CN112573615A

CN112573615A - 一种核级内冷水树脂的研制工艺

Info

Publication number: CN112573615A
Application number: CN201910932995.8A
Authority: CN
Inventors: 傅梁瑜
Original assignee: Xi'an Zhengqinghe Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Xi'an Zhengqinghe Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2021-03-30

Abstract

一种用于火力发电厂核级内冷水树脂的研制工艺，其转型率高，运行周期长。优选进口大孔强酸强碱型树脂辅以大孔弱酸型树脂，新树脂先经清洗等工艺处理，阳树脂用4%离子膜高纯NaOH溶液浸泡预处理，然后用5%的优级纯HCl10~20倍体积进行深度转型处理，氢型率≥99%即为合格，阴树脂先用5%的优级纯HCl溶液浸泡预处理，采用二步法转型处理，氢氧型率≥95%，Cl^‑＜0.5%，CO₃ ^2‑＜4.5%，SO₄ ^2‑＜0.5%即为合格。核级内冷水树脂配比：核级阳树脂与核级OH^‑型阴树脂的体积比为0.35~1.5:1；阳树脂中可交换离子Na+与弱酸型H+及强酸型H+的摩尔比为0.01~0.10:0~0.10:0.40~1。核级内冷水树脂在离子交换床内互混或分层填装。

Description

一种核级内冷水树脂的研制工艺

技术领域

本发明属于发电机内冷水处理技术领域，具体涉及到一种用于火力发电厂发电机内冷水处理用高转型率、长效树脂的研制工艺。

背景技术

我国发电装机容量中火电约占80%左右，大型火力发电机的冷却方式有：水-氢-氢、水-水-氢、水-水-空三种。我国汽轮发电机广泛采用水-氢-氢冷却方式，另外有数百台双水内冷汽轮发电机组。大型水电站的水轮发电机定子绕组也采用水内冷方式。

由于水冷效率高（是氢冷的5倍，空冷的84倍），有利于减小发电机体积、增加绝缘寿命、提高极限容量，被广泛使用。但是水内冷方式同时出现的水流不均，进出水温差大，流量异常，线棒过热，绝缘损坏，空芯铜导线腐蚀，空芯铜导线蠕变，水回路堵塞，定子绕组接地，线棒熔毁等故障都不容忽视。

发电机定子线棒铜导线由实心股线和空心导线交叉组成，发电机内冷水系统冷却水主要用于发电机空心线棒铜导线的温度冷却。在双水内冷机组中，转子线圈也由实心股线和空心导线交叉组成，其空心导线也需要冷却水进行调温。

内冷水系统的故障包括：内冷水断水、定子绕组接地、铜线棒腐蚀结垢、内冷水回路堵塞等。由于内冷水水质指标不合格而导致的故障为定子绕组接地、内冷水回路堵塞、铜线棒腐蚀结垢。

内冷水回路堵塞事故：与转子空芯线棒相比，定子空芯线棒规格更小。例如300MW水-氢-氢发电机的定子绕组发电机定子线棒空芯导线的内孔规格为2 mm×6.7mm。而转子中空导线的流通截面尺寸为7mm ×7mm。定子更容易堵塞。由于空芯导线的内孔间隙小，过流线路长，极易造成堵塞，所以对内冷水的要求极高。内冷水回路堵塞后，定子线棒温度升高，高达90~150℃左右，造成铜线棒过热，绝缘层炭化粉裂，甚至空芯铜导线开裂、熔化。发生回路堵塞事故的原因主要来自下列几个方面：（1）、制造或检修过程中的异物堵塞所引起；（2）、运行中内冷却水质量差，空芯铜导线长期严重腐蚀，腐蚀产物沉积造成堵塞。

铜线棒腐蚀结垢：由于内冷水系统长期pH偏低，造成铜线棒长期腐蚀。腐蚀产物沉积在空芯线棒内结垢，造成空芯线棒通水过流面积减少，从而造成内冷水进出口温差增大，线棒过热，迫使系统增压增流以降低温度。线棒过量结垢后，极易造成内冷水回路堵塞事故。

由于内冷却水的关键性，国家标准DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》规定了内冷水的水质要求：定子冷却水pH： 8.0～9.0(25℃)，电导率： 0.4～2.0μs/cm(25℃)，Cu²⁺≤20μg/L。转子冷却水PH 7.0～9.0(25℃)，电导率：＜5.0μs/cm（25℃），Cu²⁺≤40μg/L。

