雙水內(nèi)冷機(jī)組內(nèi)冷水處理新方案與應(yīng)用效果

李亞靜，牛保軍

(大唐保定熱電廠,河北 保定 071051)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)普遍存在水質(zhì)合格率低的問(wèn)題,致使銅線棒腐蝕嚴(yán)重，而且銅離子不斷沉積，導(dǎo)致線棒傳熱困難，影響冷卻效果，甚至引發(fā)腐蝕產(chǎn)物堵塞系統(tǒng)的問(wèn)題，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。尤其是雙水內(nèi)冷機(jī)組，由于轉(zhuǎn)子甩水盤內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)壓，且氣密性較差，空氣中大量CO2進(jìn)入轉(zhuǎn)子冷卻水中，導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)冷水pH值逐漸下降、電導(dǎo)率與Cu2+含量不斷增加，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水水質(zhì)的控制，是國(guó)內(nèi)許多電廠多年來(lái)一直存在的一大技術(shù)難題。大唐保定熱電廠針對(duì)雙水內(nèi)冷機(jī)組發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水在運(yùn)行中存在的問(wèn)題，進(jìn)行了水處理工藝的優(yōu)化實(shí)踐，收到良好效果。

1目前廣泛采用的內(nèi)冷水處理工藝

不同容量機(jī)組內(nèi)冷水處理系統(tǒng)有所不同，內(nèi)冷水系統(tǒng)的密閉性不同，所采取的處理工藝也不同。目前我國(guó)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水處理系統(tǒng)主要有以下幾種形式：小混床旁路處理法、投加銅緩蝕劑法、頻繁換水或內(nèi)冷水箱溢流法等。在實(shí)際運(yùn)行中，這幾種處理方式均存在著各自的技術(shù)缺陷。

1.1 小混床旁路處理法

目前較多的發(fā)電機(jī)組采用此工藝，據(jù)了解，大部分采用此工藝處理的內(nèi)冷水電導(dǎo)率低于1 S/cm(25 ℃)，銅離子質(zhì)量濃度低于40 g/L，均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但是，pH值很難達(dá)到大于7的標(biāo)準(zhǔn)要求，也就是說(shuō)，導(dǎo)致銅線棒的腐蝕的因素依然存在，發(fā)電機(jī)銅線棒的腐蝕隨時(shí)都在發(fā)生，只是腐蝕產(chǎn)物Cu2+被小混床內(nèi)樹(shù)脂吸附而已。

為了解決pH值低的問(wèn)題，近些年來(lái)，一些廠家嘗試了在小混床出口加NaOH進(jìn)行堿化處理的方法。這樣，正常情況下一般能夠滿足水質(zhì)要求，但是直接向內(nèi)冷水中加入NaOH強(qiáng)電解質(zhì)，且加藥量由在線電導(dǎo)率表和pH表監(jiān)督控制，存在一定弊端，加藥設(shè)備或在線表計(jì)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，造成加藥量過(guò)大，水質(zhì)會(huì)急劇惡化，直接威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行。所以，加NaOH堿化處理存在著一定的危險(xiǎn)性。

1.2 投加銅緩蝕劑法

目前一般小于125 MW的小型機(jī)組采用此工藝。該工藝可使水質(zhì)得到明顯改善，銅離子濃度和電導(dǎo)率都有一定幅度的降低，減緩了銅線棒腐蝕。但是，緩蝕劑與銅離子形成的絡(luò)合物在銅線棒內(nèi)容易沉積形成污垢，嚴(yán)重時(shí)會(huì)阻塞水流通道，使線棒超溫，最終燒毀線棒，所以存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 頻繁換水或內(nèi)冷水箱溢流法

由于沒(méi)有安全可靠、效果理想的處理方法，一些電廠不得不采用頻繁換水或內(nèi)冷水箱溢流的方式使水質(zhì)合格。這種方法操作簡(jiǎn)單，但存在著一定的弊端。對(duì)于雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)組，空氣中大量的CO2不斷溶入轉(zhuǎn)子冷卻水中，使得內(nèi)冷水pH值處于較低的水平，若換水不及時(shí)或溢流量較小，則不能保證pH值長(zhǎng)期合格，勢(shì)必會(huì)發(fā)生銅的腐蝕；而大量的換水和溢流，卻又造成較大的浪費(fèi)，是一種極為不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

