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        某供熱機組蒸汽氫電導率超標原因分析及解決方案

        2019/3/8 16:37:13
        某供熱機組蒸汽氫電導率超標原因分析及解決方案

        某供熱機組蒸汽氫電導率超標

        詳細介紹

        1.現場概況

        某電廠一期為2×600MW超臨界抽凝供熱機組,是目前國內最大的供熱機組,每臺機組額定供熱量為650t/h。電廠鍋爐補給水處理方式城市自來水依次經活性碳過濾器、陽床、陰床、混床處理后至機組補給水箱,分析除鹽水中、陽離子含量均未出現異常。兩臺機組對外供熱后,隨著供熱量的不斷增大,補水量不斷升高,供熱機組蒸汽氫電導率也不斷升高,經常超過GB/T 12145-2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》要求的控制值(標準要求≤0.10μS/cm),最高達到0.4μS/cm以上。汽輪機低壓缸腐蝕嚴重,直接影響電廠的安全運行。


        2.原因分析

        根據機組水質異常的現象,初步確定與補給水帶入的有機物有關。水中的有機物完全氧化后將發生下列反應:

        CxHyOz→CO2+H2O(1)

        CxHyOzM→CO2+H2O+HM(O)n(2)

        注:M表示有機物中除碳外氧化后可能產生陰離子的雜原子。

        當有機物僅含有碳、氫、氧,不含其他雜原子時,氧化后產生的二氧化碳與水中總有機碳含量成正比關系,通過測定氧化器進出口二氧化碳的變化就可計算出有機物中的碳(TOC)含量。當有機物中除碳外還含有其他雜原子時,氧化后除產生二氧化碳還會產生氯離子、硫酸根、硝酸根等陰離子,這時通過測量有機物中所有可能產生陰離子的原子(包括碳)氧化前后電導率的變化,折算為二氧化碳含量(以碳計)的總和即為TOCi含量,因此TOCi含量能更準確地反映水中有機物分解產生的腐蝕性陰離子含量。為了研究確定有機物含量對蒸汽氫電導率影響規律,現場試驗中除了檢測水汽系統TOC含量還檢測了TOCi,結果見表1。


        表1 有機物含量對蒸汽電導率影響試驗結果


        由補給水帶入水汽系統的TOCi含量和主蒸汽氫電導率關系曲線見圖1,從圖中可以看出,主蒸汽氫電導率隨著由補給水帶入水汽系統的TOCi含量的增加而增加,相關系數達到0.999,證明主蒸汽氫電導率超標是補給水帶入的有機物引起。

         

        圖1 補入系統的TOCi含量和主蒸汽氫電導率關系

        根據TOCi的測量原理,水樣中的有機物在通過TOCi分析儀后有可能會分解產生陰離子,根據陰離子種類可以推測有機物的來源。為了進一步查明氫電導率超標原因,檢測混床出水水樣通過TOCi分析儀前、后陰離子含量,試驗數據見表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果(單位:μg/L)


        試驗結果表明:

        1)TOC指標僅反映了有機物中的碳含量,TOCi指標不僅反映了有機物中的碳,還有氯、硫、氮等其他雜原子,因此該廠TOC合格,但TOCi指標已經遠遠超標。

        2)直接取現場水樣分析陰離子,陰離子含量均合格;當將現場水樣經過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。這進一步說明在常溫下,補給水TOCi雖然超標,但是有機物中的雜原子沒有分解出來,因此測量電導率、陰離子等指標均合格。這些隨補給水帶入的有機物在水汽系統高溫高壓環境下,氧化分解產生氟離子、氯離子、硫酸根等陰離子導致蒸汽氫電導率超標。

        一般電廠除鹽水系統陽樹脂的溶出物是含硫有機物的重要來源,由于供熱機組補水量很大,為了達到合格的水汽指標及蒸汽質量,要求離子交換樹脂尤其是陰樹脂具有優良的離子交換動力學性能及去除有機物的能力。質量傳遞系數(Mass Transfer Coefficient,MTC)是用于衡量離子交換樹脂交換過程中動力學性能的一個重要指標。為了確定陰樹脂的動力學性能和去除有機物的能力,將陰樹脂送至美國陶氏公司實驗室進行了MTC的測定,MTC值只有1.5×10-2cm/s,是該指標的最低限值。同時也進行了染色試驗,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物能力下降。

        通過以上試驗得出該廠氫電導率超標原因如下:

        除鹽水系統陽樹脂釋放有機物、陰樹脂去除有機物的能力下降是導致補給水TOCi含量超標的根本原因。補給水帶入的有機物在水汽系統高溫高壓環境下分解產生大量陰離子最終導致蒸汽氫電導率超標。


        3.解決措施及效果

        通過更換除鹽水系統陰、陽樹脂,主蒸汽氫電導率逐漸恢復正常。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,便于運行人員在線監測混床出水TOCi含量,對供熱機組控制水汽系統有機物含量,防止氫電導率超標有重要參考意義。

        4.結論及建議

        1)對于供熱機組,當補給水中有機物含量超標時,隨著機組供熱負荷的增加,機組補水量增加,補入系統的有機物就會隨之增加,有機物在高溫高壓環境下分解,導致氫電導率超標。

        2)對于電廠水汽系統,TOCi比TOC能更準確地反映出水中有機物分解產生的腐蝕性陰離子含量,對于水汽品質監督與控制更有意義。

        3)建議電廠加裝痕量TOCi分析儀,按照GB/T 12145-2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》的要求監測并嚴格控制除鹽水或給水TOCi含量。

        編輯:侯明暉



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