发电机定冷水系统智能净化装置的应用.doc

发电机定冷水系统智能净化装置的应用李永利（神华国华太仓发电有限公司 江苏 太仓 215433）【摘 要】神华国华太仓发电有限公司600MW 发电机组采用水-氢-氢冷却方式，其中定子部分采用水直接冷却法。定子绕组水冷系统包括水箱、泵、水冷却器、过滤器、和离子交换器等。发电机冷却水入口压力设定在0.15-0.2MPa（表压），发电机的冷却水入口温度不超过50，出水温度不超过85。冷却水在发电机内通过入口绝缘软管，空心导体和出口绝缘软管从入口集水环流到出口集水环，然后流出发电机，返回到水箱，通过离子交换器的流量为总水量的10%。系统的补给水也通过离子交换器输入到系统中。机组投产三年后，发电机定冷水处理系统在离子交换过滤器100%投入的情况下，铜含量仍出现较大波动9.624.1ppb。线棒压差最大达到0.4Mpa(正常0.22MPa)影响到了发电机的冷却效果和安全运行，后利用机组检修机会对定冷水系统进行化学清洗。为彻底解决这一隐患，利用机组检修机会将定冷水系统加装FNC 系列发电机内冷水智能净化装置。通过调节进入内冷水箱的水的电导率，使进入发电机定子线圈冷却水的pH 达到最佳的防腐范围，该套设备投运已有一年，效果良好。【关键词】定冷水 水质 智能 净化装置 应用0 引言神华国华太仓发电有限公司两台号机组发电机定冷水处理系统采用小混床离子交换处理方法，最大交换能力为8 m3/h。由于定冷水经过小混床处理后会使PH 值下降至6.66.9，无法达到标准值79 的要求范围，从而加快了系统的铜腐蚀速度，使运行中定冷水的铜含量在9.624.1ppb 之间波动，而且在系统停备用后启动初期，铜含量会出现快速上升，即使采用频繁全面换水冲洗也不能降低定冷水中的铜含量，在24h 内系统铜含量高达100200ppb，严重威胁机组的长周期安全稳定运行。针对我公司发电机定冷水处理系统存在的问题，经过专题会讨论研究，决定加装西安热工研究院开发的“FNC 系列发电机定冷水智能净化装置”进行旁路水处理。1 发电机定子线棒的腐蚀因素水内冷绕组的铜导线均制成空心导线，冷却水能直接流过。在铜水体系中,纯水中铜(单质、离子和化合物)的状态与水环境的pH 值存在一定的关联。在微酸性环境中,pH = 5.57 ,过电位(金属与溶液界面上的电位差) 大于+ 0.1 V ,铜系统应有明显的腐蚀;在中性环境中,pH = 7.07.5 ,由于过电位的下降,腐蚀较轻;在微碱性环境中,pH = 89 ,由于生成较稳定的钝化膜,铜的腐蚀速率大大降低。根据铜水体系的电位pH 曲线图和铜氧化物的溶解特性图可知,在有氧的纯水中,铜的腐蚀速率在pH = 8.5 左右的范围内有一个最小值,原因是具有保护性质的氧化铜和氢氧化铜此时的溶解度最低。但在pH 值过高如大于10 后,会生成铜氨络离子,铜的腐蚀速率反而加大,且线棒要求的全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机148绝缘性能得不到保证。00.010.020.030.040.050.0610 100 1000 10000溶解氧g/L铜的腐蚀速率g/(m2.d)图1 在纯水中，铜的溶出与水含氧量的关系由图1 可知：中性水腐蚀速率仍然很高图2 铜的溶解度（即腐蚀）与pH 的关系由图2 可知：pH 在8.5 左右腐蚀速率最低图3 发电机水系统铜的溶解度（即腐蚀）与pH 的关系全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机149由图3 可知：pH 腐蚀速率可增大上千倍图4 铜的腐蚀速率与水的pH 值及水中溶解氧含量的关系曲线由图4 可知：pH8 后溶解氧的影响不大，pH8.5 后基本无影响。最佳pH 值为8.5图5 铜的溶解度与电导率的关系由图5 可知：电导率在0.85S/cm 左右（包括微量CO2 的影响）腐蚀速率最低。电导率在2S/cm理论pH 为8.85，实际为8.58.7。2 原定冷水系统存在的问题（1）系统内存在腐蚀是定冷水铜含量波动甚至超标的主要原因。（2）水pH 偏低，于内冷水的补水大多为除盐水，pH 在7 以下，腐蚀较严重。尽管小混床一直投入运行除去腐蚀下来的腐蚀产物，但铜线棒的腐蚀依然存在。有的电厂发电机铜线棒接头腐蚀断裂。小混床负担很重，运行周期短。