基于紫外氧化法的移动式在线TOC分析仪在火力发电厂水质监测中的应用探讨

摘 要：对于高参数、大容量火力发电机组，TOC 是控制机组水汽循环品质的重要指标。由于水中有机物成份非常繁杂，其含量的区域性、季节性差异明显，且目前尚未建立除去率与影响因素的确切定量关系，因而对TOC 的控制难度较大。本文介绍了一种在线TOC移动检测装置，阐述了其在火力发电厂汽水品质控制中的重要作用和可行性。

关键词：火电发电 机组 汽水系统 TOC 可行性

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）09-0307-02

一、前言

随着高参数、大容量机组的不断建设和投运，对水汽品质提出了更高的要求，其中对总有机碳（TOC）（以下简称TOC）的控制成为一个重要的指标，国外火电机组的水汽标准中有着严格的规定， 我国《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量GB/T12145-2008 也增加了对补给水中TOC 含量的控制标准，详见表1、1。

表1、1：总有机碳（TOC）控制标准

从上表可以看出，TOC -总有机碳，即被测试样品里，有机碳的总量，发电厂中测量TOC的目的一般是用来衡量水体受有机污染的程度。是控制机组水汽循环品质的重要指标，随着高参数机组的建设和运行，TOC 对水汽系统带来的影响将会逐渐凸显，掌握TOC 的特点及其变化规律，研究TOC的处理方法和处理效果，将具有十分重要的现实意义。

二、发电厂水汽系统中有机物的的来源及危害

1.发电厂水汽系统中有机物的的来源

发电厂中不同样水的TOC可能会出现较大幅度的变化，其原因可能来至不同渠道。

一种原因是加入样水中用于调节水质相关参数的有机化学药品的分解造成TOC的升高。如国外的一些电厂用吗啉作为腐蚀抑制剂，吗啉作为有机物分解后会导致TOC的升高。

另一种原因是当温度升高时，除盐水箱中有机物的滋生，导致TOC的升高。

还有一种原因，如果电厂水源是地表水，当夏季来临，温度升高，水中藻类、微生物大量繁殖，相应的就会导致TOC的升高。

2.有机物在热力系统中危害

有机物热分解的低分子有机酸和无机酸（如盐酸）会对热力系统产生危害。

2.1引起锅水pH下降。

2.2引起汽轮机腐蚀。

2.3引起水汽电导率上升。

2.4有机物的碳化沉积。

三、在线TOC移动监测装置在电厂中的应用

1.TOC检测的检测方法比较

如要定量地判断样水中TOC的含量，可采用在线或离线的方法来测量。

离线测量（实验室方法）主要用于对TOC较高的浓度测量（>1 ppm）。采用实验室方法测量TOC所需时间较长，而且在取样和检测过程中可能会对样品造成污染，影响测量结果的可靠性。

在线测量TOC，响应时间比实验室方法要快得多，并且无需手工取样及运输样品，不会人为对样品造成污染，可准确、快速的测定TOC的浓度。

但电厂中测点较多，而且在线TOC分析仪的价格比较昂贵，在每一个测点都配备一台在线TOC表计并不现实。因此采用在线移动式TOC检测装置可以及时地在各个样水点在线监测TOC的变化。

2.基于紫外氧化法的在线TOC检测仪的测量原理

TOC是有机物，采用分析仪表检测时需要将有机物转化为无机物。将有机物转化为无机物最普遍的方式是将有机物燃烧，最典型的过程就是木头的燃烧，如图3.1所示。

图3.1：典型的木头的燃烧过程

但是电厂中测量的是水中TOC的含量，水无法燃烧，要将水中的有机物转化成无机物不能采用常规的燃烧方式，而是另一种特殊方式的燃烧――紫外氧化，如何将水中的TOC“烧掉”呢？如图3.2所示。

图3.2：水中有机物变成无机物的过程

有机物在经过紫外线线氧化后转化成CO2和H2O，这会导致水中电导率的变化。通过检测进水电导和经自外氧化后的出水电导的差值可以计算出水中TOC的含量。电导率测量方式入图3.3所示。

