改進(jìn)發(fā)電機內(nèi)冷水處理系統(tǒng)的應(yīng)用

劉紹強

（朝陽燕山湖發(fā)電有限公司，遼寧朝陽 122000）

1 目前內(nèi)冷水處理的方法及存在的問題

朝陽燕山湖發(fā)電有限公司1#發(fā)電機組是一臺國產(chǎn)600 MW機組，發(fā)電機內(nèi)銅導(dǎo)線采用水—氫—氫的冷卻方式。發(fā)電機組開始投入發(fā)電時，發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)采用連續(xù)補除鹽水的開放式運行方式，除鹽水箱的除鹽水作為補水水源，處理方式為小混床和加氨聯(lián)合處理，在實際運行中存在以下問題。

（1）除鹽水pH值在6.56～6.87，pH值偏低在一定程度上會腐蝕系統(tǒng)，主要是腐蝕發(fā)電機組內(nèi)銅導(dǎo)線。銅導(dǎo)線的腐蝕會引起發(fā)電機內(nèi)冷水中Cu2+含量超標(biāo)，提升除鹽水的電導(dǎo)率，使電導(dǎo)率超過規(guī)定。

（2）發(fā)電機內(nèi)冷水采用陽陰離子型混床的方式進(jìn)行旁路處理，盡管Cu2+含量穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)以下并使電導(dǎo)率處于合格狀態(tài)，但經(jīng)過陽陰離子型混床處理之后的水呈酸性，會進(jìn)一步降低發(fā)電機內(nèi)冷水pH值。

（3）向發(fā)電機內(nèi)冷水中加入氨，可以提高內(nèi)冷水的pH值，但是由于系統(tǒng)嚴(yán)密性不強，需要經(jīng)常補充藥液，實際運行中工作量較大，不易控制加藥量及加藥時間，會導(dǎo)致發(fā)電機內(nèi)冷水出現(xiàn)水質(zhì)不穩(wěn)定等問題。

2 發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及要求

2.1 發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)要求

發(fā)電機內(nèi)冷水作為在高電壓電場中的冷卻介質(zhì)，在保證發(fā)電機安全穩(wěn)定并且經(jīng)濟運行的前提條件下，各項水質(zhì)指標(biāo)必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求。發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)需要符合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：①滿足發(fā)電機內(nèi)部的絕緣性能（即電導(dǎo)率較低），以避免發(fā)電機銅導(dǎo)線圈發(fā)生短路；②冷卻水質(zhì)不腐蝕發(fā)電機銅導(dǎo)線以及內(nèi)冷水系統(tǒng)；③在空心導(dǎo)線內(nèi)，發(fā)電機內(nèi)冷水中的雜質(zhì)不允許結(jié)垢，避免出現(xiàn)降低冷卻效果，發(fā)電機銅線圈發(fā)熱過高，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣老化或者絕緣失效的現(xiàn)象。

2.2 發(fā)電機內(nèi)冷水控制標(biāo)準(zhǔn)

（1）對雙水內(nèi)冷和定子冷卻的發(fā)電機組，溫度在25℃時，發(fā)電機冷卻水電導(dǎo)率應(yīng)≤2 μS/cm，Cu+含量≤20 μg/L，內(nèi)冷水的pH 為8～9。

（2）汽輪發(fā)電機定子繞組的冷卻方式為獨立密閉循環(huán)水系統(tǒng)時，冷卻水的電導(dǎo)率需要＜2 μS/cm。

3 朝陽燕山湖發(fā)電有限公司內(nèi)冷水系統(tǒng)的改造方法

3.1 工作原理

為了解決發(fā)電機內(nèi)冷水pH值不達(dá)標(biāo)、電導(dǎo)率偏高、Cu2+含量超標(biāo)、除鹽水補充量大等問題，同時提高內(nèi)冷水水質(zhì)，朝陽燕山湖發(fā)電有限公司于 2014年對發(fā)電機內(nèi)冷水的處理方式進(jìn)行改造。在應(yīng)用新型發(fā)電機內(nèi)冷水微堿化處理裝置的基礎(chǔ)上，采用復(fù)床并列運行方式，使發(fā)電機內(nèi)冷水的處理過程更加簡單易行，處理過后水質(zhì)符合運行要求（圖1）。

