在线化学分析仪表在火力发电企业中的应用

孙连开

（江苏井神盐化股份有限公司热电分公司，江苏 淮安 223200）

在线化学分析仪表在火力发电企业中的应用

孙连开

（江苏井神盐化股份有限公司热电分公司，江苏 淮安 223200）

在线化学分析仪表在火力发电厂中具有举足轻重的地位，直接关系到热力系统安全、稳定、长周期、高效率运行，火力发电厂主要配置的仪表有浊度仪、PH表、钠表、硅表、电导率表、氧表、酸碱浓度计、氧化还原电位（ORP）表、磷酸根表、余氯表等，这些仪表的合理配置、及时投用、准确测量将给热力系统的高效运行带来意想不到的效果，不仅可以保证锅炉给水水质的安全，同时可以减少锅炉换热面的结垢及磨损，减少爆管次数，提高企业供热及发电效率，上述仪表的投用及准确监测还可以保证给汽轮发电机提供优质的蒸汽，避免因蒸汽污染而造成汽轮发电机叶片结垢甚至受损，给火力供热发电企业带来巨大损失。

生水；电导率；酸碱浓度；余氯；溶解氧；磷酸盐；硅酸盐

1　概述

化学在线分析仪表在保证水汽品质方面已起到不可替代的作用，火力发电企业在化学在线分析仪表中的投入也逐步加大，常用的在线分析仪表有电导率表、氧表、钠表、磷酸根表、硅表、酸碱浓度计、ORP表、余氯表等。其中硅、磷、钠表主要测量饱和蒸汽、过热蒸汽、凝结水、冷却水中硅酸根、磷酸根、钠离子的含量。这些化学在线分析仪表的使用和实时监控对热力设备安全运行起到了重要的保障作用。

2　电厂在线化学仪表监督的意义

2.1 电厂化学监督的目的

电厂化学监督的目的是防止或减缓热力系统中各种设备的结垢与腐蚀，防止化学原因引起的生产事故，有效地进行化学监督是电厂安全、经济生产的重要保障之一。

在线化学监督的意义：火电厂热力系统中配置的在线化学仪表的主要功能是连续监督水汽质量，对超标的测点及时报警，提醒运行人员对热力系统的运行进行必要调节及预防恶性事故的发生。监督水汽系统的污染源，以便及时发现、正确处理。与控制装置配合使用可实现化学加药的剂量控制与调节，使化学控制指标趋于平稳。防止热力系统结垢与腐蚀，保障机组安全经济运行，延长热力设备的检修周期和使用寿命。

水处理系统中配置的在线化学仪表，用于监督水处理效果，使相应的水质达到标准要求值。及时发现水处理系统中失效设备，使之及时退出运行，避免对成品水质污染。与程控装置配合使用可实现水处理的自动化，减轻工人劳动强度，改善劳动条件。

2.2 电厂主要用水水源及水源中杂质的危害分析

在火力发电厂生产过程中，水是重要的工质。在锅炉中被加热蒸发形成规定压力下的饱和蒸汽，经继续加热形成高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽导入汽轮机，在汽轮机中蒸汽具有的热能变成机械能，推动汽轮机转动，同时带动与汽轮机轴相连的发电机同步旋转，便将汽轮机传递来的机械能转变为电能。火力发电供热企业一般选址于有合适水源的地址，大多数火力发电供热企业选择生水作为生产用水，生水即天然水，指未经任何处理的天然水，是制取锅炉用水的原水，可用作某些转动机械轴承的冷却水或作消防用水，生水中含有各种各样的杂质，按颗粒大小可分为三类：粒径在10-4mm以上的称为悬浮物，粒径在10-6～10-4mm 的称为胶体，粒径小于10-6mm的称为溶解物质。溶解物质主要由呈离子状态的杂质及一些溶于水的气体组成。

