摘要20世纪70年月，曾对胶体硅问题进行过年夜的研究，但此问题近来在有些电厂重新泛起。另外，在新电厂的设计中，时常由于胶体硅含跨越尺度，而设置预处置装备。经过研究，认为：原来的胶体硅界说和测定方式存在一些不足的地方需要改良。本文对胶体硅的界说、测定方式、发生的缘由、检测进行了分析，提出领会决火力发电厂胶体硅问题的标的目的。

1.问题的提出
胶体硅问题，在70年月早期，曾进行过年夜的研究，提出了测定方式、处置方式和运行与设计尺度，是以，80年月以后，基本上解决了火力发电厂的胶体硅问题。可是，由于对胶体硅的界说不够准确和测定方式中存在一些问题，是以，造成了下列问题的发生：
1）有的电厂，在运行中，有时泛起胶体硅的问题，从汽锅补给水中又没法查出胶体硅的来历，此现象时隐时现；
2）在新电厂的设计中，有时为了原水胶体硅一项指标比力高，而必需采用混凝—澄清装备或直流凝聚，甚至于泛起对井水，为了往除胶体硅而要求采用混凝的情况；
3）有的电厂由于胶体硅问题持久没法解决，造成蒸汽品恶化，影响机组的平安运行。
4）为此，我们对火力发电厂泛起的胶体硅问题，进行了进一步的研究，现对胶体硅的界说和检测、测定方式，提出一些看法，与水处置工作者配合钻研。

2.自然水中粒子的分类
2.1宏观分析
从宏观上看，水中的粒子可以分为固体颗粒、胶体和消融的离子三种。
2.2自然水中的悬浮颗粒[1]
对水中的粒子，依照其粒径的年夜小，可以进一步细分以下：
名称粒子直径，m
粗砂砾>2×10-3
细砂砾1～2×10-3
粗砂0.5～1×10-3
中砂2.5～5×10-4
细砂1～2.5×10-4
极细砂5～10×10-5
泥砂1～5×10-5
细泥砂5～10×10-6
粘土1～5×10-6
细粘土1～10×10-7
胶状粘土<1×10-7
2.3按涣散相颗粒年夜小分类[2]
对液体中的涣散相颗粒，按粒径的年夜小可分为：
⑴粗涣散系统（悬浊液、乳状液）
粗涣散系统包括：粒径年夜于10-7m的颗粒。其主要特征为：不能经由过程过滤的方式使颗粒与液体分手。在普通显微镜下可以看见颗粒。
⑵胶体涣散系统（溶胶）
胶体涣散粒子的粒径在10-9～10-7m之间。其主要特征为：颗粒能经由过程滤纸，但不能经由过程半透膜，即不能用过滤方式使颗粒与液体分手；在液体中扩散很慢。在超显微镜下可以分辨。
⑶份子与离子
份子与离子的粒径在10-9m以下。其主要特征为：颗粒能经由过程滤纸和半透膜，在液体中扩散很快。在超显微镜下是不成见的。
2.41972年热工所对水中硅化合物的分类[3]
⑴呈份子、离子状态的硅酸化合物：
这类形态的硅酸化合物，消融于水中，其微粒年夜小在1纳米以下，呈真实溶液，在某些条件发生变化时，较易转变形态。
自然水中溶有这类硅酸化合物，是由于自然水中与硅酸盐岩石接触的成效。硅酸是很弱的酸，其消融度又极小，故它很容易从硅酸盐中被其他酸（即使很弱的碳酸）排代出来，从而致使自然水消融有份子、离子状态的硅酸化合物。
消融在水中简单的硅酸化合物是正硅酸。正硅酸H4SiO4（SiO2 2H2O）与钼酸盐发生以下反应生成硅钼黄：
H4SiO4 3Mo4O132- 6H --H4Si（Mo3O10）4
曩昔的实验方式（火力发电厂水汽实验方式1964年）所测得的就是这类硅酸化合物，它可以经由过程强碱性离子交换树脂往除。
⑵呈不安宁的胶体硅：
这类形态的硅酸化合物，其微粒年夜小变更于1μm～1nm之间，呈胶体涣散系统。它自身不能沉降，能经由过程滤纸，但不能透过半透膜。在某些条件发生变化时，也较易转变形态。
