1、SKG3002 型汽轮发电机内冷水微碱性循环处理系统技术报告平凉发电公司 张兴仁二四年十月1摘要 本文通过对平凉发电公司发电机内冷水控制指标长期超标原因的分析，根据现场设备、运行条件和基础腐蚀理论，提出了采用微碱性循环处理系统净化处理发电机内冷水，提高内冷水电导率和 pH 值合格率，从而进一步防止定子铜线棒的腐蚀及其腐蚀产物的沉积，为发电机安全运行提供保证。关键词发电机 内冷水 处理0 前言由于水本身具有的独特优点而被广泛用做发电机的冷却介质。几十年来，对于内冷却水的使用标准制造、运行等部门制定了一系列的规定，基本保证了发电机运行的安全稳定。但近年来，随着机组容量的逐步增大以及使用年限的延长，
2、一些隐性的主要是由于不合适的化学反应长期作用引起的危害逐渐显露出来，表现形式为发电机冷却系统腐蚀、结垢，造成局部堵塞，使绕组温度升高，导致发电机组局部短路出现重大事故。据中国电工技术学会、中国电机工程学会、原能源部电力司多次组织专家调查显示，此类事故占到了所有发电机事故的54以上。可见，发电机内冷水控制指标超标，是一个国内大型发电机组普遍存在的问题。1 概述甘肃华能平凉发电有限责任公司安装4300MW凝汽式发电机组，分别在2000年9月、2001年6月、2003年6月、2003年11月投产发电。发电机定子线圈冷却水系统均由哈尔滨电机厂成套提供。自 1 机 组 投 产 以 来 ， 内 冷 水 监
3、 控 指 标 超 标 现 象 严 重 ， 合 格 率 极 低 。 为 此 ，我 们 根 据 GB/T 12145-1999 火 力 发 电 机 组 及 蒸 汽 动 力 设 备 水 汽 质 量 、 哈 尔滨 电机厂有限责任公司300MW 汽轮发电机说明书 、 防 止 电 力 生 产 重 大 事 故 的二 十 五 项 重 点 要 求 等 相 关 标 准 和 规 定 ， 先 后 通 过 投 运 原 内 冷 水 处 理 装 置 、 添加 缓 蚀 剂 、 氨 水 调 节 pH 值 、 被 动 换 水 等 手 段 和 方 法 ， 以 提 高 内 冷 水 质 量 ， 减 缓定 子 线 棒 的 腐 蚀 结 垢
4、 ， 防 止 发 电 机 重 大 设 备 损 坏 事 故 的 发 生 。 但 是 ， 仍 存 在 着相 关 指 标 严 重 超 标 、 合 格 率 低 的 问 题 ： 铜 含 量 最 大 达 到 了 892.8g/L、 电 导 率 最大 13.10S/cm， 达 到 了 厂 家 要 求 的 当电导率达到 10Scm 时，应迅速解除发电机负荷并与电网解列的规定值。 同 时 ， 存 在 着 电 导 率 和 pH 值 无 法 兼 顾 的 矛 盾 ， 即 ：当 电 导 率 合 格 时 ， pH 值 偏 低 ； pH 值 合 格 时 ， 电 导 率 偏 高 。 可 见 ， 平 凉 发 电 公司 发 电
5、机 定 子 铜线棒的腐蚀速率显而易见并未降低，危害仍然存在。发电机内冷水中的 CuO、Cu 2O 都是水对空芯铜线腐蚀的产物，严重时这些产物絮结或覆垢，将增大内冷水路的水阻和局部堵塞，甚至可能使空芯铜线腐蚀裂漏。因此，寻找适当的、简单易行的解决内冷水处理和控制的方法迫在眉睫。22 腐蚀原理铜在内冷水中会发生均匀的氧腐蚀，主要反应如下：阳极：CuCu 2+2e 阴极：O 24H 4e2H 2O由于内冷水中氢、二氧化碳、氧含量较高，反应复杂，且腐蚀产物氧化铜和氧化亚铜在氢的作用下，还会有单质铜的析出。不管反应如何复杂，防止铜导线的腐蚀是根本所在。根据经典腐蚀理论，影响定子铜导线腐蚀的因素主要有 p
