發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)長期超標(biāo)問題的解決

1、SKG 300-2 型汽輪發(fā)電機內(nèi)冷水微堿性循環(huán)處理系統(tǒng)技術(shù)報告平?jīng)霭l(fā)電公司 張興仁二OO四年十月 摘要 本文通過對平?jīng)霭l(fā)電公司發(fā)電機內(nèi)冷水控制指標(biāo)長期超標(biāo)原因的分析，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備、 運行條件和基礎(chǔ)腐蝕理論，提出了采用微堿性循環(huán)處理系統(tǒng)凈化處理發(fā)電機內(nèi)冷水，提高內(nèi)冷水電 導(dǎo)率和 pH 值合格率，從而進一步防止定子銅線棒的腐蝕及其腐蝕產(chǎn)物的沉積，為發(fā)電機安全運行 提供保證。關(guān)鍵詞 發(fā)電機 內(nèi)冷水 處理0 前言由于水本身具有的獨特優(yōu)點而被廣泛用做發(fā)電機的冷卻介質(zhì)。幾十年來，對于內(nèi) 冷卻水的使用標(biāo)準(zhǔn)制造、運行等部門制定了一系列的規(guī)定，基本保證了發(fā)電機運行的 安全穩(wěn)定。但近年來，隨著機組容量的逐步增大

2、以及使用年限的延長，一些隱性的主 要是由于不合適的化學(xué)反應(yīng)長期作用引起的危害逐漸顯露出來，表現(xiàn)形式為發(fā)電機冷 卻系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢，造成局部堵塞，使繞組溫度升高，導(dǎo)致發(fā)電機組局部短路出現(xiàn)重 大事故。據(jù)中國電工技術(shù)學(xué)會、中國電機工程學(xué)會、原能源部電力司多次組織專家調(diào) 查顯示，此類事故占到了所有發(fā)電機事故的 54以上。可見，發(fā)電機內(nèi)冷水控制指標(biāo) 超標(biāo)，是一個國內(nèi)大型發(fā)電機組普遍存在的問題。1 概述甘肅華能平?jīng)霭l(fā)電有限責(zé)任公司安裝 4X 300MW凝汽式發(fā)電機組，分別在2000年9 月、2001年6月、2003年6月、2003年11月投產(chǎn)發(fā)電。發(fā)電機定子線圈冷卻水系統(tǒng)均由 哈爾濱電機廠成套提供。自 1

3、機組投產(chǎn)以來，內(nèi)冷水監(jiān)控指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象嚴重，合格率極低。為此， 我們根據(jù) GB/T 12145-1999 火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量、哈爾 濱電機廠有限責(zé)任公司 300MW 汽輪發(fā)電機說明書、防止電力生產(chǎn)重大事故的 二十五項重點要求等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，先后通過投運原內(nèi)冷水處理裝置、添 加緩蝕劑、氨水調(diào)節(jié) pH 值、被動換水等手段和方法，以提高內(nèi)冷水質(zhì)量，減緩 定子線棒的腐蝕結(jié)垢 ，防止發(fā)電機重大設(shè)備損壞事故的發(fā)生。但是，仍存在著 相關(guān)指標(biāo)嚴重超標(biāo)、合格率低的問題：銅含量最大達到了892.8卩g/L、電導(dǎo)率最大13.10卩S/cm，達到了廠家要求的當(dāng)電導(dǎo)率達到10S/cm時，應(yīng)迅速解除發(fā)電機

4、負荷并與電網(wǎng)解列的規(guī)定值。同時，存在著電導(dǎo)率和 pH 值無法兼顧的矛盾，即： 當(dāng)電導(dǎo)率合格時， pH 值偏低； pH 值合格時，電導(dǎo)率偏高?？梢姡?jīng)霭l(fā)電公 司發(fā)電機定子銅線棒的腐蝕速率顯而易見并未降低，危害仍然存在。發(fā)電機內(nèi)冷水中 的 CuO、 Cu2O 都是水對空芯銅線腐蝕的產(chǎn)物，嚴重時這些產(chǎn)物絮結(jié)或覆垢，將增大內(nèi) 冷水路的水阻和局部堵塞，甚至可能使空芯銅線腐蝕裂漏。因此，尋找適當(dāng)?shù)?、簡?易行的解決內(nèi)冷水處理和控制的方法迫在眉睫。2腐蝕原理銅在內(nèi)冷水中會發(fā)生均勻的氧腐蝕，主要反應(yīng)如下：陽極：Cu Cu2+2e陰極：O2+ 4H + + 4e 2H2O由于內(nèi)冷水中氫、二氧化碳、氧含量較高，

