雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法及系統的製作方法

2023-10-29 08:50:52

專利名稱：雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及了一種雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法及系統，屬於電機工程技術領域。
背景技術：
相比水-氫-氫冷卻的發電機，發電機定子採用水冷卻、轉子和鐵芯採用氫氣冷卻而言，由於雙水內冷發電機轉子難以密封，空氣中的二氧化碳和氧不斷溶解於內冷水中，導致pH值降低，溶解氧量增高。含氧的微酸性冷卻水對發電機銅線棒有腐蝕作用，而採用離子交換樹脂難以維持內冷水的微鹼性，銅的腐蝕也難以得到控制，因此相比水-氫-氫冷卻的發電機而言，雙水內冷發電機的內冷水處理問題要困難的多，其也是目前發電機內冷水系統面臨的一大難題。
常溫常壓條件下，當純水中二氧化碳濃度為10μg/L時，pH值便會大於6.8；當純水暴露於空氣中，水中二氧化碳濃度將會超過470μg/L。由於雙水內冷發電機轉子與出水槽之間存在縫隙，空氣中的二氧化碳溶入內冷水中的速度較大，單純採用離子交換處理的內冷水系統，即便使用高純度專用樹脂或特定工藝的再生的高純度樹脂，由於空氣中的二氧化碳不斷溶入內冷水中，樹脂失效也會很快，也必須頻繁再生樹脂。而採用脫氣法去除溶入內冷水中大部分二氧化碳，並利用陰離子交換樹脂去除殘留二氧化碳的方法，雖然能延長樹脂使用時間，但卻只能將內冷水pH值提高到中性，無法實現微鹼性條件下的長期穩定運行。此外，銅在有氧的水環境中，如果pH值小於6.8，其腐蝕速率會大大增加，但當pH值在7.0-9.0之間時，由於弱鹼環境對銅腐蝕的抑制作用，使得溶解氧對銅的腐蝕影響減小。實踐證明只要pH值控制在7.5-8.5，銅的腐蝕速率僅為5-15μg/L。因此，雙水內冷發電機內冷水處於微鹼性條件下比處於中性條件下更能有效抑制銅導線的腐蝕。目前一些雙水內冷發電機內冷水採用了凝結水，由於含NH3凝結水其本身的電導率就比較高，甚至會超過5us/cm，因此導致了其調節發電機內冷水水質範圍非常有限，而且此方法也無法實現獨立調節內冷水的pH值和電導率，當凝汽器發生洩漏時，凝結水還會殃及內冷水系統，嚴重時將導致停機事故的發生。
電去離子(Electro-deionization，簡稱EDI)技術，是一種深度除鹽製取超純水的技術。它利用離子交換樹脂將進水中的離子交換到樹脂上，同時利用電滲析的直流電場為推動力，一方面使樹脂間的水解離成H+和OH-來不斷使樹脂得到再生，另一方面樹脂再生交換下來的離子被遷移到排放水中，從而製取到低電導率的超純水。電去離子(EDI)技術將電滲析和離子交換法結合起來，集中了兩者的優點。由於它可以深度除鹽，得到電導率0.2-0.056μs/cm的超純水，又無需使用酸、鹼再生陰、陽離子交換樹脂，沒有酸、鹼廢水的排放，近年來得到了迅速的發展。有人稱EDI是新時代的綠色技術，又有人稱它是一個減少環境汙染完全革新的新技術。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術缺點，提供一種雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法及系統。此系統能有效調節雙水內冷發電機內冷水的pH值、電導率、含銅量、硬度，保持內冷水水質長期達到GB/T12145-1999國家標準(25℃條件下電導率≤5μs/cm，銅≤40μg/L，pH＞6.8)，從而有效控制發電機銅導線的腐蝕，保障發電機安全、經濟、高效運行。
