СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОДЫ ПРИ ПРОМЫВКЕ КОТЛОАГРЕГАТА
METHOD OF MONITORING WATER CONTAMINATION WHEN WASHING BOILER UNIT

Изобретение относится к химии, в частности к количественному определению загрязнений в пробах воды, взятых на входе в котлоагрегат и выходе из него.
Известен способ определения загрязненности механического фильтра соединениями металлов, при котором осуществляют периодические замеры, по крайней мере, одного параметра, характеризующего состав воды, в пробах воды, взятых на входе в фильтр и на выходе из него, определяют разность значений этого параметра, по этой разности значений определяют количество примесей металлов ΔMe, задержанных фильтром при конкретном замере, при этом общее количество примесей металлов Me, находящихся в фильтре, определяют по следующей зависимости:
n
Me=ΣΔMe·Q,
а в качестве параметра, характеризующего состав воды, используют изменение коэффициента пропускания А k, значения которого определяют при λ=340÷450 нм, а содержание примесей металлов при конкретном замере определяют по следующей зависимости:
ΔМе=а·Δk,
где
3
а - коэффициент пропорциональности, определенный экспериментально, мг/%·дм;
ΔMe - количество примесей металлов при конкретном замере, задержанных загрузкой механического фильтра, кг/т;
вх.
вых.
ΔMe=Ме-Ме, кг/т;
вх.
Ме - содержание металла в воде на входе в механический фильтр, кг/т;
вых.
Ме - содержание металла в воде на выходе из механического фильтра, кг/т;
Me - общее количество примесей металлов в фильтре за фильтроцикл, кг;
λ - длина волны, нм;
n - общее количество замеров;
n
Q - количество воды, пропущенной через механический фильтр в период между измерениями, т;
вх.
k - коэффициент пропускания на входе в механический фильтр, %;
вых.
k - коэффициент пропускания на выходе из механического фильтра, %;
вых.
вх.
Δk - изменение коэффициента пропускания: Δk=k-k, % [Л.1].
Описанный в [Л.1] способ характеризуется ограниченными функциональными возможностями, так как, обеспечивая определение загрязненности механического фильтра соединениями металлов путем экспресс-контроля содержания взвешенных примесей металлов в воде до и после фильтра, он не позволяет осуществлять экспресс-контроль загрязненности воды при промывке котлоагрегата, что является особенно актуальным в период пуска котла. До настоящего времени контроль содержания железа в промывочных водах в период пуска осуществлялся спектрофотометрическим методом, и время анализа составляло 25÷30 минут.
Изобретением решается задача расширения функциональных возможностей способа определения загрязненности воды соединениями металлов благодаря его применению при осуществлении контроля загрязненности производственных вод при промывке котлоагрегата.
p
з
р
з
р
з
Для решения поставленной задачи в способе контроля загрязненности воды при промывке котлоагрегата, при котором осуществляют периодические замеры коэффициента пропускания в пробах воды, взятых на входе в котлоагрегат и выходе из него, определяют разность значений величины светопропускания ΔT, определяют содержание примесей металлов по следующей зависимости: ΔМе=а·ΔT, предложено, согласно настоящему изобретению, полученное значение содержания примесей металлов ΔMe сравнивать с заданным значением ΔМе и по результатам сравнения принимать решение о продолжении либо прекращении промывки котлоагрегата: при ΔМе≤ΔМе промывку прекращают, а при ΔМе>ΔМе промывку продолжают; при этом значения величины светопропускания ΔT определяют при длине
волны λ=230÷630 нм,
где
3
а - коэффициент пропорциональности, определенный экспериментально, мг/%·дм;
ΔМе - количество примесей металлов при конкретном замере, задержанных при работе котлоагрегата, кг/т;
вых.
вх.
ΔМе=Ме-Ме, кг/т;
вх.
Ме - содержание металла в воде на входе в котлоагрегат, кг/т;
вых.
Ме - содержание металла в воде на выходе из котлоагрегата, кг/т;
Me - общее количество примесей металлов в воде, кг;
λ - длина волны, нм;
вх.
Т - величина светопропускания на входе в котлоагрегат, %;
вых.
Т - величина светопропускания на выходе из котлоагрегата, %;
вх.
вых.
ΔT - изменение величины светопропускания: ΔT=Т-Т, %.
