0 引言

水质分析仪器在我国火电厂的应用始于1954年，从最初的测盐计发展成后来10余种类别的几十种产品，配备率也由起步时的不足10%迅速提高到96%以上，为我国火电事业的发展起到了促进作用。近年来，随着大容量、高参数机组相继投产，20世纪六、七十年代一直沿用第2代水质分析仪器已无法满足现代化大机组的技术需要，为此，内蒙古电力科学研究院研发了ZYGL-Ⅲ型专用在线工业离子色谱分析测量装置，通过对生产过程中水汽品质的实时监测，有效控制机组腐蚀程度^[1]。

1 第2代水质分析仪在火电厂应用中存在的问题 1.1 阻抗不匹配、测量信号衰减大

近年来，随着电力工业技术的不断进步，化学补给水处理技术已由单一的除盐处理发展到预处理、反渗透、电渗析和深度离子交换等综合水处理工艺，化学补给水的水质标准也由原来的电导率≤ 10 μS/cm，w_SiO2≤100 μg/L提高到电导率≤0.15 μS/ cm、w_SiO2≤10 μg/L^[2]；水质分析仪器测量对象的阻抗也提高了60多倍，由不足0.1 MΩ提高到目前的6.7~ 18.0 MΩ，出现水质分析仪器与分析测量对象之间的输入与输出阻抗不匹配问题，造成传感器输出的分析测量信号大幅度衰减，水质分析仪器的测量误差增大。

1.2 静电干扰

一般情况下，物体的电阻值≥2.0 MΩ，即可被认为是绝缘体，因此，分析仪的检测对象实际上已成为绝缘体，其在水汽取样系统内流动过程中，会产生具有高电势和微电流的静电（易堆积不易排出），对测量系统造成干扰^[3]。根据现场测试表明，试样流速越快、运行时间越长，静电堆积对仪表测量的干扰也越严重。

1.3 电磁场干扰

发电机本体周围存在的电场和磁场，会对水质分析仪器产生干扰。发电机的容量越大，产生的电磁干扰也越大。而目前市场上所提供的水质分析仪器，大多不具备抗电磁干扰的功能。

1.4 测量对象的改变

新投产大机组的水汽质量有了大幅度提高，对水质分析仪器的准确性也有了新的要求，传统第2代水质分析仪器已经很难满足测量要求。以常规的钠表为例，由于钠离子选择性电极的检测准确性太低，使得该类表计已经不适合在大机组上应用。

2 ZYGL-Ⅲ型专用在线工业离子色谱分析测量装置的研制及应用

在火电厂中，水质分析仪器的核心工作就是对生产过程中的水汽品质进行不间断地自动测量分析，实时提供数据信息，为技术监督的判断、决策提供准确、可靠的技术数据。针对第2代分析仪存在的问题，研制了可以连续、动态实时、准确监测的ZYGL-Ⅲ型专用在线工业离子色谱分析测量装置。

2.1 色谱分析原理

色谱分析测量方法是利用物质在固定相和流动相之间相互作用的平衡场内的行为差异，从多组分混合物中使单一组分互相分离，继而再进行定性检出和定量测定的1种电化学分析方法^[4]。

2.2 测量装置工作原理 2.2.1 离子色谱分析方法

典型的液相离子色谱分析系统由淋洗液贮存箱、高压柱塞泵、进样器、分离柱、抑制柱、检测器、终端显示器等几个单元模块构成。首先色谱柱对试样进行分离, 试样中的各种离子组分随着流动相依次进入检测器, 检测器将水样中的不同离子浓度值转化成相应的电信号, 再由“记录器”记录下来。可以得到1组“时间—分析测量信号峰值”的工作曲线，即：不同离子浓度与响应时间段的工作曲线。

2.2.2 传统离子色谱分析的局限性

传统的高效离子色谱分析法（HPLC）虽具有分离效率高、检出限低、应用范围宽等技术特点，但在使用过程中需“高压泵”与繁杂的脱气预处理工艺，均限定了HPLC只能适用于实验室工作条件，需要人工操作注样器将试样注入测量系统中。这种检测方法存在样品代表性不强，测量数据间断、不及时，实验室仪器受环境温湿度影响大，并且对操作人员的技术水平要求高等问题。而专用在线工业离子色谱分析测量装置可以方便地安装在水汽取样间对水汽介质中阴、阳离子含量进行连续分析监测，根据测量结果对水汽品质进行调整、控制，有效地缓解机组积盐与腐蚀的发生。

2.2.3 测量装置原理

ZYGL-Ⅲ型专用在线工业离子色谱分析测量装置的原理如图 1所示，流动相为被测对象，固定相为所研制的特殊离子交换色谱柱，检测器为特制的专用电导电极。

目前国内外常规的电导电极常数一般为0.01cm^-1，在纯水测量中，容易引起电极的极化以及容抗和感抗对测量准确性产生影响，造成测量误差增大^[4]。因此，研制了专用检测器，其结构示意图如图 2，该检测器的电极常数可以达到0.001 cm^-1，完全满足纯水测量的要求，保证了检测器的测量准确性。

2.2.4 测量装置的测量指标

专用在线工业离子色谱分析测量装置主要适用于火电厂大机组，具有无线远传功能，可以在任意1台显示终端上随时查看数据并进行操作。该装置可以同时对试样中阳离子及阴离子总量进行在线测量，实时对锅炉水汽系统中单种类型阴离子的含量、加氨系统中铵离子的含量和不加氨系统中单种类型阳离子的含量进行检测，阴、阳离子质量分数的测量范围为0~0.001，基本误差为0.1×10^-6。

2.3 测量装置现场应用

2019年ZYGL-Ⅲ型专用在线工业离子色谱分析测量装置在内蒙古京隆发电有限责任公司开始使用，表 1为其与实验室离子色谱仪的测试数据比对。从表 1数据可以看出，炉水中的阴离子为Cl^-和SO₄^2-，没有其他离子；专用在线工业离子色谱分析测量装置与实验室离子色谱的测量数据基本吻合，证明专用在线工业离子色谱分析测量装置可以准确测量水样中的离子含量。

专用在线工业离子色谱分析测量装置成功申请了国家专利，填补了国内该领域分析仪器的1项空白^[5]。

3 结束语

专用在线工业离子色谱分析测量装置可以对水样进行连续、动态、实时监测，为大机组火电厂水汽质量提供更加准确、及时的数据支撑，保障机组安全、经济、稳定运行。