申请日2014.05.12
公开(公告)日2014.09.10
IPC分类号C02F1/42; C02F103/02; G01R27/02
摘要
一种发电机内冷水处理系统及处理方法，通过将部分内冷水经过铵型混床旁流处理，以除去内冷水中的CO2，使内冷水中的主要物质从NH4HCO3和H2CO3的混合物变为NH3·H2O和NH4HCO3的混合物，从而提高内冷水的pH至8.1～8.6，保证发电机铜线棒处在最佳的pH防腐蚀范围。通过连续监测内冷水氢电导率来监测其CO2浓度，根据监测的氢电导率调节旁流处理量，使内冷水的氢电导率维持在0.4μS/cm～0.6μS/cm，内冷水的电导率控制在1.2μS/cm～1.5μS/cm。本发明具有系统简单、水质稳定、没有排污的特点，可使发电机内冷却水符合DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》。
权利要求书
1.一种发电机内冷水处理系统，其特征在于：包括铵化混床(4)， 在铵化混床(4)入口与冷却器出水管道相连的管道上依次设置有第一截 止阀(1)、流量调节阀(2)和流量计(3)，在铵化混床(4)出口与内 冷水箱连接的管路上依次设置有第二截止阀(6)和树脂捕捉器(7)，在 铵化混床(4)出口还设置有用于氨化混床(4)投运前水冲洗排水的第三 截止阀(5)，还包括设置在内冷水系统原有的电导率测量出水管路上的 氢电导率测量单元(8)，在氢电导率测量单元(8)和流量调节阀(2) 间设置有流量控制器(9)，流量控制器(9)接受来自氢电导率测量单元 (8)发出的氢电导率信号，并根据氢电导率的大小，向流量调节阀(2)发 出调节信号;流量计(3)用于显示旁流处理量。
2.根据权利要求1所述的一种发电机内冷水处理系统，其特征在于： 所述铵化混床(4)内装有预设比例混合均匀的铵型强酸性阳树脂和氢氧 型强碱性阴树脂。
3.根据权利要求2所述的一种发电机内冷水处理系统，其特征在于： 所述预设比例的铵型强酸性阳树脂和氢氧型强碱性阴树脂的体积比为 1:2～1:4。
4.根据权利要求1所述的一种发电机内冷水处理系统，其特征在于： 所述氢电导率测量单元(8)包括依次连接的#1三通阀(8-1)、#1氢交 换柱(8-2)、#2三通阀(8-3)、电导率表(8-4)、#3三通阀(8-5)、 #4三通阀(8-6)、#2氢交换柱(8-7)和#5三通阀(8-8);
所述#1三通阀(8-1)的进水端与水样进水管路相连，#1三通阀(8-1) 的一个出水端与#1氢交换柱(8-2)的入口和#4三通阀(8-6)的一个出 水端相连接，#1三通阀(8-1)的另一个出水端与#4三通阀(8-6)的另 一个出水端及#2氢交换柱(8-7)的入口相连接;
所述#2三通阀(8-3)的进水端和#1氢交换柱(8-2)的出口相连接， 一个出水端直接排地沟，另一个出水端与电导率表(8-4)的进水端及#5 三通阀(8-8)的一个出水端相连接;
所述#3三通阀(8-5)的进水端与电导率表(8-4)出水端相连接，一 个出水端排地沟，另一个出水端与#4三通阀(8-6)的进水端相连接;
所述#4三通阀(8-6)的一个出水端与#1氢交换柱(8-2)的入口和#1 三通阀(8-1)的一个出水端相连接，另一个出水端与#2氢交换柱(8-7) 的入口及#1三通阀(8-1)的另一个出水端相连接;
所述#5三通阀(8-8)的进水端与#2氢交换柱(8-7)的出口相连接， 一个出水端排地沟，另一个出水端与电导率表(8-4)的进水端也相连接。
5.权利要求4所述的一种发电机内冷水处理系统的处理方法，其特 征在于：
