熱泵技術(shù)及其在熱電廠中的應(yīng)用研究

許建展

（福建省能源集團(tuán)龍安熱電廠，福建 寧德 352000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)新能源技術(shù)的認(rèn)識(shí)與發(fā)掘也在不斷加深。在眾多新能源技術(shù)中，熱泵技術(shù)無(wú)疑尤為引人關(guān)注。業(yè)內(nèi)人士均明晰，泵為一種提升流體增壓進(jìn)而提升其品味的一種設(shè)備。熱泵技術(shù)則為從土壤、水亦或是空氣中吸收低品味熱能從而將其轉(zhuǎn)換至高品味熱能并加以利用的一種技術(shù)。熱泵的運(yùn)行原理和水泵極為相似。眾所周知，水泵是將水由低位輸送至高位。熱泵則是將低熱源向高熱源轉(zhuǎn)變，是一種實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移的技術(shù)設(shè)備。熱泵在實(shí)施熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程中雖會(huì)損耗一定熱量，但卻可有效提升低溫余熱作用。正因如此，目前熱泵技術(shù)在熱電廠中亦得到廣泛應(yīng)用。如今，國(guó)內(nèi)關(guān)于熱泵技術(shù)在熱電廠應(yīng)用的研究越來(lái)越多，為深化研究，本文主要針對(duì)熱泵技術(shù)及其在熱電廠中的應(yīng)用展開(kāi)研究。

1 熱泵的分類(lèi)及基本工作原理

1.1 熱泵的基本種類(lèi)

如圖1所示，由熱源來(lái)源進(jìn)行種類(lèi)劃分，熱泵主要可分為如下幾類(lèi)：（1）水源熱泵。所利用的水源主要包括自然水源和人工排水源。自然水源主要為地下水、河川水及海洋水。人工排水源主要為城市生活污水、工業(yè)廢水及熱電冷卻水。（2）地源熱泵。（3）空氣源熱泵。具體至當(dāng)前普遍應(yīng)用于熱電廠的熱泵，我們具體又可將其劃分為兩大類(lèi)：（1）壓縮式熱泵，包括蒸汽驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵和電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵。（2）吸收式熱泵[1]。

圖1 熱泵的基本種類(lèi)結(jié)構(gòu)示意

1.2 熱泵技術(shù)的基本工作原理

從本質(zhì)上而言，熱泵顯然為一種熱量提升裝置。熱泵主要從周?chē)h(huán)境中吸收熱量，并將其有效傳遞給被加熱對(duì)象，也即是溫度較高的物體。熱泵的工作原理和制冷機(jī)類(lèi)似。一般情況下，熱泵主要有如下幾個(gè)重要部分構(gòu)成：（1）壓縮機(jī)；（2）蒸發(fā)器；（3）冷凝器；（4）膨脹節(jié)流閥等。具體如圖2所示。

圖2 熱泵技術(shù)的基本工作原理示意

（1）壓縮機(jī)為熱泵機(jī)組的心臟，壓縮機(jī)起到的作用主要為：壓縮并輸送循環(huán)工質(zhì)，將其由低溫、低壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷?、高壓。蒸發(fā)器為熱泵機(jī)組的輸出冷量設(shè)備。（2）蒸發(fā)器可使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，進(jìn)而吸收被冷卻物體的熱量，最終切實(shí)實(shí)現(xiàn)制冷的目的。（3）冷凝器為熱泵機(jī)組輸出熱量的設(shè)備。壓縮機(jī)消耗功轉(zhuǎn)化的熱量以及蒸發(fā)器中吸收的熱量傳輸至冷凝器中之后，會(huì)被冷卻介質(zhì)帶走，從而實(shí)現(xiàn)制熱的基本目的。（4）熱泵機(jī)組的膨脹閥亦或是節(jié)流閥可以對(duì)循環(huán)工質(zhì)起到較好的節(jié)流降壓作用，在此基礎(chǔ)上還可起到對(duì)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的重要作用。研究表明，采用熱泵技術(shù)能夠節(jié)約大量的電能[2-3]。

