發(fā)電機內(nèi)冷水處理技術(shù)的探討
1發(fā)電機內(nèi)冷水的水質(zhì)要求
大中型發(fā)電機組設(shè)備普遍采用水-氫冷卻方式，發(fā)電機內(nèi)冷水選用除鹽水或凝結(jié)水作冷卻介質(zhì)。冷卻水的水質(zhì)對保證發(fā)電機組設(shè)備的安全經(jīng)濟運行是非常重要的。近年來隨著大容量、亞臨界、超臨界發(fā)電機組的投入運行，為了確保發(fā)電機組設(shè)備的安全運行，對發(fā)電機內(nèi)冷水品質(zhì)的要求越來越高，國標(biāo)GB／T12145—1999《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》，對發(fā)電機內(nèi)冷水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有如下規(guī)定：
a)對雙水內(nèi)冷和轉(zhuǎn)子獨立循環(huán)的發(fā)電機組，在25℃溫度下，冷卻水電導(dǎo)率不大于5μS／cm，銅的質(zhì)量濃度不大于40μg／L，pH值大于6.8；
b)機組功率為200 MW以下時，發(fā)電機冷卻水的硬度(水中鈣和鎂陽離子的總濃度)不大于10μmol／L，機組功率為200 MW及以上時，發(fā)電機冷卻水的硬度不大于2μmol／L；
c)汽輪發(fā)電機定子繞組采用獨立密閉循環(huán)水系統(tǒng)時，其冷卻水的電導(dǎo)率小于2.0μS／cm。
2目前國內(nèi)外發(fā)電機內(nèi)冷水處理的方法及存在問題
為了改善發(fā)電機內(nèi)冷水的水質(zhì)，目前國內(nèi)外發(fā)電機組普遍采取的防腐、凈化處理的方式主要有單純補充除鹽水或凝結(jié)水運行方式、內(nèi)冷水加銅緩蝕劑法、小混床處理法和雙小混床處理法。這些方法在實際生產(chǎn)中難以解決內(nèi)冷水中的電導(dǎo)率和pH值機內(nèi)冷水的關(guān)鍵技術(shù)是解決現(xiàn)有小混床處理法中電導(dǎo)率、銅離子指標(biāo)必須長期合格的問題，即發(fā)電機的內(nèi)冷水pH不小于7.0，并穩(wěn)定在7～8之間；解決小混床偏流、漏樹脂而導(dǎo)致出水p H值偏低引起循環(huán)系統(tǒng)酸性腐蝕問題；解決小混床樹脂交換容量小，機械強度低，易破碎問題；實現(xiàn)閉式循環(huán)系統(tǒng)及防止補水對循環(huán)內(nèi)冷水產(chǎn)生受沖擊性污染問題，實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行及免維護等功能。
3發(fā)電機內(nèi)冷水超凈化處理的創(chuàng)新技術(shù)
西北電力試驗研究院研究開發(fā)的發(fā)電機內(nèi)冷水超凈化處理技術(shù)，是在現(xiàn)有的小混床處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)發(fā)電機內(nèi)冷水處理技術(shù)的創(chuàng)新。
3.1系統(tǒng)總體設(shè)計創(chuàng)新
系統(tǒng)設(shè)計時，在小混床進、出入口處加裝樹脂捕捉器，確保在運行或停運狀態(tài)下，樹脂不會漏入發(fā)電機內(nèi)；水箱增加呼吸組件，有效減少空氣中CO2對水質(zhì)的污染，提高內(nèi)冷水pH值；系統(tǒng)配置監(jiān)測電導(dǎo)率和pH值的測量儀表。
3.2混床交換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
a)將混床的單室結(jié)構(gòu)改造成雙室結(jié)構(gòu)，即將交換器內(nèi)的多孔板分隔成上下兩個室，孔上安裝不銹鋼水帽，上下兩室中填充特制離子交換樹脂，上、下兩室可以獨立再生和反洗，有效地解決了單室結(jié)構(gòu)在反沖洗時，因上部失效樹脂混入下部未失效高再生的樹脂層中，影響出水水質(zhì)的問題；
b)交換器進水安裝了布水裝置，使進水均勻分布，減少了水流沖擊而產(chǎn)生的偏流；
c)下部出水孔板均勻鉆孔，孔上加裝特制不銹鋼水帽，杜絕了漏樹脂的問題；
d)床內(nèi)加裝樹脂攪拌噴嘴，利用壓力水或壓縮空氣從噴嘴噴射中產(chǎn)生的動力混合攪拌陰陽樹脂，使兩種樹脂在罐體內(nèi)均勻混合，從而提高出水水質(zhì)。
3.3采用特制的離子交換樹脂