з
Изобретение поясняется на примерах выполнения. На фиг.1÷5 представлены изменения величины светопропускания ΔT в зависимости от загрязнений воды соединениями железа (в диапазоне длин волн λ=340÷630 нм); на фиг.1 представлены значения величины светопропускания Т, полученной в результате измерения прибором АЖТ (автоматическим жидкостным турбидиметром - промышленным прибором автоматического контроля фирмы ООО «Семиконтактор», г.Екатеринбург, Россия); на фиг.2а и б представлены значения величины светопропускания Т, полученные в результате измерения в диапазоне длин волн 430÷630 нм лабораторным прибором - фотокалориметром КФК-3; на фиг.3а, б, в представлены значения величины светопропускания Т, полученные в результате измерения в диапазоне длин волн 340÷430 нм лабораторным прибором - фотокалориметром КФК-3; на фиг.4а и б приведены количественные зависимости ΔМе=f(ΔT), используемые для сравнения с расчетными величинами для разных длин волн λ: на фиг.4а - для λ=430 нм, на фиг.4б - для λ=630 нм; на фиг.5 представлена количественная зависимость между соединениями железа и оптической плотностью, измеренной на приборе СФ-46, при длине волны λ=254 нм, кювета 50 мм.
При промывке котла в промывочной воде увеличивается содержание примесей. Большая часть примесей находится в мелкодисперсном и коллоидном виде (с размером частиц 1,2÷0,5 мкм), поэтому их содержание в воде можно определить по величине светопропускания.
Контроль загрязненности воды при промывке котлоагрегата соединениями металлов производили следующим образом.
Осуществляли замеры величины светопропускания Т (параметра, характеризующего состав воды) в пробах воды, взятых на входе в котлоагрегат и на выходе из него при различных значениях длины волны λ, затем определяли разности значений изменения величины светопропускания ΔT.
р
р
з
На основании полученной экспериментальным путем зависимости ΔМе=f(Δt) определяли предварительные значения ΔМе и сравнивали содержание металлов в воде с заданным значением ΔМе, представленным на фиг.4. Результаты сравнения сведены в таблицу 1. В частности, в таблице 1 представлены результаты измерений величины светопропускания Т, полученные при помощи фотокалориметра КФК-3.
Таблица 1
Результаты измерения величины светопропускания при помощи фотокалориметра КФК-3
Дата
Время
Давление, МПа
Проба нефильтрованная
Т, %
Fe, мкг/дм<sup>3</sup>
630
430
340
АЖТ
15.09.08
12.30
27
77,5
45
28,4
13
3286
15.09.08
13.30
27
86
56
36,3
26
2590
15.09.08
16.18
27
91,6
65
42,2
35
957
16.09.08
8.00
27
95,1
72
44,6
47
760
16.09.08
9.05
32
92,2
69
42,2
42
931
ПВ
78,5
25,5
з
Так как содержание железа на входе в котлоагрегат равно 25 мкг/л, а ΔМе равно 1000 мг/л, то значениями Me на входе пренебрегаем, следовательно, ΔМе принимаем равным Me на выходе.
Аналогично, значение изменения величины светопропускания ΔT принимаем равным величине светопропускания Т.
Из таблицы 1, в частности, следует, что в начале промывки котлоагрегата величина светопропускания Т, измеренная прибором КФК-3, составляла 78,5% (содержание железа - 25,5%).
3
При увеличении давления (Р=27 атмосфер) величина светопропускания Т составила 45%, а содержание железа превысило 1500 мкг/дм.
3
При химическом анализе эта величина составила 2,6 мг/дм.
Следует заметить, что методом химического анализа определяется общее содержание соединений железа (растворенных и взвешенных).
3
Промывка котлоагрегата продолжалась за счет интенсивного обмена воды и сброса ее из котла в течение одного часа (с 12.30 до 13.30). Следующий замер показал значение Т, равное 56%, что в соответствии с зависимостью, представленной на фиг.4а, соответствует содержанию взвешенного железа более 2000 мкг/дм.
3
Далее промывка продолжалась с 13.30 до 16.18. При очередном замере величина светопропускания составила 65%, что согласно зависимости, представленной на фиг.4а, соответствует содержанию железа в воде менее 1000 мкг/дм, следовательно, котлоагрегат готов к последующим стадиям пуска, т.е. к повышению давления. Поэтому работы были приостановлены и котлоагрегат остался в горячем резерве.
3
3
На следующий день в 8.00 повторно измерили величину светопропускания Т, которая оказалась равной 72%, и по графику для содержания железа менее 1000 мкг/дм (по химическому анализу 760 мкг/дм) продолжили операции пуска, повышая давление до 32 МПа, при этом величина светопропускания Т была равна 69%. Данные химического анализа подтвердили эти результаты. В последующем котлоагрегат был подключен к паропроводу.
