發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水旁路小混床處理工藝改進(jìn)

孫彩珍，楊發(fā)亮，劉在博

（山西魯能河曲發(fā)電有限公司，山西忻州036500）

發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水旁路小混床處理工藝改進(jìn)

孫彩珍，楊發(fā)亮，劉在博

（山西魯能河曲發(fā)電有限公司，山西忻州036500）

發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水采用旁路小混床處理方式凈化內(nèi)冷水，傳統(tǒng)的內(nèi)冷水具有小混床處理周期短和p H值低等弊端，不能滿足大型機(jī)組對(duì)內(nèi)冷水水質(zhì)的要求。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，在不改動(dòng)設(shè)備的條件下，僅通過(guò)改變樹(shù)脂的裝填方法，充分利用樹(shù)脂的性能延長(zhǎng)小混床運(yùn)行周期，改善出水水質(zhì)。

內(nèi)冷水指標(biāo)；小混床；樹(shù)脂

0 引言

為了改善發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的水質(zhì)，目前發(fā)電機(jī)組普遍采取的防腐、凈化處理的方式主要有單純補(bǔ)充除鹽水或凝結(jié)水運(yùn)行方式、內(nèi)冷水加銅緩蝕劑法、小混床處理法和雙小混床處理法。山西魯能河曲發(fā)電有限公司采用除鹽水作為內(nèi)冷水，內(nèi)冷水旁路20%左右流量通過(guò)小混床處理。但是單純的小混床處理方法仍不能滿足目前機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，通過(guò)小混床工作原理進(jìn)行分析，認(rèn)為其樹(shù)脂的配比方式不合適引起樹(shù)脂提前失效和無(wú)法達(dá)到內(nèi)冷水的指標(biāo)要求。因此，改進(jìn)了樹(shù)脂的裝填方法，采用三層樹(shù)脂從上到下依次為陽(yáng)樹(shù)脂交換層200mm、混合樹(shù)脂交換層（陰∶陽(yáng)=2∶1）、陰樹(shù)脂交換層200mm，實(shí)現(xiàn)了提高混床出水品質(zhì)，延長(zhǎng)運(yùn)行周期的目的。

1 內(nèi)冷水的指標(biāo)監(jiān)督與分析

發(fā)電機(jī)運(yùn)行中內(nèi)冷水化學(xué)監(jiān)督的指標(biāo)是電導(dǎo)率、pH和銅含量。這三項(xiàng)指標(biāo)是發(fā)電機(jī)對(duì)冷卻水質(zhì)的重要要求，而內(nèi)冷水屬于純水，較其他水質(zhì)監(jiān)測(cè)影響因素較多，所以對(duì)內(nèi)冷水中電導(dǎo)率、pH和銅含量的含義以及監(jiān)測(cè)的干擾因素進(jìn)行深入分析。

1.1 電導(dǎo)率

我國(guó)大型機(jī)組電導(dǎo)率一般要求0.5μS/cm以下，進(jìn)口機(jī)組有的要求0.2μS/cm以下[1]。由于電導(dǎo)率反應(yīng)的是水中離子含量的多少，采用除鹽水作為補(bǔ)充水，電導(dǎo)率升高主要是吸收空氣中二氧化碳，在水中形成碳酸后，解離出離子的作用。所以采用旁路混床深度除鹽處理，才可以保證水質(zhì)達(dá)到0.2μS/cm標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 pH值

