CN1896009B - 双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法及系统，其方法是在双水内冷发电机内冷水主循环回路上安装旁路水处理系统对小部分内冷水进行处理。在旁路系统中利用阳离子交换器截留内冷水中的硬度、铜、铁、腐蚀产物和颗粒杂质；利用电去离子(EDI)单元控制内冷水电导率；采用小型加药泵添加碱化剂，以提高pH值，从而调节内冷水处于微碱性。该系统处理内冷水能力强，能全面综合控制双水内冷发电机内冷水水质指标，达到抑制腐蚀的目的。本发明对任何双水内冷发电机组均适用。

Description

双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法及系统

技术领域

本发明涉及了一种双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法及系统，属于电机工程技术领域。

背景技术

相比水-氢-氢冷却的发电机，发电机定子采用水冷却、转子和铁芯采用氢气冷却而言，由于双水内冷发电机转子难以密封，空气中的二氧化碳和氧不断溶解于内冷水中，导致pH值降低，溶解氧量增高。含氧的微酸性冷却水对发电机铜线棒有腐蚀作用，而采用离子交换树脂难以维持内冷水的微碱性，铜的腐蚀也难以得到控制，因此相比水-氢-氢冷却的发电机而言，双水内冷发电机的内冷水处理问题要困难的多，其也是目前发电机内冷水系统面临的一大难题。

常温常压条件下，当纯水中二氧化碳浓度为10μg/L时，pH值便会大于6.8；当纯水暴露于空气中，水中二氧化碳浓度将会超过470μg/L。由于双水内冷发电机转子与出水槽之间存在缝隙，空气中的二氧化碳溶入内冷水中的速度较大，单纯采用离子交换处理的内冷水系统，即便使用高纯度专用树脂或特定工艺的再生的高纯度树脂，由于空气中的二氧化碳不断溶入内冷水中，树脂失效也会很快，也必须频繁再生树脂。而采用脱气法去除溶入内冷水中大部分二氧化碳，并利用阴离子交换树脂去除残留二氧化碳的方法，虽然能延长树脂使用时间，但却只能将内冷水pH值提高到中性，无法实现微碱性条件下的长期稳定运行。此外，铜在有氧的水环境中，如果pH值小于6.8，其腐蚀速率会大大增加，但当pH值在7.0-9.0之间时，由于弱碱环境对铜腐蚀的抑制作用，使得溶解氧对铜的腐蚀影响减小。实践证明只要pH值控制在7.5-8.5，铜的腐蚀速率仅为5-15μg/L。因此，双水内冷发电机内冷水处于微碱性条件下比处于中性条件下更能有效抑制铜导线的腐蚀。目前一些双水内冷发电机内冷水采用了凝结水，由于含NH₅凝结水其本身的电导率就比较高，甚至会超过5us/cm，因此导致了其调节发电机内冷水水质范围非常有限，而且此方法也无法实现独立调节内冷水的pH值和电导率，当凝汽器发生泄漏时，凝结水还会殃及内冷水系统，严重时将导致停机事故的发生。

电去离子(Electro-deionization，简称EDI)技术，是一种深度除盐制取超纯水的技术。它利用离子交换树脂将进水中的离子交换到树脂上，同时利用电渗析的直流电场为推动力，一方面使树脂间的水解离成H⁺和OH^-来不断使树脂得到再生，另一方面树脂再生交换下来的离子被迁移到排放水中，从而制取到低电导率的超纯水。电去离子(EDI)技术将电渗析和离子交换法结合起来，集中了两者的优点。由于它可以深度除盐，得到电导率0.2-0.056μs/cm的超纯水，又无需使用酸、碱再生阴、阳离子交换树脂，没有酸、碱废水的排放，近年来得到了迅速的发展。有人称EDI是新时代的绿色技术，又有人称它是一个减少环境污染完全革新的新技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺点，提供一种双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法及系统。此系统能有效调节双水内冷发电机内冷水的pH值、电导率、含铜量、硬度，保持内冷水水质长期达到GB/T12145-1999国家标准(25℃条件下电导率≤5μs/cm，铜≤40μg/L，pH＞6.8)，从而有效控制发电机铜导线的腐蚀，保障发电机安全、经济、高效运行。

本发明技术方案是这样实现的：

整个技术方案采用旁路系统的设计方法，在发电机内冷水主循环回路上，增加旁路系统对部分内冷水进行处理，从而使得内冷水满足发电机运行所需的水质要求。在旁路系统中利用阳离子交换器截留内冷水中的铜、铁、腐蚀产物和颗粒杂质；利用电去离子(EDI)单元控制内冷水电导率；采用小型加药泵向内冷水中添加碱化剂，以提高pH值，从而调节内冷水处于微碱性。

