电厂锅炉补给水处理系统降低水中TOCi含量的技术方案研究 李金星

电厂锅炉补给水处理系统降低水中TOCi含量的技术方案研究李金星
发表时间：2018-05-10T10:49:07.087Z 来源：《电力设备》2017年第36期作者：李金星
[导读] 摘要：随着高参数发电机组的建设和运行，对于水汽品质的要求越来越高，TOCi等水质参数越来越受重视。

根据火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准，超临界及以上机组锅炉补给水TOCi含量要求≤200μg/L。

（山东电力工程咨询院有限公司水暖部山东济南 250013）
摘要：随着高参数发电机组的建设和运行，对于水汽品质的要求越来越高，TOCi等水质参数越来越受重视。

根据火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准，超临界及以上机组锅炉补给水TOCi含量要求≤200μg/L。

本文将水中TOCi的特点及其变化规律，研究TOCi的处理方法和处理效果，以期对大型发电机组的锅炉补给水处理系统的设计、运行与管理提供一些帮助。

关键词:TOCi；锅炉补给水处理；反渗透；紫外线杀菌；总有机碳
1.前言
TOCi为水中有机物所含碳的总量，是以碳量表示水体中有机物质总量的综合指标，所有含碳物质，包括苯、吡啶等芳香烃类等有毒有害物质均能反映在TOCi指标值中，所以常被用来评价水体中有机物污染的程度。

有机物进入热力系统后，在高温高压下发生分解，其产物主要是羧酸、二氧化碳和水，常见的降解产物为甲酸、乙酸等，将导致热力系统中水汽pH降低，而偏低的pH可加剧热力系统腐蚀，促进汽轮机叶片绿诱导应力腐蚀。

为了防止锅内结垢、腐蚀和产生的蒸汽品质不良，以及出于对火电机组热力设备的保护，火电厂对机组运行时的水汽品质中TOCi提出了更高的要求。

在GB/T 12145-2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准中，将TOCi列为必要时才检测的数据；在DL 5068-2014《发电厂化学设计规范》并没有要求设置TOCi实时检测仪表，因此各设计院、电厂及设备厂家对此数据没有足够重视，研究不深入，少有研究报告及论文，而且理论研究居多，实践经验不足。

随着高参数机组的建设和运行，TOCi对水汽系统带来的影响将会逐渐凸显，以及国外设计项目需执行国际标准要求，掌握TOCi的特点及其变化规律，与国外汽水品质导则接轨，研究TOCi的处理方法和处理效果，将具有十分重要的现实意义。

2. TOC和TOCi测量指标的异同
2.1 TOC测量指标的含义
TOC,即total organic carbon，是指有机物中总的碳含量。

总有机碳（TOC）是以碳含量表示水体中有机物质总量的综合指标。

TOC的测量原理是通过检测有机物完全氧化前后二氧化碳的含量变化，折算为碳含量来计算有机物中总的碳含量，可使用以膜电导法为测量原理或使用11-色散红外检测器的仪器进行测量。

不管有机物成分如何变化，水汽中TOC含量仅表述有机物中总的碳含量，杂原子的含量不被反映。

2.2 TOCi测量指标的含义
TOCi，即total organic carbon ion，是指有机物中总的碳含量及氧化后产生阴离子的其他杂原子含量之和。

有机物中总的碳含量及氧化后产生阴离子的其他杂原子含量之和测量TOCi的原理为去除电厂水汽中的碱化剂及阳离子的干扰后，检测有机物完全氧化前后电导率的变化，折算为二氧化碳含量变化(以碳计)来表述有机物中碳含量及氧化后会产生阴离子的其他杂原子含量之和。

