330MW发电机转子冷却水质控制.docx

2013电厂化学学术会议论文330MW发电机转子冷却水质控制洪新华 杭桂男 中电国际江苏常熟发电有限公司 Cooling water control of 330MW generator rotor HONG xin hua HANG gui han China power international Jiangsu changshu power limited company5ABSTRACT: introduce the improve of generator rotor cooling water treatment system, through improve increase cooling water pH of the generator rotor, copper content of rotor cooling water significant decrease, Reducing the corrosion of the rotor winding bar, rotor cooling water index of generator up to relevant standard .KEYWORDS: 330MWgenerator; rotor cooling water ; content of copper; control摘要 ：介绍了发电机转子冷却水处理系统改进，通过改进提高了发电机转子冷却水的pH，转子冷却水铜含量明显降低，减轻了转子线棒的腐蚀，发电机冷却水指标达到了相关标准的要求。关键词 ：330MW 发电机;转子冷却水;铜含量;控制1 概述 发电机双水内冷的技术是我国自主研制和发明的，从五六十年代上海电机厂开始批量生产，国产125MW和300MW双水内冷发电机组总共有几百台，其中300MW双水内冷发电机组有一百多台，由于发电机转子端部甩水箱结构的原因，冷却水通过转子后在甩水箱中进入大量的空气，空气中的二氧化碳溶入水中造成冷却水pH低，转子冷却水铜离子含量高的问题一直未能很好地解决。 125MW以下的双水内冷机组以前通过加铜缓蚀剂的方法起到了一定的效果，但也存在电导率高等问题，300MW以上机组特别是华能某电厂发生事故后，一般不提倡加缓蚀剂，微碱化处理装置在转冷水处理上基本不成功。为此很多单位在这方面做了不少的工作，有对发电机转子的甩水盒密封进行改进， 尽量减少空气进入甩水箱的量1。有在转冷水回到转冷水箱前增加气水分离器和微碱化装置来提高转冷水的pH，该方案在125MW 机组上应用后水质得到改善，但在300MW双水内冷机组上尚未见成功运用的报道。有在转子冷却水系统中增加除铜柱2，该方案已在125MW，300MW 多台机组上实施， 转冷水水质稳定的保持在合格范围之内，但此方法实际并没有完全解决转子铜线棒的腐蚀问题。以上的几种处理方案对提高转冷水起到了一定的作用，但仍有一些不足之处，效果总体不是很理想。为此我们再这方面进行了调研，对发电机转子冷却水系统进行了改进，提高了转子冷却水的pH，转子冷却水铜含量下降到30g/L左右，取得了很好的效果。2 发电机转子空芯铜线棒的腐蚀机理和原因2.1转子空芯铜线棒在除盐水中的腐蚀机理影响的因素主要有转冷水的溶解氧、pH、温度、导电度和CO2含量。通常溶解氧含量在0.5mg/l2.0mg/l之间时铜的腐蚀速度最高，25时与空气接触的水中溶解氧含量是1.4mg/l3.2mg/l，转冷水的运行温度为2065(空芯铜导线水温常在40以上)，因此转冷水系统溶解氧含量处于铜腐蚀区内。pH是影响腐蚀的主要因素。从Cu的电位pH图可知，pH在710之间是Cu的稳定区3 4，pH小于7.0铜的腐蚀明显加快，pH越低腐蚀越严重。发电机转冷水甩水箱正常运行带入大量空气，空气中的二氧化碳溶入转冷水，转冷水pH最低pH 值可降至56，处于腐蚀状态。当pH值为6.4时，铜在含氧的纯水中的溶解度为640g/l，当pH值为6.9时,铜的溶解度为64g/l，减少了10倍。 图1 Cu-H2O体系的电位-pH平衡图(25)大量的研究认为在有氧pH低的除盐水中，铜先与氧发生反应生成氧化亚铜和氧化铜，氧化亚铜和氧化铜再与水中的氢离子反应产生铜离子。腐蚀反应如下，O2 + 2Cu Cu2O + CuO （ l ) Cu2O + CuO +2H+2Cu+ H2O ( 2 ) 反应（ 2 ）也使有一定保护作用的Cu2O和 CuO 膜溶解，从而加速铜的腐蚀。2.2发电机转子冷却水pH低的主要原因 发电机转子冷却水由转子的一端进入后通过转子线棒，从转子另一端甩出，由甩水箱收集后回到转冷水箱，甩水箱处的动静密封为橡胶或聚四氟材料。转子在高速转动时，在动静密封处产生负压大量的空气进入甩水箱，空气中氧气和二氧化碳快速溶入转冷水中。转冷却水补水虽然是加过氨的凝升水，但大量溶入的二氧化碳迅速中和了凝升水中的氨，使转冷水的pH 值急剧下降，最低pH值可降至56。此时铜已进入腐蚀区，腐蚀很严重。造成线棒中铜的溶解和腐蚀，表现形式就是冷却水中含铜量大。实验表明加了氨pH9.0左右的除盐水，放在空气中如不停搅动10分钟内的水pH很快就下降到7以下。要降低转冷水的铜含量就必须提高转冷水的pH，提高转冷水pH的方法一，通过改进甩水箱动静密封减少空气的进入，但动静密封改造相对比较复杂不宜实施。