直接空冷機(jī)組乏汽吸收式熱泵系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)探討

于天群，葉 寧，白志剛

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

隨著不可再生能源的日益消耗，全球能源形勢(shì)越來越嚴(yán)峻，開發(fā)利用新能源與采用各種節(jié)能技術(shù)是緩解能源危機(jī)的主要方式。熱電聯(lián)產(chǎn)方式是目前以燃煤作為一次能源以獲得熱量時(shí)能量轉(zhuǎn)換效率較高的方式，也是我國(guó)以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)下冬季建筑采暖的主要熱源方式。目前，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組一般采用抽汽供熱方式，汽輪機(jī)的抽汽參數(shù)以滿足最高供水溫度并考慮一定的余量進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了適應(yīng)北方冬季集中供熱采暖面積的增大，并進(jìn)一步提高能源利用率，普遍采用汽輪機(jī)乏汽吸收式熱泵。使用吸收式熱泵技術(shù)從低品位熱源中提取熱量為建筑供熱，被認(rèn)為是一種可再生能源的供熱方式，可以大幅提高電廠的供熱能力和能源利用效率，帶來巨大的節(jié)能效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。

1 熱泵工作基本原理及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電廠乏汽冷凝熱直接回收大型第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱”熱泵機(jī)組”）由蒸發(fā)器、吸收器、發(fā)生器、冷凝器、溶液熱交換器和凝水換熱器等主要部件及抽氣裝置、屏蔽泵(溶液泵和冷劑泵)、控制箱等輔助部分組成。熱泵機(jī)組基本工作原理是：以熱源（蒸汽、高溫?zé)崴?、燃油、燃?xì)猓閯?dòng)力，溴化鋰溶液為吸收劑、水為制冷劑，利用低溫?zé)嵩矗ǚζ┑臒崮?，制取所需要的工藝或采暖用高溫?zé)崦剿?，?shí)現(xiàn)從低溫向高溫輸送熱能的設(shè)備。

某電廠的2臺(tái)300 MW機(jī)組各加裝2臺(tái)吸收式熱泵，每臺(tái)熱泵機(jī)組設(shè)置1臺(tái)前置凝汽器。吸收式熱泵機(jī)組串聯(lián)在熱網(wǎng)加熱器前，熱泵機(jī)組作為對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水的一級(jí)加熱系統(tǒng)，熱網(wǎng)首站作為二級(jí)加熱系統(tǒng)。該熱泵以汽輪機(jī)排汽作為低溫?zé)嵩?，以汽輪機(jī)采暖抽汽作為驅(qū)動(dòng)熱源，吸收乏汽的低位熱能。熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)熱泵加熱至83℃，再進(jìn)入原有熱網(wǎng)加熱器，經(jīng)二次加熱后溫度達(dá)到130℃送至城市熱網(wǎng)供熱，該熱泵系統(tǒng)如圖1所示。

2 熱泵系統(tǒng)調(diào)試的主要內(nèi)容及流程

2.1 熱泵系統(tǒng)的沖洗和吹掃

2.1.1 循環(huán)水系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗與系統(tǒng)打壓

當(dāng)熱泵及與熱泵連接的管道安裝基本結(jié)束后，先進(jìn)行新安裝的循環(huán)水系統(tǒng)的冷態(tài)沖洗、打壓。要求沖洗水和打壓水均不進(jìn)入熱泵，其他注意事項(xiàng)與一般的循環(huán)水沖洗打壓相同，如拆除系統(tǒng)的正式濾網(wǎng)、表計(jì)、正式管道上的流量測(cè)量裝置等。

