CN1249894C - 以通气方式工作的交流发电机定子的冷却水的处理和调节方法和使用这种方法的装置 - Google Patents

以通气方式工作的交流发电机定子的冷却水的处理和调节方法和使用这种方法的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可以消除以通气方式工作的交流发电机定子冷却线路的堵塞现象的方法，根据该方法，发电机定子的封闭循环冷却水从一个膨胀罐出发被一个泵带动，并被冷却和过滤，以便供给发电机定子的铜或铜合金空心导线；一部分水在发电机的上游流向给膨胀罐供水的除离子线路，所述除离子线路包括至少一个能够截留Cu2+离子的树脂和至少一个能够全部或部分截留冷却水中的阴离子的树脂。

Description

以通气方式工作的交流发电机定子的冷却水的 处理和调节方法和使用这种方法的装置
技术领域
本发明涉及一种能消除以通气方式工作的交流发电机定子冷却线路的堵塞现象的方法。本发明还涉及一种能使用这种方法的装置。
背景技术
在发电厂中，高强度电流通过交流发电机，这会产生很多的热。为了克服这些热，发电机的定子由一些具有空心铜导线的定子杆网构成，冷却水在空心导线中流动。
为了使冷却水的导电率尽可能低，在定子中流动的约1-7％的标称流量流向一个混合床除矿物质树脂。
这种冷却系统经常遇到的一个问题是在空心导线的内壁上形成堵塞这些导线的沉淀。这些堵塞导致发热并最终导致发电机的许多故障，或造成负荷下降。
一种解决问题的想法在于形成调节空气冷却线路。但是，这种方法长期不能令人满意，堵塞现象仍然存在。
因此，为了克服堵塞，发电机定期停产，以便用酸和/或添加剂溶液对空心铜导线进行化学清洗。但是，这些清洗作业时间很长，导致机器停工，并常常对空心导线产生腐蚀。
为了解决这些困难，专利申请No.FR 9 800 354中描述的另一种解决办法建立了一种净化方法，把发电机上游的一部分水引向一个给膨胀罐供水的除电离线路，并且用一个混合床树脂和/或阳离子型树脂处理这部分水。
这种方法能在离子溶液的浓度方面起作用并影响pH值，这样能溶解栓塞，同时保证发电机的运行。
但是，一旦导线被净化，这种方法不能最终消除堵塞现象。
因此，确实需要一种能最终消除造成通气冷却线路中发电机定子的铜或铜合金空心导线堵塞的沉淀的方法。
发明内容
发明者经过许多努力实现了这种方法。
这种方法能最终防止在铜或铜合金空心导线内形成沉淀，而发电机不用停产，不妨碍高传导率，同时使冷却线路的铜或铜合金空心导线的腐蚀最小。另外，该方法将补充用于本公司申请人拥有的专利FR98/00354描述的方法中。
因此，本发明建立在发电机定子的通气冷却循环水的一种处理和调节方法的基础上，根据该方法，发电机定子的封闭冷却循环水从一个膨胀罐出发被一个泵带动，并经过冷却及过滤，供给发电机定子的铜或铜合金空心导线，一部分水在发电机的上游流向一个给膨胀罐供水的除离子线路，所述除离子线路包括至少一个能截留Cu2+离子的树脂，和至少一个能截留冷却水中全部或部分阴离子的树脂，除离子线路包括一个除矿物质线路和一个处理线路，处理线路具有能选择性或同时打开这些线路并调节这些线路流量的装置，所述方法的特征在于，所述膨胀罐的气相中CO2的部分压力保持在以下值：log(pCO2)＞1.8×log(Sexchange/Qresin)+0.034×T-8.1       (A)
其中，pCO2为所述膨胀罐的气相中CO2部分的压力；
Sexchange为构成线路的铜或铜合金零件与冷却水之间的热交换面积；
Qresin为穿过保证截留Cu2+离子的树脂的水的流量；
T为定子出口处水的温度；
pCO2用大气压表示，(Sexchange/Qresin)用h·m-1表示，和
T用℃表示。
黑铜(CuO)是造成这种现象的主要种类，通过氧化铜沉淀在冷却线路中而形成。这个过程受温度、膨胀罐气相中CO2部分的压力和Sexchange/Qresin比的支配。该方法及其装置能最终消除堵塞现象。
实际上，降低机器出口处冷却水的温度，并遵照公式(A)确定的pCO2和Sexchange/Qresin的值，就能使铜保持在溶液中，因此避免形成氧化铜。
