發(fā)電機定子冷卻水處理工藝技術(shù)改造

陳 磊

（甘肅天水大唐甘谷發(fā)電廠，甘肅 天水 741211）

大唐甘谷發(fā)電廠1#、2#發(fā)電機為330MW機組，發(fā)電機的冷卻方式為水—氫—氫，即發(fā)電機組定子線圈空心銅導(dǎo)線采用除鹽水作為冷卻介質(zhì)。發(fā)電機廠家成套提供了小混床法處理定子冷卻水（簡稱定冷水） 的裝置。1#、2#機組自投產(chǎn)以來，發(fā)電機定冷水電導(dǎo)率、銅含量、pH指標一直不合格，含銅量最高達500μg/L左右，電導(dǎo)率10.0μS/cm左右，不能滿足DL/T 801-2002《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》規(guī)定（25℃時電導(dǎo)率≤2.0μS/cm、pH=7.0～9.0、含銅≤40μS/L、硬度＜2.0μmol/L）。定冷水水質(zhì)不合格將引起發(fā)電機短路、結(jié)垢、腐蝕、線棒過熱等問題，甚至造成發(fā)電機燒毀等。因此必須采取有效的凈化措施改善定冷水品質(zhì)。為從根本上解決發(fā)電機定冷水pH值偏低、腐蝕性強、電導(dǎo)率不穩(wěn)定、銅離子超標等問題，決定對發(fā)電機定冷水的處理方式進行技術(shù)改造。

1．裝置概況

大唐甘谷發(fā)電廠1#、2#發(fā)電機采用小混床旁路部分處理定冷水的運行方式。小混床設(shè)計壓力0.6MPa，處理流量2～4.5t/h，最大處理流量6t/h。

（1） 存在問題

自1#、2#機組投產(chǎn)以來，1#、2#發(fā)電機定冷水水質(zhì)各項指標均不合格，其中銅含量控制指標居高不下（銅離子含量在100～500μg/L），銅離子的產(chǎn)生與發(fā)電機的線棒腐蝕有密切關(guān)系，多次從小混床更換出的離子交換樹脂呈綠色。為緩解對系統(tǒng)的腐蝕，先后在內(nèi)冷水系統(tǒng)中投加銅保護劑，及時更換小混床樹脂，采用大量換水的方式仍不能達到定冷水水質(zhì)要求，所造成的運行費用半年時間達五萬元以上，水質(zhì)的不合格給安全生產(chǎn)帶來了巨大隱患。表1是1998年4月至7月對1#機定冷水銅離子含量跟蹤化驗結(jié)果。

μg/L表1

圖1 定冷水水質(zhì)電導(dǎo)率及pH跟蹤分析趨勢圖

在水質(zhì)發(fā)生異常的時間里，加強了定冷水水質(zhì)化驗分析工作，不斷提高水樣化驗頻率。圖1是1998年4月至7月定冷水水質(zhì)電導(dǎo)率及pH的跟蹤分析趨勢圖。

（2） 原因分析

①將定冷水總水量的5%～10%通過裝有陰、陽離子交換樹脂的混合離子交換器，除去水中各種陰、陽離子，使定冷水導(dǎo)電率維持在合格范圍內(nèi)，但定冷水經(jīng)小混床離子交換后，水中氫離子含量增多，使出水pH值降低，有時pH能低至5.0左右，更加劇了對銅導(dǎo)線的腐蝕。

②pH對銅在水中腐蝕的影響。在水中，銅的電極電位低于氧的電極電位。從化學(xué)熱力學(xué)的觀點看，銅是能被氧化腐蝕的，腐蝕反應(yīng)能否不斷進行，取決于腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì)。如果它在銅表面的沉積速度很快，而且又很致密，就起到了保護作用，即形成了保護膜；反之，腐蝕沉積物不能形成保護膜，腐蝕就會不斷地進行下去。銅氧化膜的形成和防腐性能，與溶液的pH值關(guān)系密切。提高介質(zhì)的pH值，可降低氧化銅的溶解度，但過高的pH值會使保護膜溶解。對照銅離子含量—pH圖可知，pH在6.95以下區(qū)域，出現(xiàn)Cu2+，即銅的腐蝕區(qū)；pH在7.0～8.0，銅腐蝕有一定減緩；pH為8.0～9.0時，銅腐蝕基本被抑制。pH對銅腐蝕的影響見圖2，銅腐蝕速率見圖3。

2．改造方案

解決定子冷卻水水質(zhì)的根本是在保持電導(dǎo)率合格的同時，提高pH值?；谏鲜?，在不增加發(fā)電機定冷水系統(tǒng)設(shè)備的條件下，通過離子交換方式使得定冷水中含有微量的氫氧化鈉。將原配備的兩臺小混床改造成類似于兩臺不同類型混床并聯(lián)運行結(jié)構(gòu)的微堿性循環(huán)處理裝置，將原設(shè)計強酸H型陽樹脂和強堿OH型陰樹脂混合運行方式改造為實驗合格再生后的強酸H型陽樹脂和強堿OH型陰樹脂、強酸Na型陽樹脂和強堿OH型陰樹脂并聯(lián)分層運行的方式。按2：1的比例配置D001陽樹脂和D201陰樹脂，按總樹脂量的10%配Na型陽樹脂，并在混床進出口加裝樹脂捕捉器，防止樹脂進入系統(tǒng)。同時在內(nèi)冷水箱出口配備了在線電導(dǎo)率儀和pH表，用于連續(xù)監(jiān)測內(nèi)冷水的水質(zhì)變化。小混床的內(nèi)部改造結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

改造后，采用微堿性循環(huán)處理定冷水時，將發(fā)生如下離子交換反應(yīng)：nRNa+Mn+→RnM+nNa+；nRH+Mn+→RnM+nH+（M為銅、鐵、銨等陽離子，n為陽離子電荷數(shù)）；nROH+Ak-→RkA+kOH-（A為氯、碳酸氫根等陰離子，k為陰離子電荷數(shù)）。

根據(jù)以上離子交換反應(yīng)式可知，只要發(fā)電機定冷水中含有微量的銅、鐵、碳酸氫根等雜質(zhì)離子，經(jīng)過微堿性循環(huán)處理器處理后，就能提高pH值，減少雜質(zhì)含量，減緩發(fā)電機銅線棒的腐蝕，確保發(fā)電機的安全經(jīng)濟運行，真正意義上解決發(fā)電機定冷水水質(zhì)的問題。

3．效果

2008年10、11月先后對1#、2#發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)實施改造。改造后，1#、2#發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)實現(xiàn)了閉式循環(huán)，補水量大大降低，投運當日的內(nèi)冷水質(zhì)即合格，pH值上升到7.0～8.5，電導(dǎo)率基本上穩(wěn)定在0.60μS/cm，銅含量也明顯降低，系統(tǒng)腐蝕得到減緩（圖5、6）?？梢钥闯?，發(fā)電機定冷水處理系統(tǒng)改造后，水質(zhì)狀況得到改善，定冷水的各項水質(zhì)指標均達到了預(yù)期效果，符合GB/T12145-1999標準的規(guī)定。

由于系統(tǒng)改進后實現(xiàn)了閉式循環(huán)，補水量大大降低，不僅節(jié)約了大量除鹽水，而且發(fā)電機運行系統(tǒng)耐受外界沖擊污染能力增強。同時1#、2#機組定冷水處理裝置年運行費用由原來的10萬元降至現(xiàn)在的2萬元左右，經(jīng)濟效益明顯。