自然水中胶体硅的来历，是由于在水的pH发生变化是，其中的游离硅酸含增加，并发生聚合反应，形成双份子、三份子聚合物，后转变为不消融的多份子聚合物的成效。
自然水中的胶体硅，往往随着条件的变化而变化。例如，当自然水中含二氧化碳较多pH值和温度较低时，原来消融的硅酸便会析出，并进一步聚合成胶体多硅酸；当水的pH值和温度较高时，这类胶体硅酸化合物又会转变为真实溶液，实验成效说明，在高压和超高压汽锅条件下，水中的胶体硅，基本上转为呈真实溶液的硅酸化合物。
胶体硅酸有些与钼酸反应缓慢，有些则几近不发生反应，这就是曩昔的硅测定方式不能测得胶体硅的缘由，好比，双份子硅酸和钼酸的反应，须10min完成。更高的聚合物就需要很长时间方能完成，是以，虽然理论上胶体硅酸与溶液状态硅酸是处于动平衡状态，但由于胶体硅酸与钼酸反应进程缓慢，以致于现实上不能在一般比色测定中测出。
胶体硅酸与真实溶液分歧，具有胶体涣散系统的内在纪律，如在放置进程中会自然变化。其涣散度逐渐下降（粒子合并）；添加少许电介就可能引发年夜胶体涣散沉淀等，这一能破坏胶体稳定性的纪律，指出了添加凝聚剂往除胶体硅是可行的方式。
⑶吸附状态的硅酸化合物：
自然水中含有铁、铝氧化物颗粒、钙镁等碳酸盐颗粒和悬浮的有机物颗粒时，能将水中的硅酸吸附在这些颗粒概况，呈吸附状态的硅酸化合物，一般可经过滤往除。但当水中含有多有机物时，常存在较安宁的粒度很是小的悬浮物，即使外状较为透明其胶体硅含也多，且不宜经过滤破除。
⑷比力平安的粗粒状态的硅酸化合物
自然水中比力安宁的粗粒状态的硅酸化合物，是指存在于水中的粘土、岩石、硅酸盐等所含的硅酸。这类形态的硅酸化合物，随着季节分歧，含变化甚年夜，一般可用过滤方式往除。
近来许多单元将类硅酸化合物称为活性硅，将其余三类合称非活性硅是合理的，可是对经过凝聚、过滤的地表水或透明的地下水中，除类硅酸化合物称活性硅外，其余部门因基本上无吸附状态和比力安宁的粗粒状硅酸化合物，称为胶体硅更为明确些。
上述将水中的硅化合物，依照其粒子的年夜小分为4类，基本上是准确的。可是，将活性硅之外的三类合称为胶体硅（上个自然段，带下画线部门）是毛病的，由于胶体硅与泥砂的往除方式是分歧的。

3.除硅的方式
3.1分歧形态硅酸的往除方式
对自然水中的硅酸进行上述分类，是由于往除分歧型态硅酸的原理和方式都是分歧的。
对离子态的硅酸，可以使用离子交换的方式往除。在离子态的硅酸被除往后，小份子的硅酸可以解聚，并可进一步解离成离子态，是以，一样可以用离子交换的方式除往。
对水中胶体状态的硅酸，必需添加混凝剂，使胶体脱稳，凝聚、沉淀后方可除往。
对水中的悬浮物颗粒，可以经由过程过滤的方式除往。
类的硅化合物，是活性硅，不仅可以用钼酸铵法直接测定，而且可以使用化学除盐的方式除往；第二类的硅化合物，经过氢氟酸转换，可以使用钼酸铵的方式测定，但必需使用混凝－澄清－过滤的方式才能往除；第三类是被吸附的硅化合物、第四类是粗、涣散颗粒的硅化合物，可以使用机械过滤的方式往除。是以，从往除方式来说，可以将第三与第四类合并为一类。
3.2对胶体硅的误解
从自然水中的悬浮颗粒粒径可以看出，其中尽年夜部门是砂粒和粘土，（即粒径年夜于10-7m），是以，只是悬浮物而不是胶体。只有少许的胶状粘土的粒径小于10-7m，它们才具有胶体的性。曩昔，把不能直接与钼酸铵络合的非活性硅都看做是胶体硅是毛病的。
在地下水中，由于水在地层中经太长时间的渗透和吸附，悬浮物和胶体硅都被留在地层中，是以，地下水的浊度低、清澈透明，一般不含有胶体硅。可是，由于当地的地结构分歧，井水中有时也会带进少许的粘土或砂粒，曩昔统称为“胶体硅”，这就是误认为地下水中也存在胶体硅的缘由。
