双水内冷机组内冷水处理新方案与应用效果

李亚静，牛保军

(大唐保定热电厂,河北 保定 071051)

近年来国内发电机内冷水系统普遍存在水质合格率低的问题,致使铜线棒腐蚀严重，而且铜离子不断沉积，导致线棒传热困难，影响冷却效果，甚至引发腐蚀产物堵塞系统的问题，严重影响发电机组的安全稳定运行。尤其是双水内冷机组，由于转子甩水盘内呈现负压，且气密性较差，空气中大量CO2进入转子冷却水中，导致机组在运行过程中内冷水pH值逐渐下降、电导率与Cu2+含量不断增加，难以达到标准要求。所以，双水内冷发电机内冷水水质的控制，是国内许多电厂多年来一直存在的一大技术难题。大唐保定热电厂针对双水内冷机组发电机内冷水在运行中存在的问题，进行了水处理工艺的优化实践，收到良好效果。

1目前广泛采用的内冷水处理工艺

不同容量机组内冷水处理系统有所不同，内冷水系统的密闭性不同，所采取的处理工艺也不同。目前我国发电机内冷水处理系统主要有以下几种形式：小混床旁路处理法、投加铜缓蚀剂法、频繁换水或内冷水箱溢流法等。在实际运行中，这几种处理方式均存在着各自的技术缺陷。

1.1 小混床旁路处理法

目前较多的发电机组采用此工艺，据了解，大部分采用此工艺处理的内冷水电导率低于1 S/cm(25 ℃)，铜离子质量浓度低于40 g/L，均能达到标准要求，但是，pH值很难达到大于7的标准要求，也就是说，导致铜线棒的腐蚀的因素依然存在，发电机铜线棒的腐蚀随时都在发生，只是腐蚀产物Cu2+被小混床内树脂吸附而已。

为了解决pH值低的问题，近些年来，一些厂家尝试了在小混床出口加NaOH进行碱化处理的方法。这样，正常情况下一般能够满足水质要求，但是直接向内冷水中加入NaOH强电解质，且加药量由在线电导率表和pH表监督控制，存在一定弊端，加药设备或在线表计一旦出现问题，造成加药量过大，水质会急剧恶化，直接威胁着机组的安全运行。所以，加NaOH碱化处理存在着一定的危险性。

1.2 投加铜缓蚀剂法

目前一般小于125 MW的小型机组采用此工艺。该工艺可使水质得到明显改善，铜离子浓度和电导率都有一定幅度的降低，减缓了铜线棒腐蚀。但是，缓蚀剂与铜离子形成的络合物在铜线棒内容易沉积形成污垢，严重时会阻塞水流通道，使线棒超温，最终烧毁线棒，所以存在着较大的风险。

1.3 频繁换水或内冷水箱溢流法

由于没有安全可靠、效果理想的处理方法，一些电厂不得不采用频繁换水或内冷水箱溢流的方式使水质合格。这种方法操作简单，但存在着一定的弊端。对于双水内冷发电机组，空气中大量的CO2不断溶入转子冷却水中，使得内冷水pH值处于较低的水平，若换水不及时或溢流量较小，则不能保证pH值长期合格，势必会发生铜的腐蚀；而大量的换水和溢流，却又造成较大的浪费，是一种极为不经济的运行方式。

2 “离子交换+气水分离”法内冷水处理工艺

2.1 大唐保定热电厂内冷水水质状况

大唐保定热电厂8号机组为125 MW双水内冷式发电机组，2002年基建时没有安装内冷水处理装置，内冷水采用凝结水或加过氨的除盐水，为了保证水质合格，采用了频繁换水的方式运行，由于系统密闭性较差，致使pH值下降较快，几乎每天都要换水才能保证pH值合格，不仅造成很大的浪费，还增加了运行人员的工作量。后采用水箱溢流、连续补水的方式运行，溢流水量根据内冷水pH值和含铜量而定，一般在0.8～1.2 t/h，大唐保定热电厂采取该种方法运行多年，虽然水质基本保证在合格范围内，但也造成一定的浪费。

2.2 新内冷水处理系统

为保证机组的安全运行，提高机组运行经济性，大唐保定热电厂技术人员经过大量调查研究，确定了一种适合双水内冷机组使用的新的内冷水处理方法，即应用“离子交换+气水分离”内冷水处理系统，有针对性的解决双水内冷机组内冷水水质超标问题，“离子交换+气水分离”内冷水处理系统包括：离子交换系统与气水分离系统，其连接示意见图1。

注：粗实线为新增设备和管道

2.2.1 离子交换系统

2.2.1.1 系统构成

离子交换设有2个交换柱，第一根交换柱分上下两层，上层装有钠型阳树脂，下层装有氢型阳树脂，第二根交换柱里装有阴树脂，内冷水从换热器出口引出，流量约0.8～1.2 t/h。首先进入钠床，然后进入氢床，钠床和氢床的出水分别进入阴床，阴床出水通过树脂捕捉器后回到内冷水箱，离子交换系统见图2。