圖1 某電廠熱泵系統(tǒng)圖

2.1.2 乏汽蒸汽管道的清理

由于乏汽管道的直徑達(dá)到了3 m，吹掃管道的布置和參數(shù)的選擇都非常困難，因此要求通過噴砂處理、人工除銹等方法達(dá)到清潔的要求。

2.1.3 驅(qū)動(dòng)蒸汽管道及疏水管道的沖洗和吹掃

驅(qū)動(dòng)蒸汽管道的吹掃可按輔汽系統(tǒng)的吹掃方法進(jìn)行。對(duì)驅(qū)動(dòng)蒸汽疏水管道的沖洗，如果設(shè)計(jì)有疏水泵，在正式投運(yùn)前就可以考慮在疏水回收之前，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行外排沖洗。對(duì)于未設(shè)計(jì)有疏水泵的系統(tǒng)，一定要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的沖洗和吹掃，并建議安裝臨時(shí)疏水泵，否則會(huì)將與熱泵系統(tǒng)連接的驅(qū)動(dòng)蒸汽管道、驅(qū)動(dòng)蒸汽疏水管道中的金屬雜質(zhì)等帶入正式系統(tǒng)中，影響凝結(jié)水系統(tǒng)的導(dǎo)電率，對(duì)鍋爐造成腐蝕；嚴(yán)重時(shí)造成給水泵入口濾網(wǎng)堵塞超過壓差保護(hù)值停機(jī)等重大事故，同時(shí)注意對(duì)熱泵減溫水管路的吹掃也同樣不得忽視。盡管這一段管路很短，但是由于減溫水管直徑尺寸較小，一般地，對(duì)于300MW機(jī)組所配熱泵的減溫水管直徑只有φ38～57 mm，在安裝焊接當(dāng)中極易將焊渣等物遺留在管道內(nèi)部，如果沒有沖洗的話，很容易在熱泵投入初期使減溫裝置噴水節(jié)流閥堵塞，造成熱泵入口蒸汽溫度無法調(diào)節(jié)，熱泵入口蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)小直至全部關(guān)閉，最終導(dǎo)致熱泵停止運(yùn)行。

2.2 乏汽真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性檢查

2.2.1 乏汽真空系統(tǒng)的打壓和查漏

為保證真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，系統(tǒng)閥門的選擇十分關(guān)鍵。對(duì)熱泵的乏汽進(jìn)汽門還應(yīng)要求雙向密封，同時(shí)施工質(zhì)量的好壞也直接影響該項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。

2.2.2 乏汽回收系統(tǒng)的試抽真空

乏汽系統(tǒng)打壓、查漏工作經(jīng)過參建各單位共同驗(yàn)收合格后，可以進(jìn)行系統(tǒng)試抽真空的工作。在試抽真空前，一定要關(guān)閉乏汽系統(tǒng)進(jìn)汽總門、乏汽疏水總門。緩慢地開啟熱泵乏汽系統(tǒng)抽空氣總門，由于熱泵乏汽系統(tǒng)的真空容積大約為800～900 m3，約占到原空冷機(jī)組真空容積的1/5，熱泵乏汽系統(tǒng)內(nèi)的空氣對(duì)于主機(jī)真空的影響很大。必要時(shí)，在開啟熱泵乏汽系統(tǒng)抽真空總門前，可以再開啟1臺(tái)真空泵，作為對(duì)增加空氣量的彌補(bǔ)措施，這樣可以減少主機(jī)背壓在投入熱泵時(shí)的大幅波動(dòng)。

2.3 熱泵系統(tǒng)的投運(yùn)

當(dāng)確認(rèn)熱泵乏汽系統(tǒng)背壓正常后，即可逐步打開乏汽凝結(jié)水系統(tǒng)至排汽裝置的手動(dòng)截止閥門，注意避免主機(jī)背壓大幅度波動(dòng)，且就地觀察熱泵乏汽凝結(jié)水箱液位在正常范圍內(nèi)。熱泵設(shè)計(jì)帶有前置凝汽器的系統(tǒng)，可以隨后開啟前置凝汽器的乏汽系統(tǒng)進(jìn)汽及凝結(jié)水手動(dòng)門。

2.4 熱泵循環(huán)水投入

當(dāng)確認(rèn)熱泵乏汽系統(tǒng)正常后，即可投入熱泵循環(huán)水系統(tǒng)。

2.5 驅(qū)動(dòng)蒸汽系統(tǒng)投入

先進(jìn)行抽汽供熱母管至熱泵的驅(qū)動(dòng)蒸汽管道的暖管，并確認(rèn)驅(qū)動(dòng)蒸汽減溫系統(tǒng)可正常投入；在驅(qū)動(dòng)蒸汽投入后，根據(jù)熱泵要求的驅(qū)動(dòng)蒸汽溫度投入減溫水，防止進(jìn)汽溫度超出規(guī)定值。

2.6 熱泵啟動(dòng)

