Анализатор солевых компонентов котловой воды и способ их определения

Группа изобретений относится к теплоэнергетике и может применяться для химического контроля котловой воды барабанных энергетических котлов. Способ определения солевых компонентов котловой воды с расчетом концентрации ионных примесей по измерению удельной электропроводности Н-катионированных проб характеризуется тем, что измеряются значения удельной электропроводности в Н-катионированных охлажденных пробах питательной и котловой воды барабанного энергетического котла, вычисляются концентрации хлорида натрия () и тринатрий фосфата натрия (Nа₃РO₄) в котловой воде солевого отсека из заданных соотношений. Также представлен анализатор солевых компонентов котловой воды. Достигается повышение надежности и оперативности анализа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может применяться для химического контроля котловой воды современных барабанных энергетических котлов.

Котловая вода барабанных котлов с давлением более 10 МПа представляет собой раствор смеси электролитов: Na₃PO₄, NaCl, Na₂CO₃, NaOH, NH₄OH сравнимых концентраций и содержит небольшие количества силиката натрия. Тринатрий фосфат вводится в барабан котла для предотвращения накипи, все остальные компоненты (или их производные) поступают с питательной водой. Основные быстротекущие нарушения водного режима котла связаны с нарушением дозирования фосфатов, запросом солей с питательной водой или нарушением режима продувки котла. Во всех случаях изменяются концентрации основных солевых компонентов - фосфатов и хлоридов натрия, изменяется удельная электропроводность котловой воды и требуется определение характера нарушения на ранней стадии его развития. Для этой цели можно использовать автоматический анализатор.

Известен анализатор «FAM Deltocon pH» (фирма «Swan», Швейцария), который состоит из Н-катионитной колонки, двух датчиков для измерения удельной электропроводности исходной и Н-катионированной проб, и предназначен для расчетного определения pH вод типа конденсата на электростанциях по дифференциальному измерению электропроводности до и после Н-катионитного фильтра.

Недостатком данного устройства является ограниченность его применения областью предельно разбавленных вод типа конденсата и питательной воды и непригодностью для контроля качества котловой воды.

Известен двухканальный кондуктометр, например МАРК-602 Нижегородского предприятия «Взор», предназначенный для одновременного измерения удельной электропроводности двух потоков охлажденных проб водного теплоносителя и укомплектованный Н-катионитовой колонкой для предварительного пропуска пробы через Н-катинитовый фильтр. Недостатком такого устройства является невозможность его использования для идентификации вида нарушения водного режима котла и количественных определений концентраций солей.

Известен принимаемый в качестве прототипа анализатор примесей конденсата [Патент РФ №2348031. Анализатор примесей конденсата и способ их определения //Ларин Б.М., Бушуев Е.Н., Козюлина Е.В., Ларин А.Б., Киет С.В. Опубликовано: 27.02.09], состоящий из измерительного и обрабатывающего блоков и двух измерительных каналов. Измерительный блок производит измерение удельной электропроводности прямой (χ) и Н-катионированной (χ_н) пробы по одному измерительному каналу и измерение величины pH по второму каналу. Расчетный блок выполняет расчет концентраций примесей конденсата или питательной воды энергетического котла с использованием измеренных значений χ, χ_н и pH.

Недостатком данного устройства является ограниченность применения областью вод типа конденсата и невозможностью косвенного (расчетного) определения солевых компонентов Na₃PO₄ и NaCl котловой воды.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в совмещении измерения электропроводности по двум измерительным каналам с расчетом концентраций солевых компонентов котловой воды. Технический результат достигается тем, что измеряется удельная электропроводность охлажденных H-катионированных проб питательной воды и котловой воды солевого отсека, а рассчитываются концентрации фосфата и хлорида натрия в котловой воде.

Анализатор состоит из измерительного и обрабатывающего блоков.

На чертеже представлена принципиальная схема измерительного блока анализатора солевых компонентов котловой воды, состоящего из устройства подготовки проб 1, двух параллельных измерительных каналов 2 и 3, на которых установлены H-катионированные фильтры 4, 5, и датчиков измерения удельной электропроводности 6, 7.

Охлажденные в штатном устройстве подготовки проб пробы питательной и котловой воды солевого отсека проходят через Н-катионитовые колонки, в результате чего в пробе котловой воды остаются лишь диссоциирующие кислоты H₃PO₄ и HCl, а в пробе питательной воды - H₂CO₃ и HCl. Такие пробы проходят через кондуктометрические датчики, осуществляющие измерения удельной электропроводности: - питательной воды, - котловой воды солевого отсека.

Преобразование сигналов датчиков в удобную для цифровой обработки форму выполняет работающий под управлением микропроцессора электронный преобразователь, обеспечивающий пересчет измеренных показателей в концентрации контролируемых примесей воды. Затем осуществляется циклическая передача подлежащих регистрации величин на показывающий (вторичный) прибор или ЭВМ.