5、反應(yīng)復(fù)雜，且腐蝕產(chǎn)物氧化銅和氧化 亞銅在氫的作用下，還會有單質(zhì)銅的析出。不管反應(yīng)如何復(fù)雜，防止銅導(dǎo)線的腐蝕是 根本所在。根據(jù)經(jīng)典腐蝕理論，影響定子銅導(dǎo)線腐蝕的因素主要有pH值、溶解氧、水中二氧化碳以及水的導(dǎo)電度。要防止定子銅導(dǎo)線水側(cè)的腐蝕，就要控制內(nèi)冷水的水質(zhì)，降低 其電導(dǎo)率，提高pH值，減少水中的溶氧和二氧化碳，維持低電導(dǎo)。而其中最大的關(guān)鍵 是提高內(nèi)冷水的pH值。水的pH值對銅的腐蝕有如此明顯的影響，主要是銅表面的保護膜的形成及其穩(wěn)定 性與水的pH值有很大關(guān)系。簡化的CU-CO2-H2O體系的電位pH圖如下圖示：450. 80.400亠4-0,8L 一 .一亠II EI I1. 一丄 一.L

6、024&8101214PH簡化的CXOtHtQ體茶的電位-pH圏一般銅在水中的電位在 0.1 0.4V的范圍，從CU-CO2-H2O體系的電位pH圖中可 以看出，若水的聲在6.8以下時，則銅的狀態(tài)是處于腐蝕區(qū)，表面很難有穩(wěn)定的保護膜 存在；在pH值高于6.8、進入中性及弱堿性范圍時，銅表面的初始氧化亞銅膜能穩(wěn)定 存在，不會被溶解，并且不可能生成固相的堿式碳酸銅，因而銅的溶解要比低pH值時大大減少，從而避免腐蝕。3發(fā)電機內(nèi)冷水微堿性循環(huán)處理方案3.1目前國內(nèi)發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)運行方式及存在問題目前我國發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)的運行方式主要有：添加銅緩蝕劑法、小混床 處理法、頻繁換水法。這三種運行方式均存在

7、各自的技術(shù)缺陷，對發(fā)電機的安 全經(jīng)濟運行不利，曾發(fā)生因內(nèi)冷水水質(zhì)不理想，造成發(fā)電機銅線棒燒毀或降負 荷運行的情況。1） 添加銅緩蝕劑法：內(nèi)冷水的pH值和電導(dǎo)率兩者難以同時滿足標(biāo)準(zhǔn)要 求，水質(zhì)不穩(wěn)定，銅含量偏高，緩蝕劑和銅離子發(fā)生絡(luò)合易產(chǎn)生沉積，且銅緩 蝕劑難溶于水，極易在系統(tǒng)內(nèi)部析出而堵塞線棒。2）混床處理法：出水 pH值低，呈弱酸性，達不到標(biāo)準(zhǔn)要求，對銅導(dǎo)線產(chǎn) 生較嚴重的腐蝕，腐蝕產(chǎn)物易沉積。3） 頻繁換水法：浪費大量的除鹽水，除鹽水的溶解氧和偏低的pH值使銅 線棒易發(fā)生腐蝕。3.2發(fā)電機內(nèi)冷水微堿性循環(huán)處理通過調(diào)研和參考借鑒國內(nèi)大型發(fā)電機組上采用的內(nèi)冷水處理技術(shù)，我們認為：只 要選擇適合的

