摘要：论述了TOC-5310C分析仪的测定原理；通过一种连续运行、控制方便、性价比高的离子交换在线性能测试平台，能够根据调节给水出力，来控制各离子交换器的流速，通过在交换器中填入不同类型的树脂，进行树脂性能的TOC在线监测；采用总有机碳（TOC）分析仪和离子交换在线性能模拟装置对电厂预处理系统、一级除盐系统中TOC进行了测定。
关键词：总有机碳；离子交换；预处理；一级除盐系统
引言
随着我省小火电机组关停，一批300MW以及600MW机组的新建，对机组运行时的水汽品质要求越来越高，对热力系统中有机物要求也越来越严格。新修订的GB／T 12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》【1】和DL/T912-2005《超临界火力发电机组水汽质量标准》【2】中都规定了给水的TOC质量标准。因此，为了保证火电机组安全、经济、稳定的运行，对运行机组开展总有机碳(TOC)的日常分析监督就日趋重要。
同时，随着水体污染程度的加重，火电厂用水中有机物含量不断增加，导致补给水系统中的活性炭失效，树脂严重污染，甚至提前报废;进人水汽系统的有机物受热分解后产生低分子有机酸和CO2，除了导致氢电导率超标和水质pH值下降外，可挥发的有机酸还会对蒸汽流通部分和汽轮机产生腐蚀作用。因此，TOC分析已成为水处理和质量控制的主要手段。
1. TOC-5310C分析仪的测定原理
常规TOC测定方法主要有高温催化燃烧氧化法、非色散红外探测(NDIR )技术检测法、直接电导法、选择性膜电导法。使用一种基于敏感型选择性薄膜的电导检测技术测量二氧化碳，从而测定TOC含量。
美国GE 5310CTOC分析仪的测定原理流程：样品进入总有机碳分析仪后将以规定的流量将6M的磷酸（H3PO4）注入样品中，以使样品的PH值减少到2之后将会与15%的过硫酸铵((NH4)2S2O8)结合，以加快有机物的氧化流经电导率传感器。。此时，样品流经混合环到达分流管，分流管将样品流分成两股相同但彼此分离的水流，一股水流用于测量IC,另外一股水流用于测量TC。该方法使用一种基于敏感型选择性薄膜的电导检测技术测量二氧化碳。采用这种方法可以准确测量TOC和IC，TC和IC电导池都包括电热调节器，所有的电导率读数都经过温度校正。TC和IC样品流中的CO2都通过各自的电导池进行测量，使电导读数可以计算TC和IC的浓度。对相关的值进行测量之后，TOC可以计算为差值：TOC=TC-IC。
2. 离子交换在线性能模拟装置
除去水中溶解性盐类，目前主要有三种方法：离子交换法、膜分离法和蒸馏法。在水处理领域内以离子交换最为普遍。离子交换法是指某些物质遇水时，能将本身具有的离子与水中带同类电荷的离子进行交换反应的方法。由图1可看出此装置模拟电厂除盐系统，包括水箱、恒流泵、活性炭过滤器、阳床、阴床和混床，依次相连，并在每个交换装置后设置一旁路可以取样。通过恒流泵进行给水出力的控制，能够根据实际的需求进行流量的模拟，水样依次通过各离子交换器，实现对水的除盐处理，并通过各设备的取样口，对水样的TOC等性能指标进行监测，从而实现对水质的控制保证。
1 集水箱 2 控制阀 3 进水管 4 过滤器 5 阳床 6 阴床 7 混床 8 备用床 9 水箱 10 取样口 11 球阀 12 恒流泵 13 出水管
图1离子交换在线性能模拟装置示意图
Figure 1 ion exchange online performance simulator diagram
3.TOC在线监测实验
3.1主要仪器及试剂
主要仪器为：5310C总有机碳分析仪（美国GE）；MILLI-Q超纯水机（美国Millipore）;电导率仪（美国Thermo）
采用的试剂为:TC和IC校准试剂（美国GE）；原水（抚河水）；在线模拟装置填充用阴阳树脂和活性炭；聚合氯化铝（原水预处理混凝澄清用）。
3.2实验过程及结果
对5310C总有机碳分析仪用试剂进行校准，通过后测定原水中TOC值。同时用高纯水冲洗离子交换在线模拟装置，测量经装置后纯水的电导率，水质合格后，在水箱中放入经混凝澄清处理后的原水，经装置后分时段进行TOC测定。
检测条件1：活性炭、阳树脂、阴树脂、混床树脂各单柱冲洗时间5分钟，串联冲洗30分钟，取样化验TOC后注入水样（混凝后上清液）运行。
检测条件2：活性炭、阳树脂、阴树脂、混床树脂各单柱冲洗时间20分钟，串联冲洗60分钟，取样化验TOC后注入水样（混凝后上清液）运行。测定结果见表1
表1按检测条件经模拟装置的TOC
Table 1 according to the test conditions by the TOC value of the simulator
取样点 TOC值/μg ·L-1 TOC值/μg ·L-1
(按检测条件1) （按检测条件2）
原水样 1120 1210
原水混凝澄清后 891 637
除盐水 72.5 173
装置冲洗混床出水 95.6 198
（装置运行20分钟后） （装置运行30分钟后）
模拟活性碳床 580 /
模拟阳床 591 /
模拟阴床 440 233
模拟混床 395 229
（装置运行40分钟后） （装置运行60分钟后）
模拟活性碳床 571 457
模拟阳床 595 458
模拟阴床 418 214
模拟混床 324 209
（装置运行60分钟后） （装置运行90分钟后）
模拟活性碳床 583 /
模拟阳床 601 /
模拟阴床 395 204
模拟混床 218 196
（装置运行120分钟后） （装置运行120分钟后）
模拟活性碳床 / 472
模拟阳床 / 491
模拟阴床 421 224
模拟混床 196 185
从表1数据看，通过实验室模拟一级除盐系统测得的TOC含量，运行2个小后接近于符合《超临界火力发电机组水汽质量标准》中给水TOC≤200μg ·L-1的要求。刚开始运行时，系统中自带的有机物含量复杂且实验室取样和测量存在有一定的误差，要用足够除盐水冲洗一段时间。
4.结论
⑴通过离子交换在线性能模拟装置的实验，系统中起去除有机物作用的主要是澄清池、活性炭、阴离子交换树脂和混床树脂。澄清池对有机物的去除率达36%一50%，阴离子交换树脂去除有机物的作用较明显，去除率可达60%一85%，混床有少量去除有机物的作用，而阳离子交换树脂对有机物的去除效果则不明显，自带的有机物反而使其略增加。
⑵通过模拟检测电厂原水预处理系统、除盐系统TOC含量，可以了解电厂水处理设备去除有机物的效率和机组水汽被有机物污染的情况。但要提高机组水汽品质，主要还得靠改善原水预处理和除盐处理效果，提高有机物去除率，尽量减少水中有机物被带入热力系统。
⑶因为电厂现场的复杂多变，单纯通过离子交换处理系统使TOC含量达到标准的要求很难实现，有条件时应配置反渗透装置，减轻对除盐设备的压力。
参考文献
【1】西安热工研究院有限公司．火力发电机纽及蒸汽动力设备水汽质量标准GB／T 12145-2008[S】北京2008
【2】西安热工研究院有限公司．超临界火力发电机组水汽质量标准DL／T 912—2005[S】北京：中国标准出版社2005
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