采用特制的離子交換樹脂代替目前采用的普通型離子交換樹脂。這種特制的高強度離子交換樹脂是經(jīng)水力分選、過篩、酸堿鹽和有機溶劑反復(fù)處理后，再經(jīng)大劑量優(yōu)級純試劑深度再生、檢驗等嚴格的工藝優(yōu)選和處理后達到大幅度降低樹脂中的低聚合物含量而成的樹脂。這種優(yōu)選特制樹脂機械強度高、顆粒均勻，經(jīng)試驗測定，優(yōu)選的陽離子樹脂交換容量比優(yōu)選前提高一倍，陰離子樹脂交換容量比優(yōu)選前提高近4倍，運行周期是小混床的4～6倍。
3.4運用實例
發(fā)電機內(nèi)冷水超凈化處理技術(shù)在秦嶺發(fā)電廠220 MW機組和蒲城發(fā)電廠330 MW機組的應(yīng)用中，總體性能和技術(shù)指標(biāo)達到很好的效果，實現(xiàn)長周期免維護運行，安全可靠性高。改進后的超凈化處理裝置出水指標(biāo)：實際運行中，電導(dǎo)率保持在0.06～0.1μS／cm之間，p H值在7～7.9之間。發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)：實際運行中，電導(dǎo)率在0.1～0.5μS／cm之間，p H值在7～7.9之間。根據(jù)科技查新資料顯示，該技術(shù)綜合性能指標(biāo)已達到國際先進水平，填補了目前國內(nèi)外大、中型發(fā)電機組不能同時滿足發(fā)電機內(nèi)冷水電導(dǎo)率和p H值標(biāo)準(zhǔn)要求的技術(shù)空白。
4沙角A電廠和沙角C電廠發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行狀況分析4.1沙角C電廠660 MW機組發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行狀況
沙角C電廠660 MW機組發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)由內(nèi)冷水箱、內(nèi)冷水泵、冷卻裝置、過濾器和去離子小混床組成。發(fā)電機內(nèi)冷水處理方法是將發(fā)電機閉式循環(huán)7%的內(nèi)冷水(流量為8 m3／h)通過去離子器除去內(nèi)冷水中的陰、陽離子，達到凈化內(nèi)冷水水質(zhì)的小混床處理方式。該系統(tǒng)原設(shè)計安裝存在如下缺陷：
a)去離子器為單室結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，存在偏流、漏樹脂問題；
b)去離子器填充的是進口IRN160陰陽混合樹脂，根據(jù)廠家提供的資料，IRN160樹脂運行一年左右更換，其工作交換容量較小，運行周期短，樹脂失效后須在體外再生，運行成本較高；
c)水箱內(nèi)用于檢測漏氫的壓縮空氣中的CO2會污染內(nèi)冷水水質(zhì)，p H值降低；
d)系統(tǒng)監(jiān)測手段不夠完善，沒有安裝p H值檢測儀表。
沙角C電廠發(fā)電機內(nèi)冷水處理采用的是小混床方式，由于系統(tǒng)及內(nèi)冷水處理系統(tǒng)存在上述設(shè)計安裝缺陷，從運行檢測數(shù)據(jù)可知，雖然發(fā)電機內(nèi)冷水電導(dǎo)率基本能夠滿足國標(biāo)和廠家規(guī)定要求，但發(fā)電機內(nèi)冷水p H值長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)。2000年1月份沙角C電廠1號發(fā)電機內(nèi)冷水pH值在8.06～8.64之間，2月份p H值在8.06～8.23之間，2001年6月份pH值在6.08～8.76之間(在運行中，2號發(fā)電機和3號發(fā)電機內(nèi)冷水pH值也不穩(wěn)定)，指標(biāo)難以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)存在酸性腐蝕的安全隱患。4.2沙角A電廠200 MW機組發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行狀況
沙角A電廠200 MW機組發(fā)電機內(nèi)冷水發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)也由內(nèi)冷水箱、內(nèi)冷水泵、冷卻裝置、過濾器和離子交換陽床組成，但該系統(tǒng)的離子交換陽床只是處理補充的除鹽水，對于閉式循環(huán)的發(fā)電機內(nèi)冷水無法得到處理，當(dāng)內(nèi)冷水電導(dǎo)率或pH值不合格時，通過排、補除鹽水方法，使內(nèi)冷水電導(dǎo)率及p H值合格。系統(tǒng)設(shè)計安裝存在以下較嚴重的缺陷：
