黃會(huì)才,熊書(shū)華,荊玲玲

(1.廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司,廣東省潮州市,515723; 2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院,長(zhǎng)沙市,410114)

0 引言

發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)及其水質(zhì)是直接影響發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)[1],據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 1993—1995年我國(guó) 300 MW及以上容量的發(fā)電機(jī),發(fā)生事故及故障總共 138臺(tái)次,其中發(fā)電機(jī)本體故障53臺(tái)次,發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水系統(tǒng)事故及故障 29次,占 54.7%[2]。為了保證發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行,必須對(duì)發(fā)電機(jī)的冷卻水水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

1 潮州電廠 3號(hào)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)

潮州電廠3號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)為QFSN-1000-2型三相同步汽輪發(fā)電機(jī),冷卻方式為水氫氫冷卻,即定子繞組水內(nèi)冷,定子鐵心及端部結(jié)構(gòu)件氫氣表面冷卻,轉(zhuǎn)子繞組氣隙采用氣氫內(nèi)冷冷卻方式。3號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)的定子冷卻水系統(tǒng)是一個(gè)敞開(kāi)體系,其補(bǔ)水方式有 2種,一種是從除鹽水母管引水經(jīng)過(guò)內(nèi)冷水優(yōu)化裝置或者經(jīng)過(guò)定子冷卻水的離子交換器補(bǔ)入定冷水箱,另一種是將凝結(jié)水精處理出水通過(guò)內(nèi)冷水優(yōu)化裝置或者經(jīng)過(guò)定子冷卻水系統(tǒng)的離子交換器補(bǔ)入定冷水箱。水箱頂部引出 1根管道,與發(fā)電機(jī)排氫母管相連,用于正常運(yùn)行時(shí)排除冷卻水帶入水箱的氫氣,水箱下部有一 U形管,里面注入水封,作為定冷水箱的溢流管。

2 發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)行的要求

高壓電場(chǎng)中,發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水作為冷卻介質(zhì),其品質(zhì)直接影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致腐蝕從而引起被迫停機(jī)[3-4],國(guó)內(nèi)外都對(duì)內(nèi)冷水水質(zhì)進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定,隨著機(jī)組容量和參數(shù)的提高,水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越嚴(yán)格[5-7]。潮州電廠 600,1 000MW機(jī)組內(nèi)冷水的控制指標(biāo)見(jiàn)表 1。

發(fā)電機(jī)定子冷卻水水質(zhì)的控制指標(biāo)有導(dǎo)電度、pH值、銅離子含量。其中導(dǎo)電度反映水中離子的濃度,如果內(nèi)冷水的導(dǎo)電度太高,會(huì)引起較大的泄漏電流,從而使絕緣引水管老化,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)相間閃絡(luò),甚至破壞設(shè)備,發(fā)電機(jī)端電壓越高要求越嚴(yán)格。600MW機(jī)組額定電壓為20 kV,1 000 MW機(jī)組額定電壓為27 kV。

表1 600,1 000 MW機(jī)組內(nèi)冷水的控制指標(biāo)Tab.1 Control indicatorsof coolingwater for 600MW and 1000 MW units

控制內(nèi)冷水 pH值的目的是防止銅導(dǎo)線的腐蝕[8-9],從電位 -pH值平衡圖分析,銅穩(wěn)定的 pH值為7～10,對(duì)工業(yè)設(shè)備控制 pH值為 7.6～9較適宜[10]。純水中,銅腐蝕一般為均勻腐蝕,由腐蝕穿孔對(duì)設(shè)備造成危害的幾率較小,但腐蝕產(chǎn)物在系統(tǒng)中被發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)阻截,在空心導(dǎo)線內(nèi)部沉積,減少了通流面積甚至引起堵塞,使冷卻效果變差,造成線棒溫度升高,影響機(jī)組安全運(yùn)行[11]。

3號(hào)發(fā)電機(jī)定子冷卻水電導(dǎo)率應(yīng)小于 0.3μs/cm,在發(fā)電機(jī)做耐壓試驗(yàn)和啟動(dòng)前的絕緣檢驗(yàn)時(shí),要求內(nèi)冷水水質(zhì)電導(dǎo)率在較低的水平上,耐壓試驗(yàn)合格后,要求內(nèi)冷水電導(dǎo)率低于0.12μs/cm。

3 發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案

在 3號(hào)發(fā)電機(jī)調(diào)試期間,曾出現(xiàn)內(nèi)冷水箱水位低,以及內(nèi)冷水水質(zhì)不合格等問(wèn)題,其解決方案為:

(1)采用除鹽水作為補(bǔ)水(除鹽水pH值為5.6～6.0,電導(dǎo)率為 0.12～0.15μs/cm),凝結(jié)水補(bǔ)水備用。

(2)投入定冷水優(yōu)化裝置除鹽,并從優(yōu)化裝置的離子交換器出口加入適當(dāng)?shù)腘a(OH)2溶液,提高定冷水的pH值。

(3)投入定冷水系統(tǒng)的離子交換器,調(diào)整好流量,凈化定冷水系統(tǒng)的水質(zhì)。

(4)機(jī)組正常運(yùn)行中,關(guān)閉采樣間定冷水手工取樣門(mén),減少定冷水消耗,從而減少定冷水的補(bǔ)水量和補(bǔ)水次數(shù)。

