电厂水汽系统有机物含量对氢电导率影响试验研究

金绪良，李永立，王应高，赵 荧，聂晋峰，张晓玲

（1.中国大唐集团科学技术研究院有限公司，北京100040；2.华北电力科学研究院有限责任公司，北京100045；3.大唐国际发电股份有限公司，北京100045；4.大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂，河北唐山063000）

电厂水汽系统有机物含量对氢电导率影响试验研究

金绪良1，李永立2，王应高2，赵 荧3，聂晋峰2，张晓玲4

（1.中国大唐集团科学技术研究院有限公司，北京100040；2.华北电力科学研究院有限责任公司，北京100045；3.大唐国际发电股份有限公司，北京100045；4.大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂，河北唐山063000）

为探索电厂水汽系统中有机物含量对氢电导率的贡献值，在测定机组水汽有机物含量的同时，进行了水样离子色谱分析。根据离子色谱数据可以理论计算出水汽中无机离子变化对氢电导率的贡献，从而间接计算出有机物分解对氢电导率的贡献。分析表明：上述方法计算出的结果与实际值相符，水汽中的有机物对氢电导率存在较大影响。

电厂；水汽系统；氢电导率

在火力发电过程中，作为锅炉机组工作介质的水在热力系统中是循环使用的，高质量的水汽品质是热力设备安全经济运行的重要条件之一，尤其是高参数大容量机组〔1〕。随着国内火力发电装机容量的大幅提升，电厂化学监督的重要性越来越重要，对水处理方式和水汽质量监督提出新的要求，热力系统中有机物含量要求也日益严格〔2-3〕。总有机碳（TOC）是评价水中有机物质总量的综合指标，代表水体中所含有机物质的总和，直接反映水体被有机物污染的程度。GB/T 12145—2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》、DL/T 912—2005《超临界火力发电机组水汽质量标准》规定了火力发电厂锅炉补给水和给水中的TOC含量。

随着电厂水源的日益恶化，进入机组水汽系统中的有机物越来越多。有机物在机组水汽系统中发生分解，不仅影响机组的水汽品质合格率，特别是氢电导率，同时造成热力系统腐蚀，严重影响机组的安全经济运行。但水汽中有机物的分解对氢电导率到底存在多大影响，目前文献一般只有定性分析〔4-5〕，没有定量的分析研究。笔者通过试验系统地分析了机组水汽系统的有机物分解对氢电导率的影响，便于技术人员指导电厂化学监督工作，同时为相关标准中有机物控制范围的制订提供一定依据。

1 试验部分

1.1 试验原理

当电厂水汽中的有机物分解后，其TOC含量和氢电导率会相应地发生变化。为进一步探索水汽系统TOC含量与氢电导率变化的对应关系，在机组不同负荷下，对不同水汽进行大量取样测试工作。首先对水样进行TOC在线测试，同时取样到实验室进行离子色谱分析。通过离子色谱测试数据计算出水汽中不同时间内无机离子变化对氢电导率变化的贡献值，水汽氢电导率在两个时间内的实际变化值减去无机离子对氢电导率变化的贡献值就是有机物分解对氢电导率的贡献值。进而可以计算出水汽中有机物含量的变化对氢电导率的贡献值。

1.2 计算原理及推导

（1）摩尔电导率。将含1 mol电解质的溶液置于电导池中单位距离的2个平行电极之间时的电导率为摩尔电导率。电解质在水溶液中的摩尔电导率随浓度的变化而变化。通常当强电解质浓度在0.001 mol/L以下时，其摩尔电导率为常数，称为极限摩尔电导率。此时，溶液电导率等于各离子物质的量浓度乘以其极限摩尔电导率之和。正常情况下电厂水汽都是非常纯净的，其浓度均在0.001 mol/L以下，因此可采用极限摩尔电导率计算其对电导率的贡献。

（2）氢电导率。氢电导率是水样经过氢离子交换柱交换后测得的电导率，其单位为μS/cm，与阳电导率是相同的。标准中采用氢电导率而不用电导率的理由是：①给水采用加氨处理，氨对电导率的影响远大于杂质的影响；②氨在水中存在电离平衡，经过H型离子交换后可除去NH4+并生成等量的H+，H+与OH-生成H2O。由于水样中所有的阳离子都转化成H+，而阴离子不变，即水样中除OH-以外各种阴离子以对应的酸的形式存在。氢电导率是衡量除OH-以外所有阴离子的综合指标，其值越小说明阴离子含量越低。

假设水汽中其他杂质离子不变，氯离子增加1 μg/L（1/35.5 μmol/L）时，根据电荷平衡原理相应的阳离子也应增加1/35.5 μmol/L。由于所有阳离子通过H型离子交换柱后都转化为H+，此时氢离子也应增加1/35.5 μmol/L。因此当水汽中氯离子增加1 μg/L即1/35.5 μmol/L时，电导率升高1/35.5×10-6×7.634× 10-3+1/35.5×10-6×34.982×10-3，计算结果为0.012 μS/cm。以此类推，可计算出水汽中每增加1 μg/L的氟离子，其电导率升高0.0127 7 μS/cm，每增加1 μg/L硫酸根，其电导率升高0.011 51 μS/cm。

