Способ определения концентрации фосфатов в котловой воде барабанных энергетических котлов

Изобретение относится к количественному определению содержания фосфатов (обычно, тринатрийфосфата - Na₃PO₄) в котловой воде барабанных энергетических котлов и может быть использовано на тепловых электростанциях. Способ включает измерение удельной электропроводности котловой воды и расчет концентрации фосфатов, причем измеряют электропроводность охлажденных проб питательной воды и котловой воды солевого отсека барабанного котла, пропущенных через Н-катионитный фильтр, а расчет концентрации фосфатов производят из соотношения:

,

где С_Ф - концентрация фосфатов в расчете на РО₄ ^3-, мг/дм³; , , удельные электропроводности Н-катионированных проб котловой воды солевого отсека и питательной воды, приведенные к температуре 25°С, мкСм/см. Достигается повышение информативности анализа. 2 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к количественному определению содержания фосфатов, вводимых, как правило, в форме тринатрийфосфата Na₃PO₄, в котловую воду барабанных котлов для обеспечения безнакипного водного режима.

Согласно отраслевым нормам качества котловой воды барабанных энергетических котлов с давлением 13,5 МПа (Правила технической эксплуатации энергетических станций и сетей. РД 34.20.501-95. М., 1996, 200 с.) с 1996 года и по настоящее время концентрация фосфатов нормируется в пределах 0,5-2,0 мг/дм³ для чистого отсека (чо) и 5-12 мг/дм³ - для солевого отсека (со) барабана котла. Автоматизация дозирования фосфатов сдерживается отсутствием автоматических анализаторов. Концентрация фосфатов определяется методом ручного химического анализа охлажденных проб котловой воды в лабораторных условиях (Кострикин Ю.М. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. М., Энергоатомиздат, 1967). Попытка автоматизации дозирования фосфатов по расходу питательной воды в котел с периодическим включением насосов-дозаторов ведет к неустойчивому водному режиму котловой воды, как в случае, приведенном на фиг.1 для барабанного котла (р=13,8 МПа) ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго».

Известен способ расчетного определения рН на электростанциях по дифференциальному измерению электропроводности до (электропроводность прямой пробы, χ) и после Н-катионитного фильтра (электропроводность Н-катионированной пробы, χ_Н) [Анализатор FAM Deltacon рН. Технические данные №23.14. Представительство: Техноприбор. М:]. Сущность способа состоит в пересчете разности электропроводностей (χ-χ_Н) на концентрацию аммиака (гидроксида аммония) и далее - на концентрацию ионов гидроксила, концентрацию ионов водорода и расчете рН=-lgC_H ⁺.

Известен способ определения концентрации фосфатов измерением удельной электропроводности котловой воды (Петрова Т.И., Кашинский В.Ч., Верховский А.Е. и др. Исследование влияния концентрации фосфатов в котловой воде на электропроводность и рН // Теплоэнергетика. №7. 2007. С.6-9).

Однако попытки оперативного контроля концентрации фосфатов по измеренной величине удельной электропроводности котловой воды не выдерживают критики, в связи с влиянием на измеренную электропроводность как фосфата, так и хлорида натрия, а также щелочности котловой воды.

Под влиянием названных факторов зависимость концентрации фосфатов в котловой воде от измеренной величины удельной электропроводности носит неоднозначный характер, как показано на фиг.2.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении информативности данных, полученных от автоматических приборов кондуктометрического контроля питательной и котловой воды путем количественного расчетного определения концентрации фосфатов. Технический результат достигается тем, что проводят измерение удельной электропроводности Н-катионированной пробы питательной воды и котловой воды барабанного энергетического котла, и полученные данные используют для расчета концентрации фосфатов в форме как принято в нормативных документах и практике химического контроля на ТЭС.