(5)通過(guò)水箱溢流,在溢流 U型管建立水封,減少進(jìn)入定冷水的空氣。

(6)在發(fā)電機(jī)未加電壓時(shí),為滿足電氣試驗(yàn)需要,可暫不考慮 pH值水平,臨時(shí)將電導(dǎo)率調(diào)整到0.12μs/cm以下水平。此時(shí),退出定冷水優(yōu)化裝置運(yùn)行,將定冷水箱充氮,排完空氣后將定冷水箱排大氣及溢流管閥門(mén)關(guān)閉,保持定冷水系統(tǒng)離子交換器運(yùn)行。

4 內(nèi)冷水處理方式

4.1 堿化處理方式

由Cu-H2O體系的電位-pH圖可知,當(dāng)pH較高(7～10)時(shí),銅處于免蝕區(qū)或者鈍化區(qū),因此可采用提高內(nèi)冷水pH值的方式來(lái)防止銅導(dǎo)線的腐蝕。3號(hào)機(jī)組加裝的優(yōu)化裝置就是向內(nèi)冷水中加入一定量的Na(OH)2,調(diào)節(jié)內(nèi)冷水pH為7～9。采用這種處理方式,內(nèi)冷水的 pH容易合格,而電導(dǎo)率和銅含量是否合格,取決于內(nèi)冷水的實(shí)際 pH控制值和系統(tǒng)的嚴(yán)密性。系統(tǒng)的嚴(yán)密性包括系統(tǒng)與大氣的通氣狀況和系統(tǒng)水的損失情況,也包括補(bǔ)充水源與大氣的接觸狀況。系統(tǒng)pH控制低,電導(dǎo)率易合格,但銅含量難合格;系統(tǒng)pH控制高,有利于銅含量控制合格,但電導(dǎo)率易偏高。3號(hào)機(jī)組定冷水系統(tǒng)在采用堿化處理方式時(shí),充分考慮定冷水箱的密封性和補(bǔ)水水源的水質(zhì)情況,精細(xì)調(diào)整,確定合適的Na(OH)2藥液濃度,合適調(diào)整加藥泵的沖程,定冷水的電導(dǎo)率基本控制在0.2μs/cm左右,pH值控制在7.5左右,銅離子控制在8.0μg/L以下。目前,潮州電廠2臺(tái)1 000 MW機(jī)組的內(nèi)冷水正常處理方式按照堿性水處理工況運(yùn)行,其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2。

表2 堿性水處理工況下的運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.2 Operation monitoring data under conditions of alkaline water treatm ent

4.2 中性水處理方式

中性水處理實(shí)驗(yàn)證明,內(nèi)冷水水質(zhì)酸堿度為中性,含氧量低、凈化度高、導(dǎo)電率低、不含其他化學(xué)物質(zhì)。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),如果內(nèi)冷水中含氧量低,水中氧將立即與銅表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),此時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)的含氧量小于 30μg/L。由于不斷對(duì)支流進(jìn)行凈化,水的電導(dǎo)率將會(huì)維持在約0.1μs/cm。這種方式試驗(yàn)運(yùn)行了將近 20天,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中關(guān)閉了手工取樣門(mén),控制在線表的取樣流量,最低限度減少定冷水系統(tǒng)的水量損失,中性水處理方式下監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3顯示的數(shù)據(jù)表明,在這種工況下運(yùn)行時(shí),定冷水的含氧量基本處于飽和狀態(tài),定冷水的電導(dǎo)率也能控制在發(fā)電機(jī)廠家要求的范圍內(nèi),但是定子線棒的腐蝕速率較高。當(dāng)前定冷水的再循環(huán)處理流量是240 L/min,在這種處理流量下,如果定冷水的銅離子含量仍為15μg/L,那么離子交換器每天吸收的銅離子量為5.184 g,定冷水箱的容積為 3.55 m3。如果沒(méi)有利用離子交換器除銅,每天定冷水的銅離子含量將增加1 460μg/L。所以,這種水處理方式,實(shí)際上并沒(méi)有抑制銅線棒的腐蝕,只是將部分銅腐蝕物吸收了,雖然降低了銅腐蝕產(chǎn)物在線棒的沉積,減弱了線棒堵塞的幾率,但是并沒(méi)有解決銅線棒腐蝕的問(wèn)題。

表3 中性水處理工況條件下的運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.3 Operationm onitoring data under conditions of neutral water treatment

5 結(jié)論

(1)不論是堿性還是中性水處理方式,都要求系統(tǒng)有比較好的嚴(yán)密性。從定冷水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面和運(yùn)行安全方面考慮,建議改進(jìn)內(nèi)冷水箱的排氫、溢流系統(tǒng),使內(nèi)冷水箱的排氫、溢流管能進(jìn)行水封,確保系統(tǒng)的氣密性。

(2)在機(jī)組正常運(yùn)行后,定冷水的補(bǔ)水方式盡量采用高速混床出口凝結(jié)水作為補(bǔ)充水,這是因?yàn)槟Y(jié)水的水質(zhì)純凈,電導(dǎo)率在0.1μs/cm以?xún)?nèi),而且含氧量基本可以控制在20μg/L以?xún)?nèi)。

(3)減少定冷水的水量損失,減少補(bǔ)水次數(shù),維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。除化驗(yàn)班的查定取樣外,關(guān)閉手工取樣門(mén),調(diào)整好在線表的流量,減少水耗。

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