分床處理技術在發(fā)電機定冷水系統中的應用

蔣 柯，胡高斌，陸 偉，薛泳泳

（江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇泰州 214500）

0 引言

江蘇某電廠現有2 臺660 MW 超超臨界汽輪發(fā)電機組，發(fā)電機冷卻方式為水氫氫冷卻。1#機組定冷水系統補充水設計有兩路補充水源，一路取自凝結水雜用水母管，此補充水源因電導率高從未使用過；另一路取自凝補水泵出口母管，運行期間由凝補水系統補充至定冷水系統。定冷水處理系統使用隨上海電機廠配套的小混床處理裝置，目前小混床采用Na、H、OH 型三種混合樹脂，小混床旁路開度為定冷水水量的1%左右，利用小混床中樹脂的離子交換，除去定冷水中因銅線圈腐蝕產生的銅離子和其他離子，降低銅離子的濃度和定冷水的電導率。DL/T 801—2010《大型發(fā)電機內冷卻水質及系統技術要求》內對定冷水系統內的pH 值提出了相應要求，系統內pH 值必須在8～9。如果pH 值長期不達標將導致定子繞組內部發(fā)生腐蝕，嚴重時甚至會導致發(fā)電機燒毀。某電廠1#機組運行期間定冷水pH 值維持在7.0～7.5，銅離子濃度偏高。在2019 年1#機組C 修期間將定冷水小混床改造為分床處理裝置，定冷水水質得到改善，銅離子含量降低至5 μg/L 以下，pH 值穩(wěn)定在8.1～8.5，系統運行穩(wěn)定，保證了發(fā)電機安全運行。

1 氫冷機組原理

氫冷機組的汽輪發(fā)電機所采用的冷卻介質是氫氣和水，原因是氫氣和水的冷卻性能比較好。若假設空氣的流量和性能指標為1，與之相比較，空氣、水、氫氣、油的冷卻性能指標見表1。定子繞組采用水冷卻的方式，冷卻效果較好，同時由于水冷卻降溫比較均勻，可以減少系統內部零件的溫差，降低定子繞組內熱膨脹不均的情況。定子線圈中的定冷水管道所用材料與定子線圈相同。

表1 空氣、水、氫氣、油冷卻性能

2 銅線圈腐蝕原理

當發(fā)電機銅線圈處于中性或是弱酸性的水溶液中，其內部Cu-H2O 體系的反應式為O2+Cu +H2O=Cu2++2OH-。根據反應式可知，銅線圈在定冷水中腐蝕的主要因素是定冷水中氧的濃度和定冷水的OH-，即定冷水的pH 值，所以降低定冷水中的氧濃度或者改善定冷水的pH 值都能夠有效阻止發(fā)電機銅線圈的腐蝕情況[1]。

DL/T 801—2010《大型發(fā)電機內冷卻水質及系統技術要求》對定冷水系統水質做出如下規(guī)定：①電導率0.4～2.0 μS/cm；②pH 值8.0～9.0；③Cu2+含量≤20 μg/L。試驗證明當定冷水系統的pH 值在8.0～9.0 時，銅線圈的腐蝕速率最低；當pH=7 時，銅的腐蝕速率是pH=8 時腐蝕速率的6 倍[2]。

3 分床處理技術原理

分床處理技術的主要原理是：將裝置中的鈉離子樹脂、氫離子樹脂和OH-離子樹脂按照配置好的比例，將鈉離子樹脂與氫離子樹脂并聯之后，再與OH-離子樹脂串聯接入系統，其中鈉離子樹脂和OH-離子樹脂發(fā)生反應產生氫氧化鈉，可以提高系統pH值。運行期間可以通過調整鈉離子樹脂的進出水流量來調節(jié)出水pH 值和電導率，這樣不僅可以降低系統中銅離子含量，還可以維持系統的pH 值在合格范圍[3]。采用分床處理技術，系統操作簡單，日常維護及檢修較為方便，可靠性及安全性更有保障。

4 實施情況

通過調研并結合水質控制、成本、安全環(huán)保等多方面綜合性能考慮，認為分床處理技術更符合該電廠使用需求。實施后的情況如下：

4.1 水質改善

2019 年C 修期間，某電廠1#機組定冷水系統分床處理裝置改造完成，系統沖洗調試完成后投入運行（圖1）。改造完成后對定冷水處理裝置進行監(jiān)視，出水水質良好（表2）。

表2 定冷水水質統計表

圖1 定冷水處理裝置

4.2 技術優(yōu)點

（1）pH 值達標：改造前pH 值為7.0～7.4，低于行業(yè)標準；改造后pH 值在8～9，符合電力行業(yè)標準規(guī)定的水質要求。

（2）調節(jié)水質：改造前，離子交換器小混床投入運行后無法調節(jié)水質，若不達標需在線更換樹脂；改造后可以實現對定冷水pH 值及電導率的調節(jié)控制并且操作非常簡單。

（3）攔截效率提高：改造前，原離子交換器內部設有0.2 mm濾網，對微小顆粒樹脂攔截效率偏低；改造后設置的專用樹脂捕捉器可以對微小顆粒樹脂進行有效攔截，攔截效率較高。

（4）安裝便捷：該裝置為成套設備，安裝時只需在系統上增設一進一出兩路DN15 不銹鋼接口，安裝較為簡單便捷。

（5）調試周期短：依據各電廠調研結果，該裝置沖洗調試周期較短，僅需3～4 d。

（6）維護成本低：分床處理技術樹脂為2 年更換一次，較之前半年更換一次有很大改善；并且該樹脂可以回廠再生，降低了維護成本。

（7）有效降低系統補水率：將分床處理裝置的就地pH 值及電導率測點接入集控系統（DCS），并且就地裝置可進行取樣，可以取消機組汽水取樣間內定冷水系統的長流水，有效減少了系統內部水量的損失，降低其補水率。

5 總結

介于目前國內發(fā)電機定冷水水質pH 值普遍偏低和小混床處理技術調節(jié)效果不佳的情況，分床處理技術是提高定冷水系統pH 值，并使系統pH 值長期穩(wěn)定的有效保障，從根本上抑制和降低發(fā)電機銅線圈的腐蝕。從某電廠近年的運行情況來看，各項水質指標均能夠符合國家相關的規(guī)定。無論是從水質、技術、安全性還是經濟性等方面考慮，分床處理技術在定冷水的水質處理方面值得推廣借鑒。