На фиг.1. показано "Изменение удельной электропроводности (χН25) питательной, котловой воды и пара в период испытаний" (данные автоматической записи ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго»), где

0 - удельная электропроводность питательной воды перед котлом;

1 - удельная электропроводность в правом чистом отсеке №1;

2 - удельная электропроводность в правом чистом отсеке №2;

3 - удельная электропроводность в левом чистом отсеке;

4 - удельная электропроводность в левом соленом отсеке;

5 - удельная электропроводность перегретого пара за котлом.

На фиг.2 показана "Зависимость концентрации фосфатов от электропроводности котловой воды чистого отсека для ряда ТЭС" по опытным данным, где

1 - ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» (1998 г., ВТИ);

2 - ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» (2005 г., авторы);

3 - Саранская ТЭЦ-2 (авторы);

4 - Петрозаводская ТЭЦ (2005 г., МЭИ);

5 - ИвТЭЦ-3 (2005 г., авторы).

Обоснование расчетного определения концентрации фосфатов состоит в следующем.

Котловая вода современного барабанного энергетического котла с давлением выше 10 МПа содержит следующие примеси: фосфат натрия - Na₃PO₄, хлорид натрия - NaCl, карбонат натрия - Nа₂СО₃, гидроксид натрия - NaOH в концентрациях одного порядка значимости. В котловой воде чистого отсека к названным примесям добавляется гидроксид аммония NH₄OH, который разлагается на воду Н₂О и аммиак NH₃, уходящий с паром из котловой воды. В небольших количествах присутствует силикат натрия. Концентрация отдельной примеси котловой воды определяется концентрацией ее (или ее производной) в питательной воде и коэффициентом (степенью) концентрирования примесей питательной воды в котле. Концентрация фосфатов определяется количеством введенного вещества, обычно Na₃PO₄, качеством и расходом питательной воды и пара.

Для химического контроля проточную пробу котловой воды охлаждают и приводят к атмосферному давлению. После пропуска такой пробы через Н-катионитный фильтр и измерения удельной электропроводности, что является штатной операцией автоматического кондуктометрического химконтроля на ТЭС, в воде остаются следующие диссоциирующие примеси: Н₃РО₄ и НСl в концентрациях, равных концентрации фосфатов и хлоридов в котловой воде (в мкмоль/дм³). Используя уравнение электропроводности раствора смеси электролитов в виде

для Н-катионированной пробы котловой воды можно выразить концентрацию фосфатов в виде:

где - концентрация фосфатов в котловой воде, равная концентрации в Н-катионированной пробе, мкмоль/л; - измеренная и приведенная к стандартной температуре 25°С величина удельной электропроводности Н-катионированной пробы котловой воды, мкСм/см; [Сl^-]^co - концентрация хлоридов в котловой воде, равная концентрации хлоридов в Н-катионированной пробе, мкмоль/л; , , - эквивалентные электропроводности (электрические подвижности) ионов, находящихся в Н-катионированной пробе котловой воды, для температуры 25°С и концентраций фосфатов и хлоридов в котловой воде, приблизительно равные соответствующим предельным подвижностям ионов, равным соответственно

Нормирование и химический анализ фосфатов производится в расчете на форму выраженную в мг/дм³. Тогда, учитывая, что молярная масса фосфат-иона равна 95 г/моль, получим выражение для концентрации фосфатов в виде

Концентрация хлоридов в котловой воде (, мкмоль/л) может быть выражена через концентрацию хлоридов в питательной воде и коэффициент концентрирования хлоридов при упаривании котловой воды (К_к) в виде:

Коэффициент концентрирования хлоридов в солевом отсеке современных барабанных котлов (р_б=13,8 МПа) составляет от 8 до 12 и может быть, в среднем, принят равным 10. Концентрация хлоридов в питательной воде (, мкмоль/дм³) может быть определена по измеренному значению удельной электропроводности Н-катионированной пробы питательной воды (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006614194. Расчет концентраций ионогенных примесей водного теплоносителя энергоблока ТЭС по измерениям удельной электропроводности и рН // Ларин Б.М., Бушуев Е.Н., Ларин А.Б. и др. Зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ, 7 декабря 2006 г.):

где - удельная электропроводность питательной воды, мкСм/см; , , - эквивалентные электропроводности, равные предельным подвижностям ионов ; n - параметр, выражающий соотношение гидрокарбонатов и хлоридов в Н-катионированной пробе питательной воды

() и находящийся обычно в пределах от 0,1 до 1,0, что позволяет принять его среднее значение n=0,55.