图2 离子交换系统示意

2.2.1．2 调整控制方式

由离子交换反应原理可知，通过调整氢床和钠床的流量可以使出水pH值和电导率发生变化。当内冷水pH 值偏低时，则加大钠型床的流量；当内冷水电导率偏高时，则加大氢型床的水流量。通过调节钠型阳床和氢型阳床的流量比例，控制出水pH值在7～9,电导率不大于5 S/cm，使铜线棒处于钝化区。具体调整方式为：当电导率高或pH偏大时，适当调大氢床出口阀门F04，当F04已经调节到最大时, 可适当关小钠床出口阀门F03；当pH偏小时，适当调大钠床出口阀门F03, 当F03已经调节到最大时, 适当关小氢床出口阀门F04。当铜含量较高时，可适当调大钠床出口阀门F03, 当F03已经调节到最大时, 适当关小氢床出口阀门F04或者开大设备入口阀门F01，增加水处理量，当总流量达到1 200 L/h时,铜仍然较高,说明树脂失效，需要再生。

2.2.2 气水分离装置

由于采用双水内冷冷却方式的机组结构存在问题，内冷水系统无法密封，除氧处理没有意义，只能采用提高内冷水pH值的方法。但是由于空气中的CO2不断溶入内冷水，pH值很难控制在7以上，且树脂运行周期较短，仅靠离子交换树脂提高该类机组内冷水的pH值不能取得预期效果。“离子交换+气水分离”法内冷水处理方式在采用离子交换方法提高内冷水的pH值的同时改造了发电机内冷水系统的转子冷却水回水通道(见图2)。在转子回水母管上加装1个气水分离器，通过一定的空间实现气水分离，分离出的气体引回甩水盘的气侧，分离出的水进入内冷水箱，最终使气、水两相的压力达到平衡，减少外界气体进入内冷水系统，以阻止空气进入内冷水箱，从而减少溶入内冷水系统的CO2，降低离子交换器的负荷，延长离子交换器的再生周期，为内冷水处理系统的稳定运行提供了技术保证。

3 运行效果与安全经济效益

3.1 运行效果

大唐保定热电厂8号机组内冷水系统于2009年5月完成技术改造，至今运行一年多时间未换水，内冷水水质状况如表1所示。

表1 8号机组内冷水系统改造后的水质状况

日 期 pH值电导率/( S·cm-1)ρ(Cu2+)/( g·L-1)2009-068.35～8.801.3～2.43.5～6.02009-077.89～8.561.8～2.55.0～10.02009-087.7～8.352.2～3.78.0～16.02009-097.9～8.492.2～3.522.6～27.02009-107.3～8.272.0～3.914.0～26.02009-117.83～8.402.0～3.615.0～28.32009-127.90～8.202.6～3.615.6～30.02010-017.80～8.03.0～4.227.0～32.32010-027.60～8.503.5～4.131.1～39.02010-037.20～8.303.9～4.536.0～41.02010-048.10～8.601.6～2.211.1～13.02010-058.20～8.501.8～2.27.1～8.82010-068.10～8.401.6～2.36.0～8.22010-078.10～8.401.9～2.46.2～8.92010-088.10～8.302.1～2.47.0～9.02010-097.90～8.302.2～2.68.2～9.6

2009年6月设备改造完首次投运，从表1中数据可以看出，自2009年6月运行至2010年3月，在不换水的情况下，内冷水的pH值、电导率、铜含量均在合格范围内，随着运行时间的增加，铜离子浓度和电导率逐渐增高，由表1可知，pH值呈现逐渐下降的趋势，运行中可依靠不断增大钠床的流量，维持pH值在8.0左右。2010年3月，铜离子质量浓度达到41 g/L，超出标准范围；电导率4.5 S/cm接近控制指标上限；pH值7.2，接近控制指标下线，且钠床和总流量均调至最大，所以认定树脂失效。在2010年4月更换树脂，并对失效树脂进行再生。从表1中数据看出，树脂更换后，水质恢复良好状况。

3.2 安全经济效益

该套内冷水处理系统自安装至今已运行一年多时间，水质指标满足标准要求，并处于较好的水平；设备运行状况良好，且不存在安全隐患。

改造前为了保证内冷水水质合格，内冷水箱需要连续补水(即连续排水)约1.5～2 t/h，每年造成经济损失约20万元。加装内冷水处理装置投资约27万元，一年多即可收回全部投资费用，且以后每年可为电厂节约费用20万元左右。

4 结束语

内冷水的pH值、溶解氧和溶解二氧化碳等水质指标是直接或间接影响发电机铜线棒腐蚀速率的主要因素。对于无法实现密封的双水内冷机组，空气的溶入是导致内冷水水质超标和铜线棒腐蚀的重要原因。大唐保定热电厂同时采用离子交换和气水分离2种工艺,有效阻止了空气中的二氧化碳溶入内冷水中，无需采取其他措施即可保证内冷水水质合格，适合在双水内冷机组上推广应用。