阳离子交换器进行交换和吸附，从而截留硬度、铜、铁、腐蚀产物和颗粒杂质，同时保证电去离子(EDI)单元的进水要求，防止过量的有害金属离子和颗粒物进入电去离子(EDI)单元。阳离子交换器可以填充钠型离子交换树脂、钾型离子交换树脂、铵型离子交换树脂、鳌合树脂，为了提高树脂的交换容量还可以采用弱型阳树脂。所有树脂均要求使用相应的高纯度药剂进行深度再生。为了防止树脂跑漏，在交换器之前加装树脂捕捉器，在交换器之后安装精密过滤器。

内冷水系统在运行过程中存在铜的腐蚀、补充水带来的离子和杂质、系统的密封性不良引入的气体(主要是二氧化碳)等，都会导致内冷水电导率的升高，而电导率是保证内冷水绝缘性能的关键指标，为此采用电去离子单元(EDI)单元去除水中的溶解离子和非离子态二氧化碳。电去离子(EDI)技术对一定量的CO₂(一般几个mg/L)有较高的脱除效率。电去离子EDI单元将水电解产生OH^-，OH^-与进水中的非离子态二氧化碳产生如下变化：

CO₂+OH^-→HCO₃ ^-

H₂CO₃+OH^-→HCO₃ ^-+H₂O

从而将非离子态二氧化碳的转变为溶解离子。由于发电机内冷水箱中水温40-50℃，水中非离子态二氧化碳小于500μg/L，采用电去离子EDI单元可以将水中非离子态二氧化碳脱除到20μg/L以下。电去离子(EDI)单元去除了大部分溶解的二氧化碳及阴离子，同时也去除了大部分的阳离子，从而对内冷水进行了深度除盐。

内冷水中的碱性物质来源是通过小型的加药泵添加的，从而维持内冷水的微碱性(如pH值7-9)。加入的碱化剂可以是氢氧化钠稀溶液、氢氧化钾稀溶液或是稀氨水溶液。溶液的配置必须使用分析纯或更高纯度的氢氧化钠、氢氧化钾、氨。由于内冷水的缓冲能力非常小且电导率值控制较低，碱化剂的加入量需根据发电机机组参数和内冷水系统特性确定。

一部分碱化剂和了水中的二氧化碳，剩余的部分用于维持内冷水的微碱性。

CO₂+NaOH→NaHCO₃，H₂CO₃+NaOH→NaHCO₃+H₂O

CO₂+KOH→KHCO₃，H₂CO₃+KOH→KHCO₃+H₂O

CO₂+NH₃+H₂O→NH₄HCO₃，H₂CO₃+NH₃→NH₄HCO₃

NaOH→Na⁺+OH^-，KOH→K⁺+OH^-，NH₃+H₂O→NH₄ ⁺+OH

虽然二氧化碳不断溶入内冷水中，但通过添加碱化剂仍能够维持整个内冷水处于微碱性条件。虽然二氧化碳的溶入、碱化剂的加入会使得内冷水的电导率缓慢增高，但通过电去离子(EDI)单元能够迅速有效的将内冷水中的离子去除。换而言之，在同样条件下电去离子(EDI)单元降低电导率的速率大于二氧化碳的溶入、碱化剂的加入、系统缓慢腐蚀使得内冷水的电导率增加的速率，因此整个内冷水系统的电导率指标能够有效的得到控制。

根据中华人民共和国国家标准GB/T12145-1999《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》(双水内冷和转子独立循环的冷却水质量应符合在25℃条件下电导率≤5μs/cm、铜≤40μg/L、pH＞6.8)，本发明系统提供了如下的控制方法。

(1)为了不影响发电机的安全运行，旁路系统水流量应低于发电机机内冷水总流量的10％。此外，旁路系统的流量也不应过低，以免旁路系统无法发挥良好的作用。通常情况下，根据发电机的容量，旁路系统推荐流量控制在2-6t/h。

(2)如果内冷水主循环系统的电导率值上升到3.5μs/cm，则运行电去离子(EDI)单元降低内冷水的电导率；如果内冷水主循环系统的电导率值降低到1μs/cm，则停止运行电去离子(EDI)单元。

(3)在电导率≤3.5μs/cm情况下，如果内冷水主循环系统的pH值下降到7.4，则运行小型加药泵，添加碱化剂以提高内冷水的pH值；如果内冷水主循环系统的pH值升到8.5，则停止运行小型加药泵。在3.5μs/cm＜电导率≤4μs/cm情况下，如果内冷水主循环系统的pH值低于7.0，则运行小型加药泵；如果内冷水主循环系统的pH值升到8.0，则停止运行小型加药泵。