为了达到国标要求，针对内冷水水质处理，各电厂采取不同的处理方式，有：单床离子交换微碱法、离子交换加碱碱化法、氢型混床-钠型混床处理法、凝结水与除盐水协调调节法、离子交换-充氮密封法、内冷水处理除氧法等。由于离子交换树脂处理技术运行稳定可靠，启停方便，大部分电厂采用了离子交换树脂处理技术。

目前市场上大部分离子交换床内装普通型树脂，树脂中常泄漏大量低分子溶出物、有机物等，对系统存在污染并使混床出水pH偏低，系统pH常≤7，不符合国标规定定子系统pH 8.0～9.0，转子系统pH7.0～9.0的要求，加重了铜表面腐蚀。此外，普通树脂交换容量小，需每隔3～6个月抽出树脂一次进行体外再生，不仅费时费力，而且偶尔一次再生不理想就会造成投运失败即投运后水质严重不合格，需重新抽出再生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有普通型内冷水树脂的技术缺陷，提供一种转型率高、工作交换容量大、长周期运行、运行成本低、运行指标稳定性高、能有效去除树脂中的溶出物、有机物的核级内冷水树脂的研制工艺。核级内冷水树脂所能达到的理化性能标准：大孔H⁺型阳树脂氢型率≥99%，铁含量＜100ppm，铜含量＜50ppm，铅含量＜50ppm，Q_全＞4.8mmol/g，粒度范围0.50~1.25mm(≥95%) ，含水量50~60%，湿视密度0.74~0.80g/ml。大孔OH^-型阴树脂的氢氧型率≥95%，Cl^-＜0.5%，CO₃ ^2-＜4.5%，SO₄ ^2-＜0.5%，铁含量＜100ppm，铜含量＜50ppm，铅含量＜50ppm，Q_全＞4.0mmol/g。粒度范围0.40~0.9mm(≥95%)，含水量55~65%，湿视密度0.63~0.70g/ml。钠型大孔强酸阳树脂及大孔弱酸型阳树脂符合DL/T519-2014标准。

解决上述技术问题采用的工艺方案由选型原则、转型工艺、配方研制三部分组成。

1、核级内冷水树脂的选型原则：（1）优选进口大孔型树脂（拜耳、陶氏等），次选其他树脂。（2）优选强酸强碱型树脂，配以弱酸型树脂做辅助。（3）杂质含量特别是可溶性的有机物含量低。（4）耐温性能良好。（5）粒度均匀。（6）较易再生，转型率高。

2、核级内冷水树脂转型工艺：（1）试剂选择应优先使用优级纯试剂、次选分析纯试剂。（2）新树脂清洗：新树脂常含有溶剂、未参加聚合反应的物质和少量低聚物，还可能吸附有铁、铜、铝等金属离子，应首先使用饱和食盐水浸泡18小时以上，然后放空，用除盐水漂洗，再用80%~90%的工业乙醇浸泡24小时，洗去醇类有机物，用40~50℃除盐水反复冲洗，再大流量反洗除沫。（3）阳树脂预处理及转型：用4%离子膜高纯NaOH溶液浸泡4小时以上进行预处理，然后放空并用除盐水冲洗至pH＜9。用5%的优级纯HCl 10~20倍体积进行顺流法深度转型处理，氢型率≥99%即为合格。（4）阴树脂的预处理及转型：用5%的优级纯HCl溶液浸泡4小时以上进行预处理，然后放空并用除盐水冲洗至中性。转型采用二步法，采用Na₂CO₃+NaOH、NaHCO₃+NaOH、NaNO₃+NaOH、NaClO+NaOH、(Na₂CO₃ 、NaHCO₃、 NaNO₃、NaClO任意两种混合溶液) +NaOH中的一种转型方式，采用逆流或顺流中的一种处理方式进行转型再生。二步法中，第一步溶液的总浓度为4%~8%，用2~8倍体积处理完。冲洗干净后，进行第二步操作，用4%~10%离子膜高纯NaOH溶液10~30倍体积进行第二步深度再生，控制好适宜的温度和流速。氢氧型率≥95%，Cl^-＜0.5%，CO₃ ^2-＜4.5%，SO₄ ^2-＜0.5%即为合格。

3、核级内冷水树脂配方研制：在内冷水系统离子交换床内装填核级阴、阳两种离子交换树脂，阳离子交换树脂与OH^-型阴离子交换树脂的体积比为0.35~1.5:1；阳离子交换树脂中可交换离子强酸型Na⁺及弱酸型H⁺与强酸型H⁺的摩尔比为0.01~0.10:0~0.10:0.40~1。