內(nèi)冷水控制pH值的目的是防止銅導(dǎo)線的腐蝕，銅在水中穩(wěn)定區(qū)間pH值在7～10之間，發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水pH值標(biāo)準(zhǔn)為7～9[2]。影響pH值降低的主要原因是內(nèi)冷水箱空氣門(mén)通大氣，內(nèi)冷水吸收空氣中的二氧化碳；補(bǔ)充除鹽水吸收二氧化碳。內(nèi)冷水箱氮?dú)夥忾]可吸收二氧化碳，缺點(diǎn)是降低對(duì)水箱氫氣監(jiān)測(cè)的靈敏度。pH值測(cè)量也是一個(gè)重要原因，在線儀表大都采用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液靜態(tài)標(biāo)定后動(dòng)態(tài)測(cè)量，靜電荷、液接電位、氯化鉀擴(kuò)散濃度不一致引起誤差，取樣后測(cè)定易受空氣中的二氧化碳污染，上述原因均可造成pH偏低[3]。較簡(jiǎn)便的解決方法是用便攜式儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，采用靜態(tài)標(biāo)定，將動(dòng)態(tài)測(cè)量改為沖洗后在隔絕空氣條件下靜態(tài)測(cè)量，消除測(cè)量形態(tài)不同和空氣二氧化碳的影響。

1.3 銅含量

內(nèi)冷水對(duì)發(fā)電機(jī)銅線棒腐蝕一般為均勻腐蝕，不會(huì)因腐蝕穿孔對(duì)設(shè)備造成危害。根據(jù)2010年2臺(tái)600MW機(jī)組每周一次監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水進(jìn)水和回水的含銅量變化統(tǒng)計(jì)，回水含銅量大部分時(shí)間大于進(jìn)水，也有時(shí)小于進(jìn)水，全年平均值回水含銅量?jī)H大于進(jìn)水2.20μg/L。真正影響發(fā)電機(jī)的是腐蝕產(chǎn)物在有異物的空心導(dǎo)線內(nèi)部沉積，減少了該線棒通流面積，使其冷卻效果變差，造成發(fā)電機(jī)定子線棒層間最高與最低溫度間的溫差和定子線棒引水管出水溫差明顯升高。

從運(yùn)行監(jiān)督分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)冷水中的銅超過(guò)40μg/L時(shí)，有異物的空心導(dǎo)線內(nèi)部沉積速度加快，并且是不可逆的。表現(xiàn)定子線棒引水管出水溫差升高速度明顯加快，停機(jī)測(cè)定該線棒內(nèi)冷水流量明顯偏低，有關(guān)文獻(xiàn)[1]也有報(bào)道。分析原因，當(dāng)線棒腐蝕使水中銅增加，析出膠體氧化銅的化合物，在微堵的雜物上吸附沉積，使內(nèi)冷水流量降低，溫度升高腐蝕加快，造成該線棒中內(nèi)冷水過(guò)高。

運(yùn)行監(jiān)督分析發(fā)現(xiàn)銅超標(biāo)應(yīng)盡快查找原因，同時(shí)換水處理，注意如果補(bǔ)水是通過(guò)混床實(shí)現(xiàn)，混床不失效時(shí)，換水與不換水無(wú)明顯效果。

2 混床處理常用工藝

內(nèi)冷水混床用于除去水中的陰、陽(yáng)離子及系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的銅的腐蝕產(chǎn)物，可達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。重點(diǎn)是除去銅的腐蝕產(chǎn)物，防止在線棒內(nèi)沉積。

2.1 傳統(tǒng)混床處理工藝的除銅效果

內(nèi)冷水含銅量可依據(jù)水質(zhì)平衡計(jì)算，以山西魯能河曲發(fā)電有限公司2010年全年平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例：混床流量20m3/h，按照進(jìn)出水含銅量計(jì)算，年平均除銅率為70%，發(fā)電機(jī)進(jìn)水流量95m3/h，內(nèi)冷水回水含銅量比進(jìn)水含銅量增加2.20μg/L，年運(yùn)行7 300 h，計(jì)算結(jié)果如下。

發(fā)電機(jī)線棒年腐蝕量為2.2×95×7 300× 10-3=1 525.7 g。

設(shè)內(nèi)冷水年平均含銅量為X，則有方程式95×2.20=20（X+2.20）×70%，得出X=81×2.20÷ 14=12.73μg/L。而內(nèi)冷水測(cè)定年平均含銅量為11.07μg/L，小于計(jì)算值，原因是內(nèi)冷水通過(guò)過(guò)濾器截留顆粒狀腐蝕產(chǎn)物。通過(guò)化學(xué)監(jiān)督在濾元表面可看到較多0.1mm以上黑色顆粒，定性分析含銅量高得以證實(shí)。

