发电机内冷水旁路小混床处理工艺改进

孙彩珍，杨发亮，刘在博

（山西鲁能河曲发电有限公司，山西忻州036500）

发电机内冷水旁路小混床处理工艺改进

孙彩珍，杨发亮，刘在博

（山西鲁能河曲发电有限公司，山西忻州036500）

发电机内冷水采用旁路小混床处理方式净化内冷水，传统的内冷水具有小混床处理周期短和p H值低等弊端，不能满足大型机组对内冷水水质的要求。经过改进，在不改动设备的条件下，仅通过改变树脂的装填方法，充分利用树脂的性能延长小混床运行周期，改善出水水质。

内冷水指标；小混床；树脂

0 引言

为了改善发电机内冷水的水质，目前发电机组普遍采取的防腐、净化处理的方式主要有单纯补充除盐水或凝结水运行方式、内冷水加铜缓蚀剂法、小混床处理法和双小混床处理法。山西鲁能河曲发电有限公司采用除盐水作为内冷水，内冷水旁路20%左右流量通过小混床处理。但是单纯的小混床处理方法仍不能满足目前机组的安全经济运行，通过小混床工作原理进行分析，认为其树脂的配比方式不合适引起树脂提前失效和无法达到内冷水的指标要求。因此，改进了树脂的装填方法，采用三层树脂从上到下依次为阳树脂交换层200mm、混合树脂交换层（阴∶阳=2∶1）、阴树脂交换层200mm，实现了提高混床出水品质，延长运行周期的目的。

1 内冷水的指标监督与分析

发电机运行中内冷水化学监督的指标是电导率、pH和铜含量。这三项指标是发电机对冷却水质的重要要求，而内冷水属于纯水，较其他水质监测影响因素较多，所以对内冷水中电导率、pH和铜含量的含义以及监测的干扰因素进行深入分析。

1.1 电导率

我国大型机组电导率一般要求0.5μS/cm以下，进口机组有的要求0.2μS/cm以下[1]。由于电导率反应的是水中离子含量的多少，采用除盐水作为补充水，电导率升高主要是吸收空气中二氧化碳，在水中形成碳酸后，解离出离子的作用。所以采用旁路混床深度除盐处理，才可以保证水质达到0.2μS/cm标准。

1.2 pH值

内冷水控制pH值的目的是防止铜导线的腐蚀，铜在水中稳定区间pH值在7～10之间，发电机内冷水pH值标准为7～9[2]。影响pH值降低的主要原因是内冷水箱空气门通大气，内冷水吸收空气中的二氧化碳；补充除盐水吸收二氧化碳。内冷水箱氮气封闭可吸收二氧化碳，缺点是降低对水箱氢气监测的灵敏度。pH值测量也是一个重要原因，在线仪表大都采用标准缓冲溶液静态标定后动态测量，静电荷、液接电位、氯化钾扩散浓度不一致引起误差，取样后测定易受空气中的二氧化碳污染，上述原因均可造成pH偏低[3]。较简便的解决方法是用便携式仪器现场测定，采用静态标定，将动态测量改为冲洗后在隔绝空气条件下静态测量，消除测量形态不同和空气二氧化碳的影响。

1.3 铜含量

内冷水对发电机铜线棒腐蚀一般为均匀腐蚀，不会因腐蚀穿孔对设备造成危害。根据2010年2台600MW机组每周一次监测发电机内冷水进水和回水的含铜量变化统计，回水含铜量大部分时间大于进水，也有时小于进水，全年平均值回水含铜量仅大于进水2.20μg/L。真正影响发电机的是腐蚀产物在有异物的空心导线内部沉积，减少了该线棒通流面积，使其冷却效果变差，造成发电机定子线棒层间最高与最低温度间的温差和定子线棒引水管出水温差明显升高。

从运行监督分析发现内冷水中的铜超过40μg/L时，有异物的空心导线内部沉积速度加快，并且是不可逆的。表现定子线棒引水管出水温差升高速度明显加快，停机测定该线棒内冷水流量明显偏低，有关文献[1]也有报道。分析原因，当线棒腐蚀使水中铜增加，析出胶体氧化铜的化合物，在微堵的杂物上吸附沉积，使内冷水流量降低，温度升高腐蚀加快，造成该线棒中内冷水过高。