天然水中的泥砂与悬浮物的主要危害是堵塞管道及设备，造成冲刷腐蚀或附着在热力设备上影响传热效果。天然水中的胶体物质，一部分来源于动植物体腐烂分解产物，属于有机物；一部分是矿物胶体，主要是铁、铅、硅的化合物。有机物胶体会污染离子交换树脂，使其交换容量减小，使除盐水质量下降。有机物胶体也会在锅炉因受热分解成有害的有机酸，从而腐蚀热力设备。矿物质胶体进入锅炉后受热，产生铁铝氧化物的沉淀物质，其中硅酸盐会污染蒸汽造成汽轮机叶片结垢。

天然水中的溶解物质，呈离子状态的总称为盐类。通常用含盐量来表示其多少，常用mmol/L或mg/L单位来计量。在水中各种离子相对量一定时，也可以用电导率来表示含盐量。电导率越大，其含盐量就越高。盐分对热力设备的腐蚀有促进作用。某些盐分在高温高压状态下可被蒸汽携带或溶解。当受污染的蒸汽在汽轮机内做功后压力降低时，蒸汽中的盐分会析出而造成汽轮机叶片积盐垢。天然水中溶解的氧气（O2）和（CO2）会导致热力设备氧腐蚀或二氧化碳腐蚀。

天然水中溶解的钙镁离子构成了水中碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度。在热力设备内水汽循环过程中钙镁硬度是造成热力设备结垢的主要成分。

含有多种多样杂质的天然水，如不进行处理或水处理效果不佳而作为给水进入锅炉，会造成以下危害。

（1）结垢。水在锅炉内受热蒸发，炉水中盐分不断浓缩，当这些杂质在炉水中的浓度达到饱和以至过饱和状态时，便有固体析出。另外锅炉内的高温高压也为水中含有的杂质提供了相互发生化学反应的条件，有些反应也可导致固体析出。如析出的固体呈悬浮态，则称为水渣。析出的固体沉积在受热面上就形成了水垢。

水垢极大地影响锅炉导热能力。省煤器若有1mm厚水垢，则要多消耗1.5%～2.0%的燃料。锅炉炉管内若有1mm水垢，则浪费的燃料达10%。结垢还容易导致锅炉受热面遭到损坏，锅炉受热面内如有水垢，导热系数变小，炉膛传给金属管壁的热量就不能正常传递给炉管内的炉水，金属管壁温度将超过正常工作温度，发生金属过热，导致金属强度下降，在锅炉压力作用下，炉管可能发生鼓包甚至爆破。炉管超温时，炉管膨胀超出设计值而造成炉管龟裂。炉管内结有水垢，增加了炉管内水循环阻力，破坏了正常的锅炉水循环的工况，将会出现大面积炉管过热爆破。锅炉受热面的损坏不仅浪费大量钢材及检修费用，而且严重危及锅炉设备及人身安全。结垢使传热性能变差，影响锅炉的蒸发量，从而降低了锅炉出力。

（2）腐蚀。水汽品质不良将会造成热力设备多种腐蚀，主要腐蚀类型有溶解氧和二氧化碳腐蚀及沉淀物下腐蚀。

（3）汽水共腾。当锅炉水中含有较多氯化钠、磷酸钠、油脂类有机物、硅酸盐等杂质，炉水沸腾蒸发的过程中，液面会产生泡沫，泡沫薄膜破裂后分离出很多小水滴，小水滴不断被蒸汽带走，便形成汽水共腾。

3　在线化学分析仪表的种类及主要作用

3.1 浊度仪

浊度，即水的混浊程度，由水中富含微量不溶性悬浮物质，胶体物质所形成的，ISO规范所用的丈量单位为FTU或NTU（浊度单位）。

浊度仪工作原理：用一定的入射光强透过同一厚度不同浊度的水样时，将得到不同的透射光强，其消光值和浊度成正比，浊度仪即利用这个原理制造而成，通过计量透射光强，并经过电路处理，即得到水样的浊度值。