熱泵啟動(dòng)分為手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種方式，首次啟動(dòng)需要采用手動(dòng)方式，在這個(gè)過程中熱泵廠家需要對(duì)熱泵系統(tǒng)進(jìn)行整定。整定內(nèi)容主要有調(diào)整溴化鋰溶液循環(huán)量和冷劑水量，調(diào)整各閥門的開啟度，檢查和調(diào)整自動(dòng)控制和安全保護(hù)裝置，通過一系列調(diào)整后，使機(jī)組在使用條件下高效運(yùn)行。

驅(qū)動(dòng)蒸汽投入應(yīng)盡量緩慢，期間注意除氧器水位、排汽裝置水位的變化，并及時(shí)對(duì)主機(jī)凝結(jié)水泵的出力進(jìn)行控制。

在首次啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)蒸汽的疏水需向外排，根據(jù)機(jī)組凝結(jié)水補(bǔ)水能力，對(duì)于安裝有多臺(tái)熱泵的系統(tǒng)，可先啟動(dòng)1臺(tái)熱泵，再視外排水質(zhì)的硬度及導(dǎo)電率等指標(biāo)情況投入其他熱泵或前置凝汽器。

2.7 熱泵系統(tǒng)退出

熱泵系統(tǒng)的退出基本可分為正常停機(jī)（長(zhǎng)期停用）、正常停機(jī)（短期停用）和故障停機(jī)。

正常停止熱泵的程序是：關(guān)閉驅(qū)動(dòng)蒸汽進(jìn)口閥門—→關(guān)閉熱泵熱網(wǎng)循環(huán)水—→關(guān)閉熱泵乏汽入口電動(dòng)門—→關(guān)閉乏汽系統(tǒng)抽空氣閥門（包括總門和分門），但短期正常停機(jī)和故障停機(jī)程序中，需要根據(jù)具體停止熱泵時(shí)間的情況，決定是否切除熱泵熱網(wǎng)循環(huán)水和關(guān)閉熱泵乏汽入口電動(dòng)門。

3 熱泵調(diào)試中遇到的問題分析

在熱泵調(diào)試過程中，應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，落實(shí)各項(xiàng)試運(yùn)工作應(yīng)具備的條件，真正做到不具備試運(yùn)條件的不進(jìn)行試運(yùn)；試運(yùn)中發(fā)生的問題及時(shí)聯(lián)系解決，保證各分系統(tǒng)在試運(yùn)結(jié)束后都能滿足運(yùn)行要求，對(duì)潛在不合格項(xiàng)目進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)防措施，杜絕隱患。

如果在設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)給最終的熱泵整套啟動(dòng)帶來不良的影響，使工程質(zhì)量、進(jìn)度得不到應(yīng)有的保障。

3.1 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)

一般地，熱泵系統(tǒng)都是在原來的熱網(wǎng)系統(tǒng)上增加的。對(duì)于城網(wǎng)管線較長(zhǎng)的熱網(wǎng)系統(tǒng)，阻力大，要求的循環(huán)水壓力也相應(yīng)較高。這時(shí)就需要確認(rèn)熱泵增加系統(tǒng)的管道閥門的公稱壓力匹配合適，并應(yīng)選擇質(zhì)量可靠的閥門廠家，否則就會(huì)出現(xiàn)閥門泄漏等問題。

3.2 驅(qū)動(dòng)蒸汽系統(tǒng)

為了在運(yùn)輸中減少熱泵內(nèi)部的污染，熱泵廠家在出廠時(shí)都要對(duì)熱泵與外界連接管處進(jìn)行密封，一般是增加堵板，在現(xiàn)場(chǎng)安裝前需要對(duì)堵板進(jìn)行拆除。由于現(xiàn)場(chǎng)安裝施工隊(duì)伍的忽視，在沒有將堵板拆除的情況下就將驅(qū)動(dòng)蒸汽管道連接到熱泵上，使得驅(qū)動(dòng)蒸汽系統(tǒng)不能正常投入。

3.3 乏汽系統(tǒng)

熱泵乏汽系統(tǒng)是從空冷島排汽管道上升段引出的支管，也就構(gòu)成了真空系統(tǒng)的一部分。該系統(tǒng)真空嚴(yán)密性的好壞直接影響著主機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，所以應(yīng)對(duì)該系統(tǒng)的真空嚴(yán)密性引起足夠的重視。