8、ROH和RH型樹脂及其比例，配比一定量的弱堿性樹脂，調(diào)節(jié)旁路進化 裝置出水酸堿性，原系統(tǒng)上配套的旁路凈化裝置完全能夠滿足內(nèi)冷水處理的要求，不 需要對其進行更換和改造，在進行了相關(guān)小型試驗后，將原交換器填充的國產(chǎn)樹脂更 換為進口凝膠型均粒樹脂。該樹脂與普通國產(chǎn)樹脂相比，具有耐高溫、粒度均勻、交 換容量大、出水質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。在采用 微堿性循環(huán)處理系統(tǒng) 后，在對內(nèi)冷水系統(tǒng)完全密閉，內(nèi)冷水流量的5%10%經(jīng)過凈化裝置處理后回到內(nèi)冷水箱。內(nèi)冷水系統(tǒng)安裝在線電導(dǎo)率和pH表對內(nèi)冷水質(zhì)進行在線監(jiān)測。內(nèi)冷水箱 內(nèi)冷水泵 冷卻器L 過濾器 發(fā)電機捕捉器，微堿性循環(huán)處理裝置電導(dǎo)率儀pH計發(fā)電機內(nèi)冷水微堿性循環(huán)處理

9、系統(tǒng)示意圖4試驗和應(yīng)用情況4.1試驗情況我廠發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)均配備了 300X 2000交換柱和在其出口安裝了樹脂捕捉器，材料均未不銹鋼。不需要對系統(tǒng)進行改造，只需對交換柱內(nèi)樹脂進行更換和重新 配比，就能滿足對內(nèi)冷水微堿性循環(huán)處理工藝的要求。2004年1月在# 3機組上進行了應(yīng)用試驗。通過對內(nèi)冷水旁路處理系統(tǒng)的改進完善，2003年12月31日20 : 50投運該系統(tǒng)。投運初期，電導(dǎo)率和銅含量下降明顯，pH值由于內(nèi)冷水質(zhì)量相對較差、且因該系統(tǒng)未安裝在線pH表，采用臺式儀表進行測定，受空氣中二氧化碳等因素的影響，其測定值偏低，但是，隨著運行時間的延長和內(nèi)冷 水純度的提高，該項指標(biāo)偏低的影響就會自然

10、解決。試驗期間的監(jiān)測指標(biāo)如表1。表1# 3機組試驗期間內(nèi)冷水指標(biāo)監(jiān)測情況時間電導(dǎo)率(p S/cm)pH值銅(p g/L)備注03 年 12 月 31 日 21 : 002.47.1156.3投運旁路處理系統(tǒng)，流量 300 l/h03 年 12 月 31 日 23 : 001.66.7104年1月1日3 : 001.06.6904年1月1日5 : 000.96.7004年1月1日7 : 000.96.7104年1月1日9 : 001.26.8204年1月2日11 : 000.986.3651.2904年1月3日11 : 000.946.7204年1月4日11 : 000.936.6504年1月5

11、日11 : 001.06.5245.604年1月6日11 : 000.96.52增大處理流量至800 l/h04年1月7日11 : 000.46.6504年1月8日11 : 000.47.1204年1月9日9 : 000.446.9732.104年1月10日9 : 000.406.924.2應(yīng)用情況在試驗取得初步成效后，2004年2月8日，在# 1、# 2和# 4機組上進行了推廣應(yīng)用，且對樹脂配比進行了相應(yīng)的調(diào)整，再未出現(xiàn)與在#3機組上試驗期間pH值偏低的問題。按照 GB/T 12145-1999 電導(dǎo)率(25C)w 2.0 Q cm-1，銅 6.8的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，自 各機組內(nèi)冷水旁路凈化裝置投運

12、以來，除因個別情況下該系統(tǒng)未及時隨機組的啟動而投運和運行人員換水操作不當(dāng)造成偶爾超標(biāo)外，機組內(nèi)冷水監(jiān)控指標(biāo)電導(dǎo)率、pH值、銅含量均經(jīng)常處于國2003年1月至2004年10月內(nèi)2:標(biāo)要求范圍之內(nèi)，合格率達到了100 %。各機組冷水旁路凈化裝置投運前后水質(zhì)監(jiān)測情況對比如表表2各機組內(nèi)冷水旁路凈化裝置投運前后水質(zhì)監(jiān)測對比表機組號項目單位取大值最小值平均值合格率%統(tǒng)計時間#1機組投運前電導(dǎo)率jiS/cm7.50.93.3644.003/1-04/1pH值9.986.147.0987.6銅/L195.82.171.7052.7投運后電導(dǎo)率S/cm1.60.190.5710004/3-10pH值7.686

