吳　昊

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

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電廠中有機物的來源、特征及去除措施

吳昊

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

摘要：對電廠機組熱力系統(tǒng)水中的有機物來源、特性及其分布作了較為全面的介紹，并針對補給水中常見有機物提出混凝處理、活性炭吸附、反滲透和超濾3種去除措施。

關(guān)鍵詞：電廠；有機物；來源；分布

隨著電廠機組容量和機組參數(shù)的提高，對進(jìn)入機組熱力系統(tǒng)的水的品質(zhì)也提出了更加嚴(yán)格的要求，減少水中有機物對熱力設(shè)備及除鹽系統(tǒng)的安全運行造成的危害，是當(dāng)前水處理工作者研究的一個熱點。因此，分析水中有機物的來源及特征，以及去除水中有機物，是維護(hù)電廠安全、穩(wěn)定運行的必要工作。

1電廠水中有機物的來源

1.1天然水中的有機物

天然水中的有機物雜質(zhì)大多來源于土壤中的腐植質(zhì)、生活污水和工業(yè)廢水。這些有機物的組成和性質(zhì)非常復(fù)雜，從總體上看，可以被分為兩種：可被生物分解的和不可被生物分解的。第一種不能用紫外輻射(UV)法檢出，而能用化學(xué)需氧量(COD)法檢出，既可憑借生物處理方法去除，也易于用混凝處理的方法去除。生物處理(如活性污泥)的結(jié)果是，使部分可被生物分解的變?yōu)椴豢杀簧锓纸獾母操|(zhì)[1]。

天然水中，能造成陰樹脂污染的有機物有兩類弱酸性的羧酸類混合物：腐植酸和富里酸。它們都包含了從很小相對分子質(zhì)量到膠體大小相對分子質(zhì)量不等的各種酸。造成混床陰樹脂污染的有機物為相對分子質(zhì)量較大的有機酸，但是膠體狀有機物可通過混凝沉淀等預(yù)處理措施去除[2]。

1.2發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中有機物雜質(zhì)的來源

火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中的有機物雜質(zhì)主要通過以下幾種途徑帶入。

1)補給水處理系統(tǒng)中殘留有機物及設(shè)備管材中有機物的溶出。目前火電廠的鍋爐補給水預(yù)處理系統(tǒng)及除鹽系統(tǒng)有20%左右的有機物未去除[3]，而且鍋爐補給水處理系統(tǒng)的設(shè)備、管道、水箱等材料還會溶出部分有機物。當(dāng)除鹽水作為補給水時，有機物也就隨之進(jìn)入鍋爐。

2)樹脂及其降解產(chǎn)物。鍋爐補給水的除鹽系統(tǒng)和凝結(jié)水精處理混床溶出的小顆粒樹脂及樹脂氧化后的降解產(chǎn)物，通過凝汽器和凝結(jié)水管道帶入熱力系統(tǒng)，在高溫、高壓下，分解生成相應(yīng)的有機酸，對熱力設(shè)備造成腐蝕。

3) 凝汽器泄漏。我國火力發(fā)電機組的冷卻水一般采用直流冷卻系統(tǒng)或開式冷卻系統(tǒng)。直流冷卻系統(tǒng)直接從水源取水作為冷卻水，經(jīng)凝汽器后再排到水源中，水中含有離子態(tài)、膠態(tài)、懸浮態(tài)的有機物；開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)是指通過凝汽器的冷卻水，經(jīng)冷卻塔或冷卻池冷卻后再利用，經(jīng)凝汽器蒸發(fā)濃縮后，水中有機物含量增加，當(dāng)凝汽器管板滲漏與銅管泄漏時，有機物進(jìn)入冷凝水系統(tǒng)并隨之進(jìn)入鍋爐[3]。

4)熱力系統(tǒng)自身污染物。自身的污染物主要是各種潤滑油脂，是烷烴類或芳香烴類的石油裂解產(chǎn)物，含有少量的氮、磷、硫等。

5)法蘭、盤根等。主要是硫的有機物等。

2電廠水中有機物的特征

2.1有機物對熱力系統(tǒng)的損害

1)有機物進(jìn)入鍋爐后在一定溫度和壓力下局部濃縮，極易形成黏性很強的垢，粘在受熱面管壁上，不僅會影響熱循環(huán)，更嚴(yán)重的是會造成垢下腐蝕，使管壁變薄甚至穿孔。