本發明技術方案是這樣實現的整個技術方案採用旁路系統的設計方法，在發電機內冷水主循環迴路上，增加旁路系統對部分內冷水進行處理，從而使得內冷水滿足發電機運行所需的水質要求。在旁路系統中利用陽離子交換器截留內冷水中的銅、鐵、腐蝕產物和顆粒雜質；利用電去離子(EDI)單元控制內冷水電導率；採用小型加藥泵向內冷水中添加鹼化劑，以提高pH值，從而調節內冷水處於微鹼性。
陽離子交換器進行交換和吸附，從而截留硬度、銅、鐵、腐蝕產物和顆粒雜質，同時保證電去離子(EDI)單元的進水要求，防止過量的有害金屬離子和顆粒物進入電去離子(EDI)單元。陽離子交換器可以填充鈉型離子交換樹脂、鉀型離子交換樹脂、銨型離子交換樹脂、鰲合樹脂，為了提高樹脂的交換容量還可以採用弱型陽樹脂。所有樹脂均要求使用相應的高純度藥劑進行深度再生。為了防止樹脂跑漏，在交換器之前加裝樹脂捕捉器，在交換器之後安裝精密過濾器。
內冷水系統在運行過程中存在銅的腐蝕、補充水帶來的離子和雜質、系統的密封性不良引入的氣體(主要是二氧化碳)等，都會導致內冷水電導率的升高，而電導率是保證內冷水絕緣性能的關鍵指標，為此採用電去離子單元(EDI)單元去除水中的溶解離子和非離子態二氧化碳。電去離子(EDI)技術對一定量的CO2(一般幾個mg/L)有較高的脫除效率。電去離子EDI單元將水電解產生OH-，OH-與進水中的非離子態二氧化碳產生如下變化
從而將非離子態二氧化碳的轉變為溶解離子。由於發電機內冷水箱中水溫40-50℃，水中非離子態二氧化碳小於500μg/L，採用電去離子EDI單元可以將水中非離子態二氧化碳脫除到20μg/L以下。電去離子(EDI)單元去除了大部分溶解的二氧化碳及陰離子，同時也去除了大部分的陽離子，從而對內冷水進行了深度除鹽。
內冷水中的鹼性物質來源是通過小型的加藥泵添加的，從而維持內冷水的微鹼性(如pH值79)。加入的鹼化劑可以是氫氧化鈉稀溶液、氫氧化鉀稀溶液或是稀氨水溶液。溶液的配置必須使用分析純或更高純度的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨。由於內冷水的緩衝能力非常小且電導率值控制較低，鹼化劑的加入量需根據發電機機組參數和內冷水系統特性確定。
一部分鹼化劑和了水中的二氧化碳，剩餘的部分用於維持內冷水的微鹼性。
，，，， 雖然二氧化碳不斷溶入內冷水中，但通過添加鹼化劑仍能夠維持整個內冷水處於微鹼性條件。雖然二氧化碳的溶入、鹼化劑的加入會使得內冷水的電導率緩慢增高，但通過電去離子(EDI)單元能夠迅速有效的將內冷水中的離子去除。換而言之，在同樣條件下電去離子(EDI)單元降低電導率的速率大於二氧化碳的溶入、鹼化劑的加入、系統緩慢腐蝕使得內冷水的電導率增加的速率，因此整個內冷水系統的電導率指標能夠有效的得到控制。
根據中華人民共和國國家標準GB/T12145-1999《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》(雙水內冷和轉子獨立循環的冷卻水質量應符合在25℃條件下電導率≤5μs/cm、銅≤40μg/L、pH＞6.8)，本發明系統提供了如下的控制方法。
(1)為了不影響發電機的安全運行，旁路系統水流量應低於發電機機肉冷水總流量的10％。此外，旁路系統的流量也不應過低，以免旁路系統無法發揮良好的作用。通常情況下，根據發電機的容量，旁路系統推薦流量控制在2-6t/h。
(2)如果內冷水主循環系統的電導率值上升到3.5μs/cm，則運行電去離子(EDI)單元降低內冷水的電導率；如果內冷水主循環系統的電導率值降低到1μs/cm，則停止運行電去離子(EDI)單元。