2 “離子交換+氣水分離”法內(nèi)冷水處理工藝

2.1 大唐保定熱電廠內(nèi)冷水水質(zhì)狀況

大唐保定熱電廠8號(hào)機(jī)組為125 MW雙水內(nèi)冷式發(fā)電機(jī)組，2002年基建時(shí)沒(méi)有安裝內(nèi)冷水處理裝置，內(nèi)冷水采用凝結(jié)水或加過(guò)氨的除鹽水，為了保證水質(zhì)合格，采用了頻繁換水的方式運(yùn)行，由于系統(tǒng)密閉性較差，致使pH值下降較快，幾乎每天都要換水才能保證pH值合格，不僅造成很大的浪費(fèi)，還增加了運(yùn)行人員的工作量。后采用水箱溢流、連續(xù)補(bǔ)水的方式運(yùn)行，溢流水量根據(jù)內(nèi)冷水pH值和含銅量而定，一般在0.8～1.2 t/h，大唐保定熱電廠采取該種方法運(yùn)行多年，雖然水質(zhì)基本保證在合格范圍內(nèi)，但也造成一定的浪費(fèi)。

2.2 新內(nèi)冷水處理系統(tǒng)

為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，大唐保定熱電廠技術(shù)人員經(jīng)過(guò)大量調(diào)查研究，確定了一種適合雙水內(nèi)冷機(jī)組使用的新的內(nèi)冷水處理方法，即應(yīng)用“離子交換+氣水分離”內(nèi)冷水處理系統(tǒng)，有針對(duì)性的解決雙水內(nèi)冷機(jī)組內(nèi)冷水水質(zhì)超標(biāo)問(wèn)題，“離子交換+氣水分離”內(nèi)冷水處理系統(tǒng)包括：離子交換系統(tǒng)與氣水分離系統(tǒng)，其連接示意見(jiàn)圖1。

注：粗實(shí)線為新增設(shè)備和管道

2.2.1 離子交換系統(tǒng)

2.2.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

離子交換設(shè)有2個(gè)交換柱，第一根交換柱分上下兩層，上層裝有鈉型陽(yáng)樹(shù)脂，下層裝有氫型陽(yáng)樹(shù)脂，第二根交換柱里裝有陰樹(shù)脂，內(nèi)冷水從換熱器出口引出，流量約0.8～1.2 t/h。首先進(jìn)入鈉床，然后進(jìn)入氫床，鈉床和氫床的出水分別進(jìn)入陰床，陰床出水通過(guò)樹(shù)脂捕捉器后回到內(nèi)冷水箱，離子交換系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2 離子交換系統(tǒng)示意

2.2.1．2 調(diào)整控制方式

由離子交換反應(yīng)原理可知，通過(guò)調(diào)整氫床和鈉床的流量可以使出水pH值和電導(dǎo)率發(fā)生變化。當(dāng)內(nèi)冷水pH 值偏低時(shí)，則加大鈉型床的流量；當(dāng)內(nèi)冷水電導(dǎo)率偏高時(shí)，則加大氫型床的水流量。通過(guò)調(diào)節(jié)鈉型陽(yáng)床和氫型陽(yáng)床的流量比例，控制出水pH值在7～9,電導(dǎo)率不大于5 S/cm，使銅線棒處于鈍化區(qū)。具體調(diào)整方式為：當(dāng)電導(dǎo)率高或pH偏大時(shí)，適當(dāng)調(diào)大氫床出口閥門F04，當(dāng)F04已經(jīng)調(diào)節(jié)到最大時(shí), 可適當(dāng)關(guān)小鈉床出口閥門F03；當(dāng)pH偏小時(shí)，適當(dāng)調(diào)大鈉床出口閥門F03, 當(dāng)F03已經(jīng)調(diào)節(jié)到最大時(shí), 適當(dāng)關(guān)小氫床出口閥門F04。當(dāng)銅含量較高時(shí)，可適當(dāng)調(diào)大鈉床出口閥門F03, 當(dāng)F03已經(jīng)調(diào)節(jié)到最大時(shí), 適當(dāng)關(guān)小氫床出口閥門F04或者開(kāi)大設(shè)備入口閥門F01，增加水處理量，當(dāng)總流量達(dá)到1 200 L/h時(shí),銅仍然較高,說(shuō)明樹(shù)脂失效，需要再生。

2.2.2 氣水分離裝置

由于采用雙水內(nèi)冷冷卻方式的機(jī)組結(jié)構(gòu)存在問(wèn)題，內(nèi)冷水系統(tǒng)無(wú)法密封，除氧處理沒(méi)有意義，只能采用提高內(nèi)冷水pH值的方法。但是由于空氣中的CO2不斷溶入內(nèi)冷水，pH值很難控制在7以上，且樹(shù)脂運(yùn)行周期較短，僅靠離子交換樹(shù)脂提高該類機(jī)組內(nèi)冷水的pH值不能取得預(yù)期效果?！半x子交換+氣水分離”法內(nèi)冷水處理方式在采用離子交換方法提高內(nèi)冷水的pH值的同時(shí)改造了發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子冷卻水回水通道(見(jiàn)圖2)。在轉(zhuǎn)子回水母管上加裝1個(gè)氣水分離器，通過(guò)一定的空間實(shí)現(xiàn)氣水分離，分離出的氣體引回甩水盤的氣側(cè)，分離出的水進(jìn)入內(nèi)冷水箱，最終使氣、水兩相的壓力達(dá)到平衡，減少外界氣體進(jìn)入內(nèi)冷水系統(tǒng)，以阻止空氣進(jìn)入內(nèi)冷水箱，從而減少溶入內(nèi)冷水系統(tǒng)的CO2，降低離子交換器的負(fù)荷，延長(zhǎng)離子交換器的再生周期，為內(nèi)冷水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)保證。