3.3处置方式的分歧
由于胶体粒子具有带电荷、粒子有布朗运动现象，和用过滤方式不能除失落的特征，必需采用混凝-澄清的方式往除，而砂粒是可以用过滤方式除失落的。
由于毛病地把地下水中的砂粒（在测定中，同属于“非活性硅”）也作为胶体处置，就对地下水提出了进行混凝处置，除胶体硅的要求，又斟酌到地下水中的悬浮物太少，没法在澄清池内形成泥渣层，造成矾花被带出，出水浊度年夜于进水的现象，为此，在电厂的设计中只能采用直流凝聚工艺，现实上，地下水中是不存在胶体硅的，所以，年夜部门的直流凝聚装备都不需要运行，而井水中也很少存在胶体硅。

4.水中硅酸的界说
凭据将能够与钼酸铵直接络合生成硅钼黄的硅及其化合物称为“活性硅”，和经过氢氟酸转化后能与钼酸铵反应的全数硅及其化合物称为“全硅”的界说，可以将自然水中的硅及其化合物进行分类以下：
4.1全硅
水样不外滤，加氢氟酸后测得的硅（以SiO2暗示，下同）。
全硅＝活性硅＋非活性硅
4.2非活性硅
非活性硅等于全硅减往活性硅（也可称为“反应硅”）。
非活性硅＝全硅－活性硅
4.3胶体硅
能经由过程0.45μm的滤膜，但不能直接与钼酸铵发生反应的硅化合物，称为“胶体硅”。
非活性硅＝胶体硅＋惰性硅
4.4惰性硅（或颗粒硅）
不能经由过程0.45μm的滤膜，也不能与钼酸铵直接发生反应的硅，称为“惰性硅”。
对胶体硅，必需经由过程混凝进程才能除往，而惰性硅可以采用过滤的方式除往。这两种硅化合物的处置方式是不不异的。
在火力发电厂中，影响水处置工艺的主要是胶体硅的含，而不是惰性硅，是以应当对测定方式作出响应的修改。

5.全硅测定方式的改变
5.1水样的过滤问题
在1978年版和1984年版的《火力发电厂水、汽实验方式》中，都有“全硅的测定”。在重法的测定（SS-6-1-78，SS-6-1-84）中，由于是对消融固体物的残渣作进一步分析，而消融固体物使用的水样是经过过滤的，是以，没有问题。可是，对使用氢氟酸转化分光光度法的（SS-6-2-78，SS-6-2-84）全硅的测定中，没有明确对水样的过滤，只是划定：“在水样混浊时，应凭据实验要求进行过滤”，显然是不够明确的。
畴前面谈到的水中粒子的分类中可以看出，水样中将含有分歧粒径的颗粒，为了取得一致的测定成效，必需对水样的过滤作具体的划定。国内曾认为：可以使用滤纸过滤，也有人提出滤纸的孔径分歧，将造成测定成效误差过年夜，要求使用0.45μm的膜作为过滤尺度。国外[4]曾认为：应当使用0.1μm的膜作为界定胶体硅的尺度。
我们曾试用致密的定滤纸（4号），进行实验，成效讲明，可以获得稳定的测定成效。我们认为：使用0.45μm的滤膜对各类水样都应进步前辈行过滤是科学的，也是可行的。
5.2误差过年夜的问题
在上述两版《火力发电厂水、汽实验方式》中，包括了生水、炉水、除盐水、给水、凝结水和蒸汽样品的测定方式，可是，却没有经过预处置后的澄清水的测定方式。
混凝－澄清是往除原水中胶体硅的有用方式，处置后水中胶体硅的含是衡往除效果的重要手段，可是，由于澄清水中活性硅的含依然很高，可是，胶体硅含却已很少，使用差示法进行测定，要求测定方式的切确度必需年夜为提高，否则，测定成效将发生很年夜的误差。例如：对活性硅含为20mg/LSiO2的水样，测定方式的切确度到达1时，误差为±0.2mg/LSiO2。其中胶体硅含为1mg/LSiO2时，测得的成效为1±0.2mg/LSiO2，即测定成效在0.8～1.2mg/LSiO2范围内。若是胶体硅的含下降为0.1mg/LSiO2时，则测定误差为0.1±0.2mg/LSiO2，即测定成效在0.10.3mg/L～0.3mg/LSiO2之间，因误差过年夜，数据不能使用。