(3)在電導率≤3.5μs/cm情況下，如果內冷水主循環系統的pH值下降到7.4，則運行小型加藥泵，添加鹼化劑以提高內冷水的pH值；如果內冷水主循環系統的pH值升到8.5，則停止運行小型加藥泵。在3.5μs/cm＜電導率≤4μs/cm情況下，如果內冷水主循環系統的pH值低於7.0，則運行小型加藥泵；如果內冷水主循環系統的pH值升到8.0，則停止運行小型加藥泵。
(4)在電導率＞4μs/cm情況下，停止運行小型加藥泵。當電導率＞4.8μs/cm，發出電導率報警。如果內冷水主循環系統的pH值低於7.0，則發出pH值的低限報警；如果內冷水主循環系統的pH值高於8.8，則發出pH值的高限報警。
本發明的優點是針對目前雙水內冷發電機內冷水pH值低、電導率難以控制、銅含量高的問題，採用小型加藥泵定量調節內冷水到微鹼性，使銅的腐蝕電化學電位降低，從而使得銅的腐蝕速度減小，有效抑制發電機銅導線的腐蝕。本發明的新穎獨到之處在於利用電去離子(EDI)單元定量控制內冷水系統的電導率，並可以根據系統需要，自動調節電導率。系統中僅僅採用了陽離子交換器去除內冷水中的硬度、銅、鐵、腐蝕產物和顆粒雜質，而無需使用陰離子交換器。整個系統能夠長期有效運行，無需頻繁換水。


圖1本發明的雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法及系統實施例示意圖。
具體實施例方式
圖1是本發明的實施例。發電機內冷水主循環系統主要由發電機1、內冷水箱2、內冷水泵3組成。在主循環系統上安裝旁路系統。旁路水流依次經過樹脂捕捉器4、陽離子交換器5、精密過濾器6、EDI單元7，最後返回到內冷水箱。旁路水流量控制在2-6t/h。
陽離子交換器5填充的樹脂可以是強酸性陽樹脂、弱酸性陽樹脂、鰲合樹脂、NH4型陽樹脂、Na型陽樹脂、K型陽樹脂。樹脂的量需依據發電機機組參數和內冷水系統特性確定。為防止EDI單元發生堵塞，精密過濾器6的指標要求不大於2μm。
藥劑箱13中裝的鹼化劑可以是氫氧化鈉稀溶液、氫氧化鉀稀溶液或是稀氨水溶液。溶液的配置必須使用分析純或更高純度的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨及除鹽水。鹼化劑濃度範圍必須嚴格控制，濃度太低，無法將內冷水的pH值調節到微鹼性；濃度太高，很容易導致內冷水的電導率超標。小型加藥泵14用於將藥劑箱13中的鹼化劑添加到內冷水中。
由於發電機內冷水本身的硬度就非常低(通常小於2μmol/L)，當旁路水流經過陽離子交換器5後，鈣、鎂離子會進一步降低，因此當旁路水流進入EDI單元7時，硬度小於0.1ppm，此時EDI單元的水回收率可以提高到95％。雖然某些廠家出品的EDI模塊在給水硬度＜0.1ppm條件下不需要濃水循環，但針對雙水內冷發電機內冷水處理系統，本發明仍舊主張配備濃水循環。原因是在EDI單元運行過程中，濃水循環可以增加EDI濃水室的導電性，同時有助於提高濃水的流速，避免結垢，防止EDI模塊內部過熱，從而延長EDI模塊的使用壽命。
濃水循環可以增加EDI濃水室的導電性，同時有助於提高濃水的流速，避免結垢，防止EDI模塊內部過熱，從而延長EDI模塊的使用壽命；EDI單元運行過程中需要排放少量的濃水和極水。它們通過濃水排放管9和極水排放管10排放到室外。由於內冷水電導率低，導致EDI模塊的電流較小，因此通過鹽箱11和計量泵12向濃水中添加氯化鈉溶液，將濃水的電導率提高到EDI模塊運行所需要的範圍內。鹽箱11中的氯化鈉溶液的配置須採用分析純氯化鈉及EDI單元的進水或除鹽水。
監控系統包括內冷水主循環系統和旁路系統。主循環系統上的在線pH表21和在線電導率表22用於監測主循環系統中內冷水的pH值和電導率值。旁路系統中的在線濃水電導率表23和EDI出水在線電導率表24用於監測EDI單元運行狀態。