打开第一截止阀(1)和第二截止阀(6)，开始向内冷水处理系统进水， 让内冷水总重量5%～10%的内冷水依次经过第一截止阀(1)、流量调节 阀(2)和流量计(3)，进入铵化混床(4)，在铵化混床(4)内，使内 冷水中的HCO3-和CO32-与氢氧型强碱性阴树脂交换变为OH-，使内冷水 中的绝大多数CO2被除去，内冷水中的NH4+与铵型强酸性阳树脂不发生 交换，因此，内冷水中的NH4+基本保持不变，经过铵化混床处理后的几 乎不含CO2的碱性水流经第二截止阀(6)进入树脂捕捉器(7)，用以 截留有可能从铵化混床(4)漏出的树脂颗粒，从树脂捕捉器(7)出来的 碱性水再流回到内冷水箱;截止阀(5)用于铵化混床投运前水冲洗排水; 流量控制器(9)根据氢电导率测量单元(8)测定的内冷水氢电导率调节 流量调节阀(2)使内冷水的氢电导率维持在0.4μS/cm～0.6μS/cm;运行 人员根据内冷水处理系统已有电导率测量值利用原有的内冷水补水系统 向内冷水箱内补除盐水，当内冷水的电导率大于1.4μS/cm时补除盐水， 当内冷水的电导率小于1.3μS/cm时补凝结水。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于：所述氢电导率测 量单元(8)测定内冷水氢电导率的方法为：当氢电导率测量单元(8)刚 投运时，#1氢交换柱(8-2)和#2氢交换柱(8-7)内都是再生好的变色 阳离子交换树脂，内冷水水样依次流经#1三通阀(8-1)、#1氢交换柱 (8-2)、#2三通阀(8-3)和电导率表(8-4)，电导率表(8-4)测得内 冷水的氢电导率，从电导率表(8-4)出来的水样再依次流经#3三通阀 (8-5)、#4三通阀(8-6)、#2氢交换柱(8-7)和#5三通阀(8-8)最 后排入地沟;
当#1氢交换柱(8-2)失效后，通过切换#1三通阀(8-1)，使水样 依次流经#2氢交换柱(8-7)、#5三通阀(8-8)和电导率表(8-4)，电 导率表(8-4)测得内冷水的氢电导率，从电导率表(8-4)出来的水再流 经#3三通阀(8-5)排入地沟;此时运行人员将失效的#1交换柱(8-2) 取下来再生，当再生好的#1氢交换柱(8-2)装入氢电导率测量单元(8) 后，通过切换#3三通阀(8-5)，停止将电导率表(8-4)出来的水样排地 沟，而使水样经过#4三通阀(8-6)进入#1氢交换柱(8-2)，冲洗#1氢 交换柱(8-2);等到#2氢交换柱(8-7)失效时，#1氢交换柱(8-2)早 已经冲洗好了，于是通过三通阀切换至#1氢交换柱(8-2)运行，将#2氢 交换柱(8-7)取下来再生，如此反复，就能够实现氢电导率的连续测量。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于：#1氢交换柱(8-2) 和#2氢交换柱(8-7)采用透明有机玻璃制作，当其内的变色阳离子交换 树脂失效3/4时更换树脂。
说明书
一种发电机内冷水处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种发电机内冷水处理系统及 处理方法。
背景技术