实验成效讲明，切确掌握测定的各个步骤，氢氟酸转化分光光度法是可以使用的，可是，对加进各类试剂的数目、加热转化的温度（甚多孔水浴锅内的位置）、加热时间等，必需严酷控制，实验成效是可以平行的。
5.3解络不完全的问题
在澄清水中胶体硅的实验方式研究中，发现使用三氯化铝对硅氟络合物进行解络时，不能到达100将络合的硅放出，是以，泛起经过络合、解络样品的消光值低于活性硅的现象。由于影响的尽对值不年夜，在测定中对成效影响较小，是以被疏忽。可是，在澄清水的测定中，由于胶体硅含已很低，此现象造玉成硅的测定成效低于活性硅的不正常现象。经过研究后，对测定方式进行了修改，效果秀。

6.热力系统中非活性硅的来历
6.1补给水处置系统带出泥砂
由于曩昔将非活性硅统称为“胶体硅”，在汽锅给水中泛起非活性硅时，就认为：把胶体硅带进给水的，只有原水带来的胶体硅（没有斟酌“惰性硅”被汽锅补给水从水处置系统带出的问题。），而没有斟酌预处置系统带出的泥砂和与矾花。
在地表水的混凝-澄清处置中，若是添加的混凝剂不足，甚至于认为原水中浊度低而停加混凝剂，此时，水中的胶体粒子的电荷没法中和，依然连结胶体状态的粒子和细小的矾花，从澄清池带出，经由过程过滤器后，进进离子交换器。
进进离子交换器的泥砂与矾花，对下向流运行的离子交换器（包括顺流再生和逆流再生）来说，这些杂会在树脂层概况储蓄积累，形成泥饼。当交换器反洗时，泥饼破裂成碎块，由于泥饼碎块的密度和粒度都年夜于树脂，所以，泥饼碎块就会沉到树脂层的底部。在交换器再次投进运行时，沉在树脂层底部的泥砂很容易被水流带出，进进后级的阴床。随着时间的延长，泥砂会逐渐穿透阳床、阴床，甚至混床，随补给水进进热力系统。
6.2汽锅补给水中非活性硅的转化
今朝，年夜型火力发机电组的汽锅补给水，年夜部门是补进凝汽器进步前辈行除氧，与凝结水夹杂送出，成为低温给水的，是以，一旦发生胶体硅问题，首先斟酌的是从汽锅补给水带来的。
在热力系统中，随着温度的逐渐升高，凝结水中的非活性硅会解聚并消融于水中，成为活性硅。是以，热力系统中泛起胶体硅问题的特征是：在凝结水、低压加热器、除氧器、高压加热器的水中，活性硅的含慢慢升高。实上，这是一个因水温升高，非活性硅向活性硅转化的进程。
6.3冷却水从凝汽器漏进
汽机凝汽器是处于真空状态下工作的，是以，即使凝汽器管和与管板之间存在极小的裂缝，城市造成冷却水漏进凝结水，造成凝结水的水恶化。
对于凝汽器的泄漏，曩昔主要是监视消融盐类，通常为测定凝结水的硬度、电导率和含钠，很少注重随冷却水带进凝结水中的悬浮物和胶体。这些悬浮物和胶体主要是：灰尘、粘土和有机物，其中都含有年夜的硅化合物。当这些硅化合物进进纯度很高的凝结水时，由于水温低，接触的时间短，在凝结水中来不及消融，是以依然以固体或胶体状态存在于凝结水中。随着水温的逐渐增高和接触时间的增加，部门硅化合物将消融于水中，转变为活性硅。这就泛起了凝结水和给水，在热力系统中随着温度的升高，发生活性硅含逐渐增加的现象。这就是热力系统中存在“胶体硅问题”的标志。
前苏联ПермскаяТЭЦ-1的实验成效讲明，给水中非活性硅的含与凝结水中的变化是完全一致的。
我国湖北某电厂也曾发生因凝汽器泄漏造成胶体硅问题的实例。

7.运行中泛起的胶体硅问题
7.1泛起胶体硅问题的现象
