高纯蒸汽和GX电力生产的总有机碳 TOC 和硼的在线监测

简介 

       一家跨国能源公司、电力和天然气生产巨擘， 发现其下属一家发电厂有二氧化硅沉积问题。沉积 物损坏了气轮机叶片，导致计划外维修。该公司专长于研发和利用创新技术，想要了解发电厂问题的根源所在，并寻找一种可持续的解决方案，以防止以后可能再次发生停产，并维持高发电效率。 发电厂根据市场需求和燃料成本来决定开机和停机。当工厂重新开机时，必须确保蒸汽纯度，以便克服开机和停机时的温度和压力波动。 

问题 

       发电厂的操作人员发现了发电量下降和气轮机振动的问题。他们停机并打开气轮机后，看到了很明显的白色沉积物，那是各种厚度的二氧化硅沉积在气轮机叶片的边缘处。发现此问题后，操作人员和研究人员就不得不评估水质和水处理过程。在锅炉前面，发电厂使用由阳离子、阴离子、混合树脂层单元组成的脱盐系统。发电厂重新评估了控制脱盐系统再生和保持锅炉给水纯度的监测参数。 当发电厂开机和停机时，减少污染物就变得尤其重要，因为在重新开机时，污染物可能进入蒸汽，然后进入气轮机。 以前，发电厂使用在线型二氧化硅分析仪来监测二氧化硅，防止其进入蒸汽并沉积在气轮机中。但当二氧化硅分析仪达到报警极限（10 ppb）时，往往来不及停止锅炉给水和再生混合树脂层。微量二氧化硅已经泄漏到蒸汽中，并进入气轮机。

解决方案

       与在线型二氧化硅分析仪相反 ， 在线型硼 （Boron）分析仪经常被用作零污染监测工具， 来控制二氧化硅从离子去除工艺（例如：混合树 脂层的离子交换工艺）中泄漏出来。在其他离子 泄漏之前，硼率先从树脂层中洗脱出来（见图 1）。在线型硼分析可以检测到Z低 15 ppt 浓度的硼（见图 2），因此硼分析仪不仅能够防止二氧化硅进入锅炉，还能防止弱酸、弱碱、以及处理工艺中的其他污染物进入锅炉。

图 1. 硼、二氧化硅、电阻率的相关性 

       除了防止二氧化硅泄漏和管理树脂层耗尽之外， 发电厂还用简单、内部的方法来决定接受或拒绝 锅炉给水。总有机碳（TOC）分析法能够测量样品水中的离子形式和非离子形式的有机化合物总和。非离子形式有机物能够从处理系统漏出，并在高温高压锅炉中分解成腐蚀性酸气。在脱盐系统的后面，发电厂用 TOC 分析法来决定是否允 许水流入锅炉以产生蒸汽进入气轮机。工厂的内部标准是 TOC < 40 ppb。此时电导率大部分来自 TOC，因此冗余参数为电导率 < 0.4 μS/cm。

方程 1：电导率和 TOC

图 2.（a）Sievers*在线型硼分析仪监测超纯水中 1、2、3 或 4 样品流路中的硼，监测范围是 15 ppt  - 20 ppb。（b）Sievers* 500RL 在线型 TOC 分析 仪测量超纯水中的 TOC，测量范围是 30 ppt - 2.5  ppm。M9 在线型（c）和便携式（d）TOC 分析仪 的动态 TOC 测量范围是 30 ppt – 50 ppm，测量范 围广，测量结果稳定而准确。

结论 

        一家大型跨国电力公司使用在线型监测工具来保护设备资产、控制水处理工艺。保证蒸汽纯净，就能 提高生产效率，尽可能地减少停机时间，从而确保电力和天然气的生产、配送、销售。

参考文献

1 Sauer et al., “Boron Removal Experiences at AMD,” Ul-trapure Water, pp. 62-68, Vol. 17, No. 5, 2000年5/6月 

2 Dennis, K. (Intel); Godec, R. (GE Analytical Instruments);  Kosenka, P. (GE Analytical Instruments), “Progress Report on New On-Line Boron Analysis Research,” Executive Forum Proceedings, Watertech 2000年 

3 Sushma Malhotra (AMD), Otto Chan (AMD), Theresa Chu  (Balazs Analytical), and AgotaFusko (Balazs Analytical),  “Correlation of Boron Breakthrough versus Resistivity and  Dissolved Silica in a RO/DI System,” Ultrapure Water, pp.  22-26, Vol. 13, No. 4, 1996年 

4 Wickham, R. (IDT), Godec, R. (GE Analytical Instruments), “Controlling Boron Levels in Semiconductor UPW  using an Experimental On-Line Boron Analyzer,” Semi-conductor Pure Water and Chemicals Conference, Proceedings, pp 15-33, 2001年 

5 Johnson, E. (Micron), Somerville, K. (Micron), Godec, R.  (GE Analytical Instruments), Dunn, R. (GE Analytical Instruments), “The Analysis of Boron, Colloidal Silica, and  Reactive Silica Leakage from Primary and Secondary Regenerable Mixed Ion Exchange Beds in an UPW System,” Executive Forum Proceedings, Watertech 2002年, Portland, OR. 

6 Dunn, R.,“New Analytical Technique Promotes Elimination of Silica in Feed, Steam and Condensate Systems,” Presented at International Water Conference, Pittsburgh,  PA, 2002年10月 7 Godec, Richard, “Preventing the Release of Nano Materials from Depleting Ion-Exchange Beds by Using an  Online Boron,” Presented at ULTRAPURE WATER Conference, Portland, OR, 2011年11月, Tall Oaks Publishing, Inc.