13、.727.3299.3銅/L39.58.927.46100竝機組投運前電導(dǎo)率jiS/cm6.80.83.3437.003/1-04/1pH值9.896.287.1189.1銅/L268.52.589.6661.5投運后電導(dǎo)率jiS/cm20.20.6410004/3-10pH值7.286.236.9299.3銅/L35.212.121.33100#3機 組投運前電導(dǎo)率jiS/cm13.10.95.0453.703/6-12pH值8.175.826.9283.5銅/L892.821.3328.752.2投運后電導(dǎo)率jiS/cm1.90.160.5410004/2-10pH值8.786.27.05

14、98.4銅/L38.919.228.71100#4機 組投運前電導(dǎo)率jjs/cm5.61.63.6041.003/12-04/1pH值8.815.946.8657.0銅/L754.548.3419.250投運后電導(dǎo)率jjs/cm20.260.7610004/3-10pH值8.866.656.8699.4銅/L38.515.726.911005經(jīng)濟效益分析5.1年經(jīng)濟效益：該項目每年可產(chǎn)生各種直接經(jīng)濟效益10.5-14萬元。具體計算如下:5.1.1改造費用的計算：通過對其它發(fā)電廠同類型機組內(nèi)冷水系統(tǒng)旁路凈化裝置改造費用的了解，目前更換一套該系統(tǒng)大約在18-25萬元之間，四臺機組共節(jié)約改造費用72

15、- 100萬元，那么，每年節(jié)約的改造投資費用為：912.5萬元。5.1.2 節(jié)約除鹽水費用的計算：根據(jù)機組運行情況，在未正常投運旁路凈化裝置時，因監(jiān)控指標(biāo)超標(biāo)，大約每周 被動換水一次，每臺機組每次換水需除鹽水量約5 m3。根據(jù)我廠生產(chǎn)工藝，每立方除鹽水的制水成本大約在 18元左右。那么，四臺機組每年節(jié)約除鹽水的費用計算如下：35m3X 4X（ 7000h十24-7）x 18 1.5 （萬元）5.2 凈經(jīng)濟效益：#1 機組 2003年 3月開始應(yīng)用， #2、#3機組 2003年 7月開始應(yīng)用， 4機組2003年 11 月開始應(yīng)用，止 2004年 4月底，已產(chǎn)生凈經(jīng)濟效益 102.9萬元。具體 計

16、算如下：（1）#1機組凈節(jié)約費用：132.57十4- 12X 14=38.67 （萬元）（2）#2、#3 機組凈節(jié)約費用：132.57-4- 12X 9X 2=49.71 （萬元）（3）#4機組凈節(jié)約費用：132.57-4- 12X 5=13.81 （萬元）6 小結(jié)該項技術(shù)試驗工作的成功和在我公司的推廣應(yīng)用，將會有效地降低鍋爐給水的含鐵量，防止鍋爐水冷壁管氧化鐵垢的沉積；抑制爐前系統(tǒng)特別是鍋爐省煤器和高壓加熱 器入口管等處的流動加速腐蝕，較少鍋爐酸洗頻次，大大延長設(shè)備使用壽命。減少凝 結(jié)水中氨離子的含量，延長凝結(jié)水除鹽設(shè)備的運行周期，降低發(fā)電成本。標(biāo)志著我公 司在應(yīng)用新技術(shù)方面向前邁進了大大的一步，為進一步采用目前世界上較為先進的給 水氨加氧處理技術(shù)（充氧法）打下了堅實的基礎(chǔ)。不但可以取得良好的經(jīng)濟效益， 同時，由于聯(lián)氨是一種可疑致癌物，停止其在我公司機組上的使用，對確保工作人員 的身體健康和保護環(huán)境都具有極其深遠的意義。從而根本上解決了我廠內(nèi)冷水水質(zhì)長期不合格的問題，有效地減緩了發(fā)電 機定子線棒的腐蝕，提高了設(shè)備可靠性。微堿性循環(huán)處理系統(tǒng)的應(yīng)用能確保在不添加任何藥劑的條件下，內(nèi)冷水的各項水質(zhì)指標(biāo)大大優(yōu)于按照 GB/T 12145-1999 火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備 水汽質(zhì)量。6實施后效果：61改造費用和日常運行維護費用很少。62運行人員能非常方便、直觀地根據(jù)電導(dǎo)率表