6、H 值、溶解氧、水中二氧化碳以及水的导电度。要防止定子铜导线水侧的腐蚀，就要控制内冷水的水质，降低其电导率，提高 pH 值，减少水中的溶氧和二氧化碳，维持低电导。而其中最大的关键是提高内冷水的 pH 值。水的 pH 值对铜的腐蚀有如此明显的影响，主要是铜表面的保护膜的形成及其稳定性与水的 pH 值有很大关系。简化的 Cu-CO2-H2O 体系的电位 pH 图如下图示：一般铜在水中的电位在 0.10.4V 的范围，从 Cu-CO2-H2O 体系的电位 pH 图中可以看出，若水的声在 6.8 以下时，则铜的状态是处于腐蚀区，表面很难有稳定的保护膜存在；在 pH 值高于 6.8、进入中性及弱碱性范围
7、时，铜表面的初始氧化亚铜膜能稳定存在，不会被溶解，并且不可能生成固相的碱式碳酸铜，因而铜的溶解要比低 pH 值时大大减少，从而避免腐蚀。33 发电机内冷水微碱性循环处理方案3.1 目前国内发电机内冷水系统运行方式及存在问题目 前 我 国 发 电 机 内 冷 水 系 统 的 运 行 方 式 主 要 有 ： 添 加 铜 缓 蚀 剂 法 、 小 混 床处 理 法 、 频 繁 换 水 法 。 这 三 种 运 行 方 式 均 存 在 各 自 的 技 术 缺 陷 ， 对 发 电 机 的 安全 经 济 运 行 不 利 ， 曾 发 生 因 内 冷 水 水 质 不 理 想 ， 造 成 发 电 机 铜 线 棒 烧
8、 毁 或 降 负荷 运 行 的 情 况 。1） 添 加 铜 缓 蚀 剂 法 ： 内 冷 水 的 pH 值 和 电 导 率 两 者 难 以 同 时 满 足 标 准 要 求 ，水 质 不 稳 定 ， 铜 含 量 偏 高 ， 缓 蚀 剂 和 铜 离 子 发 生 络 合 易 产 生 沉 积 ， 且 铜 缓 蚀 剂难 溶 于 水 ， 极 易 在 系 统 内 部 析 出 而 堵 塞 线 棒 。2） 混 床 处 理 法 ： 出 水 pH 值 低 ， 呈 弱 酸 性 ， 达 不 到 标 准 要 求 ， 对 铜 导 线 产生 较 严 重 的 腐 蚀 ， 腐 蚀 产 物 易 沉 积 。3） 频 繁 换 水 法 ：
9、 浪 费 大 量 的 除 盐 水 ， 除 盐 水 的 溶 解 氧 和 偏 低 的 pH 值 使 铜线 棒 易 发 生 腐 蚀 。3.2 发电机内冷水微碱性循环处理通过调研和参考借鉴国内大型发电机组上采用的内冷水处理技术，我们认为：只要选择适合的 ROH 和 RH 型树脂及其比例，配比一定量的弱碱性树脂，调节旁路进化装置出水酸碱性，原系统上配套的旁路净化装置完全能够满足内冷水处理的要求，不需要对其进行更换和改造，在进行了相关小型试验后，将原交换器填充的国产树脂更换为进口凝胶型均粒树脂。该树脂与普通国产树脂相比，具有耐高温、粒度均匀、交换容量大、出水质量稳定等优点。在 采 用 微 碱 性 循 环
10、处 理 系 统 后 ， 在 对 内 冷 水 系 统 完 全 密 闭 ， 内 冷 水 流 量 的5% 10%经 过 净 化 装 置 处 理 后 回 到 内 冷 水 箱 。 内 冷 水 系 统 安 装 在 线 电 导 率 和 pH表 对 内 冷 水 质 进 行 在 线 监 测 。内冷水箱 内冷水泵 冷却器 过滤器 发电机微碱性循环处理装置捕捉器电导率仪pH 计4发电机内冷水微碱性循环处理系统示意图4 试验和应用情况4.1 试验情况我厂发电机内冷水系统均配备了 3002000 交换柱和在其出口安装了树脂捕捉器，材料均未不锈钢。不需要对系统进行改造，只需对交换柱内树脂进行更换和重新配比，就能满足对内冷
11、水微碱性循环处理工艺的要求。2004 年 1 月在3 机组上进行了应用试验。通过对内冷水旁路处理系统的改进完善，2003 年 12 月 31 日 2050 投运该系统。投运初期，电导率和铜含量下降明显，pH 值由于内冷水质量相对较差、且因该系统未安装在线 pH 表，采用台式仪表进行测定，受空气中二氧化碳等因素的影响，其测定值偏低，但是，随着运行时间的延长和内冷水纯度的提高，该项指标偏低的影响就会自然解决。试验期间的监测指标如表 1。表 1 3 机 组 试 验 期 间 内 冷 水 指 标 监 测 情 况时 间 电 导 率（ S/cm） pH 值 铜（ g/L） 备 注03 年 12 月 31 日
