某电厂发电机转子冷却水处理方式的优化与改造

摘  要：简要介绍了某电厂转冷水中铜含量高的原因及水处理方式的特殊性，重点介绍了智能净化装置在该电厂的应用情况，并提出了相应的优化与改造方法，从而确保水质始终保持在最佳防腐范围内。

关键词：双水内冷发电机;转冷水;铜腐蚀;智能净化

1    双水内冷发电机概述

广东某电厂#5机组为QFS2-300-2型双水内冷发电机，定转子绕组使用水内冷方式，定子铁芯及端部件使用空气冷却方式[1]，定子和转子冷却系统分别为两个独立的系统，定子每半个线圈一个水路，水路进水和出水用聚四氟乙烯管相连，定子水流量51 m3/h;转子每槽两排线圈分别独立为一个水路，转子冷却水流量40 m3/h。冷却水泵的额定压力为0.7 MPa，进水温度设计值为35～40 ℃。

2    轉冷水中铜含量高的原因

发电机转冷水通过转子进入线棒后，再经过另一端流出至转冷水箱，而高速转动后微负压作用将导致动静结合密封部位漏入许多空气进入水中，从而在O2及CO2的作用下产生弱酸性，导致铜被逐渐腐蚀及溶解，水中的铜离子含量逐渐升高。当转冷水中pH值低于8.0时，随着pH值的降低，铜的腐蚀产物急剧增加，相较于密闭性较好的转冷水系统，转冷水腐蚀问题更加突出（图1）。

随之而来的问题是，当转冷水流量减小，温升增加，腐蚀产物沉积加剧，通流面积减少，堵塞现象严重，甚至影响机组的安全运行。因此，参考国家及电力行业相关标准，对转冷水各项指标的要求愈加严格，一般要求在25 ℃下，期望值为：pH值为8.0～9.0，电导率<5.0 μS/cm，含铜量≤20 μg/L。

3    转冷水处理优化与改造

目前，国内发电机内冷水系统补充水源为除盐水，pH值约等于6.5，远低于国家及行业标准的要求。2010年，对转子内冷水系统采用输液管连续加碱，由于输液管管径比较小，有时会发生堵塞现象，造成加药不正常，转冷水水质还是难以达标（表1）。

为此，对国内目前主流的几种内冷水处理技术进行了调研，主要包括以下方法：

3.1    微碱化循环处理法

针对小混床内部采用微碱化循环处理法，即增加Na型阳树脂，使得在原有H阳/OH阴树脂基础上三路并联并独立分层运行，通过离子交换法，产生微量的NaOH，适当保持合理的pH值范围以及低电导率，这样可以使得Cu离子在弱碱作用下处于自钝化情况下，可以大大减少Cu线棒被转冷水腐蚀[2]。但微碱化循环处理法存在运行周期短，运行费用较高，树脂难以再生处理的问题。

3.2    离子交换-加碱碱化法

离子交换-加碱碱化法处理方法采用优级纯NaOH作为碱化剂，配制成0.1%～0.5%的溶液。通过计量加药泵将碱化剂输送至转冷水离子交换器中，这样可以调节pH值在7.0～9.0范围内，并可监测内冷水中的Na离子百分比和电导率的大小。加药时间可以通过电导率及pH值的大小来确定，而当pH值上升至8.5或电导率在1.5 μS/cm以上时，停止计量加药泵从而停止加碱化剂。此种方式是此前人工加药方式的升级，但存在的问题是由于直接加入强电解质NaOH，对在运设备可靠性要求非常高，设备一旦出现问题将严重影响机组的安全。

3.3    智能净化法

智能净化法主要是将凝结水精处理出水加氨点前后压力点引出，通过PLC智能控制系统的优化配比后[3]，确保转冷水处于最佳工况（pH值达到8.5），同时将补入的水回收。补水母管加装电动门，当通过智能分析判断补水水质不合格，此时补水电动门联锁关;当通过智能分析判断水质合格后，补水电动门联锁开。智能净化法改造使用后可不使用小混床，pH值可根据实际需要进行调整（最佳8.5），智能程度高且效果佳。

经过对以上三种处理方式的对比发现，三种方式对于转冷水的处理都能达到标准要求，智能净化法和加碱碱化法的处理效果优于微碱化循环处理法，但是加碱碱化法树脂失效速度最快，最终导致运行维护费用最高。而对于转冷水系统存在大量氧和二氧化碳导致Cu离子增多这一特殊性的影响，仅智能净化法通过调整补水流量可达到标准中的pH期望值（8.0～9.0），且智能净化法对Cu的腐蚀速度仅仅是微碱化循环法的1/100，为离子交换-加碱碱化法的1/20，无需更换树脂，运行维护量低。

4    智能净化法应用效果

2013年5月，将在#5机组原来的转子内冷水处理装置拆除，在原位置安装转子冷却水智能净化装置。该设备自动调节凝结水精处理加氨后及除盐水两路来水的配比，保证经装置混合后的补水电导率及pH值在标准规定的最佳防腐范围内。该设备补水至转冷水箱，转冷水箱上设溢流管，当水位超过溢流管溢流水位后，溢流出水回收至中间水箱（水封作用），中间水箱与凝汽器相连，溢流水最终回至凝汽器，不浪费水。

设备投运后，电厂停止向转冷水中加碱化剂，停止小混床运行，投运后转冷水的电导率及pH值长期保持合格稳定，电导率稳定在1.0 μS/cm左右，pH值稳定在期望值8.0～9.0，转冷水铜含量长期平均低于10 μg/L，水质情况良好，优于标准期望值。设备投运半年后转冷水水质情况如表2所示。

5    结论

（1）随着机组容量的不断提高，发电机铜线圈腐蚀所带来的问题越来越显著，电厂运行应严格遵守相关标准规定的内冷水水质指标，把危险降到最低。

（2）转冷水智能净化法通过智能控制策略可以实现全程程控，包括智能控制自补水、自循环，不需要额外人工干预，转冷水箱液位稳定，转冷水水质好，铜腐蚀量小，不使用小混床、不加药、不排污，长期使用经济效益明显，该转冷水处理方法是有效的、值得推荐的方法。

（3）转冷水智能净化装置投运后效果显著，长期运行指标稳定可靠，完全满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/T 12145—2016）及《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》（DL/T 801—2010）对转冷水指标的要求。

[参考文献]

[1] 王溯.发电机内冷水系统防腐蚀研究[D].长沙：长沙理工大学，2010.

[2] 张海彪.双水内冷发电机内冷水处理技术[J].热力发电，2007，36（11）：72-73.

[3] 沈君，王今芳，王森，等.核电站300 MW机组发电机内冷水水质优化[J].电力与能源，2015，36（4）：580-584.

收稿日期：2020-06-11

作者简介：吴小芳（1976—），女，广东东莞人，助理工程师，从事电厂化学在线仪表维护工作。