如果混床處理完全失效，按內(nèi)冷水的水容積6m3計(jì)算，內(nèi)冷水銅含量的每天增加速度為2.20× 95÷20×24=250.8μg/L。

如按照銅含量40μg/L的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，設(shè)內(nèi)冷水除銅率平均為X，則有方程式95×2.20=20（40+ 2.20）×X，得出X=202.4÷844=24%。

混床主要存在的問(wèn)題是運(yùn)行周期短，隨著時(shí)間延長(zhǎng)除銅效率降低，達(dá)不到1 a的標(biāo)準(zhǔn)。按照傳統(tǒng)混床裝100 kg陽(yáng)樹(shù)脂，200 kg陰樹(shù)脂，運(yùn)行流量20m3/h計(jì)算，運(yùn)行7m左右電導(dǎo)率超過(guò)0.2μS/cm，除銅效果變差。一個(gè)檢修間隔電導(dǎo)率最高曾達(dá)到0.83μS/cm，超過(guò)0.5μS/cm標(biāo)準(zhǔn)。不同機(jī)組可根據(jù)上述方法計(jì)算內(nèi)冷水混床性能和要求[4]。

2.2 傳統(tǒng)混床處理工藝的樹(shù)脂交換容量

陽(yáng)樹(shù)脂工作交換容量高于陰樹(shù)脂一倍，為保證陰陽(yáng)離子平衡，通常按陽(yáng)樹(shù)脂：陰樹(shù)脂為1∶2的比例均勻混合裝填。按混床陽(yáng)樹(shù)脂裝填100 kg，陽(yáng)樹(shù)脂工作交換容量1 mol/L，陽(yáng)樹(shù)脂的視密度0.85 kg/L，計(jì)算出混床裝填樹(shù)脂量118 L，總交換容量為118mol/L，失效時(shí)交換銅7 498 g。如按混床運(yùn)行流量為20m3/h，2010年內(nèi)冷水混床平均除銅量7.44μg/L，到失效時(shí)可運(yùn)行50 188 h。因此，混床運(yùn)行周期短，不是樹(shù)脂量不夠造成的。

2.3 樹(shù)脂除銅和交換容量能力低的原因

內(nèi)冷水通過(guò)混床時(shí)，理想狀態(tài)下樹(shù)脂的反應(yīng)全部按以下化學(xué)式進(jìn)行。

式中：M+——金屬離子；A-——酸根離子。

這樣水中的鹽分全部除掉，實(shí)際上為了使陰陽(yáng)離子總交換容量平衡，在混合樹(shù)脂中陰樹(shù)脂比陽(yáng)樹(shù)脂多一倍。運(yùn)行中內(nèi)冷水在混床中首先接觸陰樹(shù)脂的概率大于接觸陽(yáng)樹(shù)脂的概率。內(nèi)冷水中銅鹽如首先經(jīng)過(guò)陰離子交換樹(shù)脂時(shí)酸根與樹(shù)脂交換出氫氧根，與銅離子結(jié)合全部形成氫氧化銅。反應(yīng)步驟按以下化學(xué)式進(jìn)行。