大、中型发电机的定子或转子线圈通常是采用高纯水冷却，冷却水循 环利用。由于发电机内冷水在循环过程中，空气不可避免地漏入，而空气 中含有微量的二氧化碳(体积约占0.039%)，随着发电机内冷水的不断循 环，CO2在内冷水中不断积累，内冷水的pH逐渐降低，电导率先降低然 后再升高。pH降低增加了发电机铜线圈的腐蚀，内冷水电导率增加降低 了发电机的绝缘性能。铜线圈腐蚀的直接后果是内冷水的铜含量升高，更 为严重的后果是腐蚀产物可能在空芯铜线圈内沉积，造成冷却水冷却效果 降低，最终导致线圈过热而威胁正常的安全生产。发电机绝缘性降低将导 致漏电，从而引发安全事故。因此必须调节和控制内冷水的pH值在合适 的范围，防止空芯铜线圈的腐蚀，同时也要保证发电机可靠的绝缘性能。 研究认为，调节和控制内冷水的pH值在8.0～9.0之间，可使空芯铜导线 在内冷水中的腐蚀降低到最小。
目前的发电机内冷水处理方法主要有：1)中性pH+高氧(>2000μg/L); 2)中性pH+低氧(<50μg/L);3)碱性pH(8.0～9.0)+不控制溶氧;我 国目前主要采用第3种处理方式，从目前的研究方向和公布的专利来看也 都集中在第3种方式。对于第3种方式，由于内冷水碱化方式的不同，又 分为a)直接加NaOH型;b)采用钠型混床间接加NaOH型;c)采用含 氨的凝结水与不含氨的凝结水精处理出水或除盐水调节型。
1、直接加NaOH型
这种内冷水碱化处理是让部分内冷水(一般不超过10%)先经过 RH/ROH型小混床对内冷水进行纯化处理，然后在小混床出口在加入 NaOH溶液，通过调节NaOH的加入量来提高内冷水的pH至(8.0～9.0)， 通过调节内冷水的旁流处理量来控制内冷水的电导率在合格范围内。
优点：可以通过调节NaOH的加入量，将内冷水的pH提高到任意值; 也可以通过调整旁流处理量使内冷水的电导率控制在合格范围内。
缺点：1)由于CO2的漏入，加入到内冷水中的NaOH会很快反应变 为Na2CO3或NaHCO3，从而使内冷水的实际pH低于预期值，偏低的程度 取决于CO2的漏入速度和旁流处理量。如果为了提高pH，可以通过提高 NaOH的加入量来实现，但是面临着内冷水电导率超标的问题。如果通过 提高旁流处理量来减少CO2的积累，就会在除掉内冷水中CO2的同时，也 除掉了加进去的NaOH;而且NaOH是强碱性物质，其调节pH的能力很 强，但是随之而来的问题就是缓冲性很差，因此，此种方式在实际使用中 很难控制，实际控制的pH基本上在7.0～8.0。2)由于内冷水的电导率一 般控制在2μS/cm以下，属于纯水范畴，而纯水pH的直接测量容易受静电 荷等影响，很难测准，这是目前公认的世界性难题。这种内冷水处理方法 恰恰是依靠pH监测结果来调节NaOH的加入量和旁流处理量，由于pH 测定不准确、不可靠，导致内冷水处理很难调控到预期目标。
2、采用钠型混床间接加NaOH型
这种内冷水碱化处理是让部分内冷水(一般不超过10%)经过 RNa/ROH型小混床对内冷水进行碱化处理，其原理是让内冷水中腐蚀下 来的Cu2+或其它阳离子与R-Na交换产生Na+，阴离子(如CO32-、HCO3-) 与R-OH交换产生OH-，最终在混床出水中产生微量的NaOH，即间接向 内冷水中加NaOH，从而提高内冷水的pH。
优点：由于钠型混床产生的NaOH量很小，理论上比较容易控制。
缺点：1)由于这种处理要求内冷水中要有足够的可交换的Cu2+，这 就与内冷水处理的初衷相矛盾，提高内冷水pH的目的就是要尽可能降低 发电机铜线圈的腐蚀，减少内冷水中的Cu2+含量;如果内冷水中的Cu2+含量降低了，那么经过RNa/ROH型小混床产生的NaOH量就少了，pH 就低了，铜线圈的腐蚀就增大了。而且，研究表明铜线圈在中性或碱性的 内冷水中的腐蚀产物主要是铜的氧化物如CuO和Cu2O，而不是Cu2+，因 此，内冷水中几乎没有可交换的阳离子，因此，这种碱化处理就很难产生 预期浓度的NaOH，许多电厂的实际运行结果也充分表明这中碱化处理产 生的NaOH量太少，内冷水的pH一般都在8.0以下。2)这种处理方式与 直接加NaOH一样都是通过pH表直接测定的内冷水pH来调控混床的旁 流处理量，因此都存在着由于pH测量不准确导致的旁路流量调节很难控 制问题。