对于一个给定的装置，能降低机器出口处冷却水的温度，例如降低机器入口处的温度；还能降低Sexchange/Qresin，例如取消定子以外所有含铜或铜的合金的零件，和/或过滤最热的区域的冷却水，和/或通过增加树脂的体积来提高树脂的处理流量；例如，如果给膨胀罐提供空气，则能从空气流量来实现CO2部分压力的优化；如果使用空气+CO2混合物，则从供给膨胀罐的空气中的CO2流量进行优化，和/或优化空气或供给膨胀罐的空气+CO2的混合物中的CO2部分的压力。
为了避免碳酸盐化合物的沉淀，CO2部分的压力不应超过10-1.5大气压。实际上，膨胀罐中的空气压力一般固定在1大气压，CO2部分的压力保持在10-1.5-10-5大气压之间，最好在10-3.48左右。
在这些条件下，为了避免CuO沉淀，Sexchange/Qresin比小于100h.m-1，最好小于80h.m-1，并且最好更小于50h.m-1，T在20℃到70℃之间。
符合本发明的方法能用于所有通过形成定子的定子杆的空心铜导线中的通气水冷却的发电机。这种发电机的例子能举出所有火焰热电厂或功率至少为250MW的核电站的发电机。
根据本发明的一个实施例，除离子线路包括一个混合床除矿物质线路和一个位于除矿物质线路的分支上的混合床处理线路，处理线路带有能选择性或同时打开所述线路的装置。
这个实施例能把处理线路作为除矿物质线路失效情况下的救急线路。因此，在这种情况下能关闭除矿物质线路中的水循环，保持处理线路中的循环，修理除矿物质线路或更换混合床，然后重新开放除矿物质线路中的水循环。
在这个实施例中，使用至少一个具有饱和OH-的强阴离子树脂和饱和H+的强阳离子树脂的混合床作为能够截留所有或部分阴离子和Cu2+离子的树脂。
在这个实施例中，所用的树脂截留溶解铜和HCO3 -离子，这会造成这些种类在溶液中的浓度下降。CO2部分的压力将由此得到改善，并将达到再平衡，使CO2的压力保持在一个符合公式(A)的值。例如，如果给膨胀罐提供空气，则通过调节膨胀罐入口的空气流量达到再平衡，如果同时给膨胀罐提供空气和CO2，则调节CO2相对空气的流量。
根据该方法的另一个实施例，使用至少一个具有饱和H+的强阳离子树脂和不截留HCO3 -的弱阴离子树脂的混合床作为能够截留所有或部分阴离子和Cu2+离子的树脂。
这种树脂不能或很少截留HCO3 -。在这些条件下，CO2部分的压力自然为提供给膨胀罐顶部的空气或空气+CO2的CO2部分的压力，而与供给的流量无关。
根据本发明的另一个实施例，除离子线路包括一个具有混合床树脂或阴离子树脂的除矿物质线路和一个包括阳离子树脂的处理线路，处理线路位于除矿物质线路的分支上，并带有能选择性或同时打开所述线路的装置。
该实施例能用阳离子树脂进行工作，最好为强阳离子，交替或同时使用最好为强阴离子和阳离子的混合床，或者交替或同时使用强阴离子的阴离子树脂。在这种情况下，处理线路始终在工作，除矿物质线路间歇工作或始终工作。对这个实施例，膨胀罐气相中CO2部分的压力可以调节，例如：
—处理线路单独工作时，通过给膨胀罐提供的空气或空气+CO2的CO2部分的压力进行调节；
—通过给膨胀罐提供的空气流量和组份进行调节；
—如果使用空气+CO2的混合物，则通过给膨胀罐提供的空气中的CO2流量进行调节；
—除矿物质线路和处理线路同时工作时，通过在阴离子树脂或混合床树脂上处理过的水的流量进行调节。
强阴离子和强阳离子混合床塔的例子为RHOM & HAAS公司的IRN160和PUROLITE公司的NRW354。
作为阳离子树脂，例如可以使用PUROLITE公司的NRW160和RHOM& HAAS公司的ARC9652。
当要求弱阴离子和强阳离子的混合床时，例如可以使用RHOM &HAAS公司的IRN 97H/HP661混合物。
作为强阴离子树脂，例如可以使用RHOM & HAAS公司的IRN 78和PUROLITE公司的NRW 600树脂。
