发电机定子冷却水处理工艺技术改造

陈 磊

（甘肃天水大唐甘谷发电厂，甘肃 天水 741211）

大唐甘谷发电厂1#、2#发电机为330MW机组，发电机的冷却方式为水—氢—氢，即发电机组定子线圈空心铜导线采用除盐水作为冷却介质。发电机厂家成套提供了小混床法处理定子冷却水（简称定冷水） 的装置。1#、2#机组自投产以来，发电机定冷水电导率、铜含量、pH指标一直不合格，含铜量最高达500μg/L左右，电导率10.0μS/cm左右，不能满足DL/T 801-2002《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》规定（25℃时电导率≤2.0μS/cm、pH=7.0～9.0、含铜≤40μS/L、硬度＜2.0μmol/L）。定冷水水质不合格将引起发电机短路、结垢、腐蚀、线棒过热等问题，甚至造成发电机烧毁等。因此必须采取有效的净化措施改善定冷水品质。为从根本上解决发电机定冷水pH值偏低、腐蚀性强、电导率不稳定、铜离子超标等问题，决定对发电机定冷水的处理方式进行技术改造。

1．装置概况

大唐甘谷发电厂1#、2#发电机采用小混床旁路部分处理定冷水的运行方式。小混床设计压力0.6MPa，处理流量2～4.5t/h，最大处理流量6t/h。

（1） 存在问题

自1#、2#机组投产以来，1#、2#发电机定冷水水质各项指标均不合格，其中铜含量控制指标居高不下（铜离子含量在100～500μg/L），铜离子的产生与发电机的线棒腐蚀有密切关系，多次从小混床更换出的离子交换树脂呈绿色。为缓解对系统的腐蚀，先后在内冷水系统中投加铜保护剂，及时更换小混床树脂，采用大量换水的方式仍不能达到定冷水水质要求，所造成的运行费用半年时间达五万元以上，水质的不合格给安全生产带来了巨大隐患。表1是1998年4月至7月对1#机定冷水铜离子含量跟踪化验结果。

μg/L表1

图1 定冷水水质电导率及pH跟踪分析趋势图

在水质发生异常的时间里，加强了定冷水水质化验分析工作，不断提高水样化验频率。图1是1998年4月至7月定冷水水质电导率及pH的跟踪分析趋势图。

（2） 原因分析

①将定冷水总水量的5%～10%通过装有阴、阳离子交换树脂的混合离子交换器，除去水中各种阴、阳离子，使定冷水导电率维持在合格范围内，但定冷水经小混床离子交换后，水中氢离子含量增多，使出水pH值降低，有时pH能低至5.0左右，更加剧了对铜导线的腐蚀。

②pH对铜在水中腐蚀的影响。在水中，铜的电极电位低于氧的电极电位。从化学热力学的观点看，铜是能被氧化腐蚀的，腐蚀反应能否不断进行，取决于腐蚀产物的性质。如果它在铜表面的沉积速度很快，而且又很致密，就起到了保护作用，即形成了保护膜；反之，腐蚀沉积物不能形成保护膜，腐蚀就会不断地进行下去。铜氧化膜的形成和防腐性能，与溶液的pH值关系密切。提高介质的pH值，可降低氧化铜的溶解度，但过高的pH值会使保护膜溶解。对照铜离子含量—pH图可知，pH在6.95以下区域，出现Cu2+，即铜的腐蚀区；pH在7.0～8.0，铜腐蚀有一定减缓；pH为8.0～9.0时，铜腐蚀基本被抑制。pH对铜腐蚀的影响见图2，铜腐蚀速率见图3。

2．改造方案

解决定子冷却水水质的根本是在保持电导率合格的同时，提高pH值。基于上述，在不增加发电机定冷水系统设备的条件下，通过离子交换方式使得定冷水中含有微量的氢氧化钠。将原配备的两台小混床改造成类似于两台不同类型混床并联运行结构的微碱性循环处理装置，将原设计强酸H型阳树脂和强碱OH型阴树脂混合运行方式改造为实验合格再生后的强酸H型阳树脂和强碱OH型阴树脂、强酸Na型阳树脂和强碱OH型阴树脂并联分层运行的方式。按2：1的比例配置D001阳树脂和D201阴树脂，按总树脂量的10%配Na型阳树脂，并在混床进出口加装树脂捕捉器，防止树脂进入系统。同时在内冷水箱出口配备了在线电导率仪和pH表，用于连续监测内冷水的水质变化。小混床的内部改造结构示意图见图4。

改造后，采用微碱性循环处理定冷水时，将发生如下离子交换反应：nRNa+Mn+→RnM+nNa+；nRH+Mn+→RnM+nH+（M为铜、铁、铵等阳离子，n为阳离子电荷数）；nROH+Ak-→RkA+kOH-（A为氯、碳酸氢根等阴离子，k为阴离子电荷数）。

根据以上离子交换反应式可知，只要发电机定冷水中含有微量的铜、铁、碳酸氢根等杂质离子，经过微碱性循环处理器处理后，就能提高pH值，减少杂质含量，减缓发电机铜线棒的腐蚀，确保发电机的安全经济运行，真正意义上解决发电机定冷水水质的问题。

3．效果

2008年10、11月先后对1#、2#发电机定子冷却水系统实施改造。改造后，1#、2#发电机内冷水系统实现了闭式循环，补水量大大降低，投运当日的内冷水质即合格，pH值上升到7.0～8.5，电导率基本上稳定在0.60μS/cm，铜含量也明显降低，系统腐蚀得到减缓（图5、6）。可以看出，发电机定冷水处理系统改造后，水质状况得到改善，定冷水的各项水质指标均达到了预期效果，符合GB/T12145-1999标准的规定。

由于系统改进后实现了闭式循环，补水量大大降低，不仅节约了大量除盐水，而且发电机运行系统耐受外界冲击污染能力增强。同时1#、2#机组定冷水处理装置年运行费用由原来的10万元降至现在的2万元左右，经济效益明显。