12、 21 00 2.4 7.1 156.3 投 运 旁 路 处 理 系 统 ， 流量 300 l/h03 年 12 月 31 日 23 00 1.6 6.7104 年 1 月 1 日 3 00 1.0 6.6904 年 1 月 1 日 5 00 0.9 6.7004 年 1 月 1 日 7 00 0.9 6.7104 年 1 月 1 日 9 00 1.2 6.8204 年 1 月 2 日 11 00 0.98 6.36 51.2904 年 1 月 3 日 11 00 0.94 6.7204 年 1 月 4 日 11 00 0.93 6.6504 年 1 月 5 日 11 00 1.0 6.52
13、45.604 年 1 月 6 日 11 00 0.9 6.52 增 大 处 理 流 量 至 800 l/h04 年 1 月 7 日 11 00 0.4 6.6504 年 1 月 8 日 11 00 0.4 7.1204 年 1 月 9 日 9 00 0.44 6.97 32.104 年 1 月 10 日 9 00 0.40 6.924.2 应用情况在 试 验 取 得 初 步 成 效 后 ， 2004 年 2 月 8 日 ， 在 1、 2 和 4 机 组 上 进 行了 推 广 应 用 ， 且 对 树 脂 配 比 进 行 了 相 应 的 调 整 ， 再 未 出 现 与 在 3 机 组 上 试 验
14、期间 pH 值 偏 低 的 问 题 。 按 照 GB/T 12145-1999 电导率（25）2.0Scm -1，铜40g/L，pH （25）6.8 的监控标准，自 各 机 组 内 冷 水 旁 路 净 化 装 置 投 运 以 来 ，5除 因 个 别 情 况 下 该 系 统 未 及 时 随 机 组 的 启 动 而 投 运 和 运 行 人 员 换 水 操 作 不 当 造成 偶 尔 超 标 外 ， 机 组 内 冷 水 监 控 指 标 电 导 率 、 pH 值 、 铜 含 量 均 经 常 处 于 国 标 要求 范 围 之 内 ， 合 格 率 达 到 了 100 。 各 机 组 2003 年 1 月 至
15、 2004 年 10 月 内 冷 水旁 路 净 化 装 置 投 运 前 后 水 质 监 测 情 况 对 比 如 表 2：表 2 各 机 组 内 冷 水 旁 路 净 化 装 置 投 运 前 后 水 质 监 测 对 比 表机组号 项目 单位 最大值 最小值 平 均 值 合 格 率 % 统 计 时 间电导率 S/cm 7.5 0.9 3.36 44.0pH 值 9.98 6.14 7.09 87.6投 运 前铜 g/L 195.8 2.1 71.70 52.703/1-04/1电导率 S/cm 1.6 0.19 0.57 100pH 值 7.68 6.72 7.32 99.3#1机组投 运 后铜 g
16、/L 39.5 8.9 27.46 10004/3-10电导率 S/cm 6.8 0.8 3.34 37.0pH 值 9.89 6.28 7.11 89.1投 运 前铜 g/L 268.5 2.5 89.66 61.503/1-04/1电导率 S/cm 2 0.2 0.64 100pH 值 7.28 6.23 6.92 99.3#2机组投 运 后铜 g/L 35.2 12.1 21.33 10004/3-10电导率 S/cm 13.1 0.9 5.04 53.7pH 值 8.17 5.82 6.92 83.5投 运 前铜 g/L 892.8 21.3 328.75 2.203/6-12电导率