為了實現旁路系統運行的自動控制，EDI單元7的控制信號、電磁閥16、17、18、19、20，儀表21、22、23、24，泵12、14的電信號均通過屏蔽電纜連接到控制器25上。調節手動閥門15，使得旁路系統的流量控制在合適範圍內。如果在線電導率表22的電導率值上升到3.5μs/cm，則運行EDI單元7降低內冷水的電導率；如果表22的電導率值降低到1μs/cm，則停止運行EDI單元7。在電導率表22的電導率≤3.5μs/cm情況下，如果在線pH表21的pH值下降到7.4，則運行小型加藥泵14，添加鹼化劑以提高內冷水的pH值；如果在線pH表21的pH值升到8.5，則停止運行小型加藥泵14。在3.5μs/cm＜表22的電導率值≤4μs/cm情況下，如果表21的pH值低於7.0，則運行小型加藥泵14；如果表21的pH值升到8.0，則停止運行小型加藥泵14。表22的電導率值＞4μs/cm情況下，停止運行小型加藥泵。當表22的電導率值＞4.8μs/cm，控制器25發出電導率報警。如果線pH表21的pH值低於7.0，則發出pH值的低限報警；如果表21的pH值高於8.8，則發出pH值的高限報警。
當濃水電導率表23的電導率值低於濃水電導率控制範圍時，啟動計量泵12向濃水中添加氯化鈉溶液，提高濃水電導率；當表23的電導率值高於控制範圍時，打開濃水排放閥18和補水閥17，降低濃水電導率；當表23的電導率值在控制範圍內時，停止計量泵12。電導率表24用於監測EDI單元的出水電導率，如果出水電導率高於設置上限，控制器25發出報警信號。
權利要求
1.一種雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理系統，其特徵是在主循環系統上安裝旁路系統，旁路旁路系統依次連接有樹脂捕捉器(4)、陽離子交換器(5)、精密過濾器(6)、EDI電去離子單元(7)，最後返回到內冷水箱。
2.根據權利要求1所述雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理系統，其特徵是陽離子交換器(5)填充的樹脂是強酸性陽樹脂、弱酸性陽樹脂、鰲合樹脂、NH4型陽樹脂、Na型陽樹脂、K型陽樹脂，精密過濾器(6)的指標要求不大於2μm；藥劑箱(13)中裝的鹼化劑是氫氧化鈉稀溶液、氫氧化鉀稀溶液或是稀氨水溶液中的一種；小型加藥泵(14)用於將藥劑箱(13)中的鹼化劑添加到內冷水中；並設有配備濃水循環裝置，EDI單元運行過程中排放少量的濃水和極水，它們通過濃水排放管(9)和極水排放管(10)排放到室外；通過鹽箱(11)和計量泵(12)向濃水中添加氯化鈉溶液，監控系統包括內冷水主循環系統和旁路系統，主循環系統上的在線pH表(21)和在線電導率表(22)用於監測主循環系統中內冷水的pH值和電導率值，旁路系統中的在線濃水電導率表(23)和EDI出水在線電導率表(24)用於監測EDI單元運行狀態。
3.根據權利要求1所述雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理系統，其特徵是旁路系統中設有EDI單元(7)的控制信號、電磁閥(16、17、18、19、20)，儀表(21、22、23、24)，泵(12、14)的電信號均通過屏蔽電纜連接到控制器(25)上；內冷水泵(3)與樹脂捕捉器(4)之間設有手動閥門(15)用於控制旁路系統的流量。
