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某供热机组蒸汽氢电导率超标原因分析及解决方案

2019/3/8 16:37:13
某供热机组蒸汽氢电导率超标原因分析及解决方案

某供热机组蒸汽氢电导率超标

详细介绍

1.现场概况

某电厂一期为2×600MW超临界抽凝供热机组,是目前国内最大的供热机组,每台机组额定供热量为650t/h。电厂锅炉补给水处理方式城市自来水依次经活性碳过滤器、阳床、阴床、混床处理后至机组补给水箱,分析除盐水中阳离子含量均未出现异常。两台机组对外供热后,随着供热量的不断增大,补水量不断升高,供热机组蒸汽氢电导率也不断升高,经常超过GB/T 12145-2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》要求的控制值(标准要求≤0.10μS/cm),最高达到0.4μS/cm以上汽轮机低压缸腐蚀严重,直接影响电厂的安全运行。


2.原因分析

根据机组水质异常的现象,初步确定与补给水带入的有机物有关。水中的有机物完全氧化后将发生下列反应:

CxHyOz→CO2+H2O(1)

CxHyOzM→CO2+H2O+HM(O)n(2)

注:M表示有机物中除碳外氧化后可能产生阴离子的杂原子。

当有机物仅含有碳、氢、氧,不含其他杂原子时,氧化后产生的二氧化碳与水中总有机碳含量成正比关系,通过测定氧化器进出口二氧化碳的变化就可计算出有机物中的碳(TOC)含量。当有机物中除碳外还含有其他杂原子时,氧化后除产生二氧化碳还会产生氯离子、硫酸根、硝酸根等阴离子,这时通过测量有机物中所有可能产生阴离子的原子(包括碳)氧化前后电导率的变化,折算为二氧化碳含量(以碳计)的总和即为TOCi含量,因此TOCi含量能更准确地反映水中有机物分解产生的腐蚀性阴离子含量。为了研究确定有机物含量对蒸汽氢电导率影响规律,现场试验中除了检测水汽系统TOC含量还检测了TOCi,结果见表1。


表1 有机物含量对蒸汽电导率影响试验结果


由补给水带入水汽系统的TOCi含量和主蒸汽氢电导率关系曲线见图1,从图中可以看出,主蒸汽氢电导率随着由补给水带入水汽系统的TOCi含量的增加而增加,相关系数达到0.999,证明主蒸汽氢电导率超标是补给水带入的有机物引起。

 

图1 补入系统的TOCi含量和主蒸汽氢电导率关系

根据TOCi的测量原理,水样中的有机物在通过TOCi分析仪后有可能会分解产生阴离子,根据阴离子种类可以推测有机物的来源。为了进一步查明氢电导率超标原因,检测混床出水水样通过TOCi分析仪前、后阴离子含量,试验数据见表2所示。

表2 混床出水通过TOCi分析仪前、后阴离子含量测定结果(单位:μg/L)


试验结果表明:

1)TOC指标仅反映了有机物中的碳含量,TOCi指标不仅反映了有机物中的碳,还有氯、硫、氮等其他杂原子,因此该厂TOC合格,但TOCi指标已经远远超标。

2)直接取现场水样分析阴离子,阴离子含量均合格;当将现场水样经过TOCi分析仪氧化分解后,氟离子、氯离子、尤其是硫酸根离子显著上升。这进一步说明在常温下,补给水TOCi虽然超标,但是有机物中的杂原子没有分解出来,因此测量电导率、阴离子等指标均合格。这些随补给水带入的有机物在水汽系统高温高压环境下,氧化分解产生氟离子、氯离子、硫酸根等阴离子导致蒸汽氢电导率超标。

一般电厂除盐水系统阳树脂的溶出物是含硫有机物的重要来源,由于供热机组补水量很大,为了达到合格的水汽指标及蒸汽质量,要求离子交换树脂尤其是阴树脂具有优良的离子交换动力学性能及去除有机物的能力。质量传递系数(Mass Transfer Coefficient,MTC)是用于衡量离子交换树脂交换过程中动力学性能的一个重要指标。为了确定阴树脂的动力学性能和去除有机物的能力,将阴树脂送至美国陶氏公司实验室进行了MTC的测定,MTC值只有1.5×10-2cm/s,是该指标的最低限值。同时也进行了染色试验,表明阴树脂主要被阳树脂释放的聚苯乙烯磺酸盐所污染,证明了阴树脂去除有机物能力下降。

通过以上试验得出该厂氢电导率超标原因如下:

除盐水系统阳树脂释放有机物、阴树脂去除有机物的能力下降是导致补给水TOCi含量超标的根本原因。补给水带入的有机物在水汽系统高温高压环境下分解产生大量阴离子最终导致蒸汽氢电导率超标。


3.解决措施及效果

通过更换除盐水系统阴、阳树脂,主蒸汽氢电导率逐渐恢复正常。同时在混床出口还加装了TPRI-TW型在线水汽中痕量TOCi分析仪,便于运行人员在线监测混床出水TOCi含量,对供热机组控制水汽系统有机物含量,防止氢电导率超标有重要参考意义。

4.结论及建议

1)对于供热机组,当补给水中有机物含量超标时,随着机组供热负荷的增加,机组补水量增加,补入系统的有机物就会随之增加,有机物在高温高压环境下分解,导致氢电导率超标。

2)对于电厂水汽系统,TOCi比TOC能更准确地反映出水中有机物分解产生的腐蚀性阴离子含量,对于水汽品质监督与控制更有意义。

3)建议电厂加装痕量TOCi分析仪,按照GB/T 12145-2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》的要求监测并严格控制除盐水或给水TOCi含量。

编辑:侯明晖



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