浊度仪用于对电厂水样浑浊度的测量，指导化学水处理人员对原水样进行过滤、加药处理，有效降低水样中的悬浮物及胶体物质，为水样的进一步处理提供保障。

3.2 PH表

火力发电企业需对水样的PH值进行监测，火力发电厂一般在水处理系统澄清池出口、省煤器进口、锅炉炉水取样管、废水池处加装PH表。澄清池出口PH值主要用于指导化学水处理人员控制水处理过程中化学物品的使用量以节约药剂使用成本。省煤器进口PH值需控制在8.8～9.8范围内，避免热力设备遭酸碱腐蚀。锅炉炉水PH的监测主要防止对锅炉水冷壁管道的腐蚀。废水池PH值用于控制化水处理废水的酸碱度，保证环保达标排放。

3.3 钠表

测定水样中Na+含量的仪表称之为钠表。GB12145规定，蒸汽监测钠离子含量是防止过热器和汽轮机叶片有钠盐沉积。火力发电企业利用钠表监测蒸汽品质、凝汽器的泄露、阳床的运行工况及进行水质分析。钠表主要安装于阳床出口管道、过热蒸汽取样管路、凝汽器取样管路中，可有效监测各被测点的Na+含量，避免蒸汽污染及汽轮机叶片的钠盐沉积。

3.4 硅表

随着火力发电企业对水质标准要求的不断提高，对水质的监测提出了更高的要求，硅酸盐作为水质监测的一种重要参数，对保证水质起到了举足轻重的作用。从锅炉产生的蒸汽总是含有少量杂质，这些杂质主要是钠盐和硅酸盐，另外还有微量的CO2、H2和氨等气体。如果蒸汽中钠盐、硅酸盐等杂质含量过多，就会引起过热器、汽轮机积盐，设备传热能力下降，轻则影响产汽量，排烟温度上升，锅炉效率降低，重则使管壁温度超过金属允许的极限温度，导致炉管超温爆管等故障。如果蒸汽中含有硅酸盐，蒸汽在经过管道及汽轮机叶片做功后便会发生化学反应形成难溶于水的二氧化硅附着于热力设备管道内壁及汽轮机叶片上，给设备带来重大安全隐患。

硅表主要用于测量水中及蒸汽中可溶性硅酸盐的含量，主要安装于除盐水出口母管及过热蒸汽取样管路中，用于监测水汽品质，指导运行人员及时调整制水工艺，保证水中及过热蒸汽中硅酸盐含量达标。5.9～18.3MPa汽包炉蒸汽中含二氧化硅应≤20μg/Kg,锅炉补给水二氧化硅含量应满足锅炉设计要求。

3.5 电导率表

电导率表是用来测量溶液中电解质含量的仪器。在火力发电企业中用于测量的在线电导率仪主要用于监测各种水汽中杂质含量的多少，以确认该水汽品质是否符合技术指标要求。电导率表利用水中溶解的离子杂质移动（带正负电荷的离子移动便形成电流）形成电流的特性研制而成，电导率并非电导的倒数。物体的导电特性用物体的电阻表示，电阻的倒数称为物体的电导，电阻公式为R=ρL/S，电导率公式为γ=1/ρ，电导率单位为S/m，常用单位为μS/cm。电导率越大，水样中离子浓度越高，水中杂质越多。电导率表主要安装于阴床出口、混床出口、反渗透出口、高低出口取样管、锅炉省煤器进口取样管、锅炉炉水取样管、锅炉饱和蒸汽取样管、锅炉过热蒸汽取样管等处。

3.6 氧表

在线溶解氧分析仪表属于电流式分析仪表，是火力发电企业常用的在线分析仪表之一。在线溶解氧分析仪通常采用电流式分析法中的极谱分析法，即在以金、银为电极的电解池中，于两级间加上恒定的极化电压。当溶液中有氧存在时，氧在金电极上起去极化作用，产生的去极化电流与溶液中的氧含量成正比，通过测定去极化电流的大小，定量的表示被测溶液的溶解氧含量。在线溶解氧分析仪表主要用于测量省煤器进口及锅炉炉水的含氧量防止因炉水中含氧量过高而导致热力设备氧腐蚀。

3.7 酸碱浓度计

酸碱浓度计利用对溶液电导率的测量实现检测和监督作用，酸碱浓度计主要应用于化水除盐水处理系统，可检测除盐再生设备中的酸碱剂量，及时显示出被测溶液的质量容积百分比浓度。