如果提高水的pH，使之达到8.08.5 铜的腐蚀速率会降到最全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机150低，这时水中的溶解氧对腐蚀的影响不大。（3）水的含铜量偏高，由于补充水的pH 值较低以及系统的密封性差，空气中的二氧化碳对发电机铜线棒的加速腐蚀，导致水的含铜量较高，甚至超过国家标准，即大于40g/L，导致发电机铜线棒堵塞，造成事故。随着发电机参数的提高，这种现象越来越明显。（4）内冷水的溶解氧不合格。3 FNC 系列发电机内冷水智能净化装置的工作原理及效果3.1 工作原理该装置是在现有定冷水系统的基础上，通过其补水系统与排水系统的改造，达到调节水质（兼顾定冷水电导率及pH 值），从而达到降低对铜绕组的腐蚀性的目的。即系统补水由传统的除盐水补水改造为凝结水精处理母管加氨前后分别按一定比例自动调节进行补水。系统的排水由直接排地沟改造为在维持定冷水水箱水位恒定的情况下，引入给水泵密封水回收水箱后进入凝汽器汽侧，原补水系统保留。改造后的系统操作简单，水质合格稳定。3.2 使用后可达到的效果保证电导率小于2S/cm；pH 达到铜的最佳防腐范围8.5 左右；发电机内冷却水的含量铜小于5g/L，远低于国家标准不大于40g/L 的要求的发电机内冷却水处理、净化装置及工艺。4 FNC 系列发电机内冷水智能净化装置的结构4.1 外观图发电机内冷水智能净化装置当前p H 值:专利产品 仿制必究西安热工研究院有限公司研制控制柜中间水箱图中的箭头方向代表流体的流动方向图6 设备外观示意图全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机1514.2 控制柜内主要设备有：1.PLC 2.电动调节阀 3.电导率表传感器4.220V 电源开关 5.24 伏直流电源 6.电动球阀7.控制面板 8.220V 交流变24V 交流变压器9.电导率表2 台 10.pH 表1 台 11.金属管浮子流量计4.3 主要技术参数：1.型号：FNC-1X 型 2.电压：220V 3.总功率：300W（Max） 4.系统压力：00.8MPa5.系统流量：0.51.5 t/h 6.电导率范围：0.51.5S/cm 7.pH 范围： 8.08.54.4 原系统的变更情况4.4.1 凝结水精处理加氨点前后各引一路凝结水。管路规格为203 的不锈钢。4.4.2 加氨前的一路手动控制，加氨后的一路采用电动调节阀控制流量。4.4.3 两路混合后，经过减压阀减压至0.60.8MPa。4.4.4 减压后的水在线取样测定其电导率，控制电导率在0.51.5s/cm 的范围（理论上对应的pH 值范围约为8.258.73），并通过电导的输出信号对加氨后的补水流量（电动调节阀的开度）进行调节控制。4.4.5 补水电导率2.0s/cm 时，补水电动门自动关闭，当两路混合后的水样电导率值合格后，其补水电动门自动打开。4.4.6 发电机的内冷却水箱与凝汽器之间设有中间水箱，其作用有，一是可自动调节发电机的内冷却水箱的液位使之在安全的水位范围内运行。二是当中间水箱的液位下降到一定高度后，通往凝汽器的管路自动关闭，不影响凝汽器的真空。当发电机内冷却水的电导率接近标准的上限时，计算机根据电导率表信号自动识别，并自动加大补水流量。5 智能净化装置的特点不使用小混床，不进行加药处理，不排污，pH 任意可调（最佳8.5），电导率保证不大于2.0S/cm。FNC-型产品适用于定子冷却水，保证含铜量小于5g/L，保证含铜量小于10g/L。采用全部程序化控制，自动化程度高、结构简单、安全可靠便于操作和维护。结 论目前，我公司的两台机组均已完成了定冷水智能净化装置的改造工作，定冷水的PH 值均稳定控制在8.5 左右的优良范围内，系统运行稳定，改造前小混床运行周期较短，通常25 个月不等，更换新树脂需要2 天左右时间，这期间发电机内冷却水得不到处理，给机组的安全运行带来隐患，更换新树脂也需要较多的经费。改造后系统不使用小混床，不进行加药处理，不排污，也减轻了运行人员手动补水的工作量，减轻了凝输泵的启停次数，节省了大量运行费和检修费。取得了很好经济全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机152效益。参考文献：1发电机内冷水智能净化装置使用说明书西安热工研究院有限公司作者简介：李永利（1981），男