超临界机组发电机冷却水加碱优化控制与分析

超临界机组发电机冷却水加碱优化控制与分析孙佰龙内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司C厂[摘要]针对目前发电机组在内冷水化学处理方面存在的问题及潜在的危险，分析了电力分公司9#、10#机内冷水设计、控制条件与优势和运行中遇到的问题及解决的手段等，就如何满足越来越严格的发电机内冷水水质标准提供了可行的方案及控制手段，并为同类型机组内冷水水质的控制提供参考。[关键词]发电机内冷水加碱1发电机内冷水系统简介1.1系统组成电力分公司C厂装机2台350MW超临界机组，锅炉、汽轮机、发电机主要设备为哈尔滨锅炉厂、哈尔滨汽轮机厂很哈尔滨电机厂制造。发电机冷却系统设计为水—氢—氢冷却方式。电力分公司C厂9#、10#机内冷水系统主要由定冷水泵、定冷水箱、冷却器、过滤器、内冷水处理系统和碱化装置组成，内冷水的补充水为除盐水。系统流程大概如下：内冷水泵冷却器过滤器发电机内冷水箱离子交换碱液箱碱液泵补水1.2内冷水水箱充氮保护设计发电机内冷水系统在设计上应考虑两个重要因素，一是严格密封防止氧气进入系统，二是保证良好的水质质量。机组启动前或停机检修阶段用氮气充满系统并保持一定的压力，当机组启动后内冷水箱上部的氮气逐渐被从发电机静子线圈出入水管中扩散到一次水中的氢气取代，并通过一个压力调整阀将氮气渐渐排出，在水箱的上部形成氢气垫层并保持20Kpa的氢气压力，可防止空气中氧气进入且保持一次水中氧的含量维持在一个比较低的水平。1.3内冷水化学处理设计原则发电机内冷水目前主要有以下几种处理方式：加缓蚀剂、换水、旁路混床处理。电力分公司C厂设计采用的是旁路混床+加NaOH调节pH处理系统。所谓旁流混床处理是指在内冷水泵出口母管上设计一旁路处理系统，该处理系统的选型与设计应满足内冷水化学处理水量及水质的需要，电力分公司C厂9#、10#机内冷水旁路混床处理设计流量为总流量的1%左右。旁路混床通过离子交换能除去水中的铁、钙、镁及铜离子，但树脂所携带的氢离子进入水系统导致pH值变小并呈现弱酸性，这对发电机铜线圈会造成腐蚀的因素，为保证内冷水PH在8～9之间范围内，设计加NaOH调节处理系统，加药装置设在混床交换器的出口位置。1.4发电机内冷水系统主要设备参数发电机内冷水系统主要设备参数见表1-1。表1-1发电机内冷水系统主要设备参数项目参数定冷水泵压力0.65MPa定冷水流量45m3/h阳离子交换树脂杭州争光6010N阴离子交换树脂杭州争光6010N阴阳树脂比例1:1离子交换器流量1.5～4.5t/h碱液箱40L碱液泵ProminentGamma/L电磁计量泵2发电机内冷水化学指标控制2.1电力分公司C厂采用的是RLW3200发电机内冷水处理优化装置控制系统，采用西门子simaticS7－200型CPU224可编程控制器，EM235型输入/输出模块。加碱泵为ProminentGamma/L电磁计量泵。pH表采用河南日立信电子有限公司的GLW2100型pH分析仪，电导率表采用河南日立信有限公司的GLW2100电导率分析仪。RLW-3200型发电机内冷水优化处理装置的“监控界面”如图1-1所示：图1-1在此界面中显示了入口、出口处的电导值和PH值。点击用户登陆按钮，显示如图1-2所示的对话框，选择“管理员登陆”，然后点击“确定”按钮，弹出用户登陆对话框，如图1-3所示，选择用户名和输入密码。图1-2图1-3当有报警产生时，报警灯出现并以红色显示，反之则不显示。点击图1-4所示的圆形按钮，可在“自动”和“手动”之间切换，被选中的现实为绿色，反之以红色显示。图1-4在图1-4中把开关选到“自动”处，点击“自动设置”按钮，显示如图1-5所示的PID控制界面。图1-5在此界面中可按需要对PID的各个参数进行设置。在图1-4中把开关选到“手动”处，点击“手动设置”按钮，出现如图1-6所示的对话框，在“泵流量输入处”输入所需数值，点击“确定”按钮即可。图1-6点击“系统校准”按钮，出现如图1-7所示的界面。（此按钮只有管理员登陆后才有效）。图1-7投运初期先采用手动间断加碱方式，以摸索加碱后的主、支路水质变化规律，然后根据此结果调整控制程序，再试投自动加碱功能直至系统能安全、稳定地运行。控制目标：控制主路内冷水电导率在1.0～2.0μs/cm、pH=7.5～9.0，支路内冷水电导率在1.0～3.0μs/cm范围内。