3、采用含氨的凝结水与不含氨的凝结水或除盐水调节型
这种处理是现有内冷水处理方式中比较容易控制和实现的，它是根据 含氨的凝结水与不含氨的凝结水或除盐水以一定比例混合后作为内冷水 的补充水，根据测定的补充水电导率调节补充水的pH(根据电导率计算 值)至8.0～9.0，通过连续大流量换水来减少CO2在内冷水中的积累，因 此，内冷水的CO2浓度可以通过提高换水量控制在较低的水平，从而控制 内冷水的pH在8.0～8.5。
优点：对内冷水pH和电导率的调节能力强。
缺点：1)内冷水的pH仍然是依靠电位式pH表来直接测定，因此， pH测量不准确带来的问题依然存在，换水量的调节就存在很大的问题。2) 对补充水的水质要求高。由于该处理方法不具有对内冷水进行净化作用， 一旦补充水水质出现问题，则内冷水水质就随之出现问题，从而威胁发电 机的运行安全。3)对于没有凝结水精除盐的机组不适用，因为回收至凝 汽器中的内冷水含有一定量的铜，这些铜会随水汽循环沉积在热力设备的 内表面，特别是汽轮机叶片，影响汽轮机的运行效率。
综上所述，由于目前的各种内冷水碱化处理方式存在这样那样的问 题，pH总是低于8.0～9.0的期望值，因此，迫切需要一种简单易行，容 易处理的装置和控制方法。
内冷水碱化处理面临的主要难点是CO2的漏入和积累，由于内冷水碱 性处理时一般要求pH在8.0～9.0，不论碱化剂是NaOH还是氨水，其浓 度都非常低(NaOH为40μg/L～400μg/L，氨水为18μg/L～265μg/L)。因 此，其缓冲性非常差;加之碱性水很容易吸收空气中的CO2，因此，内冷 水碱化处理的主要任务是如何减少CO2的漏入和积累。减少CO2的漏入容 易做到，但是要完全避免是不现实的，而且即便是CO2的漏入量减少了， 但是由于内冷水系统的水溶积很小，CO2的积累还是很快的。因此，最好 的处理方式是既能减少CO2的积累，还不会除掉内冷水中的碱化剂，这样 就可以做到在不排污的情况下，将内冷水中的CO2浓度降低到一个可以接 受的水平，从而使内冷水的pH在保证电导率合格的前提下控制在8.0～ 9.0。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种发 电机内冷水处理系统及处理方法，能够保证电导率小于2μS/cm、pH达到 8.1～8.6，发电机内冷水铜含量<5μg/L。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种发电机内冷水处理系统，包括铵化混床4，在铵化混床4入口与 冷却器出水管道相连的管道上依次设置有第一截止阀1、流量调节阀2和 流量计3，在铵化混床4出口与内冷水箱连接的管路上依次设置有第二截 止阀6和树脂捕捉器7，在铵化混床4出口还设置有用于氨化混床4投运 前水冲洗排水的第三截止阀5，还包括设置在内冷水系统原有的电导率测 量出水管路上的氢电导率测量单元8，在氢电导率测量单元8和流量调节 阀2间设置有流量控制器9，流量控制器9接受来自氢电导率测量单元8 发出的氢电导率信号，并根据氢电导率的大小，向流量调节阀2发出调节 信号;流量计3用于显示旁流处理量。
所述铵化混床4内装有预设比例混合均匀的铵型强酸性阳树脂和氢氧 型强碱性阴树脂。