Тогда, концентрацию фосфатов из уравнения (3) с учетом уравнения (5) можно привести к виду

где , - измеренные и приведенные к температуре 25°С значения удельной электропроводности котловой воды солевого отсека и питательной воды соответственно, мкСм/см.

Выражение (6) может использоваться для косвенного количественного определения концентрации фосфатов по измерению удельной электропроводности охлажденных Н-катионированных проб питательной и котловой воды.

Предложенный способ проверен в лабораторных и промышленных условиях. В лабораторных условиях измерялась удельная электропроводность Н-катионированной пробы модельного раствора, приготовленного на глубоко обессоленной воде (χ_обес=0,15 мкСм/см), добавками известных количеств Na₃PO₄ и NaCl. Результаты приведены в табл.1, откуда видно, что при обычных соотношениях фосфатов и хлоридов в котловой воде, отвечающих опыту №4, отклонение измеренной расчетной концентрации фосфатов находится в пределах 10%, что приемлемо для оперативного контроля качества котловой воды.

Таблица 1
Результаты лабораторных опытов на модельных растворах по расчетному определению концентрации фосфатов.
№ опыта	Концентрация NaCl	Концентрация фосфата , мг/л	Удельная электропроводность Н-пробы χH, мкСм/см	Концентрация фосфата , мг/л, расчет по (3)	Δ, %
мг/дм3	мкмоль/дм3
1.	0	0	1,50	6,0	1,48	1,3
2.	0	0	5,90	24,1	5,93	0,5
3.	1,1	18,8	2,27	18,1	2,57	13,2
4.	1,1	18,8	5,59	28,9	5,23	6,4

Промышленные испытания проводились на барабанном энергетическом котле ТГМЕ-96Б ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» в условиях ночного отключения насоса-дозатора раствора фосфатов. Результаты испытаний предложенного способа определения концентрации фосфатов приведены в табл.2.

Таблица 2
Результаты промышленных испытаний способа определения концентрации фосфатов в котловой воде барабанного котла (рб=13,8 МПа) на ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго»
№ опыта	Время отбора и анализа пробы	Измеренные значения	, мг/дм3, расчет по (6)	Δ, %
χH пв, мкСм/см	χH co, мкСм/см	, мг/дм3
1.	2000	1,00	40,00	8,79	8,16	7,2
2.	2400	0,92	23,60	4,74	4,25	10,3
3	0700	0,79	7,78	0,61	0,58	4,9
4.	0800	0,75	14,56	2,71	2,32	14,4
5.	1000	0,69	30,80	6,58	6,42	2,4
Среднее отклонение: 7,76

Из табл.2 видно, что среднее отклонение расчетных и измеренных значений концентрации фосфатов находится в пределах 10% также, как и в лабораторных опытах на модельных растворах.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить информативность данных, получаемых от автоматических кондуктометров, и количественно определить концентрацию фосфатов в котловой воде современных барабанных энергетических котлов на ТЭС.

Способ определения концентрации фосфатов в котловой воде барабанных энергетических котлов, включающий измерение удельной электропроводности котловой воды и расчет концентрации фосфатов, отличающийся тем, что измеряют электропроводность охлажденных проб питательной воды и котловой воды солевого отсека барабанного котла, пропущенных через Н-катионитный фильтр, а расчет концентрации фосфатов производят из соотношения:
,
где С_ф - концентрация фосфатов в расчете на РО₄ ^3-, мг/дм³;
, - удельные электропроводности Н-катионированных проб котловой воды солевого отсека и питательной воды, приведенные к температуре 25°С, мкСм/см.