2)有機物(以腐植酸為主)進(jìn)入鍋爐后受熱分解成小分子有機酸(如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸)，還可能生成無機酸(如鹽酸、硫酸和碳酸等)。生成的這些酸必然會消耗大量的堿來中和，從而造成爐水pH值偏低，而偏低的pH值會對熱力系統(tǒng)造成危害：一是增加了爐內(nèi)磷酸鹽防垢處理難度；二是導(dǎo)致爐內(nèi)脆蝕更加嚴(yán)重；三是使得SiO2的選擇性攜帶現(xiàn)象更嚴(yán)重及爐內(nèi)有機酸的揮發(fā)增多，造成嚴(yán)重的蒸汽污染，影響機組安全穩(wěn)定的運行[4-6]。

3)通過機械攜帶進(jìn)入汽輪機的小分子有機物危害性更大。其中含有的有機酸性物質(zhì)因其不穩(wěn)定的性質(zhì)，容易在熱力系統(tǒng)高溫、高壓條件下，隨著條件的變化而發(fā)生有機物的異構(gòu)化反應(yīng)、水解反應(yīng)，甚至分解反應(yīng)，從而衍生出一些對熱力系統(tǒng)危害性很大的低分子有機酸(如甲酸、乙酸等)，在汽輪機隔板和末級葉片上富集，造成酸性腐蝕，加重末級葉片的沖刷腐蝕[7-8]。

2.2水汽品質(zhì)變化的主要特征

常冬梅[9]通過對中電國華北京熱電分公司機組運行過程中水汽系統(tǒng)的氫電導(dǎo)率超標(biāo)現(xiàn)象的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水源水受到有機物污染后，其水汽品質(zhì)變化主要體現(xiàn)在以下5個方面。

1)機組正常運行時，除了氫電導(dǎo)率升高外，其他檢測指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)。

2)氫電導(dǎo)率隨溫度升高而增大，即飽和蒸汽>給水>凝結(jié)水>除鹽水。

3)隨著補給水量的增加，氫電導(dǎo)率也隨之明顯上升。

4)當(dāng)水汽系統(tǒng)的氫電導(dǎo)率異常時，隨著運行時間的增加，爐水的pH值呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢。

5)總有機碳(TOC)含量能夠較全面地反映出水中有機物的污染程度。當(dāng)有機物污染水源水時，水源水的TOC含量則高于正常情況下的含量。

3補給水中有機物的去除措施

3.1混凝處理

在混凝處理過程中，水中懸浮態(tài)和膠態(tài)有機物優(yōu)先被去除，其去除率可達(dá)90%以上，但溶解態(tài)的有機物難以去除。因此在混凝過程中，原水濁度在很大程度上影響了有機物的去除率。為降低原水濁度，一般可以采用強化混凝處理的方式去除原水中大部分濁度雜質(zhì)和有機物。

強化混凝是通過改善混凝條件來改變水中雜質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)，從而提高水中有機物的去除率。影響強化混凝效果的原因很多，主要有原水水質(zhì)、混凝劑種類及添加量、pH值、水力條件及水溫等。

1)原水水質(zhì)。因為不同原水中雜質(zhì)的含量、成分、濃度、性質(zhì)等差異較大，所需的混凝劑種類和投加量也不相同，所以需要在實際生產(chǎn)中進(jìn)行實驗來確定。

2)混凝劑種類。強化混凝劑按照化學(xué)成分可以分為有機混凝劑、無機混凝劑和微生物混凝劑。在混凝過程中，有機混凝劑不能提供吸附電位，僅有電中和作用參與腐植酸的沉淀過程，其混凝效果較差。而無機混凝劑(鋁鹽、鐵鹽)既有電中和作用，又有表面吸附作用，所以混凝效果較好[10-11]。如在混凝處理過程中，用鋁鹽作混凝劑，優(yōu)化情況下對相對分子質(zhì)量大于30 000的有機物，其去除率可達(dá)到93%～96%；相對分子質(zhì)量為10 000～30 000的有機物，其去除率可達(dá)到71%～86%；相對分子質(zhì)量為5 000～<10 000的有機物，其去除率為66%～77%；相對分子質(zhì)量為1 000～<5 000的有機物，其去除率只能達(dá)到37%～53%；對于相對分子質(zhì)量小于1 000的有機物，其去除率為0。用鐵鹽作為混凝劑時，對相對分子質(zhì)量大于10 000的有機物，其去除率可接近90%；相對分子質(zhì)量為1 000～5 000的有機物，其去除率可達(dá)66%；對相對分子質(zhì)量小于1 000的有機物，其去除率很小。微生物混凝劑去除效果好且環(huán)保，具有極高的應(yīng)用前景，但其成本太高，目前無法投入生產(chǎn)使用。

