一種處理發電機定冷水的微堿化三層床技術研究

王宏義, 蘇文湫，陳雪明，繆盛華，詹小燕

(1.浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 溫州 325609；2.浙江大學，浙江 杭州 310058)

一種處理發電機定冷水的微堿化三層床技術研究

王宏義1, 蘇文湫2，陳雪明2，繆盛華1，詹小燕1

(1.浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 溫州 325609；2.浙江大學，浙江 杭州 310058)

分析了國內外控制定冷水水質的現狀，闡述了微堿化三層床技術的原理，介紹了采用該技術原理的實驗裝置，并對實驗結果進行了分析，且將該技術方案應用于某發電廠定冷水水質的處理，實踐表明：通過該技術方案處理后定冷水的pH值、Cu2+濃度及電導率各項指標全部達到定冷水水質標準。

定冷水；微堿化；三層床；pH值

0 引言

大型發電機的定子繞組在運行過程中會產生大量熱量，必須通過冷卻水加以冷卻。在實際生產過程中，發電機組常以除鹽水或凝結水作為冷卻水。因受CO2溶解及發電機空芯銅導線(線棒)腐蝕的影響，在定冷水的循環使用過程中，如不加以處理或更換，其pH值會逐漸下降，而Cu2+濃度與電導率將逐漸上升，這對發電機的安全運行將構成很大威脅。電導率過高時，聚四氟乙烯絕緣引水管會發生漏電、閃絡燒傷等故障；pH值過低時，對空芯銅導線的腐蝕將加劇，定冷水中Cu2+濃度將急劇增大。當Cu2+濃度急劇增大后，一方面導致電導率上升，影響絕緣性能；另一方面導致空芯銅導線內壁產生非均勻結垢，引起阻塞，影響冷卻效果，嚴重時還會造成發電機繞組局部超溫，甚至燒壞。國內外一些電廠都曾發生過此類事故。

為確保發電機的安全運行，世界各國對定冷水水質均有嚴格要求。我國DL/T801—2010《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》規定：定冷水電導率在0.4～2.0 μS/cm之間；pH在8～9之間；Cu2+濃度不大于20 μg/L。

1 國內外控制定冷水水質的現狀

目前，國內外控制定冷水水質的主要方法有2種：一種是投加堿性藥劑法；另一種是離子交換旁路處理法。投加堿性藥劑法可有效提高定冷水的pH值，從而有效地抑制銅腐蝕。但這種方法有一定的缺陷，主要是堿性藥劑的投加量難以控制，存在技術風險；同時，電導率與Cu2+濃度均會逐漸上升，需經常換水。離子交換旁路處理法則是近年來應用最廣的一種定冷水水質控制方法，已被國內外大中型電廠廣泛認同。

目前，許多電廠采用內充“RH+ROH”離子交換樹脂的小混床來控制定冷水水質。這種小混床可有效控制定冷水的Cu2+濃度與電導率，但對pH的控制效果較差。多數情況下測得的定冷水pH值小于7，達不到定冷水的水質標準，致使發電機銅線棒的腐蝕較為嚴重，不利于發電機組的安全運行。為了克服“RH+ROH”小混床的缺點，部分電廠采用內充“RH+ROH”離子交換樹脂與“RNa+ROH”離子交換樹脂的2個小混床來控制定冷水水質，其效果較佳，但缺點是涉及的設備多，而且操作較為復雜。

2 微堿化三層床技術原理

根據現有小混床的實際使用情況，結合離子交換理論，研發了一種處理效果好、操作簡便、運行可靠的微堿化三層床技術。微堿化三層床內自上至下依次填充陽、陰、陽3層樹脂，其中陽樹脂需經過堿化處理，各層樹脂分工明確，作用各異。上層陽樹脂的作用是去除定冷水中的Cu2+，使進入中層陰樹脂層的Cu2+大為減少，從而降低Cu2+對陰樹脂的催化污染，避免陰樹脂在高溫下快速分解。中層陰樹脂的作用是去除因空氣泄漏而進入定冷水中的CO2和HCO3-等，可提高定冷水的pH值。下層陽樹脂的作用是去除陰樹脂的分解產物NH3，并進一步去除自上層陽樹脂中泄漏下來的Cu2+，以提高定冷水的水質。

下文擬通過實驗，考察微堿化三層床技術的基本性能。

3 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示，該裝置主要由離子交換柱、水箱、溫控系統、CuSO4溶液及計量泵組成。離子交換柱內徑為20 mm，樹脂層有效高度為450 mm，水箱有效容積為20 L。循環水流量控制在5 L/h，溫度控制在40 ℃。為了模擬因發電機銅線棒腐蝕而產生的Cu2+，用計量泵連續向水箱投加CuSO4溶液，水箱內Cu2+濃度約15 μg/L。