(4)在电导率＞4μs/cm情况下，停止运行小型加药泵。当电导率＞4.8μs/cm，发出电导率报警。如果内冷水主循环系统的pH值低于7.0，则发出pH值的低限报警；如果内冷水主循环系统的pH值高于8.8，则发出pH值的高限报警。

本发明的优点是：针对目前双水内冷发电机内冷水pH值低、电导率难以控制、铜含量高的问题，采用小型加药泵定量调节内冷水到微碱性，使铜的腐蚀电化学电位降低，从而使得铜的腐蚀速度减小，有效抑制发电机铜导线的腐蚀。本发明的新颖独到之处在于利用电去离子(EDI)单元定量控制内冷水系统的电导率，并可以根据系统需要，自动调节电导率。系统中仅仅采用了阳离子交换器去除内冷水中的硬度、铜、铁、腐蚀产物和颗粒杂质，而无需使用阴离子交换器。整个系统能够长期有效运行，无需频繁换水。

附图说明

图1本发明的双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法及系统实施例示意图。

具体实施方式

图1是本发明的实施例。发电机内冷水主循环系统主要由发电机1、内冷水箱2、内冷水泵3组成。在主循环系统上安装旁路系统。旁路水流依次经过树脂捕捉器4、阳离子交换器5、精密过滤器6、EDI单元7，最后返回到内冷水箱。旁路水流量控制在2-6t/h。

阳离子交换器5填充的树脂可以是强酸性阳树脂、弱酸性阳树脂、鳌合树脂、NH型阳树脂、Na型阳树脂、K型阳树脂。树脂的量需依据发电机机组参数和内冷水系统特性确定。为防止EDI单元发生堵塞，精密过滤器6的指标要求不大于2μm。

药剂箱13中装的碱化剂可以是氢氧化钠稀溶液、氢氧化钾稀溶液或是稀氨水溶液。溶液的配置必须使用分析纯或更高纯度的氢氧化钠、氢氧化钾、氨及除盐水。碱化剂浓度范围必须严格控制，浓度太低，无法将内冷水的pH值调节到微碱性；浓度太高，很容易导致内冷水的电导率超标。小型加药泵14用于将药剂箱13中的碱化剂添加到内冷水中。

由于发电机内冷水本身的硬度就非常低(通常小于2μmol/L)，当旁路水流经过阳离子交换器5后，钙、镁离子会进一步降低，因此当旁路水流进入EDI单元7时，硬度小于0.1ppm，此时EDI单元的水回收率可以提高到95％。虽然某些厂家出品的EDI模块在给水硬度＜0.1ppm条件下不需要浓水循环，但针对双水内冷发电机内冷水处理系统，本发明仍旧主张配备浓水循环。原因是：在EDI单元运行过程中，浓水循环可以增加EDI浓水室的导电性，同时有助于提高浓水的流速，避免结垢，防止EDI模块内部过热，从而延长EDI模块的使用寿命。

浓水循环可以增加EDI浓水室的导电性，同时有助于提高浓水的流速，避免结垢，防止EDI模块内部过热，从而延长EDI模块的使用寿命；EDI单元运行过程中需要排放少量的浓水和极水。它们通过浓水排放管9和极水排放管10排放到室外。由于内冷水电导率低，导致EDI模块的电流较小，因此通过盐箱11和计量泵12向浓水中添加氯化钠溶液，将浓水的电导率提高到EDI模块运行所需要的范围内。盐箱11中的氯化钠溶液的配置须采用分析纯氯化钠及EDI单元的进水或除盐水。

监控系统包括内冷水主循环系统和旁路系统。主循环系统上的在线pH表21和在线电导率表22用于监测主循环系统中内冷水的pH值和电导率值。旁路系统中的在线浓水电导率表23和EDI出水在线电导率表24用于监测EDI单元运行状态。

为了实现旁路系统运行的自动控制，EDI单元7的控制信号、电磁阀16、17、18、19、20，仪表21、22、23、24，泵12、14的电信号均通过屏蔽电缆连接到控制器25上。调节手动阀门15，使得旁路系统的流量控制在合适范围内。如果在线电导率表22的电导率值上升到3.5μs/cm，则运行EDI单元7降低内冷水的电导率；如果表22的电导率值降低到1μs/cm，则停止运行EDI单元7。在电导率表22的电导率≤3.5μs/cm情况下，如果在线pH表21的pH值下降到7.4，则运行小型加药泵14，添加碱化剂以提高内冷水的pH值；如果在线pH表21的pH值升到8.5，则停止运行小型加药泵14。在3.5μs/cm＜表22的电导率值≤4μs/cm情况下，如果表21的pH值低于7.0，则运行小型加药泵14；如果表21的pH值升到8.0，则停止运行小型加药泵14。表22的电导率值＞4μs/cm情况下，停止运行小型加药泵。当表22的电导率值＞4.8μs/cm，控制器25发出电导率报警。如果线pH表21的pH值低于7.0，则发出pH值的低限报警；如果表21的pH值高于8.8，则发出pH值的高限报警。

