超超臨界機組發電機內冷水系統運行優化

黃會才,熊書華,荊玲玲

(1.廣東大唐國際潮州發電有限責任公司,廣東省潮州市,515723; 2.長沙理工大學化學與生物工程學院,長沙市,410114)

0 引言

發電機冷卻水系統及其水質是直接影響發電機安全運行和經濟運行的重要環節[1],據不完全統計, 1993—1995年我國 300 MW及以上容量的發電機,發生事故及故障總共 138臺次,其中發電機本體故障53臺次,發電機定子內冷水系統事故及故障 29次,占 54.7%[2]。為了保證發電機的安全運行,必須對發電機的冷卻水水質進行嚴格的控制。

1 潮州電廠 3號發電機內冷水系統

潮州電廠3號汽輪發電機為QFSN-1000-2型三相同步汽輪發電機,冷卻方式為水氫氫冷卻,即定子繞組水內冷,定子鐵心及端部結構件氫氣表面冷卻,轉子繞組氣隙采用氣氫內冷冷卻方式。3號汽輪發電機的定子冷卻水系統是一個敞開體系,其補水方式有 2種,一種是從除鹽水母管引水經過內冷水優化裝置或者經過定子冷卻水的離子交換器補入定冷水箱,另一種是將凝結水精處理出水通過內冷水優化裝置或者經過定子冷卻水系統的離子交換器補入定冷水箱。水箱頂部引出 1根管道,與發電機排氫母管相連,用于正常運行時排除冷卻水帶入水箱的氫氣,水箱下部有一 U形管,里面注入水封,作為定冷水箱的溢流管。

2 發電機內冷水系統調試、運行的要求

高壓電場中,發電機內冷水作為冷卻介質,其品質直接影響發電機的正常運行,嚴重時將導致腐蝕從而引起被迫停機[3-4],國內外都對內冷水水質進行了嚴格規定,隨著機組容量和參數的提高,水質控制標準也越來越嚴格[5-7]。潮州電廠 600,1 000MW機組內冷水的控制指標見表 1。

發電機定子冷卻水水質的控制指標有導電度、pH值、銅離子含量。其中導電度反映水中離子的濃度,如果內冷水的導電度太高,會引起較大的泄漏電流,從而使絕緣引水管老化,導致發電機相間閃絡,甚至破壞設備,發電機端電壓越高要求越嚴格。600MW機組額定電壓為20 kV,1 000 MW機組額定電壓為27 kV。

表1 600,1 000 MW機組內冷水的控制指標Tab.1 Control indicatorsof coolingwater for 600MW and 1000 MW units

控制內冷水 pH值的目的是防止銅導線的腐蝕[8-9],從電位 -pH值平衡圖分析,銅穩定的 pH值為7～10,對工業設備控制 pH值為 7.6～9較適宜[10]。純水中,銅腐蝕一般為均勻腐蝕,由腐蝕穿孔對設備造成危害的幾率較小,但腐蝕產物在系統中被發電機磁場阻截,在空心導線內部沉積,減少了通流面積甚至引起堵塞,使冷卻效果變差,造成線棒溫度升高,影響機組安全運行[11]。

3號發電機定子冷卻水電導率應小于 0.3μs/cm,在發電機做耐壓試驗和啟動前的絕緣檢驗時,要求內冷水水質電導率在較低的水平上,耐壓試驗合格后,要求內冷水電導率低于0.12μs/cm。

3 發電機內冷水系統調試運行過程中出現的問題及解決方案

在 3號發電機調試期間,曾出現內冷水箱水位低,以及內冷水水質不合格等問題,其解決方案為:

(1)采用除鹽水作為補水(除鹽水pH值為5.6～6.0,電導率為 0.12～0.15μs/cm),凝結水補水備用。

(2)投入定冷水優化裝置除鹽,并從優化裝置的離子交換器出口加入適當的Na(OH)2溶液,提高定冷水的pH值。

(3)投入定冷水系統的離子交換器,調整好流量,凈化定冷水系統的水質。

(4)機組正常運行中,關閉采樣間定冷水手工取樣門,減少定冷水消耗,從而減少定冷水的補水量和補水次數。

(5)通過水箱溢流,在溢流 U型管建立水封,減少進入定冷水的空氣。

(6)在發電機未加電壓時,為滿足電氣試驗需要,可暫不考慮 pH值水平,臨時將電導率調整到0.12μs/cm以下水平。此時,退出定冷水優化裝置運行,將定冷水箱充氮,排完空氣后將定冷水箱排大氣及溢流管閥門關閉,保持定冷水系統離子交換器運行。