試驗采用的儀器有：電導率儀（Sension5，Hach，美國）、pH計(Orion 230A+，Thermo，美國）以及測量Cu2+濃度用的原子吸收分光光度計(AA-6300，Shimadzu，日本)。

圖1 實驗裝置示意

4 實驗結果及分析

4.1 模擬定冷水pH值的變化情況

采用傳統“RH+ROH”小混床處理時，定冷水通常呈中性，pH值明顯偏低。為了提高pH值，實驗采取對陽樹脂進行微堿化處理的措施。圖2為微堿化三層床處理模擬定冷水的pH值變化情況。由圖2可知：在30天的連續運行試驗期內，模擬定冷水的pH值能穩定地維持在8.0～8.2之間，全部達到DL/T801—2010《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》的標準。

模擬定冷水pH值的提升，可用離子交換平衡理論予以解釋，Na+與RH型陽樹脂中的H+發生交換反應，當達到交換平衡后，水中NaOH含量主要與[RNa]和[RH]的比值有關。對傳統的“RH+ROH”小混床而言，RNa含量約為0，水中基本上無NaOH，因此水質呈中性；而對微堿化三層床而言，由于先前已經過NaOH溶液堿化處理，陽樹脂中RNa比例相對較高，因此pH值可獲得顯著提升。

圖2 模擬定冷水的pH值變化情況

4.2 模擬定冷水電導率的變化情況

電導率對發電機運行的安全性有雙重影響。電導率過低時，pH值往往偏低，不利于銅線棒的防腐；電導率過高時，易造成發電機漏電。因此，定冷水的電導率應控制在合適的范圍內。圖3為模擬定冷水電導率的變化情況。由圖3可知：模擬定冷水電導率在0.30～0.35 μS/cm之間，低于DL/T 801—2010標準的下限值，說明樹脂的堿化度需作進一步調整。但從另一角度看，這意味著定冷水的pH值尚有很大的提升余地。

4.3 除銅效果

由于混床相當于無數個陽床和陰床交替串聯，因此通常具有很高的除銅效率。為了檢驗微堿化三層床的除銅效果，實驗對進、出水的Cu2+濃度進行了監測。根據監測結果可知：在進水Cu2+濃度為15.0 μg/L的情況下，出水Cu2+濃度全部低于檢測下限(下限值≤2 μg/L)。這說明微堿化三層床技術具有很高的除銅效率。

圖3 電導率隨運行時間的變化情況

5 實際應用情況

某發電廠擁有4臺600 MW發電機組，其定冷水原來采用“RH+ROH”小混床處理，水質情況如表1所示。

表1 采用“RH+ROH”小混床處理時各機組定冷水水質

由表1可知：采用“RH+ROH”小混床處理時，pH值在7.4～7.9之間，明顯偏低；Cu2+濃度在8.7～23.7 μg/L之間，部分數據已超標。

2011年6～9月， 1～4號機組先后采用了微堿化三層床技術進行定冷水的處理，運行穩定后各機組定冷水水質情況如表2所示。所有機組定冷水水質均得到明顯改善，pH值上升至8.0～8.5，Cu2+濃度僅為2.0～6.4 μg/L，電導率維持在0.50～1.2 μS/cm，3項水質指標均達到DL/T 801—2010的規定。

微堿化三層床新技術只需更換樹脂，而無需對小混床等硬件設施進行改造，因此使用此新技術極為方便，且無改造經濟負擔。目前，該技術已在國內多家電廠共30余臺發電機組上得到應用，應用后發電機組定冷水的pH值、電導率與Cu2+濃度全部穩定達標。

表2 使用微堿化三層床處理時各機組定冷水水質

6 結束語

微堿化三層床是一種處理效果好、操作簡便、運行可靠的發電機定冷水處理新技術，該技術已成功應用于多家發電廠發電機組定冷水水質的處理。結果表明：微堿化三層床技術能顯著提高定冷水pH值，減緩銅線棒腐蝕；待機組運行穩定后，定冷水的pH值、Cu2+濃度及電導率3項指標全部達到定冷水的水質標準。

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2013-12-24。

王宏義(1970-)， 男，工程師， 主要從事海水淡化、制氫、電廠水處理設備的運行與管理工作，email： whongyi@163.com。

蘇文湫(1986-)，男，博士研究生，主要從事電化學技術在高純水制備中的應用研究。

陳雪明(1962-)，男，教授(博導)，主要從事高純水制備新技術開發、工業循環水水質控制、有機污染物電化學降解、電凝絮-氣浮等研究。

繆盛華(1962-)，男，高級工程師，主要從事火電廠電氣管理工作。

詹小燕(1969-)，女，助理工程師，主要從事火電廠電氣試驗工作。