CN107941886B - 一种火电厂给水系统实时氧化还原监测装置与应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所公开的是一种火电厂给水系统中氧化还原电位的原位监测装置，以及该装置在火电厂水汽品质监督、金属腐蚀防护领域的应用方法。在线监测氧化还原电位可直观表征和监测定给水中溶氧量，能够捕捉系统中任一瞬间变化引起的水质变化，从而可以准确反映系统的状态。所以本专利提供了一种新的给水系统汽水品质的监测和控制方法。

Description

一种火电厂给水系统实时氧化还原监测装置与应用方法
技术领域
本发明涉及火力发电厂给水系统水汽取样分析领域，具体地说是一种火电厂给水系统中氧化还原电位的原位监测装置，以及实时氧化还原监测装置在火电厂水汽品质监督、金属腐蚀防护领域的应用方法。
背景技术
随着国内外高温高压电极的开发，利用氧化还原电位（Oxidation-ReductionPotential，ORP）监测给水系统水汽品质成为一项新兴的监控技术手段。由于金属的腐蚀状态与给水的氧化还原电位密切相关，通过在真实工作环境下测定给水系统的氧化还原电位可以得到管路金属腐蚀状态的实时数据，其对电厂优化水化学工况有重要意义，能够进一步实现水汽参数的精确控制，减缓热力设备和系统的腐蚀，确保电厂安全稳定的运行。
火电厂ORP在线监测的优势在于：火电厂给水处理主要有还原性全挥发处理、弱氧化性全挥发处理，加氧处理三种方式，给水中氧的质量分数非常低，即使在加氧处理的工况下，溶氧量也控制在0-150ppb的范围内，溶氧量的准确监测较为困难；给水系统处于高温高压的环境下，介质状态不稳定，对化学仪表监测会带来一定的误差；另外，采用传统的在线取样、冷却、再送至化学仪表监测过程，当水样到达仪表时，各项指标在经过样品管线后会存在一定的消耗，与真实值有较大的偏差，所以降温降压后的样品检测并不能还原高温高压环境下系统的真实状态。而进行在线实时ORP的监测，可以捕捉系统中任一瞬间变化引起的水质变化，从而可以准确反映系统的状态。总之，通过给水ORP的测量，可以准确反映和控制给水系统中的氧化还原条件，从而降低给水系统的腐蚀程度、减少腐蚀产物的迁移。
由于国内对ORP在线监测技术的探索起步较晚，专题研究相对较少，加之设备成本高昂，国内电厂对在线ORP监测技术望而止步。随着新建机组参数的不断提高，不仅对水汽品质提出了更加严格的要求，也对水汽品质及金属腐蚀监督方法带来了更加严峻的挑战，ORP在线监测技术的应用势在必行。
发明内容
本发明提供了一种火电厂给水系统中氧化还原电位的原位监测装置，以及实时氧化还原监测装置在火电厂水汽品质监督、金属腐蚀领域的应用方法。
本发明的技术方案：
一种火电厂给水系统实时氧化还原监测装置，包括第一高温高压阀（2），减压阀（3），压力仪表（4），高温高压铂电极（5），高温高压参比电极（6），备用电极安装口（7），氧化还原电位测量池（8），第二高温高压阀（9），其中，第一高温高压阀（2），减压阀（3），氧化还原电位测量池（8），第二高温高压阀（9）依次通过管路连接在水汽取样装置高温高压取样管线（10）的支路中，形成与取样管线并联的旁路。氧化还原电位测量池（8）设有高温高压铂电极（5），高温高压参比电极（6），备用电极安装口（7）。
一种火电厂给水系统实时氧化还原监测装置应用方法，包括以下步骤：
（1）利用该火电厂给水系统实时氧化还原监测装置在线监测给水水样高温高压下的氧化还原电位，并间断取样监测定给水系统中含铁量；
（2）根据给水系统中某一监测位点溶氧量、温度、pH与氧化还原电位数据，得到氧化还原电位与给水系统中溶氧量、温度、pH关系数据库，确定溶氧量、温度、pH等因素与氧化还原电位关系；
（3）结合给水系统中含铁量测量数据确定该监测位点最优的氧化还原电位范围。通常给水的理想氧化还原电位在0~200 mV，在此范围内给水铁含量较低；