4 內冷水處理方式

4.1 堿化處理方式

由Cu-H2O體系的電位-pH圖可知,當pH較高(7～10)時,銅處于免蝕區或者鈍化區,因此可采用提高內冷水pH值的方式來防止銅導線的腐蝕。3號機組加裝的優化裝置就是向內冷水中加入一定量的Na(OH)2,調節內冷水pH為7～9。采用這種處理方式,內冷水的 pH容易合格,而電導率和銅含量是否合格,取決于內冷水的實際 pH控制值和系統的嚴密性。系統的嚴密性包括系統與大氣的通氣狀況和系統水的損失情況,也包括補充水源與大氣的接觸狀況。系統pH控制低,電導率易合格,但銅含量難合格;系統pH控制高,有利于銅含量控制合格,但電導率易偏高。3號機組定冷水系統在采用堿化處理方式時,充分考慮定冷水箱的密封性和補水水源的水質情況,精細調整,確定合適的Na(OH)2藥液濃度,合適調整加藥泵的沖程,定冷水的電導率基本控制在0.2μs/cm左右,pH值控制在7.5左右,銅離子控制在8.0μg/L以下。目前,潮州電廠2臺1 000 MW機組的內冷水正常處理方式按照堿性水處理工況運行,其監測數據見表 2。

表2 堿性水處理工況下的運行監測數據Tab.2 Operation monitoring data under conditions of alkaline water treatm ent

4.2 中性水處理方式

中性水處理實驗證明,內冷水水質酸堿度為中性,含氧量低、凈化度高、導電率低、不含其他化學物質。在實際運行中發現,如果內冷水中含氧量低,水中氧將立即與銅表面產生化學反應,此時閉環系統的含氧量小于 30μg/L。由于不斷對支流進行凈化,水的電導率將會維持在約0.1μs/cm。這種方式試驗運行了將近 20天,實驗過程中關閉了手工取樣門,控制在線表的取樣流量,最低限度減少定冷水系統的水量損失,中性水處理方式下監測的數據見表3。

表3顯示的數據表明,在這種工況下運行時,定冷水的含氧量基本處于飽和狀態,定冷水的電導率也能控制在發電機廠家要求的范圍內,但是定子線棒的腐蝕速率較高。當前定冷水的再循環處理流量是240 L/min,在這種處理流量下,如果定冷水的銅離子含量仍為15μg/L,那么離子交換器每天吸收的銅離子量為5.184 g,定冷水箱的容積為 3.55 m3。如果沒有利用離子交換器除銅,每天定冷水的銅離子含量將增加1 460μg/L。所以,這種水處理方式,實際上并沒有抑制銅線棒的腐蝕,只是將部分銅腐蝕物吸收了,雖然降低了銅腐蝕產物在線棒的沉積,減弱了線棒堵塞的幾率,但是并沒有解決銅線棒腐蝕的問題。

表3 中性水處理工況條件下的運行監測數據Tab.3 Operationm onitoring data under conditions of neutral water treatment

5 結論

(1)不論是堿性還是中性水處理方式,都要求系統有比較好的嚴密性。從定冷水箱系統結構方面和運行安全方面考慮,建議改進內冷水箱的排氫、溢流系統,使內冷水箱的排氫、溢流管能進行水封,確保系統的氣密性。

(2)在機組正常運行后,定冷水的補水方式盡量采用高速混床出口凝結水作為補充水,這是因為凝結水的水質純凈,電導率在0.1μs/cm以內,而且含氧量基本可以控制在20μg/L以內。

(3)減少定冷水的水量損失,減少補水次數,維持系統的穩定。除化驗班的查定取樣外,關閉手工取樣門,調整好在線表的流量,減少水耗。

[1]裴鋒,曹順安.發電機內冷水系統密閉性能評判方法及應對策略[J].大電機技術,2009(2):28-33.

[2]毛國光.汽輪發電機故障缺陷分析[J].大電機技術,1998(5): 23-25.

[3]陳戎.提高發電機內冷水水質指標初探[J].熱力發電,2002,31 (6):68-69.

[4]何波,王燕.提高定子冷卻水水質,確保機組安全經濟運行[J].寧夏電力,2007(5):54-56.

[5]DL/T 1039—2007發電機內冷水處理導則[S].北京:中國電力出版社,2007.

[6]楊新生.水冷發電機內冷水監控研究[J].電力設備,2003,4(6): 37-39.

[7]劉春紅.大型發電機冷卻水質量標準探討[J].華東電力,2003,32 (11):68-71.

[8]潘玲,謝學軍.發電機定子空心銅導線防腐及其內冷水水質控制[J].華北電力技術,2009(11):20-22.

[9]聞人勤,丁桓如,杜方正,等.發電機內冷水銅導線腐蝕的原因及影響因素分析[J].華北電力技術,2003(3):15-17.

[10]謝學軍,潘玲,晏敏,等.銅水體系電位 -pH圖與發電機內冷水pH調節防腐[J].腐蝕科學與防護技術,2007,19(3):162-163.

[11]黃突.發電機內冷水系統空芯銅導線的防腐蝕[J].江西電力, 2003,27(5):33-35.