所述预设比例的铵型强酸性阳树脂和氢氧型强碱性阴树脂的体积比 为1:2～1:4。
所述氢电导率测量单元8包括依次连接的#1三通阀8-1、#1氢交换 柱8-2、#2三通阀8-3、电导率表8-4、#3三通阀8-5、#4三通阀8-6、 #2氢交换柱8-7和#5三通阀8-8;所述#1三通阀8-1的进水端与水样进 水管路相连，#1三通阀8-1的一个出水端与#1氢交换柱8-2的入口和#4 三通阀8-6的一个出水端相连接，#1三通阀8-1的另一个出水端与#4三 通阀8-6的另一个出水端及#2氢交换柱8-7的入口相连接;所述#2三通 阀8-3的进水端和#1氢交换柱8-2的出口相连接，一个出水端直接排地沟， 另一个出水端与电导率表8-4的进水端及#5三通阀8-8的一个出水端相连 接;所述#3三通阀8-5的进水端与电导率表8-4出水端相连接，一个出水 端排地沟，另一个出水端与#4三通阀8-6的进水端相连接;所述#4三通 阀8-6的一个出水端与#1氢交换柱8-2的入口和#1三通阀8-1的一个出 水端相连接，另一个出水端与#2氢交换柱8-7的入口及#1三通阀8-1的 另一个出水端相连接;所述#5三通阀8-8的进水端与#2氢交换柱8-7的 出口相连接，一个出水端排地沟，另一个出水端与电导率表8-4的进水端 也相连接。
上述所述的一种发电机内冷水处理系统的处理方法，打开第一截止阀 1和第二截止阀6，开始向内冷水处理系统进水，让内冷水总重量5%～ 10%的内冷水依次经过第一截止阀1、流量调节阀2和流量计3，进入铵 化混床4，在铵化混床4内，使内冷水中的HCO3-和CO32-与氢氧型强碱 性阴树脂交换变为OH-，使内冷水中的绝大多数CO2被除去，内冷水中的 NH4+与铵型强酸性阳树脂不发生交换，因此，内冷水中的NH4+基本保持 不变，经过铵化混床处理后的几乎不含CO2的碱性水流经第二截止阀6 进入树脂捕捉器7，用以截留有可能从铵化混床4漏出的树脂颗粒，从树 脂捕捉器7出来的碱性水再流回到内冷水箱;截止阀5用于铵化混床投运 前水冲洗排水;流量控制器9根据氢电导率测量单元8测定的内冷水氢电 导率调节流量调节阀2使内冷水的氢电导率维持在0.4μS/cm～0.6μS/cm; 运行人员根据内冷水处理系统已有电导率测量值利用原有的内冷水补水 系统向内冷水箱内补除盐水，当内冷水的电导率大于1.4μS/cm时补除盐 水，当内冷水的电导率小于1.3μS/cm时补凝结水。
所述氢电导率测量单元8测定内冷水氢电导率的方法为：当氢电导率 测量单元8刚投运时，#1氢交换柱8-2和#2氢交换柱8-7内都是再生好 的变色阳离子交换树脂，内冷水水样依次流经#1三通阀8-1、#1氢交换 柱8-2、#2三通阀8-3和电导率表8-4，电导率表8-4测得内冷水的氢电 导率，从电导率表8-4出来的水样再依次流经#3三通阀8-5、#4三通阀 8-6、#2氢交换柱8-7和#5三通阀8-8最后排入地沟;当#1氢交换柱8-2 失效后，通过切换#1三通阀8-1，使水样依次流经#2氢交换柱8-7、#5 三通阀8-8和电导率表8-4，电导率表8-4测得内冷水的氢电导率，从电 导率表8-4出来的水再流经#3三通阀8-5排入地沟;此时运行人员将失效 的#1交换柱8-2取下来再生，当再生好的#1氢交换柱8-2装入氢电导率 测量单元8后，通过切换#3三通阀8-5，停止将电导率表8-4出来的水样 排地沟，而使水样经过#4三通阀8-6进入#1氢交换柱8-2，冲洗#1氢交 换柱8-2;等到#2氢交换柱8-7失效时，#1氢交换柱8-2早已经冲洗好了， 于是通过三通阀切换至#1氢交换柱8-2运行，将#2氢交换柱8-7取下来 再生，如此反复，就能够实现氢电导率的连续测量。
