АНАЛИЗАТОР СОЛЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ КОТЛОВОЙ ВОДЫ И СПОСОБ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ANALYSER OF SALT COMPONENTS OF BOILER WATER AND METHOD OF DETERMINING SAID COMPONENTS

Изобретение относится к теплоэнергетике и может применяться для химического контроля котловой воды современных барабанных энергетических котлов.
3
4
2
3
4
Котловая вода барабанных котлов с давлением более 10 МПа представляет собой раствор смеси электролитов: NaPO, NaCl, NaCO, NaOH, NHOH 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.
н
н
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) 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 и pH.
3
4
Недостатком данного устройства является ограниченность применения областью вод типа конденсата и невозможностью косвенного (расчетного) определения солевых компонентов NaPO 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.
3
4
2
3
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 HPO и HCl, а в пробе питательной воды - HCO 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:
3
а) концентрация соли NaCl в котловой воде солевого отсека, мкмоль/дм, находится из уравнения электропроводности Н-катионированной пробы питательной воды с учетом концентрирования соли в котловой воде
б
Для температуры пробы воды, равной 25°C, и невысокой минерализации котловой воды барабанных котлов при р>10 МПа можно принять
Тогда уравнение (1) примет вид:
к
к
где  - удельная электропроводность, приведенная к температуре 25°C Н-катионированной пробы питательной воды, мкСм/см; К - коэффициент концентрирования NaCl в котловой воде солевого отсека (обычно находится в пределах К=8-12); n - соотношение гидрокарбонатов и хлоридов в Н-катионированной пробе питательной воды (может быть принято
к
3
После подстановки численных значений К=10 и n=0,52 и упрощений уравнение (2) получает вид (3) при выражении концентрации NaCl в мг/дм (умножением на 0,0585)
3
4
3
б) концентрация соли NaPO (мкмоль/дм) в котловой воде солевого отсека может быть определена из уравнения электропроводности Н-катионированной пробы котловой воды в виде
б
Для температуры 25°C и минерализации котловой воды котлов с p>10 МПа можно принять
Тогда уравнение (4) примет вид
3
где  - концентрация тринатрийфосфата в котловой воде солевого отсека барабанного котла с давлением более 10 МПа, мкмоль/дм.
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
3
где  - концентрация фосфатов в котловой воде солевого отсека, мг/дм.
3
4
Таким образом, предложенный анализатор измеряет в охлажденных потоках питательной и котловой воды значения удельной электропроводности H-катионированных проб и рассчитывает концентрации солей NaCl и NaPO в котловой воде.
Примеры использования предложенного изобретения.
3
4
3
Пример 1. Измерение удельной электропроводности H-катионированной пробы модельного раствора, содержащего NaPO концентрацией 5,59 мг/дм 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%.
б
Пример 2. Измерение удельной электропроводности H-катионированных проб питательной и котловой воды солевого отсека барабанного котла ТГМЕ-96Б (р=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:
3
Измеренная в химической лаборатории концентрация фосфатов составила 6,58 мг/дм. 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
3
Анализ на фосфаты дал 7 мг/дм.
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.