a)200 MW機組投產(chǎn)后，采用pH值較高(p H不小于8.5以上)的凝結(jié)水作內(nèi)冷水補充水源，循環(huán)的發(fā)電機內(nèi)冷水電導(dǎo)率一直較高，維持在4～6μS／cm之間。隨著GB／T12145—1999國標(biāo)的實施，原來的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)冷水電導(dǎo)率不大于5μS／cm，現(xiàn)改為電導(dǎo)率不大于2μS／c m。為了確保發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)，近兩年來采用了少加氨的除鹽水作內(nèi)冷水補充水源，但電導(dǎo)率仍然處在2.5～3.5μS／cm的較高水平中。這種方式不但浪費排補的除鹽水，而且難于達到內(nèi)冷水電導(dǎo)率不大于2μS／cm的國標(biāo)要求。
b)離子交換陽床設(shè)置不合理，它不能起到處理、凈化循環(huán)內(nèi)冷水的作用，實際上該離子交換陽床從未投入運行。
c)離子交換器結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)裝設(shè)普通型陽樹脂，樹脂易破碎，泄漏進入內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng)，造成內(nèi)冷水水質(zhì)污染。5改造發(fā)電機內(nèi)冷水處理技術(shù)的建議5.1沙角C電廠發(fā)電機內(nèi)冷水處理系統(tǒng)必需進行技術(shù)改造
目前沙角C電廠660 MW機組發(fā)電機內(nèi)冷水電導(dǎo)率指標(biāo)可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但p H值指標(biāo)長期不穩(wěn)定，存在酸性腐蝕的安全隱患。為確保發(fā)電機以下必要的技術(shù)改造，以滿足發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)要求：
a)將單室去離子床改成雙室去離子超凈化裝置，以提高去離子出水水質(zhì)；
b)去離子床進、出口處加裝樹脂捕捉器，防止樹脂漏入循環(huán)系統(tǒng)；
c)水箱加裝CO2吸收組件，減少內(nèi)冷水的污染；
d)系統(tǒng)加裝pH監(jiān)測儀表，完善發(fā)電機內(nèi)冷水中pH值的監(jiān)測；
e)采用國產(chǎn)特制的陰、陽離子交換樹脂，使樹脂運行更換周期由1年延長至3年左右，以節(jié)約運行成本。5.2采用內(nèi)冷水超凈化處理技術(shù)
沙角A電廠200 MW機組發(fā)電機內(nèi)冷水的電導(dǎo)率一直達不到國標(biāo)要求，存在著較嚴重的安全隱患。為確保200 MW機組發(fā)電機內(nèi)冷水電導(dǎo)率不大于2μS／cm和p H值長期穩(wěn)定在7.0～8.0之間的國標(biāo)要求，節(jié)約排補時浪費的大量除鹽水，建議對內(nèi)冷水系統(tǒng)采用內(nèi)冷水超凈化處理技術(shù)進行改造，在發(fā)電機內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng)中加裝超凈化處理裝置，以截流內(nèi)冷水循環(huán)總量約8%的內(nèi)冷水進行去離子處理，取代目前的排補方式，取消補水系統(tǒng)中原有的陽離子交換器。即：
a)在發(fā)電機內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng)中加裝超凈化處理裝置，裝置進出口樹脂捕捉器；
b)水箱加裝CO2吸收組件；
c)發(fā)電機內(nèi)冷水入口安裝在線電導(dǎo)率和在線p H測量儀，超凈化處理裝置出口安裝在線電導(dǎo)率測量表；
d)采用國產(chǎn)特制的陰、陽離子交換樹脂取代普通國產(chǎn)樹脂，以達到凈化內(nèi)冷水水質(zhì)，延長運行周期，節(jié)約運行成本的目的；
e)采用未加氨的除鹽水作內(nèi)冷水補充水源。
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