17、S/cm 1.9 0.16 0.54 100pH 值 8.78 6.2 7.05 98.4#3机组投 运 后铜 g/L 38.9 19.2 28.71 10004/2-10电导率 s/cm 5.6 1.6 3.60 41.0pH 值 8.81 5.94 6.86 57.0投 运 前铜 g/L 754.5 48.3 419.25 003/12-04/1电导率 s/cm 2 0.26 0.76 100pH 值 8.86 6.65 6.86 99.4#4机组投 运 后铜 g/L 38.5 15.7 26.91 10004/3-105 经济效益分析5.1 年经济效益：该项目每年可产生各种直接经济效益
18、10.514 万元。具体计算如下：5.1.1 改造费用的计算：通过对其它发电厂同类型机组内冷水系统旁路净化装置改造费用的了解，目前更换一套该系统大约在 1825 万元之间，四台机组共节约改造费用 72100 万元， 那么，每年节约的改造投资费用为：912.5 万元。65.1.2 节约除盐水费用的计算：根据机组运行情况，在未正常投运旁路净化装置时，因监控指标超标，大约每周被动换水一次，每台机组每次换水需除盐水量约 5 m3。根据我厂生产工艺，每立方除盐水的制水成本大约在 18 元左右。那么，四台机组每年节约除盐水的费用计算如下：5m34（7000h247）18 1.5（万元）5.2 净经济效益：
19、#1 机组 2003 年 3 月开始应用，#2、#3 机组 2003 年 7 月开始应用，4 机组2003 年 11 月开始应用，止 2004 年 4 月底，已产生净经济效益 102.9 万元。具体计算如下： （1）#1 机组净节约费用：132.5741214=38.67（万元）（2）#2、#3 机组净节约费用：132.5741292=49.71（万元）（3）#4 机组净节约费用：132.574125=13.81（万元）6 小结该项技术试验工作的成功和在我公司的推广应用，将会有效地降低锅炉给水的含铁量，防止锅炉水冷壁管氧化铁垢的沉积；抑制炉前系统特别是锅炉省煤器和高压加热器入口管等处的流动加速
20、腐蚀，较少锅炉酸洗频次，大大延长设备使用寿命。减少凝结水中氨离子的含量，延长凝结水除盐设备的运行周期，降低发电成本。标志着我公司在应用新技术方面向前迈进了大大的一步，为进一步采用目前世界上较为先进的给水氨加氧处理技术（充氧法）打下了坚实的基础。不但可以取得良好的经济效益，同时，由于联氨是一种可疑致癌物，停止其在我公司机组上的使用，对确保工作人员的身体健康和保护环境都具有极其深远的意义。从 而 根 本 上 解 决 了 我 厂 内 冷 水 水 质 长 期 不 合 格 的 问 题 ， 有 效 地 减 缓 了 发 电机 定 子 线 棒 的 腐 蚀 ， 提 高 了 设 备 可 靠 性 。微 碱 性 循
21、环 处 理 系 统 的 应 用 能 确 保 在 不 添 加 任 何 药 剂 的 条 件 下 ， 内 冷 水 的各 项 水 质 指 标 大 大 优 于 按 照 GB/T 12145-1999 火 力 发 电 机 组 及 蒸 汽 动 力 设 备水 汽 质 量 。6实施后效果：61改造费用和日常运行维护费用很少。62运行人员能非常方便、直观地根据电导率表正确调整凝结水和除盐水流量配比，内冷水的pH值控制较好。63内冷水指标长期稳定地控制在电导率小于151对七m，pH 7刀，铜蕊40u幼从去年10 月下旬至今，我厂内冷水水质控制得很好，合格率一般为10。64铜的腐蚀速率明显阳氏，从去年10月以来定期检查发现内冷水铜的含量均一般小于rop朗，成效显7著7结论71用凝结水提高内冷水的PH 值，减少铜导线的腐蚀，是一个简单易行的办法，但补加的凝结水应考虑其纯度，取凝结水10精处理后的加氨调高PH 值的凝结水较为妥当72调整好凝结水和除盐水的比例。试验初期应加强对内冷水水质的监督。