本发明还包括一种可以使用上述方法的装置。该装置为一种可以处理和调节以通气方式工作的发电机定子的冷却水，装置中，封闭循环的发电机定子冷却水从一个膨胀罐出发被一个泵带动，且被冷却并过滤，以便供给发电机定子的铜或铜合金空心导线；一部分水在发电机的上游流向供给膨胀罐的除离子线路，所述除离子线路包括至少一个能够截留Cu2+离子的树脂和至少一个能够全部或部分截留冷却水中的阴离子的树脂。除离子线路包括一个除矿物质线路和一个处理线路，处理线路带有能选择性或同时打开所述线路并调节所述线路的流量的装置，所述装置的特征在于，所述装置包括将所述膨胀罐的气相中CO2部分的压力调节到如下值的装置：log(pCO2)＞1.8×log(Sexchange/Qresin)+0.034×T-8.1       (A)
其中，pCO2为所述膨胀罐的气相中的CO2部分的压力；
Sexchange为构成线路的铜或铜合金零件与冷却水之间的热交换面积；
Qresin为穿过保证截留Cu2+树脂的水的流量；
T为水在定子出口处的温度；
pCO2用大气压表示，(Sexchange/Qresin)用h·m-1表示，T用℃表示。
根据该装置的一个实施例，除离子线路包括一个混合床除矿物质线路和一个混合床处理线路，处理线路位于位于除矿物质线路的分支上，并带有能同时或选择性打开除矿物质线路和处理线路的装置。该装置的优点是能更换树脂，而不造成循环停止，因此不会使发电机停产。
根据这个实施例，使用至少一个具有饱和OH-的强阴离子树脂和饱和H+的强阳离子树脂的混合床作为能够截留所有或部分阴离子和Cu2+离子的树脂。
使用的树脂截留溶解铜和HCO3 -离子，这会造成溶液中这些种类的浓度下降。CO2部分的压力由此得到改善，并重新达到平衡，使CO2的压力保持在一个符合公式(A)的值。例如，这种再平衡能通过调节膨胀罐入口空气的CO2流量和含量达到。
根据可以使用该方法的装置的另一个实施例，使用至少一个具有饱和H+的强阳离子树脂和不能截留HCO3 -的弱阴离子树脂的混合床作为能够截留全部或部分阴离子和Cu2+离子的树脂。
这种树脂不能或很少截留HCO3 -，这样就可以保持溶液中HCO3 -的浓度值。则膨胀罐气相中CO2部分的压力自然为供给所述膨胀罐的空气或空气+CO2中CO2部分的压力，而与供给流量无关。
根据可以使用该方法的装置的另一个实施例，除离子线路包括一个混合床树脂或阴离子树脂的除矿物质线路和一个处理线路，处理线路包括一个阳离子树脂，位于除矿物质线路的一个分支中，并带有能选择性或同时打开所述线路的装置。
这个实施例可以用最好是强阳离子的阳离子树脂进行工作，或者用最好为强阴离子和阳离子的混合床、或带有强阴离子的阴离子树脂。在这种情况下，处理线路始终工作，除矿物质线路间歇工作或始终工作。
几个调节膨胀罐气相中CO2部分压力的方法的例子如下：
一用一个或几个混合床工作时，优化供给膨胀罐的空气组份和流量；
—在处理线路上使用阳离子树脂时，调节阴离子树脂或混合床上的流量。
附图说明
现在借助示意图更详细地描述本发明。图中：
图1示意性地表示以通气方式工作的发电机定子冷却线路的一个例子，其包括一个除离子线路，所述除离子线路由一个除矿物质线路(D)和一个位于所述除矿物质线路分支上的处理线路(T)组成。
具体实施方式
该装置中，水被泵(P)带动，并被冷却器(R)冷却，然后穿过发电机(A)定子的铜或铜合金的导线。
然后，在通过膨胀罐(E)后重新进入到泵中。
一部分循环水在发电机的上游流向除离子线路，水在除离子线路中穿过除矿物质线路(D)和/或处理线路(T)。

Claims (16)

1.以通气方式工作的发电机定子冷却水的处理和调节方法，根据该方法，发电机定子的封闭循环冷却水从一个膨胀罐出发被一个泵带动，而且被冷却并过滤，以便供给发电机定子的铜或铜合金空心导线；一部分水在发电机的上游流向给所述膨胀罐供水的除离子线路，所述除离子线路包括至少一个能够截留Cu2+离子的树脂和至少一个能够全部或部分截留冷却水中的阴离子的树脂，所述除离子线路包括一个除矿物质线路和一个处理线路，所述处理线路带有能选择性地或同时地打开所述两线路并调节所述两线路的流量的装置，所述方法的特征在于，将所述膨胀罐气相中CO2部分的压力调节到如下值：
log(pCO2)＞1.8×log(Sexchange/Qresin)+0.034×T-8.1
其中，pCO2为所述膨胀罐的气相中的CO2部分的压力；