提高转冷水pH的方法二，就是向转冷水箱连续大流量补充pH8.58.8左右的凝升水，把由甩水箱回到转冷水箱混入空气的冷却水通过溢流管经过水封回到凝汽器，确保进入转子的冷却水pH值是高的，改进按方法二进行。3 发电机定转冷水的设备规范发电机是上海电机厂的双水内冷发电机，转子和定子采用独立的冷却水系统。转定冷水系统在开机时采用除盐水补水，机组正常运行后采用加氨的凝升水补水。转子冷却水额定流量31 m3/h，转冷水泵名牌出力50 m3/h，出口压力0.49MPa，转冷水箱容积3m3，定子冷却水额定流量46 m3/h，定冷水泵名牌出力100 m3/h，出口压力0.78MPa，定冷水箱容积4.5m3。4 改进前发电机转子冷却水水质情况江苏常熟发电有限公司#1#4机组系80年代末期完全国产化的300MW亚临界机组，于1994年末投产。定子冷却水因系统密闭性较好，通过补充加过氨的凝升水水质控制较好，定冷水铜含量一般在10g/L以下。但发电机转子冷却水自机组投产以来铜含量偏高，一般在200300g/L左右，超过标准很多。#1机组转子线棒2009年曾发生过氧化铜堵塞的情况，给安全生产带来了隐患。2004年曾在#2机组转冷水系统增加了一套处理水量5吨/小时微碱化装置，投运后转冷水的pH未能提高到预想的数值，水中铜也未能下降，转子线棒的腐蚀情况仍未得到有效地控制。表1 改进前发电机转子冷却水水质情况。Cu（g/L） 机组年度#4机转冷水#1机转冷水#2机转冷水#3机转冷水CupHCupHCupHCupH20082010 3486.77 2877.102997.054016.5从表1可以看出转子冷却水pH长期偏低，大部分时间pH在6.8以下，铜含量远大于40g/L的相关标准，说明转子线棒长期存在铜的腐蚀，转子线棒内有氧化铜沉积的可能，有一些同类型的机组转子线棒发生过因线棒内氧化铜沉积而发生堵塞，给安全生产带来不小的隐患5。5发电机转子内冷水系统改进的内容和效果5.1 补水方式的改变转冷水的改进先在#4机组上进行，转冷水箱补水改为机组精处理出口（加氨前）和凝升泵出口（加氨后）二路补水， 精处理出口和凝升泵出口凝结水补到转冷水箱的底部， 通过调节二路补水配比，使总补水的pH 8.38.6，通过调节总补水量控制系统的电导率和铜离子含量。由于补水的pH在8.38.6，并且可以对转冷水系统进行大量补水，因此即使转冷水在循环过程中经过转子冷却后溶入二氧化碳，转冷水pH值也比较容易控制在7.58.5的范围，在此pH范围，转冷水对转子铜线棒的腐蚀明显减缓，溶出铜的离子会大幅下降，从而使转冷水的含铜量处于合格范围。5.2 降低水耗 连续补入转冷水箱的水通过水封装置全部排入凝汽器回收利用，由精处理系统除去带入凝结水的铜，这样可以做到大流量补水，尽可能提高进入转子的冷却水pH，又保证补充的水完全回收。本次改进时把定冷水箱溢流管也一并接入水封回到凝汽器，减少定冷水换水时的损耗，每年单台机组节约除盐水1200吨。图3 转子冷却水系统改造示意图5.3改造后转子冷却水水质情况表2 改造后发电机转子冷却水水质情况 Cu（g/L） 机组年度#4机转冷水#1机转冷水#2机转冷水#3机转冷水CupHCupHCupHCupH2011年28.7 7.35 20.57.6530.9 7.27 26.4 7.45 2012年 18.37.32 22.47.4223.67.4524.8 7.36表3 转冷水改进后机组凝结水含铜量的情况对比 Cu（g/L） 机组年度#4 机组#1 机组#2 机组#3 机组给水给水给水给水改进前2.182.522.321.56改进后1.981.982.121.78转冷水系统改造后，转冷水箱补水用凝升水连续补，连续补充的凝升水约20吨/小时，补充的凝升水pH在8.58.8，进入发电机转子的冷却水pH在7.5左右，pH比改造前上升大约0.7，转冷水铜含量较改造前有明显降低，基本处于40g/L以下，大部分时间处于2030g/L左右，取得了较好的效果。但改造后转冷水的pH未达到8.0以上，实际上进入转子的冷却水是补进去凝升水与发电机甩水箱回到转冷水箱的水混合而成，而甩水箱回到转冷水箱的水pH 已经很低了，如水封设计再大一些，连续补水能达到3040吨/小时，补水管尽量接至转冷水泵的进口处，进入发动机的冷却水pH还可能高一些，如pH能提高到8.0以上，冷却水中铜含量能进一步降低。从改进后的给水铜含量数据看，给水铜含量与改进前基本相同，未有明显的变化，说明转子冷却水溢流回到凝汽器对给水没有影响。2009年在#4机组改造成功的基础上，2010年#1、#2、#3机组相继也进行了改造，发电机转子冷却水的铜含量也同样大幅下降，正常运行处在2030g/L左右，效果明显，解决了发电机转子冷却水铜含量高的问题，减轻了转子线棒的腐蚀，消除了转子线棒氧化铜堵塞的安全隐患。6 结束语发电机转子用水冷却是我国的自主技术，由于转子结构的原因，几十年来双水内冷发电机转子冷却水pH偏低，铜含量超标，转子线棒铜存在腐蚀的状况一直未能很好解决，很多单位在这方面也做了不少工作，上述的处理方法应该是比较简单可行的解决方案。但总体看各种处理技术还未成熟和定型，还需要设备制造，科研机构等单位继续研究，彻底解决发电机转子冷却水铜含量高的问题。参考文献1 廖庆华 黄万启 发电机双水内冷水处理系统改造 J 广西电力 2009年 第9期2 芮照中 等 除铜装置在双水内冷发电机组转子内冷水系统的应用 C电厂化学2007学术年会