（4）通过调节给水pH及溶氧量，调整氧化还原电位至最优的氧化还原电位范围内，控制给水系统的腐蚀。所述的火电厂给水系统实时氧化还原监测装置应用方法中，在线监测的水样可为锅炉给水泵之后、省煤器以前的高压给水水样，或除氧器出口给水水样，或凝结水水泵出口的凝结水水样。
本发明中所述一种火电厂给水系统实时氧化还原监测装置及其应用方法具有以下优点：
1、本发明中所述的火电厂给水系统实时氧化还原监测装置安装简便可靠，为旁流测量系统，可设置安装在水汽取样装置高温高压取样管线的旁路中；
2、采用的氧化还原电位测原位测量，对溶氧量变化反应更加迅速，可以捕捉系统中任一瞬间变化引起的水质变化，从而可以准确反映系统的状态；
3、采用氧化还原电位测原位测量，从根本上消除了水汽取样中由于减压降温造成的pH值或溶氧量测量的不准确性；
4、采用氧化还原电位测原位测量，可实现系统的在线连续测量，可实时采集信号，方便汽水品质的监督，及在线自动加药的调控。
附图说明
图1为该发明提供的一种火电厂给水系统中氧化还原电位的原位监测装置示意图。
图1中1为给水取样位点，2为第一高温高压阀，3为减压阀，4为压力仪表，5为高温高压铂电极，6为高温高压参比电极，7为备用电极安装口，8为氧化还原电位测量池，9为第二高温高压阀，10为水汽取样装置高温高压取样管线。
图2为高温下ORP与氧含量对数的关系图。
图3为高温下ORP与pH的关系图。
具体实施方式
为进一步说明阐述本发明，下面结合实施例对本发明所述的火电厂给水系统实时氧化还原监测装置及其应用方法进行详细描述，但不能理解为对本发明范围的限定。
实施例 1
我国南方某600MW机组，给水处理采用加氧处理的方式，采用在线氧化还原监测方法监测除氧器出口给水样品的氧化还原电位，通过本专利所提供的火电厂给水系统实时氧化还原监测装置与应用方法获取大量ORP与温度、溶氧量、pH的关系，并结合给水铁含量随ORP变化数据，得到了ORP与铁含量关系，为严格控制Fe含量低于5μg/L，得到了该位点下最优的氧化还原电位为0.15-0.25V，从而通过增加加氧量或降低给水碱化剂添加量可增大氧化还原电位，所以电厂严格控制ORP在最优氧化还原电位范围，以达到控制给水系统腐蚀的目的。该厂在除氧器出口取样管线加装了本专利所提供的ORP测量装置，其具体的实施步骤为：
（1）选定除氧器出口为取样位点，利用该火电厂给水系统实时氧化还原监测装置在线监测给水水样高温高压下的氧化还原电位，并间断取样监测定给水系统中含铁量；
（2）根据该监测位点溶氧量、温度、pH与氧化还原电位数据，得到氧化还原电位与给水系统中溶氧量、温度、pH关系数据库，确定溶氧量、温度、pH等因素与氧化还原电位关系。根据现场试验得知，溶氧量与ORP呈正相关的关系，而温度、pH与ORP呈负相关的关系，且具有一定的线性相关性；
（3）结合给水系统中含铁量测量数据确定该监测位点最优的氧化还原电位范围。得到除氧器出口位点给水的理想氧化还原电位在0~200 mV，在此范围内给水铁含量最低；
（4）通过调节给水pH及溶氧量，调整氧化还原电位至最优的氧化还原电位范围内（0~200 mV），可控制给水Fe含量低于5μg/L，以达到控制给水系统的腐蚀。
上述的火电厂给水系统实时氧化还原监测装置应用方法中，在线监测的水样也可为锅炉给水泵之后、省煤器以前的高压给水水样，或凝结水水泵出口的凝结水水样。
实施例 2
火电厂给水中存在多个氧化还原过程，如O2/OH-，Fe/Fe3+等，但由于给水水质受到了严格控制，氢电导率不超过0.15μS/cm，铁离子含量也低于10μg/L，其它电对的氧化还原过程相对于O2/OH-很弱，在给水中对ORP的影响较小。水的ORP测量影响因素除了溶氧量外，主要有pH值、温度。利用本发明所提供的火电厂给水系统实时氧化还原监测装置，通过实验室模拟实验，对高温下ORP与溶氧量关系作了考查。模拟火电厂低压加热器典型温度和水化学环境，在80、100、120℃的温度下进行ORP测量，所得pH为9.0的氨水溶液ORP随溶氧量变化关系曲线如下图2所示。