当#1氢交换柱8-2和#2氢交换柱8-7内的变色阳离子交换树脂失效 3/4时更换树脂。
本发明让部分(5%～10%)内冷水经过铵化混床4，使内冷水中的 HCO3-和CO32-与R-OH型强碱阴树脂交换变为OH-，从而减少CO2在内 冷水中的积累;内冷水中的NH4+与R-NH4型强酸阳树脂不发生交换，因 此，内冷水中的NH4+基本不变，如果内水中含有其它杂质阳离子也可以 通过离子交换变为NH4+，从而实现既能不断除掉内冷水中的CO2，防止 由于系统不断漏入CO2而使内冷水中的CO2浓度不断升高，又能保留原 有的NH4+浓度基本不变，从而起到维持内冷水pH和电导率稳定的目的， 并且具有对内冷水净化的作用。
本发明测量内冷水的氢电导率，内冷水的旁流处理量根据内冷水的氢 电导率来调节;内冷水箱的水位调节利用原有的内冷水补水系统来控制， 补充水水源(凝结水和除盐水)的选择根据内冷水的电导率来决定。
本发明通过测量内冷水的氢电导率来连续监测内冷水中的CO2浓度， 从而实现对内冷水旁流处理量的合理调控。
本发明根据内冷水的电导率(内冷水系统本来就有的监测指标)来连 续监测内冷水中的氨和碳酸氢铵的浓度，从而维持内冷水的电导率在 1.2μS/cm～1.5μS/cm，pH在8.1～8.6。
本发明当内冷水电导率大于1.4μS/cm时补除盐水，当内冷水电导率小 于1.3μS/cm时补凝结水，利用原有的内冷水补水系统，采用交替向内冷水 箱补充凝结水或除盐水以弥补由于电导率和氢电导率测量时水样直接排 掉而造成的内冷水损失，补水量大约为每天300L～400L。
为了准确测定内冷水的氢电导率，本发明采用的氢交换柱为变色阳离 子交换树脂，交换柱采用透明有机玻璃制作。
由于再生好的氢交换柱一般至少需要冲洗24小时以上才能彻底冲洗 干净，但是内冷水的氢电导率需要连续测量。为了解决这个问题，本发明 采用的氢交换柱为2根交换柱串联运行，当其中的一个交换柱失效后，通 过阀门切换为另一个交换柱运行，将失效的交换柱取下来再生;再生好的 交换柱装入系统后，就可以利用正在运行的交换柱出水连续冲洗新交换 柱，等到运行的交换柱失效后，新交换柱就早已冲洗好了，就可以通过阀 门切换至冲洗好的新交换柱运行，如此反复，就可以实现对氢电导率的连 续测量。
本发明和现有技术相比较，具备如下优点：
1、可靠性高、容易控制。由于本发明采用氢电导率控制内冷水旁流 处理量，采用电导率控制内冷水补水，而电导率测量是目前电厂可靠性最 高的在线化学仪表，因此，系统运行的可靠性非常高，控制起来也非常容 易。
2、对内冷水箱的密封性要求低。可以根据内冷水的氢电导率来适当 调整内冷水箱的密封性，也可以根据内冷水的氢电导率来调整内冷水的旁 流处理量，从而很容易地将内冷水的CO2浓度控制在可以接受的范围内。
3、对内冷水补水的要求低。由于铵化混床对内冷水具有较强的净化 作用，因此，及时内冷水补水出现问题，铵化混床也能保证内冷水水质合 格。
4、没有排污，补水量很小。由于本发明只是在运行中连续去除溶解 在内冷水中的CO2，铵根离子几乎没有损失，因此，没有排污，少量的补 水只是为了补充由于电导率和氢电导率测量损失的内冷水，补水量仅有 15L/h左右。
5、系统简单，成本低，容易在现有设备上进行改造安装。
6、运行维护成本低。铵化混床内的树脂可以运行1年以上，确保在 机组正常运行的1个检修期内不用更换树脂。
7、适用范围广，可用于定冷水系统，也可用于双水内冷系统。