發電機定子冷卻水處理工藝技術改造

陳 磊

（甘肅天水大唐甘谷發電廠，甘肅 天水 741211）

大唐甘谷發電廠1#、2#發電機為330MW機組，發電機的冷卻方式為水—氫—氫，即發電機組定子線圈空心銅導線采用除鹽水作為冷卻介質。發電機廠家成套提供了小混床法處理定子冷卻水（簡稱定冷水） 的裝置。1#、2#機組自投產以來，發電機定冷水電導率、銅含量、pH指標一直不合格，含銅量最高達500μg/L左右，電導率10.0μS/cm左右，不能滿足DL/T 801-2002《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》規定（25℃時電導率≤2.0μS/cm、pH=7.0～9.0、含銅≤40μS/L、硬度＜2.0μmol/L）。定冷水水質不合格將引起發電機短路、結垢、腐蝕、線棒過熱等問題，甚至造成發電機燒毀等。因此必須采取有效的凈化措施改善定冷水品質。為從根本上解決發電機定冷水pH值偏低、腐蝕性強、電導率不穩定、銅離子超標等問題，決定對發電機定冷水的處理方式進行技術改造。

1．裝置概況

大唐甘谷發電廠1#、2#發電機采用小混床旁路部分處理定冷水的運行方式。小混床設計壓力0.6MPa，處理流量2～4.5t/h，最大處理流量6t/h。

（1） 存在問題

自1#、2#機組投產以來，1#、2#發電機定冷水水質各項指標均不合格，其中銅含量控制指標居高不下（銅離子含量在100～500μg/L），銅離子的產生與發電機的線棒腐蝕有密切關系，多次從小混床更換出的離子交換樹脂呈綠色。為緩解對系統的腐蝕，先后在內冷水系統中投加銅保護劑，及時更換小混床樹脂，采用大量換水的方式仍不能達到定冷水水質要求，所造成的運行費用半年時間達五萬元以上，水質的不合格給安全生產帶來了巨大隱患。表1是1998年4月至7月對1#機定冷水銅離子含量跟蹤化驗結果。

μg/L表1

圖1 定冷水水質電導率及pH跟蹤分析趨勢圖

在水質發生異常的時間里，加強了定冷水水質化驗分析工作，不斷提高水樣化驗頻率。圖1是1998年4月至7月定冷水水質電導率及pH的跟蹤分析趨勢圖。

（2） 原因分析

①將定冷水總水量的5%～10%通過裝有陰、陽離子交換樹脂的混合離子交換器，除去水中各種陰、陽離子，使定冷水導電率維持在合格范圍內，但定冷水經小混床離子交換后，水中氫離子含量增多，使出水pH值降低，有時pH能低至5.0左右，更加劇了對銅導線的腐蝕。

②pH對銅在水中腐蝕的影響。在水中，銅的電極電位低于氧的電極電位。從化學熱力學的觀點看，銅是能被氧化腐蝕的，腐蝕反應能否不斷進行，取決于腐蝕產物的性質。如果它在銅表面的沉積速度很快，而且又很致密，就起到了保護作用，即形成了保護膜；反之，腐蝕沉積物不能形成保護膜，腐蝕就會不斷地進行下去。銅氧化膜的形成和防腐性能，與溶液的pH值關系密切。提高介質的pH值，可降低氧化銅的溶解度，但過高的pH值會使保護膜溶解。對照銅離子含量—pH圖可知，pH在6.95以下區域，出現Cu2+，即銅的腐蝕區；pH在7.0～8.0，銅腐蝕有一定減緩；pH為8.0～9.0時，銅腐蝕基本被抑制。pH對銅腐蝕的影響見圖2，銅腐蝕速率見圖3。

2．改造方案

解決定子冷卻水水質的根本是在保持電導率合格的同時，提高pH值。基于上述，在不增加發電機定冷水系統設備的條件下，通過離子交換方式使得定冷水中含有微量的氫氧化鈉。將原配備的兩臺小混床改造成類似于兩臺不同類型混床并聯運行結構的微堿性循環處理裝置，將原設計強酸H型陽樹脂和強堿OH型陰樹脂混合運行方式改造為實驗合格再生后的強酸H型陽樹脂和強堿OH型陰樹脂、強酸Na型陽樹脂和強堿OH型陰樹脂并聯分層運行的方式。按2：1的比例配置D001陽樹脂和D201陰樹脂，按總樹脂量的10%配Na型陽樹脂，并在混床進出口加裝樹脂捕捉器，防止樹脂進入系統。同時在內冷水箱出口配備了在線電導率儀和pH表，用于連續監測內冷水的水質變化。小混床的內部改造結構示意圖見圖4。

改造后，采用微堿性循環處理定冷水時，將發生如下離子交換反應：nRNa+Mn+→RnM+nNa+；nRH+Mn+→RnM+nH+（M為銅、鐵、銨等陽離子，n為陽離子電荷數）；nROH+Ak-→RkA+kOH-（A為氯、碳酸氫根等陰離子，k為陰離子電荷數）。

根據以上離子交換反應式可知，只要發電機定冷水中含有微量的銅、鐵、碳酸氫根等雜質離子，經過微堿性循環處理器處理后，就能提高pH值，減少雜質含量，減緩發電機銅線棒的腐蝕，確保發電機的安全經濟運行，真正意義上解決發電機定冷水水質的問題。

3．效果

2008年10、11月先后對1#、2#發電機定子冷卻水系統實施改造。改造后，1#、2#發電機內冷水系統實現了閉式循環，補水量大大降低，投運當日的內冷水質即合格，pH值上升到7.0～8.5，電導率基本上穩定在0.60μS/cm，銅含量也明顯降低，系統腐蝕得到減緩（圖5、6）。可以看出，發電機定冷水處理系統改造后，水質狀況得到改善，定冷水的各項水質指標均達到了預期效果，符合GB/T12145-1999標準的規定。

由于系統改進后實現了閉式循環，補水量大大降低，不僅節約了大量除鹽水，而且發電機運行系統耐受外界沖擊污染能力增強。同時1#、2#機組定冷水處理裝置年運行費用由原來的10萬元降至現在的2萬元左右，經濟效益明顯。