1.3 水汽中有机物变化对氢电导率的贡献值

根据上述原理，假定以某个水样（以凝结水为例）某一时候的TOC、氢电导率及离子色谱数据为基准，一定时间后其TOC、氢电导率及离子色谱数据均会发生变化。通过离子色谱数据变化可以计算出无机离子对氢电导率变化值的贡献，剩余的就是有机物分解对氢电导率的贡献。

将某电厂凝结水、给水、过热蒸汽、再热蒸汽中的TOC变化值与有机物分解对氢电导率的贡献值进行曲线拟合，得到图1~图4。

图1 凝结水中有机物分解对氢电导率的贡献值

图2 给水中有机物分解对氢电导率的贡献值

图3 过热蒸汽中有机物分解对氢电导率的贡献值

图4 再热蒸汽中有机物分解对氢电导率的贡献值

根据图1~图4数据进行计算，凝结水中每增加100 μg/L的有机物，其电导率增加0.017 μS/cm；给水中每增加100 μg/L的有机物，其电导率增加0.021 μS/cm；过热蒸汽中每增加100 μg/L的有机物，其电导率增加0.025 μS/cm；再热蒸汽中每增加100 μg/L的有机物，其电导率增加0.071 μS/cm。

2 应用情况

某电厂水汽氢电导率经常超标，其凝结水、饱和蒸汽、过热蒸汽、再热蒸汽的氢电导率在0.2~0.3 μS/cm。取样后进行离子色谱和TOC测定，如表1、表2所示。

表1 某电厂1号机水汽离子色谱测定数据μg/L

表2 某电厂1号机水汽TOC测定数据

从表1可以看出，该电厂水汽氢电导率超标时，其无机离子处于较低水平，说明氢电导率超标与无机离子的变化没有明显关系。通过表2可以粗略计算出1号机凝结水TOC为473 μg/L时，有机物分解应导致氢电导率上升0.080 μS/cm；1号机给水TOC为518 μg/L时，有机物分解应导致氢电导率上升0.18 μS/cm；当1号机过热蒸汽TOC为453 μg/L时，有机物分解应导致氢电导率上升0.113 μS/cm。正常运行时某厂凝结水氢电导率基本在0.12~0.18 μS/cm，给水氢电导率基本在0.06~0.09 μS/cm，过热蒸汽氢电导率基本在0.06~0.10 μS/cm。因此当水汽中的有机物达到表2数值时，其凝结水、给水和过热蒸汽氢的电导率分别应在0.20~0.26、0.17~0.20、0.17~0.21 μS/cm，这与实际情况基本一致。说明某电厂氢电导率超标主要是有机物增加所致。

3 结论

（1）通过离子色谱数据可以理论计算出水汽中无机离子变化对氢电导率的贡献，从而间接计算出有机物分解对氢电导率的贡献，即水汽中TOC含量的变化对氢电导率的贡献。实际应用表明上述理论计算是可行的。

（2）试验数据均来源于北方电厂，对于南方电厂，由于其水源中的有机物成分与北方电厂可能差别较大，有待于进一步研究。

［1］金绪良，李永立，王应高，等.精处理高速混床树脂再生动态试验研究［J］.热力发电，2014，43（4）：49-53.

［2］田利，石立斌，安雪松，等.电厂水汽中痕量TOC测量方法研究［J］.热力发电，2013，42（9）：92-94.

［3］田利，戴鑫，沈肖湘.发电厂水汽中有机物含量控制指标探讨［J］.热力发电，2014，43（11）：108-111.

［4］曹顺安，李亚静，赵梓舟.保定热电厂蒸汽氢电导率超标的故障诊断及解决对策［J］.工业水处理，2008，28（8）：88-92.

［5］薛云波，顾素萍.降低机组主蒸汽氢电导率偏高的措施［J］.工业技术，2012（22）：91-92.

Experimental study on the influence of organic matter content in the water vapor system of a power plant on hydrogen conductivity

Jin Xuliang1，Li Yongli2，Wang Yinggao2，Zhao Ying3，Nie Jinfeng2，Zhang Xiaoling4
（1.Science and Technology Research Institute Co.，Ltd.，China Datang Corporation，Beijing 100040，China；2.North China Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100045，China；3.Datang International Power Generation Co.，Ltd.，Beijing 100045，China；4.Douhe Power Plant，Datang International Power Generation Co.，Ltd.，Tangshan 063000，China）

In order to find out the contribution values of the organic matter content in the water vapor system of a power plant to hydrogen conductivity，water sample ion chromatographic analysis has been implemented，while the organic matter content in water vapor system detected at the same time.According to the data from ion chromatograaphy，the contribution of inorganic ions change in water vapor to hydrogen conductivity can theoretically be worked out，so as to indirectly work out the contribution of organic matter decomposition to hydrogen conductivity.The analysis indicates that the above results worked out conforms with the actual values.The organic matter in water vapor has comparatively important influence on hydrogen conductivity.

power plant；water vapor system；hydrogen conductivity

TM621

A

1005-829X（2016）12-0067-03

金绪良（1979—），硕士，高级工程师。电话：18611823127，E-mail：jinxuliang@126.com。

2016-10-24（修改稿）