Аналогичная зависимость прослеживалась для величины светопропускания Т при длине волны λ=630 нм (см. фиг. 4б), 340 нм и по прибору АЖТ.
В таблице 2 приведены аналогичные данные с использованием прибора АЖТ. В частности, в таблице 2 и на фиг. 2 представлены результаты химического анализа проб на железо, которые были отобраны в период растопки. Величина светопропускания измерена при помощи прибора АЖТ.
Таблица 2
Результаты измерения величины светопропускания при помощи автоматического жидкостного турбидиметра (АЖТ)
Время отбора
Р, атм
Точка отбора
Fe, общ., мкг/м<sup>3</sup>
Т,%
10.07
ПВ
25,5
78,5
10.30
5
с.о.
266
65,5
11.16
10
с.о.
1589
26,8
11.32
15
с.о.
1886
39,9
12.06
17
с.о.
2033
14
12.10*
17
ч.о.
2565
6,6
12.30
20
с.о.
705
44
12.30
20
ч.о.
1086
33,9
13.00
20
с.о.
1302
28,2
12.54
20
ч.о.
1645
26,4
13.38
26
с.о.
420
43,7
13.38*
26
ч.о.
2297
18,3
14.04
33
с.о.
2041
20,7
14.05
33
ч.о.
1516
28,8
14.50*
40
с.о.
3544
1
14.50
40
ч.о.
1140
30,8
15.45
40
с.о.
629
48
15.50
40
с.о.
209
21
15.50
ПВ
23,72
76,8
Примеси, отмывающиеся с поверхности котла, сформированные при высокой температуре и давлении, сложные по составу соединения, содержащие железо, кальций, магний и т.д. Поскольку при промывке котлоагрегата руководствуются нормируемыми значениями железа, то целесообразно устанавливать зависимости по этому показателю. Хотя, в общем, необходимо учитывать удаление и других примесей металлов, так как они снижают эффективность работы энергетического котла. Более того, как следует из таблицы 3, в процессе отмывки удаляются органические примеси в растворенном виде. Поскольку эти примеси имеют собственное поглощение в УФ-области, то следует устанавливать зависимость между содержанием железа и величиной светопропускания (или оптической плотностью) в видимой области спектра, как это было показано на фиг.3, 4. При этом на горизонтальных осях фиг.3 приведены: в верхней строчке - объемный процент пробы, отобранной в процессе отмывки котлоагрегата, в обессоленной воде; в нижней строчке - общее содержание железа в дисперсной системе (проба + вода). Однако в ряде случаев (например, при промывке прямоточных котлов) необходимо устанавливать аналогичную зависимость именно в УФ-области.
Таблица 3
Результаты измерения примесей металлов в нефильтрованных и фильтрованных пробах
15.11.07
Исходная проба (нефильтрованная)
Исходная проба (фильтрованная)
Показатели
Т (340)
Т (254)
Fe
(РО4)
(SO4)*
Ca
Mg
ОНУ
ООУ
Т (340)
Т (254)
Fe
(SO4)
Са
Mg
ОНУ
ООУ
Ед.измер.