Sexchange为构成线路的铜或铜合金零件与冷却水之间的热交换面积；
Qresin为穿过保证截留Cu2+树脂的水的流量；
和T为水在定子出口处的温度；
pCO2用大气压表示，Sexchange/Qresin用h·m-1表示，和T用℃表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除矿物质线路是一具有混合床的除矿物质线路，且所述处理线路是一具有混合床的处理线路，所述处理线路位于所述除矿物质线路分支上，具有能选择性地或同时地打开所述两线路的装置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为能够截留所有或部分阴离子和Cu2+离子的树脂，可使用一个具有饱和OH-的强阴离子和饱和H+的强阳离子的混合床树脂；并且，调节所述膨胀罐气相中的空气组份。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为能够截留所有或部分阴离子和Cu2+离子的树脂可使用一个具有饱和H+的强阳离子树脂和不能截留HCO3 -的弱阴离子树脂的混合床。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除矿物质线路是一具有强阴离子和强阳离子混合床树脂的除矿物质线路，且所述处理线路是一具有强阳离子树脂的处理线路，所述处理线路位于所述除矿物质线路的分支上，并具有能选择性地或同时地打开所述两线路的装置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除矿物质线路是一具有强阴离子树脂的除矿物质线路，且所述处理线路是一具有强阳离子树脂的处理线路，所述处理线路位于所述除矿物质线路的分支上，并具有能选择性地或同时地打开所述两线路的装置。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Sexchange/Qresin比值小于100h.m-1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Sexchange/Qresin比值小于80h.m-1。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Sexchange/Qresin比值小于50h.m-1。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膨胀罐气相中CO2部分的压力保持在10-5至10-1.5大气压之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膨胀罐气相中CO2部分的压力保持在10-3.48大气压。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度T保持在20℃至70℃之间。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一个能调节所述膨胀罐入口空气流量和/或组份的装置来保持所述膨胀罐气相中CO2部分的压力。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一个能调节供给所述膨胀罐的空气中CO2含量的装置来保持所述膨胀罐气相中CO2部分的压力。
15.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，能通过所述膨胀罐入口的空气流量和组份来调节所述膨胀罐气相中CO2部分的压力，当所述阴离子树脂或所述混合床树脂与一位于分支上的阳离子树脂同时运行时，还能通过在所述阴离子树脂或所述混合床树脂上处理的水的流量来调节所述压力。
16.使用权利要求1至15中任一项所述方法的装置，所述装置的特征在于，所述装置包括至少一个能调节所述膨胀罐入口空气流量和/或质量的装置。
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