改进发电机内冷水处理系统的应用

刘绍强

（朝阳燕山湖发电有限公司，辽宁朝阳 122000）

1 目前内冷水处理的方法及存在的问题

朝阳燕山湖发电有限公司1#发电机组是一台国产600 MW机组，发电机内铜导线采用水—氢—氢的冷却方式。发电机组开始投入发电时，发电机内冷水系统采用连续补除盐水的开放式运行方式，除盐水箱的除盐水作为补水水源，处理方式为小混床和加氨联合处理，在实际运行中存在以下问题。

（1）除盐水pH值在6.56～6.87，pH值偏低在一定程度上会腐蚀系统，主要是腐蚀发电机组内铜导线。铜导线的腐蚀会引起发电机内冷水中Cu2+含量超标，提升除盐水的电导率，使电导率超过规定。

（2）发电机内冷水采用阳阴离子型混床的方式进行旁路处理，尽管Cu2+含量稳定在标准以下并使电导率处于合格状态，但经过阳阴离子型混床处理之后的水呈酸性，会进一步降低发电机内冷水pH值。

（3）向发电机内冷水中加入氨，可以提高内冷水的pH值，但是由于系统严密性不强，需要经常补充药液，实际运行中工作量较大，不易控制加药量及加药时间，会导致发电机内冷水出现水质不稳定等问题。

2 发电机内冷水水质标准及要求

2.1 发电机内冷水水质要求

发电机内冷水作为在高电压电场中的冷却介质，在保证发电机安全稳定并且经济运行的前提条件下，各项水质指标必须符合标准要求。发电机内冷水水质需要符合的技术标准：①满足发电机内部的绝缘性能（即电导率较低），以避免发电机铜导线圈发生短路；②冷却水质不腐蚀发电机铜导线以及内冷水系统；③在空心导线内，发电机内冷水中的杂质不允许结垢，避免出现降低冷却效果，发电机铜线圈发热过高，进而导致绝缘老化或者绝缘失效的现象。

2.2 发电机内冷水控制标准

（1）对双水内冷和定子冷却的发电机组，温度在25℃时，发电机冷却水电导率应≤2 μS/cm，Cu+含量≤20 μg/L，内冷水的pH 为8～9。

（2）汽轮发电机定子绕组的冷却方式为独立密闭循环水系统时，冷却水的电导率需要＜2 μS/cm。

3 朝阳燕山湖发电有限公司内冷水系统的改造方法

3.1 工作原理

为了解决发电机内冷水pH值不达标、电导率偏高、Cu2+含量超标、除盐水补充量大等问题，同时提高内冷水水质，朝阳燕山湖发电有限公司于 2014年对发电机内冷水的处理方式进行改造。在应用新型发电机内冷水微碱化处理装置的基础上，采用复床并列运行方式，使发电机内冷水的处理过程更加简单易行，处理过后水质符合运行要求（图1）。

图1 发电机内冷水的工作原理

当发电机内冷水流经RNa-ROH时，通过复床式离子交换树脂的方式内冷水中的杂质离子得以除去，在这个过程中会产生适量的Na+，使微量NaOH在复床出水中出现，从而使整个水循环系统的水质呈弱碱性。当发电机内冷水流经RH-ROH时，通过离子交换的方式除去复床出水的杂质，降低发电机内冷水的电导率。

因此，如果发电机内冷水中含有微量的Cu2+，Fe3+，HCO3-等杂质，经过微碱化循环处理装置处理后，水质pH就会上升，水中杂质的量也会减少，减轻内冷水对发电机铜线圈的腐蚀。

因此，无需向发电机内冷水中添加任何的缓蚀剂或碱化剂，仅仅通过离子交换方式就可以在发电机内冷水中产生出微量的氢氧化钠，提高水质pH值。发电机定子冷却水系统微碱化处理装置改造后，能使发电机内冷水呈弱碱性，改善发电机铜线圈钝化现象，因此具有防腐效果，同时还能使发电机内冷水水质符合标准要求。处理后水质情况：pH（25℃）为8.1～8.9；电导率（25℃）≤1.5 μS/cm；Cu2+含量≤20 μg/L；内冷水无硬度。

