一种处理发电机定冷水的微碱化三层床技术研究

2014-04-21王宏义苏文湫陈雪明缪盛华詹小燕

电力安全技术 2014年6期

关键词：混床碱化冷水

王宏义, 苏文湫，陈雪明，缪盛华，詹小燕

(1.浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江温州 325609；2.浙江大学，浙江杭州 310058)

一种处理发电机定冷水的微碱化三层床技术研究

王宏义1, 苏文湫2，陈雪明2，缪盛华1，詹小燕1

(1.浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江温州 325609；2.浙江大学，浙江杭州 310058)

分析了国内外控制定冷水水质的现状，阐述了微碱化三层床技术的原理，介绍了采用该技术原理的实验装置，并对实验结果进行了分析，且将该技术方案应用于某发电厂定冷水水质的处理，实践表明：通过该技术方案处理后定冷水的pH值、Cu2+浓度及电导率各项指标全部达到定冷水水质标准。

定冷水；微碱化；三层床；pH值

0 引言

大型发电机的定子绕组在运行过程中会产生大量热量，必须通过冷却水加以冷却。在实际生产过程中，发电机组常以除盐水或凝结水作为冷却水。因受CO2溶解及发电机空芯铜导线(线棒)腐蚀的影响，在定冷水的循环使用过程中，如不加以处理或更换，其pH值会逐渐下降，而Cu2+浓度与电导率将逐渐上升，这对发电机的安全运行将构成很大威胁。电导率过高时，聚四氟乙烯绝缘引水管会发生漏电、闪络烧伤等故障；pH值过低时，对空芯铜导线的腐蚀将加剧，定冷水中Cu2+浓度将急剧增大。当Cu2+浓度急剧增大后，一方面导致电导率上升，影响绝缘性能；另一方面导致空芯铜导线内壁产生非均匀结垢，引起阻塞，影响冷却效果，严重时还会造成发电机绕组局部超温，甚至烧坏。国内外一些电厂都曾发生过此类事故。

为确保发电机的安全运行，世界各国对定冷水水质均有严格要求。我国DL/T801—2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》规定：定冷水电导率在0.4～2.0 μS/cm之间；pH在8～9之间；Cu2+浓度不大于20 μg/L。

1 国内外控制定冷水水质的现状

目前，国内外控制定冷水水质的主要方法有2种：一种是投加碱性药剂法；另一种是离子交换旁路处理法。投加碱性药剂法可有效提高定冷水的pH值，从而有效地抑制铜腐蚀。但这种方法有一定的缺陷，主要是碱性药剂的投加量难以控制，存在技术风险；同时，电导率与Cu2+浓度均会逐渐上升，需经常换水。离子交换旁路处理法则是近年来应用最广的一种定冷水水质控制方法，已被国内外大中型电厂广泛认同。

目前，许多电厂采用内充“RH+ROH”离子交换树脂的小混床来控制定冷水水质。这种小混床可有效控制定冷水的Cu2+浓度与电导率，但对pH的控制效果较差。多数情况下测得的定冷水pH值小于7，达不到定冷水的水质标准，致使发电机铜线棒的腐蚀较为严重，不利于发电机组的安全运行。为了克服“RH+ROH”小混床的缺点，部分电厂采用内充“RH+ROH”离子交换树脂与“RNa+ROH”离子交换树脂的2个小混床来控制定冷水水质，其效果较佳，但缺点是涉及的设备多，而且操作较为复杂。

2 微碱化三层床技术原理

根据现有小混床的实际使用情况，结合离子交换理论，研发了一种处理效果好、操作简便、运行可靠的微碱化三层床技术。微碱化三层床内自上至下依次填充阳、阴、阳3层树脂，其中阳树脂需经过碱化处理，各层树脂分工明确，作用各异。上层阳树脂的作用是去除定冷水中的Cu2+，使进入中层阴树脂层的Cu2+大为减少，从而降低Cu2+对阴树脂的催化污染，避免阴树脂在高温下快速分解。中层阴树脂的作用是去除因空气泄漏而进入定冷水中的CO2和HCO3-等，可提高定冷水的pH值。下层阳树脂的作用是去除阴树脂的分解产物NH3，并进一步去除自上层阳树脂中泄漏下来的Cu2+，以提高定冷水的水质。