碱化装置由碱液箱、碱液泵、两块电导率表、两块PH表和碱液泵控制系统组成。加碱泵为变频可调。两块电导率表中的一块用于指示系统中内冷水的电导率，另一块表用于指示加碱后内冷水的电导率。约占内冷水系统总水量1%的内冷水从旁路引出进入混床进行处理，通过离子交换连续地除去水中的铁、钙、镁及铜离子，从而保证内冷水的电导率保持在一个较低水平，但经混床处理后的内冷水pH值较低，为保证内冷水pH在8～9之间，在混床出口的内冷水中通过碱液泵加入稀释后的NaOH溶液。碱液的加入量根据系统中内冷水电导率的变化来进行自动调节。首先在程序中设定一个电导率参考值，当系统中内冷水的电导率表的指示值大于此参考值时，程序自动降低碱液泵的加药频率，减少碱液的加入量；当系统中内冷水的电导率表的指示值小于此参考值时，程序自动提高碱液泵的加药频率，增加碱液的加入量，从而保证一次水中的电导率处于一个相对稳定状态。这样就满足了内冷水对电导率的要求，同时，由于内冷水电导率的变化间接反映了其pH值的变化，所以控制内冷水电导率的同时也就满足了对pH值的要求。电力分公司C厂9#、10#机每台机组内冷水系统所消耗的碱液的量平均在40升/月。2.2电力分公司C厂发电机内冷水运行控制指标9#、10#机组孤网运行以来发电机内冷水一直参考《超临界火力发电机组水汽质量标准》(DL/T912-2005)且运行情况良好，其正常运行指标见表2-2。表2-1发电机冷却水控制标准项目单位控制指标电导us/cm0.4-2.0PH8-9铜含量ug/L≤20表2-2发电机冷却水正常运行典型数据机组定冷水水质指标PH电导（us/cm）铜（ug/L）#98.521.213#108.651.243从电力分公司C厂发电机内冷水实际运行数据分析，由于内冷水系统设计完善，设备运行稳定，内冷水系统中铜的含量远低于标准值，各项指标完全符合行业标准需要的水质水平，同时也满足最新的国家标准。3运行中遇到的问题及解决方案3.1氢氧化钠溶液浓度调整机组投产初期厂家提供发电机内冷水系统水质控制标准，要求投加氢氧化钠溶液的浓度控制在1-2%，经过一段时间的运行发现发电机内冷水在每次加药前后电导率指标波动范围过大，最大到0.2-0.4μS/cm，而且由于碱液结晶，致使加药泵出口管道经常出现堵塞，影响正常加药，不能很好的控制水质指标。针对以上两个问题，我们进行了多次试验，确定合适的氢氧化钠浓度为0.2-0.25%。3.2加装碱液箱呼吸器氢氧化纳溶液箱设计与大气连通，为避免大气中的二氧化碳和碱液中的氢氧化钠发生化学反应，在碱液箱排气管路上安装一个装有生石灰的呼吸器，这种设计能有效避免空气中的二氧化碳对氢氧化纳溶液箱产生的副作用，保证碱液的浓度。3.3旁路混床失效及投运过程中应注意的问题◆退出及投运离子交换器时，密切注意内冷水水箱液位。◆注意观察内冷水泵出口压力、流量、电流正常，内冷水过滤器差压正常。◆注意内冷水水温度正常。◆如果旁路混床离子交换树脂冲洗时间较长、耗水量较大以至影响内冷水水箱水位，应用内冷水箱补给水系统冲洗，如冲洗较长时间后电导率仍无法达到≤0.2μs/cm，退出投运，重新处理混床树脂。◆确保不使混床离子交换树脂及管道内的空气进入系统。◆底部水帽处无法清理的树脂用吸尘器吸出。4结论电力分公司C厂发电机内冷水系统经过近1年多的运行，设备运行稳定，内冷水各项检测指标满足国家及国外行业标准，水质控制处于国内领先水平。◆混床旁流处理系统的设置有效的控制了内冷水中金属离子含量及电导率控制指标，特别是铜离子的含量降到3ug/l的水平，对发电机系统的安全运行提供有利保证。◆加氢氧化钠碱化系统通过自动调节将内冷水pH值控制在一个较高水平，有效的防止了发电机铜线圈的腐蚀问题；◆内冷水箱设置充氮及氢气置换保护使内冷水系统的密闭性更加有效，系统溶氧量的含量一直控制在标准范围；◆内冷水箱设计安装呼吸器能避免碱液与空气中二氧化碳发生化学反应，保证加入内冷水系统碱液的纯度和浓度；◆在线仪表设计与安装可实时控制与监测内冷水水质。5建议◆在发电机内冷水系统安装一块在线溶氧表，对内冷水溶氧进行在线监测；◆将发电机内冷水在线pH表及溶氧表（如果安装后）接入全厂实时系统，实现远程监测，将更加及时准确的对内冷水水质进行调整和控制。◆应密切注意在线仪表的准确性，防止仪表指示错误，使大量碱液注入内冷水中。