运行监督分析发现铜超标应尽快查找原因，同时换水处理，注意如果补水是通过混床实现，混床不失效时，换水与不换水无明显效果。

2 混床处理常用工艺

内冷水混床用于除去水中的阴、阳离子及系统运行中产生的铜的腐蚀产物，可达到净化水质的目的。重点是除去铜的腐蚀产物，防止在线棒内沉积。

2.1 传统混床处理工艺的除铜效果

内冷水含铜量可依据水质平衡计算，以山西鲁能河曲发电有限公司2010年全年平均监测数据为例：混床流量20m3/h，按照进出水含铜量计算，年平均除铜率为70%，发电机进水流量95m3/h，内冷水回水含铜量比进水含铜量增加2.20μg/L，年运行7 300 h，计算结果如下。

发电机线棒年腐蚀量为2.2×95×7 300× 10-3=1 525.7 g。

设内冷水年平均含铜量为X，则有方程式95×2.20=20（X+2.20）×70%，得出X=81×2.20÷ 14=12.73μg/L。而内冷水测定年平均含铜量为11.07μg/L，小于计算值，原因是内冷水通过过滤器截留颗粒状腐蚀产物。通过化学监督在滤元表面可看到较多0.1mm以上黑色颗粒，定性分析含铜量高得以证实。

如果混床处理完全失效，按内冷水的水容积6m3计算，内冷水铜含量的每天增加速度为2.20× 95÷20×24=250.8μg/L。

如按照铜含量40μg/L的标准计算，设内冷水除铜率平均为X，则有方程式95×2.20=20（40+ 2.20）×X，得出X=202.4÷844=24%。

混床主要存在的问题是运行周期短，随着时间延长除铜效率降低，达不到1 a的标准。按照传统混床装100 kg阳树脂，200 kg阴树脂，运行流量20m3/h计算，运行7m左右电导率超过0.2μS/cm，除铜效果变差。一个检修间隔电导率最高曾达到0.83μS/cm，超过0.5μS/cm标准。不同机组可根据上述方法计算内冷水混床性能和要求[4]。

2.2 传统混床处理工艺的树脂交换容量

阳树脂工作交换容量高于阴树脂一倍，为保证阴阳离子平衡，通常按阳树脂：阴树脂为1∶2的比例均匀混合装填。按混床阳树脂装填100 kg，阳树脂工作交换容量1 mol/L，阳树脂的视密度0.85 kg/L，计算出混床装填树脂量118 L，总交换容量为118mol/L，失效时交换铜7 498 g。如按混床运行流量为20m3/h，2010年内冷水混床平均除铜量7.44μg/L，到失效时可运行50 188 h。因此，混床运行周期短，不是树脂量不够造成的。

2.3 树脂除铜和交换容量能力低的原因

内冷水通过混床时，理想状态下树脂的反应全部按以下化学式进行。

式中：M+——金属离子；A-——酸根离子。

这样水中的盐分全部除掉，实际上为了使阴阳离子总交换容量平衡，在混合树脂中阴树脂比阳树脂多一倍。运行中内冷水在混床中首先接触阴树脂的概率大于接触阳树脂的概率。内冷水中铜盐如首先经过阴离子交换树脂时酸根与树脂交换出氢氧根，与铜离子结合全部形成氢氧化铜。反应步骤按以下化学式进行。

氢氧化铜是难溶水电解质，所以氢氧化铜只有极少量能在通过阳树脂时，和阳树脂交换出氢离子，并与氢氧根结合成水。水中氢氧化铜继续解离出铜离子和氢氧根达到平衡，使水的pH值基本不受影响。受树脂平衡常数影响，溶液中仍有残留的铜离子，水中的氢氧根又不减少，阻碍氢氧化铜快速溶解，此时内冷水通过小混床也只能除掉部分氢氧化铜形态的铜。内冷水中的氢氧化铜在经过阳树脂时被部分除掉，阳树脂由氢型转为铜型，而阴树脂并未进行交换，所以混床顶部的树脂氢氧型与氢型的比例越来越高，造成混床除铜性能逐渐变差，比理论值提前失效[5]。

采用凝胶型普通型树脂常泄漏大量低分子聚合物，主要是阳树脂胶溶物含有大量羧基（-OOH），它们会污染系统并使小混床出水pH偏低，另外形成的氢氧化铜很容易污染树脂，造成交换容量显著下降。为加强抗污染性能最好使用高速混床使用的大孔树脂，采用该树脂在混床电导率升高到0.4μS/cm以上时，虽除铜能力有所下降，但pH仍在8以上。

3 采用三层树脂床处理工艺

根据内冷水通过树脂的工作原理，仅对树脂的装填方法进行改进，按照水“上进下出”的方式，从上到下依次为阳树脂交换层200mm、混合树脂交换层（阴∶阳=2∶1）、阴树脂交换层200mm，实现了提高混床出水品质，延长运行周期的目的。