氫氧化銅是難溶水電解質(zhì)，所以氫氧化銅只有極少量能在通過(guò)陽(yáng)樹(shù)脂時(shí)，和陽(yáng)樹(shù)脂交換出氫離子，并與氫氧根結(jié)合成水。水中氫氧化銅繼續(xù)解離出銅離子和氫氧根達(dá)到平衡，使水的pH值基本不受影響。受樹(shù)脂平衡常數(shù)影響，溶液中仍有殘留的銅離子，水中的氫氧根又不減少，阻礙氫氧化銅快速溶解，此時(shí)內(nèi)冷水通過(guò)小混床也只能除掉部分氫氧化銅形態(tài)的銅。內(nèi)冷水中的氫氧化銅在經(jīng)過(guò)陽(yáng)樹(shù)脂時(shí)被部分除掉，陽(yáng)樹(shù)脂由氫型轉(zhuǎn)為銅型，而陰樹(shù)脂并未進(jìn)行交換，所以混床頂部的樹(shù)脂氫氧型與氫型的比例越來(lái)越高，造成混床除銅性能逐漸變差，比理論值提前失效[5]。

采用凝膠型普通型樹(shù)脂常泄漏大量低分子聚合物，主要是陽(yáng)樹(shù)脂膠溶物含有大量羧基（-OOH），它們會(huì)污染系統(tǒng)并使小混床出水pH偏低，另外形成的氫氧化銅很容易污染樹(shù)脂，造成交換容量顯著下降。為加強(qiáng)抗污染性能最好使用高速混床使用的大孔樹(shù)脂，采用該樹(shù)脂在混床電導(dǎo)率升高到0.4μS/cm以上時(shí)，雖除銅能力有所下降，但pH仍在8以上。

3 采用三層樹(shù)脂床處理工藝

根據(jù)內(nèi)冷水通過(guò)樹(shù)脂的工作原理，僅對(duì)樹(shù)脂的裝填方法進(jìn)行改進(jìn)，按照水“上進(jìn)下出”的方式，從上到下依次為陽(yáng)樹(shù)脂交換層200mm、混合樹(shù)脂交換層（陰∶陽(yáng)=2∶1）、陰樹(shù)脂交換層200mm，實(shí)現(xiàn)了提高混床出水品質(zhì)，延長(zhǎng)運(yùn)行周期的目的。

混床進(jìn)水是不通過(guò)內(nèi)冷水過(guò)濾器，水中有水流沖刷下來(lái)的銅線棒沉積的氧化銅、氫氧化銅腐蝕產(chǎn)物，這些固體顆粒無(wú)法被過(guò)濾器截留，大多沉積或截留在混床的上層樹(shù)脂，普通混床會(huì)污染水質(zhì)，造成偶爾混床出水含銅量大于進(jìn)水。三層樹(shù)脂上部是陽(yáng)樹(shù)脂交換層，該樹(shù)脂層主要是除去內(nèi)冷水中的陽(yáng)離子，使水成微酸性，可以促進(jìn)水中的氧化銅和氫氧化銅溶解，充分發(fā)揮陽(yáng)樹(shù)脂除銅作用。陽(yáng)樹(shù)脂交換層裝填高度200mm左右，樹(shù)脂裝填高度低了效果不好。陽(yáng)樹(shù)脂交換層反應(yīng)如下。

中間采用混合樹(shù)脂，總陽(yáng)樹(shù)脂與陰樹(shù)脂比例為1∶2，主要作用是對(duì)水進(jìn)行深度處理。比較發(fā)現(xiàn)過(guò)渡混合樹(shù)脂層比均勻混合樹(shù)脂層效果好。過(guò)渡混合樹(shù)脂的上部陽(yáng)樹(shù)脂與陰樹(shù)脂比例為1∶1、中部陽(yáng)樹(shù)脂與陰樹(shù)脂比例1∶2，下部陽(yáng)樹(shù)脂與陰樹(shù)脂比例比例1∶3左右。過(guò)渡混合樹(shù)脂層上部陽(yáng)樹(shù)脂比例多，進(jìn)一步除去了氫氧化銅，保持陰陽(yáng)樹(shù)脂交換容量平衡。

底部采用陰樹(shù)脂裝填高度200mm左右，將水中的陰離子全部轉(zhuǎn)換為氫氧根離子，徹底除去水中溶解的二氧化碳，并截留陽(yáng)樹(shù)脂膠溶出的低分子含羧基酸性聚合物。陰樹(shù)脂膠溶出的低分子含胺基聚合物呈堿性，可提高內(nèi)冷水的pH降低系統(tǒng)腐蝕。