%
мг/л
%
мг/л
№ пробы
5ПВ
99,2
57,8
0,07
0,03
19,6
0,2
0,01
0
2,9
101,6
63,3
0,02
20,9
0,1
<0,01
0
2,8
10ПВ
100,6
58,8
0,05
0,03
18,7
0,2
0,02
0
2,5
102,4
63,2
0,01
20,8
0,2
<0,01
0
2,7
15ПВ
102,1
59,1
0,06
0,03
21,2
0,1
0,01
0
2,8
102,6
63,8
0,01
20,7
0,1
<0,01
0
2,5
20ПВ
101,5
62,1
0,03
0,03
19,8
0,2
0,01
0
2,75
102,2
63,9
0,01
20,4
0,2
<0,01
0
2,8
25ПВ
102,1
67,1
0,03
0,03
21,1
0,1
0,02
0
2,45
102,7
63,7
0,01
20,5
0,1
<0,01
0
2,85
5ЧО
41,2
19,7
2,53
0,080
50,4
0,5
0,02
0
6,1
70,8
22,9
0,09
50,1
0,2
<0,01
0
6,1
10ЧО
54,2
11,9
2,30
0,044
52,3
0,64
0,24
0
8,2
55
12,1
0,16
51,5
0,3
<0,01
0
4,8
15ЧО
51,3
10,4
2,51
0,050
48,7
1,17
0,33
0
8,5
56,7
12,1
0,1
50,5
0,3
0,03
0
4,5
20ЧО
53,6
10,2
0,70
0,036
49,8
3,85
0,21
0
8,5
55,8
11,2
0,08
49,3
0,2
<0,01
0
5,5
25ЧО
59,9
11,5
0,68
0,036
49,1
1,36
0,12
0
8,1
60,4
11,8
0,06
47,5
0,2
<0,01
0
4,8
5СО
60,9
17,9
0,55
0,032
52,4
0,5
<0,01
0,2
7,1
67,9
20,2
0,07
53,5
0,25
0,02
0,1
7,8
10СО
54,2
12,2
1,06
0,248
56,2
0,57
0,14
0,3
8,25
56,9
12,9
0,13
54,1
0,4
<0,01
0,1
8,2
15С0
46,9
7,8
1,52
0,046
59,3
0,56
0,1
0,25
9,98
49,9
8,4
0,11
58,3
0,58
0,15
0,2
9,5
20СО
39,0
6,1
2,68
0,010
62,1
3,16
0,21
0,2
10,2
42,9
5,6
0,22
60,1
0,5
<0,01
0,2
10,2
25СО
46,1
5,9
1?52
0,010
60,8
0,33
0,29
0,2
10,2
48,8
6,89
0,1
61,7
0,4
<0,01
0,2
10,1
В период пуска прямоточного котла промывка осуществляется на участке «вход питательной воды (ПВ)» - «встроенная задвижка (ВЗ)». На этом участке нет никаких других примесей, кроме примесей железа, что доказано многократно результатами фазового анализа в различных публикациях.
Таким образом, в период растопки котла стремятся очистить поверхность НРЧ (тракт котла до ВЗ) именно от рыхлых отложений - продуктов коррозии железа, которые вымываются в виде ультрамикродисперсных частиц, так как при высоких температурах, в атмосфере кислорода, при рН>7 образуются нерастворимые оксиды определенного состава.
Классический метод контроля ультрамикродисперсных частиц - турбидиметрический. Причем если растворитель и рассеивающие частицы бесцветны, то максимальная чувствительность в УФ-области: чем меньше частица, тем меньше должна быть длина волны [см. книгу Ю.А.Золотов, Е.Н.Дорохова, В.И.Фадеева и др. «Основы аналитической химии», книга 2, М., «Высшая школа», 2002, с.316].
Спектр поглощения питательной воды показал, что поглощение имеет место в диапазоне волн 190÷240 нм. Известно, что неорганические соединения углерода поглощают УФ-излучение при 190÷200 нм, поэтому этот диапазон был исключен из рассмотрения, и для дискретных измерений на СФ-46 выбраны длины волн 230, 254 нм. На фиг.5 представлена зависимость между содержанием железа и оптической плотностью, измеренной на приборе СФ-46, при длине волны 254 нм, кювета 50 мм.
Конечно, все существующие соединения поглощают свет определенной длины волны, поэтому возможность использования заявляемого способа контроля загрязненности при промывке котлоагрегата ограничена рядом условий:
- первое условие: способ можно использовать для контроля содержания железа в промывочной воде прямоточного котла или барабанного котла, когда содержание примесей железа превышает содержание остальных взвешенных примесей металлов (кальция, магния);
- второе условие: необходимо снять спектр поглощения для ПВ в УФ-области и предварительно выбрать диапазон длин волн, в котором необходимо проводить последующие измерения;
- третье условие: наличие линейной зависимости между величиной светопропускания (или оптической плотностью) при определенной длине волны и содержанием железа (в производственных водах в период растопки котла).
Заявляемый способ контроля загрязненности воды при промывке котлоагрегата путем осуществления замеров величины светопропускания в пробах воды, взятых на входе в котлоагрегат и выходе из него, с последующими определением содержания примесей металлов в пробах воды и принятием решения о прекращении либо продолжении промывки котлоагрегата позволит относительно простыми средствами решать вопрос о загрязненности котлоагрегата соединениями металлов. Он прошел экспериментальную проверку на Первоуральской ТЭЦ ОАО ТГК-9. Результаты проверки показали работоспособность способа, а также широкие возможности практической реализации благодаря его относительной простоте. Кроме того, этот способ может быть положен в основу как ручного, так и приборного контроля.
Литература
1. Патент РФ №2224578, МПК B01D 35/143, G01N 21/17, 2004 г.