下文拟通过实验，考察微碱化三层床技术的基本性能。

3 实验装置

实验装置如图1所示，该装置主要由离子交换柱、水箱、温控系统、CuSO4溶液及计量泵组成。离子交换柱内径为20 mm，树脂层有效高度为450 mm，水箱有效容积为20 L。循环水流量控制在5 L/h，温度控制在40 ℃。为了模拟因发电机铜线棒腐蚀而产生的Cu2+，用计量泵连续向水箱投加CuSO4溶液，水箱内Cu2+浓度约15 μg/L。

试验采用的仪器有：电导率仪（Sension5，Hach，美国）、pH计(Orion 230A+，Thermo，美国）以及测量Cu2+浓度用的原子吸收分光光度计(AA-6300，Shimadzu，日本)。

图1 实验装置示意

4 实验结果及分析

4.1 模拟定冷水pH值的变化情况

采用传统“RH+ROH”小混床处理时，定冷水通常呈中性，pH值明显偏低。为了提高pH值，实验采取对阳树脂进行微碱化处理的措施。图2为微碱化三层床处理模拟定冷水的pH值变化情况。由图2可知：在30天的连续运行试验期内，模拟定冷水的pH值能稳定地维持在8.0～8.2之间，全部达到DL/T801—2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》的标准。

模拟定冷水pH值的提升，可用离子交换平衡理论予以解释，Na+与RH型阳树脂中的H+发生交换反应，当达到交换平衡后，水中NaOH含量主要与[RNa]和[RH]的比值有关。对传统的“RH+ROH”小混床而言，RNa含量约为0，水中基本上无NaOH，因此水质呈中性；而对微碱化三层床而言，由于先前已经过NaOH溶液碱化处理，阳树脂中RNa比例相对较高，因此pH值可获得显著提升。

图2 模拟定冷水的pH值变化情况

4.2 模拟定冷水电导率的变化情况

电导率对发电机运行的安全性有双重影响。电导率过低时，pH值往往偏低，不利于铜线棒的防腐；电导率过高时，易造成发电机漏电。因此，定冷水的电导率应控制在合适的范围内。图3为模拟定冷水电导率的变化情况。由图3可知：模拟定冷水电导率在0.30～0.35 μS/cm之间，低于DL/T 801—2010标准的下限值，说明树脂的碱化度需作进一步调整。但从另一角度看，这意味着定冷水的pH值尚有很大的提升余地。

4.3 除铜效果

由于混床相当于无数个阳床和阴床交替串联，因此通常具有很高的除铜效率。为了检验微碱化三层床的除铜效果，实验对进、出水的Cu2+浓度进行了监测。根据监测结果可知：在进水Cu2+浓度为15.0 μg/L的情况下，出水Cu2+浓度全部低于检测下限(下限值≤2 μg/L)。这说明微碱化三层床技术具有很高的除铜效率。

图3 电导率随运行时间的变化情况

5 实际应用情况

某发电厂拥有4台600 MW发电机组，其定冷水原来采用“RH+ROH”小混床处理，水质情况如表1所示。

表1 采用“RH+ROH”小混床处理时各机组定冷水水质

由表1可知：采用“RH+ROH”小混床处理时，pH值在7.4～7.9之间，明显偏低；Cu2+浓度在8.7～23.7 μg/L之间，部分数据已超标。

2011年6～9月， 1～4号机组先后采用了微碱化三层床技术进行定冷水的处理，运行稳定后各机组定冷水水质情况如表2所示。所有机组定冷水水质均得到明显改善，pH值上升至8.0～8.5，Cu2+浓度仅为2.0～6.4 μg/L，电导率维持在0.50～1.2 μS/cm，3项水质指标均达到DL/T 801—2010的规定。

微碱化三层床新技术只需更换树脂，而无需对小混床等硬件设施进行改造，因此使用此新技术极为方便，且无改造经济负担。目前，该技术已在国内多家电厂共30余台发电机组上得到应用，应用后发电机组定冷水的pH值、电导率与Cu2+浓度全部稳定达标。