摘要：有机物在火电厂热力系统中将分解生成甲酸、乙酸等低分子有机酸，造成热力设备腐蚀。任何水处理设备都不可能将有机物完全去除。离子交换树脂由于制造工艺和运行时间的影响，也存在骨架断裂溶出有机物质的现象。研究发现有机物在发电厂水汽系统中分布规律及有机物监督的特点和方法应用。为做好化学技术监督，提高发电机组设备的腐蚀防护水平提供了参考。
关键词：有机物；水汽系统；低分子无机酸；技术监督
引言
在近几年的火电厂化学技术监督及日常检查工作中发现，新疆地区部分火力发电机组蒸汽氢电导率偏高或者异常升高，炉水（启动分离器出水）pH偏低，但蒸汽钠、二氧化硅等含量正常。在排除了人员、仪器、环境因素，同时对热力系统进行水汽质量查定后发现，上述现象符合有机物分解后对水汽的污染特征。
当前热力系统中有机物污染正成为威胁机组安全稳定运行的一项重要因素。有机物存在于所有的天然水体中，水处理树脂、精处理树脂由于制造工艺和运行时间的影响，也存在骨架断裂进而溶出有机物质的问题。这些有机物进入热力系统后，随着温度和压力参数的变化将发生分解，生成甲酸、乙酸等小分子有机酸，部分含有卤素的有机物还将分解生成盐酸、硫酸等无机酸，造成水汽系统pH偏低，氢电导率上升，使凝汽器初凝区和汽轮机末级叶片发生严重的酸性腐蚀。
1 有机物对热力系统的影响
有机物对热力系统的影响主要是对凝汽器汽侧初凝区的酸性腐蚀。有机物在热力系统由于高温高压而发生分解，最终分解成为甲酸、乙酸等低分子有机酸、二氧化碳和水。乙酸会导致水汽系统的pH降低，并可与铁形成复合物而加速金属腐蚀，同时促进汽轮机叶片氯诱导应力腐蚀。蒸汽中不同有机和无机污染物在不同时期凝结，氯离子也在凝结初期浓缩，其最高值是蒸汽整体水平的8-10倍。因此在汽轮机的特定区域如蒸汽初期凝结区有机酸浓度较高、pH较低，容易导致腐蚀问题的发生。
根据机组运行情况进行理论推算也得出汽轮机初凝区的腐蚀主要是挥发性无机酸和有机酸引起初凝区水滴pH值大幅下降，从而导致初凝区的腐蚀。在正常给水加氨条件下二氧化碳不是发生初凝区腐蚀的主要原因。
2 有机物监测方法
2.1 TOC分析仪监测
总有机碳浓度能够较好地反映出水中有机物的总量。常用的分析方法有高温燃烧催化氧化法和紫外过硫酸盐法。前者相比于后者氧化能力强、效率高、灵敏度高，尤其是对于复杂水体，大分子结构或存在颗粒状有机物胶团的水样TOC分析优势明显。电力生产水汽热力系统由于水质要求高，在高温高压环境下有机物含量相对少，因此选择后者可满足分析要求。
对于超临界以上锅炉，当采用全挥发或加氧联合处理时，系统有机物质进入的途径一般只是通过补给水或泄漏状态下的冷却水进入，进入的有机物在高温高压下将分解为小分子有机物，紫外过硫酸盐法对于小分子的氧化能力强，所测值可较好地反映出总有机物含量。
采用成膜胺法进行停炉保护的机组在重新启动过程中，残留在系统中的十八胺等有机物质随着系统温度和压力的不断升高，最终将不断分解。通过有机物的分析可以防止过多的有机物残留在系统中，还可指导凝结水精处理装置的投运，可尽量减少系统中有机物的残留。对于汽包锅炉，通过合理调节排污和补给水，并不断通过除氧器排汽可将高、低沸点的有机物逐渐排出使系统有机物含量控制在较好的水平。
2.2 离子色谱仪监测
从所有对凝汽器腐蚀的研究及实例看，甲酸和乙酸的量总是伴随着凝汽器初凝区的腐蚀发生，因此对热力系统的有机物的监督从某种程度上就是监督系统中甲酸和乙酸的含量。利用离子色谱法进行系统水样甲、乙酸的监督也是监督有机物含量的方法之一。
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在实验室中利用梯度淋洗方法采用高纯氢氧化钾淋洗液进行甲酸、乙酸等阴离子分析，同时还可检测出系统其他阴离子含量（F-、Cl-、NO-、PO34-、SO24-）。当前该实验方法已经有了电力标准发布。