4.一種雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法，其特徵是採用加藥泵向內冷水中添加鹼化劑，中和內冷水中溶解的二氧化碳，從而的控制內冷水的pH值，使得內冷水處於微鹼性；利用陽離子交換器中樹脂的交換和吸附作用，截留內冷水中硬度、銅、鐵、腐蝕產物和顆粒雜質，同時保證電去離子(EDI)單元的進水要求；利用電去離子(EDI)單元去除內冷水中的二氧化碳以及各種離子，從而降低內冷水的電導率。
5.根據權利要求4所述雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法，其特徵是小型加藥泵(14)向內冷水中添加鹼化劑，鹼化劑可以是氫氧化鈉稀溶液、氫氧化鉀稀溶液或是稀氨水溶液，溶液的配置必須使用相應的分析純及更高純度的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨。
6.根據權利要求4或5所述雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法，其特徵是設有但EDI單元(7)通過對旁路系統水流進行處理，其降低整個內冷水系統電導率的速率大於以上各因素使得電導率增加的速率，從而能有效的控制內冷水電導率在要求範圍內。
7.根據權利要求6所述所述雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法，其特徵是陽離子交換器(5)填充鈉型離子交換樹脂、鉀型離子交換樹脂、銨型離子交換樹脂、鰲合樹脂，為了提高樹脂的交換容量還可以採用弱型陽樹脂，所有樹脂均要求使用相應的高純度試劑進行深度再生，為了防止樹脂跑漏和EDI單元的堵塞，在陽離子交換器(5)之前加裝樹脂捕捉器(4)，在交換器之後安裝精密過濾器(6)。
8.根據權利要求4或5所述所述雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法，其特徵是如果在線電導率表(22)的電導率值上升到3.5μs/cm，則運行EDI單元(7)降低內冷水的電導率；如果表22的電導率值降低到1μs/cm，則停止運行EDI單元(7)，在電導率表22的電導率≤3.5μs/cm情況下，如果在線pH表(21)的pH值下降到7.4，則運行小型加藥泵(14)，添加鹼化劑以提高內冷水的pH值；如果在線pH表(21)的pH值升到8.5，則停止運行小型加藥泵(14)，在3.5μs/cm＜表22的電導率值≤4μs/cm情況下，如果表(21)的pH值低於7.0，則運行小型加藥泵(14)；如果表(21)的pH值升到8.0，則停止運行小型加藥泵(14)。表(22)的電導率值＞4μs/cm情況下，停止運行小型加藥泵，當表(22)的電導率值＞4.8μs/cm，控制器(25)發出電導率報警。如果線pH表(21)的pH值低於7.0，則發出pH值的低限報警；如果表(21)的pH值高於8.8，則發出pH值的高限報警。
全文摘要
本發明公開了一種雙水內冷發電機內冷水微鹼性水質處理方法及系統，其方法是在雙水內冷發電機內冷水主循環迴路上安裝旁路水處理系統對小部分內冷水進行處理。在旁路系統中利用陽離子交換器截留內冷水中的硬度、銅、鐵、腐蝕產物和顆粒雜質；利用電去離子(EDI)單元控制內冷水電導率；採用小型加藥泵添加鹼化劑，以提高pH值，從而調節內冷水處於微鹼性。該系統處理內冷水能力強，能全面綜合控制雙水內冷發電機內冷水水質指標，達到抑制腐蝕的目的。本發明對任何雙水內冷發電機組均適用。
文檔編號C02F1/469GK1896009SQ200610019330
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月9日 優先權日2006年6月9日
發明者裴鋒 申請人:江西省電力科學研究院