在安裝過程中對(duì)每一道焊口進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，必要時(shí)可以使用超聲波檢漏儀結(jié)合人工涂抹肥皂沫的方法進(jìn)行熱泵真空系統(tǒng)的檢漏。重點(diǎn)檢查乏汽管道的閥門、焊口、前置凝汽器水位計(jì)，熱泵本體及其熱工測(cè)點(diǎn)也是檢查的對(duì)象。另外，熱泵安裝初期未拆除的臨時(shí)管道也不得忽視。

熱泵乏汽系統(tǒng)的管道直徑達(dá)到3 m，在冬季氣候寒冷投入時(shí)管道的熱膨脹很大，打開熱泵乏汽系統(tǒng)總門時(shí)需要緩慢進(jìn)行，否則可能會(huì)對(duì)管道支撐造成破壞。

3.4 減溫水系統(tǒng)

熱泵進(jìn)口驅(qū)動(dòng)蒸汽溫度的調(diào)節(jié)與減溫水的設(shè)計(jì)有直接關(guān)系。300 MW機(jī)組所配熱泵的驅(qū)動(dòng)蒸汽減溫水設(shè)計(jì)壓力一般為3.27 MPa，這個(gè)壓力對(duì)于工頻運(yùn)行的凝結(jié)水泵出口壓力是沒有問題的，但是，由于目前多數(shù)電廠在節(jié)能技術(shù)改造中將凝結(jié)水泵改造為變頻運(yùn)行，這樣凝結(jié)水泵出口壓力就在2.3 MPa左右，從而達(dá)不到減溫裝置噴水的設(shè)計(jì)壓力，影響了減溫水流量的大小，進(jìn)而影響到驅(qū)動(dòng)蒸汽溫度的控制和熱泵的正常運(yùn)行。

由于減溫水管徑較小，如果在沖洗過程中沖洗得不充分，再加上減溫水霧化噴嘴間隙小、光潔度低等因素，使得在熱泵運(yùn)行時(shí)極易出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象；情況嚴(yán)重時(shí)，就將造成驅(qū)動(dòng)蒸汽進(jìn)汽門關(guān)小直至熱泵停止運(yùn)行的后果。

3.5 驅(qū)動(dòng)蒸汽疏水泵系統(tǒng)

對(duì)于熱泵驅(qū)動(dòng)蒸汽疏水帶有疏水泵的系統(tǒng)，疏水泵的設(shè)計(jì)、制造及安裝質(zhì)量直接影響到整個(gè)熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的好壞。

熱泵驅(qū)動(dòng)蒸汽取自五段抽汽，供熱工況時(shí)，其對(duì)應(yīng)抽汽壓力為0.4 MPa，經(jīng)過節(jié)流、減溫后的參數(shù)約0.2 MPa、140℃，其疏水溫度也達(dá)到100℃，這時(shí)，疏水泵的入口汽蝕余量必須要考慮溫度的上升所引起的必須汽蝕余量的增加；如果設(shè)計(jì)時(shí)考慮欠缺的話，就極易引起疏水泵的汽蝕，這時(shí)增加管道泵是一個(gè)后期彌補(bǔ)的有效措施。

3.6 真空系統(tǒng)

乏汽系統(tǒng)的抽空氣管道是與主機(jī)空氣管道相連的。管道安裝應(yīng)遵循的原則是盡量減少阻力、確保無向下方向的U型彎段。如果空氣管道安裝的不合理，會(huì)造成積水，進(jìn)而堵塞抽空氣管道；而在室外的抽空氣管道內(nèi)就容易結(jié)冰，造成熱泵無法正常工作的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

直接空冷機(jī)組乏汽余熱利用的潛力十分巨大，從低品位熱源中提取熱量為建筑供熱，可以大幅提高電廠的供熱能力和能源利用效率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。經(jīng)過對(duì)吸收式熱泵系統(tǒng)調(diào)試工作的分析，以及調(diào)試工作的主要內(nèi)容及流程和調(diào)試過程中遇到的問題及相應(yīng)的處理方法的總結(jié)，有利于乏汽吸收式熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用，對(duì)今后類似工作的開展有借鑒意義。