某電廠發電機轉子冷卻水處理方式的優化與改造

摘? 要：簡要介紹了某電廠轉冷水中銅含量高的原因及水處理方式的特殊性，重點介紹了智能凈化裝置在該電廠的應用情況，并提出了相應的優化與改造方法，從而確保水質始終保持在最佳防腐范圍內。

關鍵詞：雙水內冷發電機;轉冷水;銅腐蝕;智能凈化

1? ? 雙水內冷發電機概述

廣東某電廠#5機組為QFS2-300-2型雙水內冷發電機，定轉子繞組使用水內冷方式，定子鐵芯及端部件使用空氣冷卻方式[1]，定子和轉子冷卻系統分別為兩個獨立的系統，定子每半個線圈一個水路，水路進水和出水用聚四氟乙烯管相連，定子水流量51 m3/h;轉子每槽兩排線圈分別獨立為一個水路，轉子冷卻水流量40 m3/h。冷卻水泵的額定壓力為0.7 MPa，進水溫度設計值為35～40 ℃。

2? ? 轉冷水中銅含量高的原因

發電機轉冷水通過轉子進入線棒后，再經過另一端流出至轉冷水箱，而高速轉動后微負壓作用將導致動靜結合密封部位漏入許多空氣進入水中，從而在O2及CO2的作用下產生弱酸性，導致銅被逐漸腐蝕及溶解，水中的銅離子含量逐漸升高。當轉冷水中pH值低于8.0時，隨著pH值的降低，銅的腐蝕產物急劇增加，相較于密閉性較好的轉冷水系統，轉冷水腐蝕問題更加突出（圖1）。

隨之而來的問題是，當轉冷水流量減小，溫升增加，腐蝕產物沉積加劇，通流面積減少，堵塞現象嚴重，甚至影響機組的安全運行。因此，參考國家及電力行業相關標準，對轉冷水各項指標的要求愈加嚴格，一般要求在25 ℃下，期望值為：pH值為8.0～9.0，電導率<5.0 μS/cm，含銅量≤20 μg/L。

3? ? 轉冷水處理優化與改造

目前，國內發電機內冷水系統補充水源為除鹽水，pH值約等于6.5，遠低于國家及行業標準的要求。2010年，對轉子內冷水系統采用輸液管連續加堿，由于輸液管管徑比較小，有時會發生堵塞現象，造成加藥不正常，轉冷水水質還是難以達標（表1）。

為此，對國內目前主流的幾種內冷水處理技術進行了調研，主要包括以下方法：

3.1? ? 微堿化循環處理法

針對小混床內部采用微堿化循環處理法，即增加Na型陽樹脂，使得在原有H陽/OH陰樹脂基礎上三路并聯并獨立分層運行，通過離子交換法，產生微量的NaOH，適當保持合理的pH值范圍以及低電導率，這樣可以使得Cu離子在弱堿作用下處于自鈍化情況下，可以大大減少Cu線棒被轉冷水腐蝕[2]。但微堿化循環處理法存在運行周期短，運行費用較高，樹脂難以再生處理的問題。

3.2? ? 離子交換-加堿堿化法

離子交換-加堿堿化法處理方法采用優級純NaOH作為堿化劑，配制成0.1%～0.5%的溶液。通過計量加藥泵將堿化劑輸送至轉冷水離子交換器中，這樣可以調節pH值在7.0～9.0范圍內，并可監測內冷水中的Na離子百分比和電導率的大小。加藥時間可以通過電導率及pH值的大小來確定，而當pH值上升至8.5或電導率在1.5 μS/cm以上時，停止計量加藥泵從而停止加堿化劑。此種方式是此前人工加藥方式的升級，但存在的問題是由于直接加入強電解質NaOH，對在運設備可靠性要求非常高，設備一旦出現問題將嚴重影響機組的安全。

3.3? ? 智能凈化法

智能凈化法主要是將凝結水精處理出水加氨點前后壓力點引出，通過PLC智能控制系統的優化配比后[3]，確保轉冷水處于最佳工況（pH值達到8.5），同時將補入的水回收。補水母管加裝電動門，當通過智能分析判斷補水水質不合格，此時補水電動門聯鎖關;當通過智能分析判斷水質合格后，補水電動門聯鎖開。智能凈化法改造使用后可不使用小混床，pH值可根據實際需要進行調整（最佳8.5），智能程度高且效果佳。

經過對以上三種處理方式的對比發現，三種方式對于轉冷水的處理都能達到標準要求，智能凈化法和加堿堿化法的處理效果優于微堿化循環處理法，但是加堿堿化法樹脂失效速度最快，最終導致運行維護費用最高。而對于轉冷水系統存在大量氧和二氧化碳導致Cu離子增多這一特殊性的影響，僅智能凈化法通過調整補水流量可達到標準中的pH期望值（8.0～9.0），且智能凈化法對Cu的腐蝕速度僅僅是微堿化循環法的1/100，為離子交換-加堿堿化法的1/20，無需更換樹脂，運行維護量低。

4? ? 智能凈化法應用效果

2013年5月，將在#5機組原來的轉子內冷水處理裝置拆除，在原位置安裝轉子冷卻水智能凈化裝置。該設備自動調節凝結水精處理加氨后及除鹽水兩路來水的配比，保證經裝置混合后的補水電導率及pH值在標準規定的最佳防腐范圍內。該設備補水至轉冷水箱，轉冷水箱上設溢流管，當水位超過溢流管溢流水位后，溢流出水回收至中間水箱（水封作用），中間水箱與凝汽器相連，溢流水最終回至凝汽器，不浪費水。

設備投運后，電廠停止向轉冷水中加堿化劑，停止小混床運行，投運后轉冷水的電導率及pH值長期保持合格穩定，電導率穩定在1.0 μS/cm左右，pH值穩定在期望值8.0～9.0，轉冷水銅含量長期平均低于10 μg/L，水質情況良好，優于標準期望值。設備投運半年后轉冷水水質情況如表2所示。

5? ? 結論

（1）隨著機組容量的不斷提高，發電機銅線圈腐蝕所帶來的問題越來越顯著，電廠運行應嚴格遵守相關標準規定的內冷水水質指標，把危險降到最低。

（2）轉冷水智能凈化法通過智能控制策略可以實現全程程控，包括智能控制自補水、自循環，不需要額外人工干預，轉冷水箱液位穩定，轉冷水水質好，銅腐蝕量小，不使用小混床、不加藥、不排污，長期使用經濟效益明顯，該轉冷水處理方法是有效的、值得推薦的方法。

（3）轉冷水智能凈化裝置投運后效果顯著，長期運行指標穩定可靠，完全滿足《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》（GB/T 12145—2016）及《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》（DL/T 801—2010）對轉冷水指標的要求。

[參考文獻]

[1] 王溯.發電機內冷水系統防腐蝕研究[D].長沙：長沙理工大學，2010.

[2] 張海彪.雙水內冷發電機內冷水處理技術[J].熱力發電，2007，36（11）：72-73.

[3] 沈君，王今芳，王森，等.核電站300 MW機組發電機內冷水水質優化[J].電力與能源，2015，36（4）：580-584.

收稿日期：2020-06-11

作者簡介：吳小芳（1976—），女，廣東東莞人，助理工程師，從事電廠化學在線儀表維護工作。