2 熱泵技術(shù)在熱電廠應(yīng)用中應(yīng)注意把握的幾點(diǎn)問(wèn)題

研究表明，目前我國(guó)熱電廠已普遍采用熱泵技術(shù)。為提升熱泵技術(shù)的應(yīng)用成效，認(rèn)為熱泵技術(shù)在熱電廠應(yīng)用中應(yīng)注意把握好如下幾點(diǎn)問(wèn)題[4-6]。

2.1 實(shí)施氣密性檢查

一般而言，熱泵系統(tǒng)在正式出廠之前均會(huì)有工程師對(duì)其實(shí)施氣密性檢查。不過(guò)，出廠到安裝這一階段，熱泵系統(tǒng)由于振動(dòng)及碰撞等多方面原因，極容易造成部分部件泄露。所以，熱泵系統(tǒng)正式運(yùn)行之前，熱電廠相關(guān)工作人員還應(yīng)對(duì)熱泵系統(tǒng)的氣密性實(shí)施嚴(yán)格檢查。通常情況下，可采用真空檢查的方式對(duì)熱泵系統(tǒng)實(shí)施氣密性檢查。通過(guò)檢查如若發(fā)現(xiàn)不合格，則需要實(shí)施壓力查找泄漏點(diǎn)。找到泄露點(diǎn)并對(duì)其實(shí)施修補(bǔ)之后，需再次進(jìn)行真空檢驗(yàn)。如此做法可反復(fù)多次運(yùn)用，一直到真空檢驗(yàn)合格之后方結(jié)束。真空檢查的方法一般如下：（1）全部關(guān)閉熱泵系統(tǒng)的大氣閥門(mén)，對(duì)熱泵機(jī)組在各個(gè)時(shí)段的真空壓力進(jìn)行測(cè)量，如若壓力差額在5 Pa范圍內(nèi)，視之為合格。（2）針對(duì)業(yè)已調(diào)試過(guò)的熱泵系統(tǒng)，可采用氣泡法對(duì)其實(shí)施氣密性測(cè)試。待熱泵機(jī)組的氣密性檢查合格后，方能正式投入運(yùn)行。需要注意的是，在熱泵機(jī)組的具體運(yùn)行過(guò)程中，需定期或不定期對(duì)其氣密性進(jìn)行檢查。

2.2 運(yùn)行觀察與檢查

在熱泵機(jī)組的具體運(yùn)行過(guò)程中，相關(guān)工作人員還應(yīng)切實(shí)做好觀察和檢查工作。具體可從如下幾個(gè)方面入手。

2.2.1 熱媒水觀察

需對(duì)熱泵機(jī)組出口處熱媒水溫度的變化進(jìn)行認(rèn)真觀察。觀察過(guò)程中如若發(fā)現(xiàn)熱媒水出口溫度出現(xiàn)下降狀況，并排除外界環(huán)境變化的干擾，則可判定為是熱泵機(jī)組的性能出現(xiàn)下降。需對(duì)熱泵機(jī)組的內(nèi)因進(jìn)行認(rèn)真查找。除此之外，熱泵機(jī)組具體運(yùn)行過(guò)程中，還應(yīng)對(duì)熱媒水進(jìn)出口壓差變化進(jìn)行認(rèn)真觀察。觀察過(guò)程中如若發(fā)現(xiàn)壓差存在大幅變化，需及時(shí)分析原因并進(jìn)行有效處理。

2.2.2 對(duì)屏蔽泵運(yùn)轉(zhuǎn)聲音及電流值進(jìn)行檢查

如若發(fā)現(xiàn)熱泵機(jī)組在運(yùn)行時(shí)上述兩個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)異常，需及時(shí)和熱泵生產(chǎn)服務(wù)公司取得聯(lián)系，讓公司派遣工程師到現(xiàn)場(chǎng)查看情況，分析原因并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)處理。