3)混凝劑投藥量?；炷齽┑耐端幜渴菦Q定混凝效果的重要因素。在一定范圍內(nèi)，投藥量的增加使得混凝效果增加，但是過量會發(fā)生膠體再穩(wěn)現(xiàn)象或者絮體太大，使混凝效果降低且費用增加；而投藥量不足時會出現(xiàn)混凝不充分的情況[10]。

4)pH值。pH值既影響腐植酸的解離水平，又影響混凝劑的水解產(chǎn)物。pH值低時能提高有機物的質(zhì)子化程度，混凝劑需求量則隨之降低，且混凝劑水解物中帶更多正電荷導(dǎo)致吸附能力增加。

5)水溫。低溫會降低強化混凝的效果。

6)水力條件。適宜的水力條件可以使混凝劑充分發(fā)揮作用，提高混凝效果。

混凝處理是常用的一種水處理措施，優(yōu)化水力條件及研發(fā)新型混凝劑來提高混凝效果，是目前混凝研究的熱點。

3.2活性炭吸附

活性炭吸附主要是利用范德華引力對水中有機物進(jìn)行物理吸附?；钚蕴康谋砻娣e大，具有不同規(guī)則網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，吸附作用在網(wǎng)孔中進(jìn)行，其吸附過程見圖1。

在活性炭吸附處理過程中，分子直徑小于活性炭孔徑的有機物都能被活性炭吸附除去；分子直徑大于活性炭孔徑的則不能被吸附(如大分子腐植酸)。活性炭對不同相對分子質(zhì)量的有機物產(chǎn)生不同的吸附量，是因為活性炭的總孔容主要分布在孔徑小于50埃的微孔中。因此，分子直徑小于50埃的有機物可被所有的炭表面所吸附?；钚蕴繉Σ煌鄬Ψ肿淤|(zhì)量的有機物的吸附容量隨相對分子質(zhì)量的增大而減小，當(dāng)所有可能吸附大分子有機物的炭表面被充滿后，就只能選擇性地吸附小分子[12]。

活性炭吸附一定時間后，孔隙會逐漸被雜質(zhì)堵塞而導(dǎo)致吸附能力降低，甚至失去吸附能力。由于活性炭價格較高，對活性炭的再生也成為隨之而來的研究熱點。一般需要根據(jù)吸附雜質(zhì)的種類、吸附機理以及再生工藝成本等因素，綜合選擇再生方法。

圖1　吸附過程示意圖

3.3反滲透和超濾

反滲透可以去除水中的各種離子，也能去除水中的大分子有機物，其去除率可達(dá)90%以上。反滲透對有機物的去除能力不僅與有機物的相對分子質(zhì)量及大小有關(guān)，而且與有機物形成氫鍵的能力有關(guān)。

超濾可去除水中高相對分子質(zhì)量的有機物，但是無法去除低相對分子質(zhì)量的揮發(fā)性有機物，超濾膜的截留相對分子質(zhì)量影響有機物的去除能力[13-14]。

4結(jié)論

隨著高參數(shù)大容量機組的應(yīng)用，電廠對水質(zhì)的要求也越加嚴(yán)格，對水中有機物雜質(zhì)的含量也提出了愈來愈嚴(yán)格的限制。有機物雜質(zhì)含量的監(jiān)控越發(fā)必要，有機物的去除不僅在機組設(shè)計階段需要考慮，更要在機組運行后嚴(yán)加監(jiān)控。有機物含量的監(jiān)控不僅可減少熱力系統(tǒng)的腐蝕，更是對機組的安全、穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。

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Analysis of the Sources，Characteristics and Removal of Organic Matters in the Power Plant

WU Hao

(Guangdong Yudean Jinghai Power Generation Co., Ltd.，Jieyang Guangdong 515223，P.R.China)

Abstract：This paper introduces the sources，characteristics and distribution of organic matters in the thermodynamic system of the unit of the power plant．In order to remove the common organic matters in the makeup water，it presents such measures as coagulation treatment，activated carbon absorption，reverse osmosis and ultra-filtration．

Key words：power plant；organic matter；source；distribution

收稿日期：2016-03-30

作者簡介：吳昊(1983-)，工程師，主要從事火電廠環(huán)保及相關(guān)專業(yè)管理工作。

中圖分類號：TM621.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008- 8032(2016)03- 0047- 03