泛起下列现象时，应进一步查找胶体硅的问题：
⑴按水汽系统计较活性硅平衡时，发现进进与排出汽锅的硅酸盐相差较年夜；
⑵凝结水经太低压加热器、除氧器、高压加热器和省煤器时，水中的活性硅含逐渐上升，并时常泛起；
⑶热力系统中，各类水及格，但炉水硅酸盐含太高，影响蒸汽含硅超标。
7.2缘由的查找
经过研究，我们选择了低压加热器前后，水中活性硅含的变化，作为检测指标。由于在这一段内，凝结水的压力不高，同时，没有其他的水进进。可是，今朝的水汽系统，有的将汽锅补给水补进凝汽器，有的则补进除氧器。下面划分进行计议：
⑴对汽锅补给水补进除氧器的系统，比力简单，只要直接测定低压加热器前、后水中活性硅的含即可。若是出口的SiO2含年夜于进口，则可认为这些非活性硅是从凝汽器随冷却水漏进的。
⑵对汽锅补给水补进凝汽器的系统，则要在将除氧器补到高水位后，遏制补进弥补水，观察低压加热器前、后水中的活性硅含。若是遏制补进汽锅补给水时，低压加热器前、后水中的活性硅含相等或相近，则说明凝汽器没有漏进非活性硅。再补进弥补水时，若是低压加热器前、后水中的活性硅含发生差异，则说明弥补水中有非活性硅漏进。
⑶凝汽器的泄漏，使用测定硬度的方式，因活络度太低，不容易发觉。建议采用氢电导率的方式测定，但要斟酌在线仪表的温度抵偿问题。
⑷对装设有凝结水处置除盐装备的系统，在氢型混床情况下运行时，不存在凝汽器漏进冷却水的影响，由于在此情况下，凝结水处置装备将吸收漏进的盐类，并截留悬浮物。
7.3测定方式的改良
为了查明非活性硅的来历和风险，必需凭据现实情况，制定分歧的实验方式。
⑴测定凝汽器冷却水中的全硅含
取现场的凝汽器冷却水（不外滤，但取样前应摇匀），加进足的氢氟酸，尽使水中的悬浮物消融，由于悬浮物进进凝结水后，也会转变为活性硅。
⑵测定汽锅补给水中的全硅含
取现场的汽锅补给水（不外滤，因水样一般都是澄清的），加进一定的氢氟酸，按实验方式进行实验。此实验的成效讲明是否有非活性硅进进热力系统。
若是测定成效发现汽锅补给水中有非活性硅，那末，应进行进一步的实验。
⑶测定原水中的全硅含
由于此原水是用于汽锅补给水的，而且在制备汽锅补给水的进程中要经过混凝澄清、过滤、离子交换等工艺，所以应当先经过滤纸（或滤膜）过滤，并在实验陈述中注明。
7.4在汽锅补给水处置进程中，查明全硅的行为
对水处置进程中的各类水（包括：澄清水、阳、阴床、混床出水），测定其全硅含，则水样不需过滤。若是是为了选择水处置方式，则需要划分测定水中的胶体硅和惰性硅的含。经由过程0.45μ的微孔滤膜过滤后的水样，测得的非活性硅含是胶体硅含；不外滤的水样测得的长短活性硅含。两者之差为“惰性硅”的含。
为了查明各类硅的行为，可以模拟分歧的水处置工艺进行小型实验，以肯定该工艺对胶体硅和惰性硅的往除能力。

8.胶体硅问题的解决方式
8.1下降离子交换器进水的浊度
下降澄清水的浊度和非活性硅的含是避免汽锅补给水造成胶体硅问题的重要措施。除增强监视外，应经由过程调整实验，使澄清池在好状态下运行。
8.2定期断根水处置系统中的沉积物
在离子交换器内，截留少许的悬浮物和矾花，是正常的现象。下向留运行的离子交换器，经太的运行，树脂层中积留一些泥砂是常见的现象，为了避免这些泥砂被水流带出，经过一按时间（通常是半年到一年），应对离子交换器进行年夜修，卸出全数树脂，进行完全的清算。
8.3避免凝汽器的泄漏
避免凝汽器的泄漏长短常重要的，不仅冷却水中的悬浮物会造成胶体硅问题，而且漏进的硬度等盐类，将对热力系统的平安、经济运行造成严重的后果。是以，必需对凝汽器的泄漏进行严酷的监视。