自动加氨控制技术的探讨

   0概述  
　　随着电力工业的飞速发展，大容量、高参数、亚临界、超临界机组相继投产，高参数机组对化学水汽品质、加药控制技术水平的要求越来越高，因此提高水汽监督水平，提高分析测量的准确性，提高化学加药控制水平，使机组在最佳水汽品质工况下运行，是保证水汽系统防腐、防垢和防止积盐的重要环节，这对机组的安全经济运行起到重要作用。  
　　在以除盐水为补充水的高参数、大容量汽包锅炉中，采用加氨调节给水pH值方法已成为我国火力发电厂汽包锅炉调节给水pH值最广泛使用的方法。在GB/T 121451999《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中规定：汽包炉中，锅炉蒸汽压力12.7～18.3 MPa，要求给水氢电导率（氢离子交换后，25 ℃）≤0.3 μS/cm，pH值为8.8～9.3（25 ℃，有铜系统），或pH值为9.0～9.5（25 ℃，无铜系统）。加氨的多少直接影响给水pH值的大小，因此用给水pH值控制加氨最直接、效果最好，但在实际运行中，发现用给水pH值直接控制加氨，受许多因素的影响。  
    1给水pH值在实际测量中存在的问题  
    1．1纯水pH值测量的静电荷问题  
　　在实际中经常发现给水pH值在测量时会产生明显的误差，很难保证测量的准确性，原因在于：高参数汽包锅炉给水水质较纯，当电导率≤5μS/cm时，水样接近于绝缘体，水样流动与电极表面摩擦类似于绝缘体之间摩擦，可产生静电荷，使玻璃电极电位Eb和参比电极电位Ec均发生变化，由于静电荷的作用，在测量电池中产生与测量水样pH值无关的△Er，△Er被叠加到测量信号上，一起送入仪表输入端，其结果造成pH值测量误差。在25 ℃时，这种静电荷产生的电位差每变化5.916 mV，pH值就会造成0.1的误差，在实际运行中，有时静电荷造成的电位差可达几十毫伏，由此造成很大的pH值测量误差。  
　　这种由于纯水流动摩擦引起的静电荷问题，可以采取测量池可靠接地，并将摩擦产生的部分静电荷通过地线排走，以减少摩擦静电产生的误差。同时在保证仪表正常测量用水的情况下，尽可能降低测量池流速并且使流速稳定。采用以上方法只能减少纯水静电引起的误差，但很难完全消除。  
    1．2温度对pH值测量的影响  
　　pH值的测量基于电位式分析法，在非标准状态下测量给水pH值，测量电池的测量电位可以用能斯特方程来表示：  
　　E=E0+0.198 4 T lg a/n                  （1）  
式中E——测量电池的测量电位，mV；  
　　E0——电极膜电位、内充液电位、内外参比电极电位等综合电位，mV；  
　　0.198 4 T lg a/n——与溶液pH值有对应关系的电位，mV。  
　　将能斯特方程对温度T求导：  
　　dE/dT=dE0/dT+ 0.198 4lga/n+0.198 4Td lga/n dT    （2）  
　　dE/dT为温度每变化1华氏度所引起电位的变化，dE0/dT为电极的标准电位温度系数项，它表示电极特性项，与电极的膜材料、内充液、内外参比电极等的温度特性有关，可以通过仪器进行补偿。  
　　0.198 4lga/n为温度系数斜率项。当n=1时，温度每变化1 ℃，则斜率变化0.198 4 mV；当n=2时，则斜率变化0.099 2 mV，该项可以通过仪器进行完全补偿。  
　　0.198 4Td lga/n dT为溶液温度系数项。它与溶液的离子活度、电解平衡常数等有关。溶液的离子活度、电解平衡常数不仅随温度变化，而且随水中不同物质组成而变化，是无法确定的，因而不能通过仪器进行补偿。  
　　综上所述，用温度补偿的方法无法完全消除温度对水样pH值测量造成的误差。在实际运用中，水汽控制指标是25 ℃时的pH值，在偏离25 ℃时，测量值会产生一定的误差，因此必须严格控制水样温度在25℃±2 ℃范围内。  
    1．3校正对pH值测量的影响  
　　pH计的标定一般采用两点法：先在一种pH?6.86（或pH9.18；pH4.01，25 ℃）标准溶液中定位，然后在另一种pH9.18（或pH6.86、pH4.01，25 ℃）标准溶液中标定斜率。测量电极放入一种标准溶液中，稳定一段时间后，测量电极与标准溶液产生一个稳定的电极电位，但这个电极电位不是立即达到的，而是经过一定时间，逐渐达到稳定的电极电位。对于手动标定的仪表，在标定时，电极放在标准溶液中可以时间稍长些，使电极电位稳定后再标定仪表。对于自动标定的仪表，第2点标定的时间有固定限制（或根据电位变化情况自动选取第2点的读数），这对于响应快的电极不会产生很大误差，但对于响应时间较长的电极，电极电位未稳定就进行读数标定，会产生很大的误差。  
    1．4测量电极质量的影响  
　　目前测量pH值时大多采用玻璃电极，由于电极的膜材料、厚度、绝缘性、制造工艺等因素的影响，同一批生产的电极性能也不完全相同，这也是影响给水pH值测量准确性的因素之一。  
    1．5给水pH值测量不准造成的影响  
　　由于给水pH值受纯水静电荷、温度、外界干扰、校正、玻璃电极质量等许多因素的影响，尤其是纯水静电荷的影响难以完全排除，因此很难保证给水pH值测量的准确性。  
　　汽包炉中，锅炉蒸汽压力为12.7～18.3 MPa，对于有铜合金的给水系统，要求控制给水的pH值在8.8～9.3（25 ℃）范围内。给水pH值控制范围为±0.5，在25 ℃时，测量电池只要产生5.916 mV的误差，在pH值控制范围内就会产生20%的误差，因而用给水pH值作为加氨控制信号尽管最直接、效果最好，但实际应用有一定的难度。  
　　如果测量出现误差，实际给水水样的pH值超过9.3，而测量值小于9.3，长期运行，会造成铜加热器（如铜制低压加热器、轴封加热器）和铜管凝汽器的腐蚀溶解，腐蚀产物进入蒸汽系统会加剧汽轮机的积盐，造成汽轮机出力和效率的降低。pH值过高还会造成凝汽器空抽区附近铜管的氨蚀，使凝汽器发生泄漏。反之，实际给水水样的pH值小于8.8，而测量值大于8.8，长期运行，会造成给水系统钢设备和管道的腐蚀溶解加剧，其腐蚀产物进入锅炉会加剧水冷壁的沉积和腐蚀，结果造成管道损坏，甚至出现严重事故。?   
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