一种高参数锅炉炉水水质监测系统及方法与流程

本发明涉及发电厂水质监测技术领域，具体地讲，涉及一种高参数锅炉炉水水质监测系统及方法。

背景技术：

锅炉炉水水质对锅炉的安全运行起着关键作用，炉水是整个水汽系统中水质最恶化的水样，来自于给水的微量杂质不断在汽包内浓缩，使炉水内杂质离子含量不断增加。炉水内浓缩的杂质容易导致水冷壁发生腐蚀和结垢，导致锅炉传热恶化甚至发生爆管，因此需要对炉水水质进行调节和监测，防止结垢和腐蚀的发生。

汽包内存在汽液两相，给水中的氨在汽包内会进行二次分配；由于氨的分配特性，炉水中溶解的氨较少，大部分氨在蒸汽相中，因此炉水ph较低。为了控制结垢和腐蚀，炉水一般采用磷酸盐处理、低磷酸盐处理、氢氧化钠处理或全挥发处理工艺。不论采取何种处理工艺，都需要对炉水的电导率、ph或磷酸根含量等进行实时监测，确保水质在控制范围内。

目前，根据导则和规程的要求，锅炉炉水通常监测的水质指标有电导率、ph值和磷酸根含量，部分也会监测氢电导率。其中，电导率、氢电导率和磷酸根含量容易检测，测量准确性较高。但ph值因为ph仪表的特殊性往往无法保证测量准确性，氢电导率因为磷酸根存在而无法反映杂质阴离子真实含量。

炉水ph值和杂质阴离子含量是炉水最重要的水质指标，但ph仪表易受流速、温度和校准等因素影响，准确性较差；杂质阴离子含量监测受磷酸根影响，使氢电导率失去了参考意义。很多水冷壁发生腐蚀和爆管的主要原因就是炉水ph值偏低或偏高和杂质阴离子含量过高，因此解决炉水ph值和杂质阴离子含量测量准确性十分关键，对锅炉安全运行具有重大意义。

例如，授权公告号为cn102621939b的专利：一种工业锅炉水质在线监测和智能控制装置和方法，该专利公开的技术方案中采用直接测量法来实现炉水水质监测或自动调控，其技术基础基于ph电极、电导率表和磷表等仪表的直接测量，存在准确性和可靠性不高的缺点。

因此，有必要对现有的锅炉炉水水质监测装置及方法进行改进和优化。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、系统完善、水质监测准确性和可靠性好的高参数锅炉炉水水质监测系统，并给出其监测方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种高参数锅炉炉水水质监测系统，其特征在于：包括在线磷表、电导率流通池、电再生阳离子交换柱、氢型交换柱、氢电导流通池、脱气单元、脱气氢电导流通池、多通道电导率表和可编程控制器；锅炉炉水水样分为两路进行输送，一路输送至在线磷表，另一路输送至电导率流通池，所述电导率流通池、电再生阳离子交换柱、氢型交换柱、氢电导流通池、脱气单元和脱气氢电导流通池按照水流方向依次连接；所述电导率流通池、氢电导流通池和脱气氢电导流通池均通过电极线与多通道电导率表电性连接；所述在线磷表、脱气单元和多通道电导率表均与可编程控制器通信连接。

优选的，该系统还包括输送主管道、一号分支管道和二号分支管道；所述输送主管道、一号分支管道和二号分支管道通过一个不锈钢三通阀连接；所述输送主管道上按照水流方向依次安装有一号针阀和一号流量计；所述一号分支管道与在线磷表连接，并在一号分支管道上安装有二号针阀；所述二号分支管道与电导率流通池连接，并在二号分支管道上安装有二号流量计。

优选的，所述一号针阀和二号针阀均采用316l不锈钢针阀，一号流量计和二号流量计均采用玻璃转子流量计。

优选的，所述在线磷表和脱气氢电导流通池均通过管路接通至机组排水槽。

优选的，所述可编程控制器具有显示界面，能显示的参数有炉水的电导率、氢电导率、磷酸根和ph值。

优选的，所述一号分支管道和二号分支管道中水样流量控制在19-21l/h范围内。

优选的，所述在线磷表的测量范围为0～5.0mg/l。

优选的，所述电导率流通池具有电导率电极，所述氢电导流通池具有氢电导率电极，所述脱气氢电导流通池具有脱气氢电导率电极，电导率电极、氢电导率电极和脱气氢电导率电极均通过电极线与多通道电导率表电性连接；多通道电导率表具备线性、酸性和氨补偿功能，其电极常数为0.01cm^-1或0.04cm^-1级。