混床进水是不通过内冷水过滤器，水中有水流冲刷下来的铜线棒沉积的氧化铜、氢氧化铜腐蚀产物，这些固体颗粒无法被过滤器截留，大多沉积或截留在混床的上层树脂，普通混床会污染水质，造成偶尔混床出水含铜量大于进水。三层树脂上部是阳树脂交换层，该树脂层主要是除去内冷水中的阳离子，使水成微酸性，可以促进水中的氧化铜和氢氧化铜溶解，充分发挥阳树脂除铜作用。阳树脂交换层装填高度200mm左右，树脂装填高度低了效果不好。阳树脂交换层反应如下。

中间采用混合树脂，总阳树脂与阴树脂比例为1∶2，主要作用是对水进行深度处理。比较发现过渡混合树脂层比均匀混合树脂层效果好。过渡混合树脂的上部阳树脂与阴树脂比例为1∶1、中部阳树脂与阴树脂比例1∶2，下部阳树脂与阴树脂比例比例1∶3左右。过渡混合树脂层上部阳树脂比例多，进一步除去了氢氧化铜，保持阴阳树脂交换容量平衡。

底部采用阴树脂装填高度200mm左右，将水中的阴离子全部转换为氢氧根离子，彻底除去水中溶解的二氧化碳，并截留阳树脂胶溶出的低分子含羧基酸性聚合物。阴树脂胶溶出的低分子含胺基聚合物呈碱性，可提高内冷水的pH降低系统腐蚀。

2009年1号机组9月试验采用三层树脂床处理，通过8m运行取得明显效果，混床出水平均pH为8.07，平均电导率为0.1μS/cm，铜含量3.53μg/L。内冷水平均pH为8.16，电导率0.12μS/cm，铜含量14.34μg/L。

4 结论

内冷水混床旁路处理是降低铜含量的有效方法，采用三层树脂装填可明显延长运行时间，降低内冷水电导率和含铜量，保证pH在合格范围。该方法不用改动设备，比其他方法操作控制简单，也没有采用氢、钠、氢氧混床造成电导率升高的现象。树脂宜采用高速混床用大孔树脂，提高树脂抗污染能力，失效后作为高速混床补充树脂，不用单独再生。注意采用大孔树脂混合时树脂不抱团，要防止因树脂分层造成混床失效。

内冷水最好监测发电机内冷水进水、回水和混床出水三个点的数据，用以监测发电机腐蚀和混床运行情况，分析内冷水铜含量变化原因。发电机进水应有精密过滤器，截留易造成发电机线棒污堵的颗粒腐蚀产物。混床进水最好使用过滤后的内冷水，减少颗粒状腐蚀产物对混床性能的影响，可建议制造厂进行改进。

［1］武汉大学，北京国华电力技术研究中心有限公司. DL/T1039-2007发电机内冷水处理导则［S］.北京：2007.

［2］谢学军.铜水体系电位-pH图与发电机内冷水pH调节防腐［J］.腐蚀科学与防腐技术，2007（1）：10-11.

［3］刘玮，曹杰玉.提高电厂高纯水pH值测量准确度的研究［J］.中国电力，2006（10）：85-88.

［4］胡勇有，刘绮.水处理工程［M］.广州：华南理工大学出版社，2006.

［5］徐岚.碱性处理技术在发电机内冷水系统的应用［J］.华东电力，2007（1）：24-26.

Improvementof Generator Inner CoolingW ater Bypass SmallM ixed Bed Treatment Process

SUN Cai-zhen，YANG Fa-liang，LIU Zai-bo
（Shanxi Luneng Hequ Power Generation Co.，Ltd.，Xinzhou，Shanxi 036500，China）

Small bypassmixed bed was adopted for inner coolingwater purification in generator，while the traditionalmethod was disadvantageous for short duration and low pH value so that it cannot satisfy large-scale unit in the quality of inner cooling water.The weakness of the traditionalmethod can be overcome by improving the fillingmethod of resin inmixed bed to extend the operating period of mixed bed soas to improve the thewaterquality.

inner coolingwater index；smallmixed bed；resin

TM311

B

1671-0320（2014）01-0054-03

2013-10-11，

2013-12-26

孙彩珍（1982-），女，内蒙古乌兰察布人，2003年毕业于内蒙古工业大学环境工程专业，助理工程师，从事电厂化学工作；

杨发亮（1983-），男，山东聊城人，2003年毕业于山东电力学校热能动力专业，助理工程师，从事电厂运行值长工作；

刘在博（1953-），男，山东济南人，1970年毕业于山东济南中学，高级技师，从事电厂化学工作。