圖1 發(fā)電機內(nèi)冷水的工作原理

當(dāng)發(fā)電機內(nèi)冷水流經(jīng)RNa-ROH時，通過復(fù)床式離子交換樹脂的方式內(nèi)冷水中的雜質(zhì)離子得以除去，在這個過程中會產(chǎn)生適量的Na+，使微量NaOH在復(fù)床出水中出現(xiàn)，從而使整個水循環(huán)系統(tǒng)的水質(zhì)呈弱堿性。當(dāng)發(fā)電機內(nèi)冷水流經(jīng)RH-ROH時，通過離子交換的方式除去復(fù)床出水的雜質(zhì)，降低發(fā)電機內(nèi)冷水的電導(dǎo)率。

因此，如果發(fā)電機內(nèi)冷水中含有微量的Cu2+，F(xiàn)e3+，HCO3-等雜質(zhì)，經(jīng)過微堿化循環(huán)處理裝置處理后，水質(zhì)pH就會上升，水中雜質(zhì)的量也會減少，減輕內(nèi)冷水對發(fā)電機銅線圈的腐蝕。

因此，無需向發(fā)電機內(nèi)冷水中添加任何的緩蝕劑或堿化劑，僅僅通過離子交換方式就可以在發(fā)電機內(nèi)冷水中產(chǎn)生出微量的氫氧化鈉，提高水質(zhì)pH值。發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)微堿化處理裝置改造后，能使發(fā)電機內(nèi)冷水呈弱堿性，改善發(fā)電機銅線圈鈍化現(xiàn)象，因此具有防腐效果，同時還能使發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。處理后水質(zhì)情況：pH（25℃）為8.1～8.9；電導(dǎo)率（25℃）≤1.5 μS/cm；Cu2+含量≤20 μg/L；內(nèi)冷水無硬度。

由于采用了復(fù)床處理方式，各離子交換器內(nèi)僅裝有單一品種的樹脂，而不是混合多種不同品種的樹脂，因此當(dāng)樹脂失效之后，可采用體外再生創(chuàng)造的方法處理這些失效樹脂。樹脂失效后，可用專用設(shè)備將樹脂轉(zhuǎn)移至微堿化裝置，進(jìn)行體外再生、循環(huán)利用，使水處理費用大大降低。

3.2 發(fā)電機定子內(nèi)冷水處理裝置與內(nèi)冷水系統(tǒng)連接

發(fā)電機內(nèi)冷水微堿化處理裝置與內(nèi)冷水系統(tǒng)的連接如圖2所示：發(fā)電機內(nèi)冷水微堿化處理裝置的入口與發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)經(jīng)過冷卻器、過濾器后的系統(tǒng)出口水母管相連接，發(fā)電機內(nèi)冷水微堿化處理裝置的出口可直接與內(nèi)冷水箱相通。內(nèi)冷水微堿化處理裝置的排水僅在安裝裝置、維修裝置和導(dǎo)出樹脂時才進(jìn)行使用，可與連接裝置連接后倒入地溝。

3.3 裝置主要技術(shù)參數(shù)（圖3）

圖2 內(nèi)冷水處理裝置與內(nèi)冷水系統(tǒng)連接

圖3 發(fā)電機內(nèi)冷水處理系統(tǒng)裝置

處理水量（0.5～0.8）m3/h；最大處理量 1 m3/h；進(jìn)水水質(zhì)為內(nèi)冷水；進(jìn)水壓力（0.2～0.4）MPa；進(jìn)水溫度≤40 ℃。