本发明还提供了一种高参数锅炉炉水水质监测方法，采用上述的监测系统进行实施，其特征在于：将参数锅炉炉水水质监测系统安装在水汽取样间低温取样架上，所接水样为取样架减温减压后的炉水；炉水水样进入输送主管道，并通过一号针阀和一号流量计调节输送主管道内炉水水样流量为40l/h；通过不锈钢三通阀，炉水水样被分支为两路，并通过调节二号针阀和二号流量计调节一号分支管道和二号分支管道中水样流量为20l/h，一路炉水水样通过一号分支管道输送至在线磷表进行磷酸根含量测量，磷酸根含量传输至可编程控制器；另一路炉水水样通过二号分支管道输送至电导率流通池，随后该路的水样依次经过电再生阳离子交换柱、氢型交换柱、氢电导流通池、脱气单元和脱气氢电导流通池后排出至机组排水槽，多通道电导率表依次完成水样的电导率、氢电导率和脱气氢电导率的测量，并将电导率、氢电导率和脱气氢电导率传输至可编程控制器；可编程控制器根据得到的磷酸根含量、电导率、氢电导率和脱气氢电导率计算得到炉水水样的除磷氢电导率和ph值。

优选的，除磷氢电导率根据磷酸根含量和氢电导率进行计算，其计算公式为：

ccdp=ccb-4.06cp

式中ccdp为除磷氢电导率，ccb为氢电导率，cp为磷酸根含量。

优选的，ph值根据磷酸根含量、氢电导率、电导率和脱气氢电导率进行计算，其中由脱气氢电导率和氢电导率可以推算出炉水中碳酸根的含量，由磷酸根含量可知炉水中磷酸氢根的含量，由除磷氢电导率可知除磷酸氢根外的其它杂质阴离子含量，再结合电导率测量值即可得出炉水ph值。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、炉水ph测量结果准确性高，不论炉水采用哪种处理工艺，通过电导率、氢电导率、脱气氢电导率和磷酸根含量就可以计算出炉水的ph，这种计算ph的准确性和可靠性要求远高于采用直接电极法测量结果；

2、采用除磷氢电导率来反映杂质阴离子的含量，消除磷酸根对杂质阴离子含量监测的影响；

3、本系统可以长期运行而且免维护，相比于现有技术中采用直接法测量炉水ph时，需要定期进行检验校准工作，半年或者一年需要更换电极，而本系统安装调试后不需要进行校准和维护，更不需要更换电极，由于安装了前置电再生阳离子交换柱，变色阳离子交换柱使用周期至少可以达到一年。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构示意图。

附图标记说明：一号针阀1、二号针阀2、一号流量计3、二号流量计4、在线磷表5、电导率流通池6、氢型交换柱7、氢电导流通池8、脱气氢电导流通池9、脱气单元10、多通道电导率表11、可编程控制器12、不锈钢三通阀13、电再生阳离子交换柱14。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中公开了一种高参数锅炉炉水水质监测系统，包括输送主管道、一号分支管道、二号分支管道、在线磷表5、电导率流通池6、电再生阳离子交换柱14、氢型交换柱7、氢电导流通池8、脱气单元10、脱气氢电导流通池9、多通道电导率表11和可编程控制器12。

本实施例中，输送主管道、一号分支管道和二号分支管道通过一个不锈钢三通阀13连接；输送主管道上按照水流方向依次安装有一号针阀1和一号流量计3；一号分支管道与在线磷表5连接，并在一号分支管道上安装有二号针阀2；二号分支管道与电导率流通池6连接，并在二号分支管道上安装有二号流量计4。一号针阀1和二号针阀2均采用316l不锈钢针阀，一号流量计3和二号流量计4均采用玻璃转子流量计。

本实施例中，锅炉炉水水样分为两路进行输送，一路通过一号分支管道输送至在线磷表5，另一路通过二号分支管道输送至电导率流通池6，电导率流通池6、电再生阳离子交换柱14、氢型交换柱7、氢电导流通池8、脱气单元10和脱气氢电导流通池9按照水流方向依次连接。在线磷表5和脱气氢电导流通池9均通过管路接通至机组排水槽。

本实施例中，电再生阳离子交换柱14和氢型交换柱7共同起置换阳离子的作用，其中大部分交换过程发生在电再生阳离子交换柱中，氢型交换柱主要起备用作用。正常情况下，电再生阳离子交换柱至少可以连续使用一年；氢型交换柱根据树脂变色情况进行更换。