当浓水电导率表23的电导率值低于浓水电导率控制范围时，启动计量泵12向浓水中添加氯化钠溶液，提高浓水电导率；当表23的电导率值高于控制范围时，打开浓水排放阀18和补水阀17，降低浓水电导率；当表23的电导率值在控制范围内时，停止计量泵12。电导率表24用于监测EDI单元的出水电导率，如果出水电导率高于设置上限，控制器25发出报警信号。

Claims (6)

1.一种双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理系统，其特征是：在主循环系统上安装旁路系统，旁路系统依次连接有：树脂捕捉器(4)、阳离子交换器(5)、精密过滤器(6)、EDI电去离子单元(7)，最后返回到内冷水箱，阳离子交换器(5)填充的树脂是强酸性阳树脂、弱酸性阳树脂、鳌合树脂、NH₄型阳树脂、Na型阳树脂、K型阳树脂，精密过滤器(6)的指标要求不大于2μm；药剂箱(13)中装的碱化剂是氢氧化钠稀溶液、氢氧化钾稀溶液或是稀氨水溶液中的一种；小型加药泵(14)用于将药剂箱(13)中的碱化剂添加到内冷水中；并设有配备浓水循环装置，EDI电去离子单元运行过程中排放少量的浓水和极水，它们通过浓水排放管(9)和极水排放管(10)排放到室外；通过盐箱(11)和计量泵(12)向浓水中添加氯化钠溶液，监控系统包括内冷水主循环系统和旁路系统，主循环系统上的在线pH表(21)和在线电导率表(22)用于监测主循环系统中内冷水的pH值和电导率值，旁路系统中的在线浓水电导率表(23)和EDI电去离子单元出水在线电导率表(24)用于监测EDI电去离子单元运行状态。

2.一种双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法，其特征是：采用加药泵向内冷水中添加碱化剂，中和内冷水中溶解的二氧化碳，从而的控制内冷水的pH值，使得内冷水处于微碱性；利用阳离子交换器中树脂的交换和吸附作用，截留内冷水中硬度、铜、铁、腐蚀产物和颗粒杂质，同时保证EDI电去离子单元的进水要求；利用EDI电去离子单元去除内冷水中的二氧化碳以及各种离子，从而降低内冷水的电导率。

3.根据权利要求2所述双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法，其特征是：小型加药泵(14)向内冷水中添加碱化剂，碱化剂是氢氧化钠稀溶液、氢氧化钾稀溶液或是稀氨水溶液，溶液的配置必须使用相应的分析纯及更高纯度的氢氧化钠、氢氧化钾、氨。

4.根据权利要求2或3所述双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法，其特征是：设有EDI电去离子单元(7)通过对旁路系统水流进行处理，其降低整个内冷水系统电导率的速率大于以上各因素使得电导率增加的速率，从而能有效的控制内冷水电导率在要求范围内。

5.根据权利要求4所述所述双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法，其特征是：阳离子交换器(5)填充钠型离子交换树脂、钾型离子交换树脂、铵型离子交换树脂、鳌合树脂，所有树脂均要求使用相应的高纯度试剂进行深度再生，为了防止树脂跑漏和EDI电去离子单元的堵塞，在阳离子交换器(5)之前加装树脂捕捉器(4)，在阳 离子交换器(5)之后安装精密过滤器(6)。

6.根据权利要求2或3所述所述双水内冷发电机内冷水微碱性水质处理方法，其特征是：如果在线电导率表(22)的电导率值上升到3.5μs/cm，则运行EDI电去离子单元(7)降低内冷水的电导率；如果在线电导率表(22)的电导率值降低到1μs/cm，则停止运行EDI电去离子单元(7)，在线电导率表(22)的电导率≤3.5μs/cm情况下，如果在线pH表(21)的pH值下降到7.4，则运行小型加药泵(14)，添加碱化剂以提高内冷水的pH值；如果在线pH表(21)的pH值升到8.5，则停止运行小型加药泵(14)，在3.5μs/cm＜在线电导率表(22)的电导率值≤4μs/cm情况下，如果在线pH表(21)的pH值低于7.0，则运行小型加药泵(14)；如果在线pH表(21)的pH值升到8.0，则停止运行小型加药泵(14)；在线电导率表(22)的电导率值＞4μs/cm情况下，停止运行小型加药泵，当在线电导率表(22)的电导率值＞4.8μs/cm，控制器(25)发出电导率报警，如果在线pH表(21)的pH值低于7.0，则发出pH值的低限报警；如果在线pH表(21)的pH值高于8.8，则发出pH值的高限报警。 

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