本发明具有诸多优点，以下给予说明。

1、本发明的工艺技术相比于现有技术，树脂转型率高、工作交换容量大、耐温性能良好、可实现长周期运行，运行周期是普通树脂的3倍以上。

2、核级内冷水树脂杂质含量特别是可溶性的有机物含量低。

3、核级内冷水树脂运行后，对于采用离子交换加碱法的定冷水系统，运行稳定后定子冷却水的pH值为8.0~9.0，电导率为0.4~1.0µs/cm， Cu²⁺≤10µg/L。对于采用离子交换加碱法的转冷水系统，运行稳定后转子冷却水的pH值为7.0~9.0，电导率＜5µs/cm， Cu²⁺≤40µg/L。系统指标优于国家标准DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》规定的内冷水水质要求。

4、核级内冷水树脂Cl^-＜0.5%，氯离子含量低，可避免对不锈钢设备造成腐蚀。

5、核级内冷水树脂出水品质优良、出水pH高、电导率低，且长期稳定运行，免维护，安全可靠性高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1：经采用上述核级内冷水树脂转型工艺再生好的阴阳树脂备用，按以下体积份的备料进行配比：强酸H⁺型阳树脂10份，弱酸H⁺型阳树脂1份，强酸Na⁺型阳树脂1份，强碱OH^-型阴树脂18份。

实施例2：经采用上述核级内冷水树脂转型工艺再生好的阴阳树脂备用，按以下体积份的备料进行配比：强酸H⁺型阳树脂6份，弱酸H⁺型阳树脂1份，强酸Na⁺型阳树脂2份，强碱OH^-型阴树脂21份。

实施例3：经采用上述核级内冷水树脂转型工艺再生好的阴阳树脂备用，双室离子交换器下室按以下体积份的备料进行配比：强酸H⁺型阳树脂5份，强酸Na⁺型阳树脂1份，强碱OH^-型阴树脂24份。双室离子交换器上室按以下体积份的备料进行配比：强酸H⁺型阳树脂13份，弱酸H⁺型阳树脂1份，强酸Na⁺型阳树脂1份，强碱OH^-型阴树脂15份。

将以上实施例分别应用于不同的处理方式包括单床离子交换微碱法、离子交换加碱碱化法等的各种类型离子交换床内，最终使内冷水水质达到DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》规定的内冷水水质要求，实现长周期稳定运行。

Claims

1.一种用于火力发电厂核级内冷水树脂的研制工艺，其特征在于：核级内冷水树脂优选进口大孔强酸强碱型树脂，辅以弱酸型树脂，树脂可溶性的有机物含量低，耐温性能良好，粒度均匀，较易再生，转型率高；核级内冷水树脂转型工艺：新树脂经饱和食盐水浸泡、漂洗、乙醇浸泡、反洗等清洗工艺处理后，阳树脂用4%离子膜高纯NaOH溶液浸泡4小时以上进行预处理，然后用5%的优级纯HCl10~20倍体积进行顺流深度转型处理，氢型率≥99%即为合格，阴树脂用5%的优级纯HCl溶液浸泡4小时以上进行预处理，阴树脂采用二步法转型处理，采用逆流或顺流中的一种处理方式进行转型再生，控制好适宜的温度和流速，阴树脂氢氧型率≥95%、Cl^-＜0.5%、CO₃ ^2-＜4.5%、 SO₄ ^2-＜0.5%即为合格。

2.核级内冷水树脂配比：核级阴、阳两种离子交换树脂，阳离子交换树脂与OH^-型阴离子交换树脂的体积比为0.35~1.5:1，其中阳离子交换树脂中可交换离子Na⁺及弱酸型H⁺与强酸型H⁺的摩尔比为0.01~0.10:0~0.10:0.40~1，核级内冷水树脂在离子交换床内互混或分层填装。

3.根据权利要求书1所述的一种用于火力发电厂核级内冷水树脂的研制工艺，其特征在于所述的阴树脂采用二步法转型处理，采用Na₂CO₃+NaOH、NaHCO₃+NaOH、NaNO₃+NaOH、NaClO+NaOH、(Na₂CO₃ 、NaHCO₃、 NaNO₃、NaClO任意两种混合溶液) +NaOH中的一种转型方式，其中第一步溶液的总浓度为4%~8%，用2~8倍体积处理完，冲洗干净后，进行第二步操作，用4% ~10%离子膜高纯NaOH溶液10~30倍体积进行第二步深度再生。