本实施例中，电导率流通池6、氢电导流通池8和脱气氢电导流通池9均通过电极线与多通道电导率表11电性连接；其中电导率流通池6具有电导率电极，氢电导流通池8具有氢电导率电极，脱气氢电导流通池9具有脱气氢电导率电极，电导率电极、氢电导率电极和脱气氢电导率电极均通过电极线与多通道电导率表11电性连接；多通道电导率表11具备线性、酸性和氨补偿功能，其电极常数为0.01cm^-1或0.04cm^-1级。

本实施例中，脱气单元10、在线磷表5和多通道电导率表11均与可编程控制器12通信连接。在线磷表5和多通道电导率表11将测量结果通过４～20ma的电流信号输入可编程控制器12，可编程控制器12具有显示界面，能显示的参数有炉水的电导率、氢电导率、磷酸根和ph值等关键参数。

本实施例中，一号分支管道和二号分支管道中水样流量控制在20l/h。在线磷表5的测量范围为0～5.0mg/l，仪器示值误差在±1%fs范围内，且可以在线自动进行定期校准。

本实施例中，考虑到炉水中可能存在碳酸根，会对炉水ph值的计算存在影响。本监测系统在氢电导率流通池8出口安装脱气单元10，脱除氢型交换柱7出水中的二氧化碳，测量脱气氢电导率，消除炉水中碳酸根对ph值计算的影响。

本实施例中，为了准确测定炉水的氢电导率，采用电再生阳离子交换柱14和氢型交换柱7串联的方式，可以同时确保测量准确性及运行周期。氢型交换柱7采用变色阳离子交换柱，其是采用透明有机玻璃制作，当交换柱树脂失效2/3时更换树脂。为了保证炉水氢电导率的测量连续性，在变色阳离子交换柱前安装电再生阳离子交换柱14，由电再生阳离子交换柱14去除水中绝大部分阳离子，变色阳离子交换柱只起提高准确性和备用的作用，因此可以长时间连续进行氢电导率测量。

本实施例中，还提供了一种高参数锅炉炉水水质监测方法，采用上述的监测系统进行实施，其监测方法为：将参数锅炉炉水水质监测系统安装在水汽取样间低温取样架上，所接水样为取样架减温减压后的炉水；炉水水样进入输送主管道，并通过一号针阀1和一号流量计3调节输送主管道内炉水水样流量为40l/h；通过不锈钢三通阀13，炉水水样被分支为两路，并通过调节二号针阀2和二号流量计4调节一号分支管道和二号分支管道中水样流量为20l/h，一路炉水水样通过一号分支管道输送至在线磷表5进行磷酸根含量测量，磷酸根含量传输至可编程控制器12；另一路炉水水样通过二号分支管道输送至电导率流通池6，随后该路的水样依次经过电再生阳离子交换柱14、氢型交换柱7、氢电导流通池8、脱气单元10和脱气氢电导流通池9后排出至机组排水槽，多通道电导率表11依次完成水样的电导率、氢电导率和脱气氢电导率的测量，并将电导率、氢电导率和脱气氢电导率传输至可编程控制器12；可编程控制器12根据得到的磷酸根含量、电导率、氢电导率和脱气氢电导率计算得到炉水水样的除磷氢电导率和ph值。

本实施例中，除磷氢电导率根据磷酸根含量和氢电导率进行计算，其计算公式为：

ccdp=ccb-4.06cp

式中ccdp为除磷氢电导率，ccb为氢电导率，cp为磷酸根含量。

本实施例中，ph值由ph值计算模型推导而出，ph值计算模型只有电导率、氢电导率、脱气氢电导率和磷酸根含量共4个输入变量，其中由脱气氢电导率和氢电导率可以推算出炉水中碳酸根的含量，由磷酸根含量可知炉水中碳酸氢根的含量，由除磷氢电导率可知除磷酸氢根外的其它杂质阴离子含量，再结合电导率测量值即可得出炉水ph值。

本实施例中，ph值计算模型中包含的4个变量均可以准确测量，保证了ph值计算的准确性。ph值计算模型实现对炉水ph值的精确计算，避免了直接用ph值表测量炉水ph值存在的各种问题，大大提高了炉水ph值测量的准确性和可靠性，并采用除磷氢电导率来反映杂质阴离子的含量，消除磷酸根对杂质阴离子含量监测的影响。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。