3 運(yùn)行效果與安全經(jīng)濟(jì)效益

3.1 運(yùn)行效果

大唐保定熱電廠8號(hào)機(jī)組內(nèi)冷水系統(tǒng)于2009年5月完成技術(shù)改造，至今運(yùn)行一年多時(shí)間未換水，內(nèi)冷水水質(zhì)狀況如表1所示。

表1 8號(hào)機(jī)組內(nèi)冷水系統(tǒng)改造后的水質(zhì)狀況

日 期 pH值電導(dǎo)率/( S·cm-1)ρ(Cu2+)/( g·L-1)2009-068.35～8.801.3～2.43.5～6.02009-077.89～8.561.8～2.55.0～10.02009-087.7～8.352.2～3.78.0～16.02009-097.9～8.492.2～3.522.6～27.02009-107.3～8.272.0～3.914.0～26.02009-117.83～8.402.0～3.615.0～28.32009-127.90～8.202.6～3.615.6～30.02010-017.80～8.03.0～4.227.0～32.32010-027.60～8.503.5～4.131.1～39.02010-037.20～8.303.9～4.536.0～41.02010-048.10～8.601.6～2.211.1～13.02010-058.20～8.501.8～2.27.1～8.82010-068.10～8.401.6～2.36.0～8.22010-078.10～8.401.9～2.46.2～8.92010-088.10～8.302.1～2.47.0～9.02010-097.90～8.302.2～2.68.2～9.6

2009年6月設(shè)備改造完首次投運(yùn)，從表1中數(shù)據(jù)可以看出，自2009年6月運(yùn)行至2010年3月，在不換水的情況下，內(nèi)冷水的pH值、電導(dǎo)率、銅含量均在合格范圍內(nèi)，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，銅離子濃度和電導(dǎo)率逐漸增高，由表1可知，pH值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，運(yùn)行中可依靠不斷增大鈉床的流量，維持pH值在8.0左右。2010年3月，銅離子質(zhì)量濃度達(dá)到41 g/L，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍；電導(dǎo)率4.5 S/cm接近控制指標(biāo)上限；pH值7.2，接近控制指標(biāo)下線，且鈉床和總流量均調(diào)至最大，所以認(rèn)定樹(shù)脂失效。在2010年4月更換樹(shù)脂，并對(duì)失效樹(shù)脂進(jìn)行再生。從表1中數(shù)據(jù)看出，樹(shù)脂更換后，水質(zhì)恢復(fù)良好狀況。

3.2 安全經(jīng)濟(jì)效益

該套內(nèi)冷水處理系統(tǒng)自安裝至今已運(yùn)行一年多時(shí)間，水質(zhì)指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并處于較好的水平；設(shè)備運(yùn)行狀況良好，且不存在安全隱患。

改造前為了保證內(nèi)冷水水質(zhì)合格，內(nèi)冷水箱需要連續(xù)補(bǔ)水(即連續(xù)排水)約1.5～2 t/h，每年造成經(jīng)濟(jì)損失約20萬(wàn)元。加裝內(nèi)冷水處理裝置投資約27萬(wàn)元，一年多即可收回全部投資費(fèi)用，且以后每年可為電廠節(jié)約費(fèi)用20萬(wàn)元左右。

4 結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)冷水的pH值、溶解氧和溶解二氧化碳等水質(zhì)指標(biāo)是直接或間接影響發(fā)電機(jī)銅線棒腐蝕速率的主要因素。對(duì)于無(wú)法實(shí)現(xiàn)密封的雙水內(nèi)冷機(jī)組，空氣的溶入是導(dǎo)致內(nèi)冷水水質(zhì)超標(biāo)和銅線棒腐蝕的重要原因。大唐保定熱電廠同時(shí)采用離子交換和氣水分離2種工藝,有效阻止了空氣中的二氧化碳溶入內(nèi)冷水中，無(wú)需采取其他措施即可保證內(nèi)冷水水質(zhì)合格，適合在雙水內(nèi)冷機(jī)組上推廣應(yīng)用。