Расчетная система уравнений для обработки результатов имеет следующий вид:

а) концентрация соли NaCl в котловой воде солевого отсека, мкмоль/дм³, находится из уравнения электропроводности Н-катионированной пробы питательной воды с учетом концентрирования соли в котловой воде

Для температуры пробы воды, равной 25°C, и невысокой минерализации котловой воды барабанных котлов при р_б>10 МПа можно принять

Тогда уравнение (1) примет вид:

где - удельная электропроводность, приведенная к температуре 25°C Н-катионированной пробы питательной воды, мкСм/см; К_к - коэффициент концентрирования NaCl в котловой воде солевого отсека (обычно находится в пределах К_к=8-12); n - соотношение гидрокарбонатов и хлоридов в Н-катионированной пробе питательной воды (может быть принято

После подстановки численных значений К_к=10 и n=0,52 и упрощений уравнение (2) получает вид (3) при выражении концентрации NaCl в мг/дм³ (умножением на 0,0585)

б) концентрация соли Na₃PO₄ (мкмоль/дм³) в котловой воде солевого отсека может быть определена из уравнения электропроводности Н-катионированной пробы котловой воды в виде

Для температуры 25°C и минерализации котловой воды котлов с p_б>10 МПа можно принять

Тогда уравнение (4) примет вид

где - концентрация тринатрийфосфата в котловой воде солевого отсека барабанного котла с давлением более 10 МПа, мкмоль/дм³.

Принято концентрацию тринатрийфосфата в котловой воде выражать в пересчете на фосфат-ион, как это делается при определении методом химического анализа. Тогда уравнение (5) примет вид

где - концентрация фосфатов в котловой воде солевого отсека, мг/дм³.

Таким образом, предложенный анализатор измеряет в охлажденных потоках питательной и котловой воды значения удельной электропроводности H-катионированных проб и рассчитывает концентрации солей NaCl и Na₃PO₄ в котловой воде.

Примеры использования предложенного изобретения.

Пример 1. Измерение удельной электропроводности H-катионированной пробы модельного раствора, содержащего Na₃PO₄ концентрацией 5,59 мг/дм³ в пересчете на фосфат-ион и NaCl концентрацией 1,1 мг/дм дает приведенное к температуре 25°C значение 28,9 мкСм/см.

В этом случае возможен расчет концентрации фосфатов по уравнению (6), который дает значение Отклонение расчетного значения концентрации фосфатов от аналитически измеренного составляет 4,1%.

Пример 2. Измерение удельной электропроводности H-катионированных проб питательной и котловой воды солевого отсека барабанного котла ТГМЕ-96Б (р_б=13,8 МПа) дало приведенные к температуре 25°C значения, равные 0,69 мкСм/см и 3,14 мкСм/см соответственно.

Расчет по уравнениям (3) и (6) дает следующие значения концентрации солей в котловой воде:

Измеренная в химической лаборатории концентрация фосфатов составила 6,58 мг/дм³. Отклонение расчетного значения от аналитически измеренного составило 1,5%.

Пример 3. В условиях, аналогичных примеру 2, на котле ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» получены значения:

Расчет по уравнениям (3) и (6) дает

Отклонение расчетной концентрации фосфатов от измеренной в данном случае составляет 10,0%.

Пример 4. В период теплохимических испытаний на энергоблоке №2 Саранской ТЭЦ-2 (Ларин Б.М., Бушуев Е.Н. и др. Реализация мониторинга водно-химического режима барабанных котлов // Теплоэнергетика. 2005. с.11-17) произошел случайный заброс солей с добавочной водой в деаэратор (6 ата). Удельная электропроводность питательной воды увеличилась до 56 мкСм/см, а удельные электропроводности Н-катинированных проб питательной воды и котловой воды солевого отсека были соответственно равны

Анализ на фосфаты дал 7 мг/дм³.

Расчет по уравнениям (3) и (6) дает:

Отклонение расчетной концентрации фосфатов от измеренной составил 15,7%. Однако оперативно была дана оценка возникшего нарушения и приняты своевременные меры.

1. Анализатор солевых компонентов котловой воды, состоящий из устройства подготовки пробы (УПП), измерительного и обрабатывающего блоков, двух измерительных каналов, Н-катионированных колонок, датчиков измерения удельной электропроводности, отличающийся тем, что на каждом из измерительных каналов установлены Н-катионированные колонки и датчики измерения удельной электропроводности: на одном Н-катионированной пробы питательной воды, на другом Н-катионированной пробы котловой воды солевого отсека.

2. Способ определения солевых компонентов котловой воды, рассчитывающий концентрации ионных примесей по измерению удельной электропроводности Н-катионированных проб, отличающийся тем, что измеряются значения удельной электропроводности в Н-катионированных охлажденных пробах питательной и котловой воды барабанного энергетического котла, вычисляются концентрации хлорида натрия () и тринатрий фосфата натрия (Na₃PO₄) в котловой воде солевого отсека по выражениям:


где , - удельные электропроводности Н-катионированных проб питательной воды и котловой воды солевого отсека, приведенные к температуре 25°С, мкСм/см.