测量TOCi应使用直接电导法为检测器的仪器，但仪器应具备克服氨、乙醇胺等碱化剂对测量干扰的功能水汽中TOC含量除表述有机物中总的碳含量外，卤素、硫等杂原子的含量也被反映出来，它表述的是TOC含量与有机物中杂原子含量之和
2.3 TOC与TOCi测量指标的区别
当有机物仅含有碳、氢、氧，不含其他杂原子时, 氧化后产生的二氧化碳与水中总有机碳含量成正比关系，通过测定氧化器进出口二氧化碳的变化就可计算出有机物中的碳(TOC)含量，此时测量的TOC含量与TOCi含量一致。

当有机物中除碳外还含有其他杂原子时，氧化后除产生二氧化碳还会产生氯离子、硫酸根、硝酸根等阴离子，这时通过测量有机物中所有可能产生阴离子的原子(包括碳)氧化前后电导率的变化，折算为二氧化碳含量(以碳计)的总和即为TOCi含量，而仅测定产生的二氧化碳含量计算得到的是TOC含量，这种情况下测得的TOCi含量大于TOC含量。

综上所述，相较于TOC测量指标，TOCi含量能更准确地反映出水中有机物腐蚀性的大小。

3.水处理系统TOCi去除方法和去除效率综述
电厂水处理系统去除TOCi的技术方案主要包括以下几种：
（1）混凝澄清及介质过滤：通过混凝沉淀，可以去除大部分较大颗粒的悬浮物，出水悬浮物小于5mg/L，未能沉淀的小颗粒悬浮物、有机物，通过多介质过滤器可以达到良好的去除效果。

该工艺去除的主要是非溶解态的有机物，包括悬浮和胶体有机物等。

（2）活性碳过滤器：通过活性碳过滤器的吸附作用，可以将介质过滤无法处理的更小颗粒、更小分子量的有机物进行去除。

（3）超滤装置：超滤膜孔径约为0.01-0.1微米，通过截留作用，可以去除0.1微米以上颗粒的有机物，对于更小的颗粒，处理效果较差。

（4）反渗透装置：反渗透具有超小的过滤孔径，对分子量小于100D的有机物也有较好的去除效果，对分子量大于100D的有机物其去除率更是高达98％以上，因此在目前常用锅炉补给水处理系统中，反渗透是去除TOC能力最强的过滤设备。

（5）离子交换：离子交换器的主要功能是离子除盐，其中阴离子交换树脂对TOCi的去除具有十分良好的效果。

因为阴树脂与天然水体中的有机物都属于疏水性物质，二者之间有很强的范德华吸附力。

同时天然水中的有机物带高价负电荷，阴离子交换树脂带相反的正电荷，二者之间的静电引力对范德华力又起着重要的推动作用。

另外需要注意的是，树脂本身属于有机物，选择化学性质稳定、不容易出现溶解渗析现象的树脂，对于不增加TOCi的量有很关键作用。

（6）紫外线杀菌器：紫外线可以将TOCi分解成CO2，对于TOCi去除效果非常明显，是十分有效的去除TOCi的技术，并且在电子行业超纯水处理中应用十分广泛。

4、结论
TOCi对热力系统的危害很大，而且随着电厂机组参数的不断提高，TOCi对热力系统的影响将逐渐凸显，而补给水中的有机物是热力系统有机物的主要来源，因此建议在电厂除盐水的工艺设计中要充分考虑TOCi的去除，并在运行过程中将TOCi指标作为重要参数进行日常
监督，尽可能降低补给水中有机物含量，减轻热力系统内有机物分解物对设备的腐蚀。

TOCi组成成分十分复杂，很难针对TOCi成分分析，完全精准的设计水处理系统，但是可以根据各设备对TOCi的去除效果，通过对设备选择的排列组合，经过技术经济比较确定合理的方案。

高效去除TOCi的锅炉补给水处理方案主要包括：反渗透装置、阴离子交换器、紫外线杀菌器三种，实际工程应用中可以进行技术经济比较选定最优方案。

对于原水TOCi较高的区域以及对TOCi去除效果要求比较高的电
厂，需要设置专门的TOCi去除设备，并优先考虑反渗透装置或紫外线杀菌装置。