3.4 內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)控制值（定子）（表1）

表1 定子內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)控制值

3.5 發(fā)電機內(nèi)冷水微堿化處理裝置的特點

（1）發(fā)電機內(nèi)冷水微堿化處理裝置采用特殊離子交換系統(tǒng)，因此占地面積小，操做簡捷方便，投入運行時水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定合格。相比于目前其他發(fā)電機內(nèi)冷水處理裝置，可以更好地提高pH值并降低Cu2+含量，在有氣體影響的情況下依然能夠使發(fā)電機組內(nèi)冷水的水質(zhì)保持達(dá)標(biāo)。裝置運行時，由于存在這一特點，內(nèi)冷水系統(tǒng)不需要嚴(yán)格密封，大大提高了發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)的安全運行。

（2）處理效率高，電導(dǎo)與pH值可精確調(diào)控。使用發(fā)電機內(nèi)冷水處理裝置后，發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)不但全部達(dá)標(biāo)，而且所需的旁路處理水量較少，是同類型裝置的1/5～1/8。這樣在裝置啟動停運時幾乎對發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)壓力和流量無影響，可以保證發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。另外，也留有一定空間可及時控制系統(tǒng)水質(zhì)。

（3）發(fā)電機定冷水系統(tǒng)為密閉式設(shè)計，內(nèi)冷水處理裝置可以增加除氣裝置，使內(nèi)冷水的溶氧量指標(biāo)也達(dá)標(biāo)。

（4）運行成本低。離子交換樹脂不但有良好的性能，還可以體外再生、循環(huán)利用，節(jié)省了樹脂更換成本，大大降低運行費用。

（5）從發(fā)電生產(chǎn)現(xiàn)場的實際出發(fā)，該裝置結(jié)構(gòu)合理，方便操作，運行可靠。

（6）安裝、調(diào)試簡單便捷，不改變原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

4 改進(jìn)后系統(tǒng)運行情況

設(shè)備于2014年4月24日8∶50并入內(nèi)冷水系統(tǒng)，原內(nèi)冷水箱水質(zhì)：pH=7.3；電導(dǎo)率 1.023 mS/cm，Cu2+含量 42 μg/L。FDNL—Ⅱ型發(fā)電機內(nèi)冷水處理裝置工作溫度為（39～45）℃時，內(nèi)冷水進(jìn)水壓力0.32 MPa；Na床流量120 L/h；H床流量500 L/h。經(jīng)過72 h的運行之后，發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)可達(dá)到pH=8.3，電導(dǎo)率（絕緣放電）0.932 3 mS/cm，Cu2+含量 5.8 μg/L。內(nèi)冷水處理裝置并入系統(tǒng)運行后的水質(zhì)情況統(tǒng)計見表2。pH平均值8.32，電導(dǎo)率平均值 0.830 mS/cm，Cu2+含量平均值 9.7 μg/L。

表2 內(nèi)冷水微堿化處理裝置調(diào)試記錄表

通過3 d的調(diào)試觀察并與原內(nèi)冷水系統(tǒng)水質(zhì)比較，表明設(shè)備發(fā)揮了作用，水質(zhì)工況符合內(nèi)冷水處理裝置主要出水水質(zhì)指標(biāo)控制值，運行狀態(tài)良好。

5 結(jié)論

在發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)中增加微堿化處理裝置，不僅可以提升發(fā)電機內(nèi)冷水的pH值、降低內(nèi)冷水Cu2+含量，還可以有效緩解內(nèi)冷水系統(tǒng)內(nèi)部銅導(dǎo)線的腐蝕情況，明顯提高系統(tǒng)安全性，同時保證發(fā)電機組安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定地運行。從操作與運行方面看，采用氫型+鈉型雙套小混床旁路的方法處理發(fā)電機內(nèi)冷水，操作簡單、安全性高、運行穩(wěn)定，具有實際應(yīng)用與推廣意義。