運行中當出現某指標異常時，應迅速檢查取樣的代表性，化驗結果的準確性，并綜合分析系統中水汽質量的變化，確認無誤后，應按《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》水汽質量劣化時的三級處理要求進行處理。

[1] GB/T 12145－2016. 火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量[S]. 北京: 中國標準出版社，2016.

[2] 李志剛，孫永. 離子交換樹脂在高溫高壓下的分解[J]. 熱力發電，1986(5): 50-57.

[3] 荊玲玲，朱志平. 電廠用離子交換樹脂高溫分解特性研究[J]. 熱能動力工程2012(1): 96-100.

[4] 楊勝，肖大河. 爐水磷酸鹽“隱藏”現象治理的研究[J]. 四川電力技術，30(2): 22-24.

[5] 竇照英. 水處理、防腐蝕和失效分析1000例[M]. 北京:化學工業出版社，2000.

Cause Analysis and Treatment of Acidity in Boiler Water pH Value of a Power Plant

This paper analyzed the reasons for the acidity of the pH value of the boiler water in the operation of an ultra-high pressure natural circulation boiler in which the boiler water is treated with solid alkalizing agent. Through the analysis of the water quality of the thermal system and the inspection of the operation of the boiler system, the main reason for the acidity of the pH value of the boiler water is the leakage of the ion exchange resin in the mixed bed of the boiler make-up water treatment system. The leaked ion exchange resin enters the boiler through the demineralized water system and generates acidic substances after heating and decomposition. The boiler water continues to be treated with trisodium phosphate and add NaOH solution at the same time. After strengthening the boiler blowdown, the pH value of boiler water returns to normal. According to the operation of the boiler, the technical measures to improve the boiler water quality, water vapor quality and operation management are put forward.

boiler water; pH value; acidity; NaOH treatment

TK22

A

1008-1151(2022)05-0038-04

2022-03-12

廣西電力職業技術學院2020年度教育教學改革項目（2020JGZ10）。

黃詩融（1987－），女，廣西桂林人，華潤電力（賀州）有限公司助理工程師，從事電廠化學環保的管理與監督工作。

黃修行（1987－），男，廣西玉林人，廣西電力職業技術學院講師，碩士，從事電力化學、環保技術教學與研究工作。