1、一种提高自动控制加氨准确性的方法摘 要：分别对给水 pH 值、电导率、流量相关控制信号在测量中存在的技术问题进行了详细的分析，并采用将给水电导率换算成 pH 值的技术，提出了一种提高自动控制加氨准确性的方法。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
2、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 12.718.3 MPa，要求给水氢电导率（氢离子交换后，25 ）0.3 S/cm，pH 值为 8.89.3（25 ，有铜系统），或 pH 值为 9.09.5（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11 纯水 pH 值测量的静电荷问题在实际中经常发现给水 pH
3、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5S/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E r，E r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
4、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。12 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=E 0+0.198 4 T lg a/n （1）式中 E测量电池的测量电位，mV；E 0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
5、求导：dE/dT=dE 0/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，dE 0/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
6、、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252 范围内。13 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 pH6.86 （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
7、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。14 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。15
8、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 12.718.3 MPa，对于有铜合金的给水系统，要求控制给水的 pH 值在 8.89.3（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
9、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。 2 给水电导率的测量及电导率与 pH 值的关系21 给水电导率的测量溶液导电是依靠离子在电场作用下定向迁移实现的。将被测溶液看作一个导体，在电极两端加一定的交流电压，
10、产生的电流信号经放大处理，得到测量溶液的电导率。电导率表征被测溶液的导电能力时，是指水中各种正、负离子导电能力的总和。电导电极是 2 块金属板（在线仪表测量电极大多数为不锈钢筒套式结构），比较稳定，也不受其他外界因素的干扰。另外，电导率是通过测量溶液阻抗，再转换为电流信号而得到的，因而基本不受纯水静电荷的影响，测量准确率大大提高。22 分布电容和温度的影响机组正常运行情况下，给水氢电导率0.3S/cm（25 ）。加氨后，给水在 pH8.89.3 范围内，电导率通常在 16S/cm 范围内变化，此时电导率较小，电极表面极化电阻的影响较小，分布电容影响较大，可以采用低频率的测量电流，减少分布电容的
11、影响。电导率在 16 S/cm 范围内变化，电导率随温度的变化基本为直线，故温度补偿可以按式（3）进行补偿：X（25 ）=X t /1 +（t-25） （3）式中 X（25 ）水样换算为基准温度 25 下的电导率；X t水样在 t 时的电导率；水样温度补偿系数。水样电导率在 16S/cm 范围内变化时， 可以取 0.02/。23 给水电导率与给水 pH 值的关系25 给水氢电导率0.3S/cm 时，水中的杂质对电导率的影响非常小。给水加氨后，氨气溶于水成为弱碱性溶液，增强了溶液的导电能力，使给水电导率示值增大十倍甚至几十倍。因此给水电导率大小主要取决于水中氨的浓度。水中氨浓度与 pH 值和电导
12、率之间存在确定的关系。给水电导率与 pH 值的关系见表 1。 根据给水电导率与 pH 值的关系，可以通过测量电导率计算出 pH值。德国 VGB 标准和欧洲标准都建议用测量给水电导率反算 pH 值的方法测量给水 pH 值。24 给水电导率测量精度高，控制范围大由表 1 可以看出，对于有铜合金的给水系统，给水 pH 值控制在 8.89.3（25 ），则电导率在 1.75.3 S/cm 范围内变化，电导率控制误差为3.6 S/cm， pH 值控制误差为0.5 ，电导率控制范围比 pH 值大，另外电导率测量精度比 pH 值测量精度高，因此用电导率作为控制信号更合理。 3 给水流量与加氨控制的关系给水流
13、量也是加氨控制的一个重要指标。锅炉给水流量增大，则补水量增加，为保持给水 pH 值在控制范围内，加氨量增大；反之流量减少，补水减量，加氨量减少。不同容量的机组、不同的系统给水流量的大小与加氨量的关系不同，但它们都有一定的对应关系。为了使给水 pH 值在控制范围内运行，可以用给水流量信号控制加氨量，这样就避免出现给水 pH 值测量不准确、控制范围小、误差大、不易实施的弊端。 4 国内自动加氨控制技术及展望通过以上分析可以看出，用给水 pH 值控制加氨量最直接，但是，给水 pH 值测量影响因素多、误差大，且 pH 值控制范围小，仅0.5，因此用给水 pH 值控制加氨量实施困难。目前国内通常用流量信
14、号控制加氨，有的用给水流量作为主调节信号，给水电导率或 pH 值作为辅助信号控制加氨。由于给水流量大小随机组负荷变化和系统运行调节而变化，给水流量与 pH 值数学模型因机组不同而异，需要在运行中摸索确定，因此用流量信号控制加氨的精度、准确度不高。目前有关单位正在研制一种多功能分析仪表，它可以直接测量给水的电导率，在 25 、水样稳定、保证电导率测量结果准确的前提下，具有把电导率换算成 pH 值的功能。在仪表表头上可以同时显示给水电导率值和 pH 值，这样用给水电导率作为控制信号的同时，还可以监测给水 pH 值。对于有铜合金的给水系统，电导率一般控制在 1.75.3 S/cm 范围内， 25 给水 pH 值控制在 8.89.3 范围内，相对于 pH值而言，电导率比 pH 值控制范围要宽。另外，给水电导率的测量较 pH值测量影响因素要少，测量准确度高，利用给水电导率和 pH 值的对应关系，通过测量给水电导率并用其信号控制加氨，使 pH 值控制在 8.89.3 范围内，控制加药会更及时、准确，其精度和准确度也会大大提高。