2.3 COD法监测
COD检测方法除了可将水中有机物氧化分解外，还可将水中的还原物质如硫化物、亚铁等氧化分解，但对有机物质的氧化率较低，而且由于化学需氧量常由于氧化剂的种类、浓度、氧化条件的不同，对可氧化物质特别是有机物质的氧化率也不相同。电站生产水处理系统所采用的COD标准仅有离子交换器进水CODMn小于2 mg/L的规定。对于目前超高压以上机组的热力系统，只要控制补充水率（正常运行在3%以内），其有机物含量均很少。除非出现大量泄漏，一般采用容量滴定法或哈希仪进行COD分析，其化学好氧量均不易测得。但若补充水率得不到控制，从补给水中带入的有机物的累积速度大于排出速度时，有机物将不断地在系统中积累，此时采用COD监测方法也可得到较好的效果。
3 有机物在热力系统中分布规律
3.1 原水带入
有机物存在于任何天然水体中，现有的任何一种水处理工艺都无法将有机物完全去除。不同的水处理工艺对有机物去除率不同，反渗透和阴离子交换器的TOC去除率较高，活性炭过滤器、预处理、阳离子交换器去除率次之，超滤和混合离子交换器TOC的去除率较低。
3.2 树脂分解
离子交换树脂是一种高分子聚合物，在除盐设备运行过程中受机械磨损而碎裂，之后随着补给水进入热力系统，有时由于除盐设备运行不当或检修不及时，树脂也有可能漏入热力系统。
通常情况下，绝大多数阴树脂溶出物较阳树脂溶出物要少，且阴树脂溶出物的溶出很快达到平衡。阴树脂溶出物溶出一定时间后，有的阴树脂溶出物含量有所下降，这与阴树脂对溶出物存在吸附有关。阳树脂溶出物通常相对阴树脂要高一些，而且有些阳树脂溶出物的溶出速度在溶出一定时间后仍然较大，这与阳树脂的合成工艺有关，阳树脂骨架结构中存在了较多的低分子聚合物。有些树脂溶出物的初期溶出量并不太大，但运行后期溶出量很大。
3.3 精处理去除
精处理设备运行良好时可以对有机物起到明显的去除作用，对降低凝结水中甲酸、乙酸含量比较显著。但是当精处理树脂运行时间过长或者发生树脂泄漏时，将大大加剧热力系统中有机物含量。因此必须定期对精处理树脂进行检验，以确保树脂机械强度合格。
4 结论
4.1 有机物的监督在电力生产中越来越引起重视。有机物的去除不仅存在于机组、系统的设计阶段，更多的是日常生产中的运行监督。不同的电厂可根据机组特点、系统状况结合分析设备配置情况进行开展。有效的有机物监督工作不仅可保证设备的安全运行，对热力设备的腐蚀防护也起着重要的作用，从各方面努力维持有机物含量在一个低的水平运行，可以消除系统受酸性腐蚀所带来的隐忧。
4.2 不同水源水质差异很大，但通过合理的系统设计其除盐水总有机碳含量均能达到200μg/L 以下。目前水处理工艺对有机物的去除完全可以满足各类机组包括超临界机组对TOC 的要求。
4.3 水处理工艺中各单体设备均在不同的阶段对不同粒径的有机物进行有效去除。反渗透和阴离子交换器的TOC去除率较高，活性炭过滤器、预处理、阳离子交换器去除率次之，超滤和混合离子交换器TOC的去除率较低。
4.4 在火电机组中推广TOC 以及微量阴离子、小分子有机物含量的检测，并结合离子色谱等分析手段进行监督，尽可能降低补给水中有机物含量，减轻热力系统内介质对设备的腐蚀。
参考文献：
[1]龚云峰，《苯乙烯系离子交换树脂溶出物测定研究》，水处理技术，2006年6月第6期
[2]廖屹，《电厂化学监督中的有机物分析》，湖北电力，2008年第10期
[3]李培元，《火力发电厂水处理及水质控制》第二版
论文作者:杨圣超1,白春会2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/18
标签：有机物论文; 系统论文; 树脂论文; 热力论文; 含量论文; 乙酸论文; 机组论文; 《电力设备》2017年第24期论文;