2009年1號(hào)機(jī)組9月試驗(yàn)采用三層樹(shù)脂床處理，通過(guò)8m運(yùn)行取得明顯效果，混床出水平均pH為8.07，平均電導(dǎo)率為0.1μS/cm，銅含量3.53μg/L。內(nèi)冷水平均pH為8.16，電導(dǎo)率0.12μS/cm，銅含量14.34μg/L。

4 結(jié)論

內(nèi)冷水混床旁路處理是降低銅含量的有效方法，采用三層樹(shù)脂裝填可明顯延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，降低內(nèi)冷水電導(dǎo)率和含銅量，保證pH在合格范圍。該方法不用改動(dòng)設(shè)備，比其他方法操作控制簡(jiǎn)單，也沒(méi)有采用氫、鈉、氫氧混床造成電導(dǎo)率升高的現(xiàn)象。樹(shù)脂宜采用高速混床用大孔樹(shù)脂，提高樹(shù)脂抗污染能力，失效后作為高速混床補(bǔ)充樹(shù)脂，不用單獨(dú)再生。注意采用大孔樹(shù)脂混合時(shí)樹(shù)脂不抱團(tuán)，要防止因樹(shù)脂分層造成混床失效。

內(nèi)冷水最好監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水進(jìn)水、回水和混床出水三個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用以監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)腐蝕和混床運(yùn)行情況，分析內(nèi)冷水銅含量變化原因。發(fā)電機(jī)進(jìn)水應(yīng)有精密過(guò)濾器，截留易造成發(fā)電機(jī)線棒污堵的顆粒腐蝕產(chǎn)物。混床進(jìn)水最好使用過(guò)濾后的內(nèi)冷水，減少顆粒狀腐蝕產(chǎn)物對(duì)混床性能的影響，可建議制造廠進(jìn)行改進(jìn)。

［1］武漢大學(xué)，北京國(guó)華電力技術(shù)研究中心有限公司. DL/T1039-2007發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水處理導(dǎo)則［S］.北京：2007.

［2］謝學(xué)軍.銅水體系電位-pH圖與發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水pH調(diào)節(jié)防腐［J］.腐蝕科學(xué)與防腐技術(shù)，2007（1）：10-11.

［3］劉瑋，曹杰玉.提高電廠高純水pH值測(cè)量準(zhǔn)確度的研究［J］.中國(guó)電力，2006（10）：85-88.

［4］胡勇有，劉綺.水處理工程［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2006.

［5］徐嵐.堿性處理技術(shù)在發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.華東電力，2007（1）：24-26.

Improvementof Generator Inner CoolingW ater Bypass SmallM ixed Bed Treatment Process

SUN Cai-zhen，YANG Fa-liang，LIU Zai-bo
（Shanxi Luneng Hequ Power Generation Co.，Ltd.，Xinzhou，Shanxi 036500，China）

Small bypassmixed bed was adopted for inner coolingwater purification in generator，while the traditionalmethod was disadvantageous for short duration and low pH value so that it cannot satisfy large-scale unit in the quality of inner cooling water.The weakness of the traditionalmethod can be overcome by improving the fillingmethod of resin inmixed bed to extend the operating period of mixed bed soas to improve the thewaterquality.

inner coolingwater index；smallmixed bed；resin

TM311

B

1671-0320（2014）01-0054-03

2013-10-11，

2013-12-26

孫彩珍（1982-），女，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，2003年畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事電廠化學(xué)工作；

楊發(fā)亮（1983-），男，山東聊城人，2003年畢業(yè)于山東電力學(xué)校熱能動(dòng)力專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事電廠運(yùn)行值長(zhǎng)工作；

劉在博（1953-），男，山東濟(jì)南人，1970年畢業(yè)于山東濟(jì)南中學(xué)，高級(jí)技師，從事電廠化學(xué)工作。