由于采用了复床处理方式，各离子交换器内仅装有单一品种的树脂，而不是混合多种不同品种的树脂，因此当树脂失效之后，可采用体外再生创造的方法处理这些失效树脂。树脂失效后，可用专用设备将树脂转移至微碱化装置，进行体外再生、循环利用，使水处理费用大大降低。

3.2 发电机定子内冷水处理装置与内冷水系统连接

发电机内冷水微碱化处理装置与内冷水系统的连接如图2所示：发电机内冷水微碱化处理装置的入口与发电机内冷水系统经过冷却器、过滤器后的系统出口水母管相连接，发电机内冷水微碱化处理装置的出口可直接与内冷水箱相通。内冷水微碱化处理装置的排水仅在安装装置、维修装置和导出树脂时才进行使用，可与连接装置连接后倒入地沟。

3.3 装置主要技术参数（图3）

图2 内冷水处理装置与内冷水系统连接

图3 发电机内冷水处理系统装置

处理水量（0.5～0.8）m3/h；最大处理量 1 m3/h；进水水质为内冷水；进水压力（0.2～0.4）MPa；进水温度≤40 ℃。

3.4 内冷水水质指标控制值（定子）（表1）

表1 定子内冷水水质指标控制值

3.5 发电机内冷水微碱化处理装置的特点

（1）发电机内冷水微碱化处理装置采用特殊离子交换系统，因此占地面积小，操做简捷方便，投入运行时水质指标稳定合格。相比于目前其他发电机内冷水处理装置，可以更好地提高pH值并降低Cu2+含量，在有气体影响的情况下依然能够使发电机组内冷水的水质保持达标。装置运行时，由于存在这一特点，内冷水系统不需要严格密封，大大提高了发电机内冷水系统的安全运行。

（2）处理效率高，电导与pH值可精确调控。使用发电机内冷水处理装置后，发电机内冷水水质指标不但全部达标，而且所需的旁路处理水量较少，是同类型装置的1/5～1/8。这样在装置启动停运时几乎对发电机内冷水系统压力和流量无影响，可以保证发电机内冷水系统安全稳定运行。另外，也留有一定空间可及时控制系统水质。

（3）发电机定冷水系统为密闭式设计，内冷水处理装置可以增加除气装置，使内冷水的溶氧量指标也达标。

（4）运行成本低。离子交换树脂不但有良好的性能，还可以体外再生、循环利用，节省了树脂更换成本，大大降低运行费用。

（5）从发电生产现场的实际出发，该装置结构合理，方便操作，运行可靠。

（6）安装、调试简单便捷，不改变原有系统结构。

4 改进后系统运行情况

设备于2014年4月24日8∶50并入内冷水系统，原内冷水箱水质：pH=7.3；电导率 1.023 mS/cm，Cu2+含量 42 μg/L。FDNL—Ⅱ型发电机内冷水处理装置工作温度为（39～45）℃时，内冷水进水压力0.32 MPa；Na床流量120 L/h；H床流量500 L/h。经过72 h的运行之后，发电机内冷水水质可达到pH=8.3，电导率（绝缘放电）0.932 3 mS/cm，Cu2+含量 5.8 μg/L。内冷水处理装置并入系统运行后的水质情况统计见表2。pH平均值8.32，电导率平均值 0.830 mS/cm，Cu2+含量平均值 9.7 μg/L。

表2 内冷水微碱化处理装置调试记录表

通过3 d的调试观察并与原内冷水系统水质比较，表明设备发挥了作用，水质工况符合内冷水处理装置主要出水水质指标控制值，运行状态良好。

5 结论

在发电机内冷水系统中增加微碱化处理装置，不仅可以提升发电机内冷水的pH值、降低内冷水Cu2+含量，还可以有效缓解内冷水系统内部铜导线的腐蚀情况，明显提高系统安全性，同时保证发电机组安全、经济、稳定地运行。从操作与运行方面看，采用氢型+钠型双套小混床旁路的方法处理发电机内冷水，操作简单、安全性高、运行稳定，具有实际应用与推广意义。