图3.3：水中有机物变成无机物的后电导率测量原理

当进水电导率1=出水电导率2时，水中不含TOC；

当进水电导率1

3.移动式在线TOC分析仪的特点

移动装置仪表选用瑞士SWAN水质分析仪表公司生产的最先进的在线TOC分析仪；装置配备可灵活移动的小推车，可实现在发电厂热力系统多个测点位置的连续在线监测；可实现功能性测试，即配备几个标准液，仪表可定期进行自检验。 增强了安全性和减少了维护成本；在线/离线测量：SWAN的TOC分析仪是唯一台可以在不做任何改动的情况下进行在线和离线样水检测的仪表；使用方便：紫外线反应器维护方便；蠕动泵取水：保持样水进样的稳定性，确保测量准确；每一台SWAN仪表在出厂前都经过严格的上水检测。

3.1移动式在线TOC分析仪的测量过程

为了避免样水被泵管材料污染，样水通过蠕动泵 [A] 的1号和2号通道抽入系统。少量样水在通道3中循环，这个循环通过6通阀的开关。样水在进样水口 [1] 流入。可以按照可选的压力调节器 [P] 来保持进水压力不变。任何溢流将被排到排水口 [K]。流量可以通过流量调节阀 [N] 进行调节。在线模式中，样水通过3通阀 [M]、四路分水器 [G] 和加热元件 [F] 进入电导率传感器1 [I]，这里进行第一次测量。然后流到 UV反应器 [J]，这里通过UV氧化转换为二氧化碳。氧化后样水通过流量监视传感器 [C] 流到电导率传感器 2 [H]，这里进行第二次电导率测试。水样在分析仪中的流程如图3.4所示。

图3.4：紫外氧化法的TOC分析仪流程系统图

温度和压力已知，这些样本的电导率只取决于二氧化碳总含量。二氧化碳与水反应生成碳酸，它被部分分解为碳酸氢盐离子和碳酸根离子。二氧化碳的总含量是所有这些物种的总和。样水的化学组成根据质量作用定律准确测定。通过明确的电导率和总二氧化碳含量的关系，可以通过测量的样水电导率进行计算。基于紫外氧化法的TOC分析仪的计算模型如图3.5所示。

图3.5：紫外氧化法的TOC分析仪的计算模型

4.在线TOC移动监测装置在发电厂水汽监测系统中使用的可行性

机组水质正常时，依据IAPWS导则，将在线TOC分析仪移动监测装置安装在锅炉补给水处理系统的除盐水供水母管采样点处，连续检测除盐水的总有机碳含量，有效检测除盐系统的有机物去除能力，从源头上监控有机物超标对热力系统的危害。

当水质异常时，在线TOC分析仪移动监测装置可以移动到电厂废水处理、原水预处理系统、炉内水汽系统中等其他任何采样点的进行水样的TOC含量连续监测，可以全面了解电厂水处理设备去除有机物的效率和机组水汽被有机物污染的情况。

四、结束语

发电厂补给水系统和水汽系统中的有机杂质对机组的安全、经济运行有很大的影响，随着水体污染程度的加重，火电厂用水中有机物含量不断增加，导致补给水系统中的活性炭失效，树脂严重污染，甚至提前报废；进入水汽系统的有机物受热分解后产生低分子有机酸和CO2，除了导致氢电导率超标和水质pH值下降外，可挥发的有机酸还会对蒸汽流通部分和汽轮机产生腐蚀作用。因此，电厂水质中有机物含量的监督越来越重要，TOC是水中有机物所含碳的总量，对有机物的氧化率较高，能准确、直接、全面地反映水体中有机物的含量。因此，使用本文介绍的在线移动式TOC分析检测装置可成为目前发电厂水处理和质量控制的有效手段。

参考文献

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[4]葛民，周红梅，李广.电厂水汽系统TOC 调查与研究。湖北省电机工程学会2009 年电厂化学学术年会论文集。

作者简介：王鎏（1980-），男，工程师，大唐国际张家口发电厂设备部化学仪表高级点检员，从事化学仪表设备管理工作。