从图中可以看出，高温下ORP与溶氧浓度的对数呈正相关的关系，具有一定线性关系。根据图像，对曲线进行线性拟合，得到ORP-log(溶氧量)的经验计算式，列于表1中。
表1 不同温度下ORP-logDO线性拟合式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
所以，此实施例提供了高温下ORP与溶氧量的关系式。根据现场实验结果，此计算式与现场数据误差在5%以内，具有参考价值。
实施例 3
利用本发明所提供的火电厂给水系统实时氧化还原监测装置，通过实验室模拟实验，对高温下ORP与pH关系作了考查。模拟火电厂低压加热器典型温度和水化学环境，在80、100、120℃的温度下进行ORP测量，所得溶氧量为10μg/L的氨水溶液ORP随pH变化关系如图3所示。从图中可以看出，ORP与pH变化呈负相关，且具有线性关系。其线性拟合式列于表2。
表2 不同温度下ORP-pH线性拟合式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
所以，此实施例提供了高温下ORP与pH的关系式，其结果与现场实验结果基本吻合。
综上所述，本发明根据对火力电厂发电机大型发电机给水调研数据做出的理论分析和试验研究成果，提出了一种火电厂给水系统实时氧化还原监测装置及其应用方法。所述监测和控制方法为：利用该火电厂给水系统实时氧化还原监测装置在线监测给水水样高温高压下的氧化还原电位，间断取样监测给水中含铁量以监测定给水中管路的腐蚀情况；根据给水系统中含铁量与氧化还原电位数据，得到氧化还原电位与给水系统中含铁量关系数据库，确定给水系统铁含量和氧化还原电位关系，进而确定该监测位点最优的氧化还原电位范围；通过调节系统pH及溶氧量，调整氧化还原电位至最优的氧化还原电位范围内达到对给水系统腐蚀的控制。
氧化还原电位作为一种监控定给水腐蚀性的指标，可直观表征和监测定给水中溶氧量；在线实时ORP的监测，可以捕捉系统中任一瞬间变化引起的水质变化，从而可以准确反映系统的状态。这是一种新的监测和控制方法。

Claims (2)

1.一种火电厂给水系统实时氧化还原监测装置，包括第一高温高压阀(2)，减压阀(3)，压力仪表(4)，高温高压铂电极(5)，高温高压参比电极(6)，备用电极安装口(7)，氧化还原电位测量池(8)，第二高温高压阀(9)，其特征是：所述第一高温高压阀(2)，减压阀(3)，氧化还原电位测量池(8)，第二高温高压阀(9)依次通过管路连接在水汽取样装置高温高压取样管线(10)的支路中，形成与取样管线并联的旁路；其中压力仪表(4)连接在氧化还原电位测量池(8)上；高温高压铂电极(5)与高温高压参比电极(6)分别插设在氧化还原电位测量池(8)的侧壁上；
所述减压阀(3)位于所述第一高温高压阀(2)与所述氧化还原电位测量池(8)之间；
所述火电厂给水系统实时氧化还原监测装置的操作步骤为：
(a)利用该火电厂给水系统实时氧化还原监测装置在线监测给水水样高温高压下的氧化还原电位，并间断取样测定给水系统中含铁量；
(b)根据给水系统中某一监测位点溶氧量、温度、pH与氧化还原电位数据，得到氧化还原电位与给水系统中溶氧量、温度、pH关系数据库，确定溶氧量、温度、pH与氧化还原电位关系；
(c)结合给水系统中含铁量测量数据确定该监测位点最优的氧化还原电位范围；
通常给水的理想氧化还原电位在0～200mV，在此范围内给水铁含量较低；
(d)通过调节给水pH及溶氧量，调整氧化还原电位至最优的氧化还原电位范围内，控制给水系统的腐蚀。
2.根据权利要求1所述的火电厂给水系统实时氧化还原监测装置，其特征是，在线监测的水样可为锅炉给水泵之后、省煤器以前的高压给水水样，或除氧器出口给水水样，或凝结水水泵出口的凝结水水样。
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