3.8 ORP表

ORP表，即氧化还原电位表，氧化还原电位（ORP）测量在火电厂的制水系统中应用较多，其可用于监测反渗透进水的氧化还原性能，据此调整杀菌剂和还原剂的投加量。为控制微生物增长，通常会在水的预处理过程中加入杀菌剂，如氯气、次氯酸钠、溴化物和过氧化物等。在反渗透进水处，若水体中残余的杀菌剂含量超标，氧化性过强，容易产生活性自由基，与反渗透膜材料发生链引发反应和链转移反应，导致膜氧化和水解，影响膜的性能和寿命。此外，在反渗透进水中通常加入一定量的还原剂，如亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等，但还原剂的加入并非越多越好，还原剂加入过多，会形成硫酸盐沉淀。为有效控制杀菌剂和还原剂的加入量，防止反渗透膜的不可逆损害，有必要监测反渗透进水的ORP。

3.9 磷酸根表

磷酸根表主要用于监测炉水样中磷酸根的含量，水处理系统中通常通过加Na3PO4来消除炉水中的Ca2+、Mg2+，让炉水软化，并产生难溶于水的磷酸钙和磷酸镁随锅炉定排或连排排出热力系统以外，避免锅炉热力设备结垢导致换热效率降低甚至造成更大危害。

磷酸根表利用光学原理制成，通常由加药泵、蠕动泵、反应池、光电检测组建等部件组成，锅炉炉水磷酸根含量一般控制在10mg/L～30mg/L。

3.10 余氯表

余氯表主要用于测量水处理系统中氯离子的含量。氯离子在水处理管道中存在，当氯离子浓度大于一定值时，将会对水处理管道带来严重的腐蚀甚至穿孔，特别对奥氏体不锈钢造成开裂。

余氯表通常由测量电极和参比电极及变送器组成，余氯单位为mg/L,主要用于对水处理反渗透出口母管水样中氯离子的检测。

4　总述

在线化学分析仪表对火力发电企业生产出高品质、高效率的蒸汽起基础保障作用，热力设备的安全离不开优质的除盐水，优质的除盐水更离不开在线化学分析仪表的检测和指导，在线化学分析仪表在工业自动化系统中将上演越来越重要的角色，为国民经济健康、稳定、可持续发展提供安全保障。

［1］谢少龙.工业锅炉水中磷酸根、亚硫酸根含量控制［J］.中国特种设备安全，2010（2）：70-72.

［2］山西省电力工业局.电厂化学仪表及程控装置（初级工）［M］.北京：中国电力出版社，1996.

［3］山西省电力工业局.电厂化学仪表及程控装置（中级工）［M］.北京：中国电力出版社，1996.

［4］徐明威.蒸汽品质对热力设备安全经济运行的影响［J］.中国机械，2008（3）：52-55.

Application of on Line Chemical Analysis Instrument in Thermal Power Plant

Sun Liankai
（Jiangsu Jingshen Salt & Chemical Industry Co.， Ltd Thermoelectric Branch，Huaian 223200，China）

Online chemical analysis instrument in thermal power plant has a pivotal position， directly related to the thermodynamic system security， stability， long period， high effciency operation of thermal power plant is the main confguration of the instrument are the turbidity，pH， sodium， silicon， conductivity， oxygen and acid and alkali concentration， oxidation reduction potential （ORP）， phosphate， residual chlorine，the instrument is reasonable configuration， timely investment， accurate measurement for thermal system and efficient operation of an unexpected effect， not only can ensure the boiler feed water quality safety and also can reduce boiler heat surface fouling and wear， reducing the blast tube times.High heating enterprises and power generation effciency， the instrument of investment and accurate monitoring can also ensure the provision of high quality steam to the steam turbine generator and avoid due to steam pollution caused by turbine generator blade scaling or even damaged， thermal heating power generation enterprises to bring huge losses.

water； conductivity； acidity； chlorine； dissolved oxygen； phosphate； silicate

孙连开（1985-），男，江苏淮安人，助理工程师。