2.2.3 偏差調(diào)整

在熱泵機(jī)組的具體運(yùn)行過(guò)程中，需定期或不定期對(duì)機(jī)組觸摸屏上的溫度顯示與溫度計(jì)所測(cè)數(shù)值實(shí)施對(duì)比，觀察其是否保持一致。如若發(fā)現(xiàn)數(shù)值出現(xiàn)較大偏差，需及時(shí)實(shí)施偏差調(diào)整，從而使得數(shù)據(jù)的采集更加可靠、真實(shí)。

2.2.4 其他檢查

除上述之外，還應(yīng)對(duì)如下幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)檢查：（1）對(duì)機(jī)組真空泵的轉(zhuǎn)機(jī)潤(rùn)滑油狀況進(jìn)行檢查，檢查過(guò)程中如若發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油出現(xiàn)乳化或臟污需及時(shí)更換。（2）對(duì)機(jī)組水泵進(jìn)行檢查，檢查過(guò)程中如若發(fā)現(xiàn)水泵有異樣聲音或出現(xiàn)振動(dòng)，需檢查電機(jī)是否過(guò)熱，是否存在電流過(guò)大的現(xiàn)象。（3）對(duì)冷劑水密度進(jìn)行定期或不定期檢查，每次檢查結(jié)果均需記錄下來(lái)，以備參考。（4）對(duì)熱泵機(jī)組每年應(yīng)至少實(shí)施一次以上的安全保護(hù)裝置檢查。檢查過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)檢查安全保護(hù)裝置的安全性和穩(wěn)定性。如若發(fā)現(xiàn)安全保護(hù)裝置出現(xiàn)安全保護(hù)失靈現(xiàn)象，需及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

2.3 做好保養(yǎng)和維護(hù)

熱泵機(jī)組性能能否長(zhǎng)期保持良好狀態(tài)，熱泵機(jī)組的壽命長(zhǎng)短如何，這些和機(jī)組調(diào)試和具體的運(yùn)行管理之間存在密切關(guān)系，這一點(diǎn)毋庸置疑。除此之外，還和熱泵機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)之間存在緊密聯(lián)系。業(yè)內(nèi)人士均明晰，熱泵機(jī)組保養(yǎng)并不復(fù)雜，因此，我們應(yīng)制定科學(xué)的熱泵機(jī)組維護(hù)及保養(yǎng)計(jì)劃。從而切實(shí)保障熱泵機(jī)組的可靠、穩(wěn)定及安全運(yùn)行，切實(shí)杜絕生產(chǎn)事故的發(fā)生，最大程度上對(duì)熱泵機(jī)組的使用壽命進(jìn)行延長(zhǎng)。對(duì)熱泵機(jī)組每月檢查內(nèi)容應(yīng)包括如下內(nèi)容：溶液、冷劑水、熱媒水、外部系統(tǒng)、真空泵、控制元件及安全保護(hù)裝置。每年檢查內(nèi)容應(yīng)包括主機(jī)、溶液、泵、電氣方面。其他方面的定期檢查內(nèi)容應(yīng)包括外部系統(tǒng)、屏蔽泵、真空泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力表、蜂鳴器、PLC電池、繼電器、交流接觸器、截止閥及真空蝶閥。

對(duì)熱泵機(jī)組進(jìn)行保養(yǎng)可采取如下兩種方式：（1）短期停機(jī)保養(yǎng)。短期停機(jī)保養(yǎng)的時(shí)間一般維持在兩周內(nèi)。短期保養(yǎng)過(guò)程中需切實(shí)做好如下幾個(gè)方面：①將機(jī)組內(nèi)的濃溶液充分稀釋?zhuān)虎谧⒁獠榭床⒈３謾C(jī)組內(nèi)的真空度；③假如熱泵機(jī)組在停機(jī)期間出現(xiàn)絕對(duì)壓力迅速上升的不良情況，需對(duì)機(jī)組氣密性實(shí)施徹底檢查；④停機(jī)期間，如若當(dāng)?shù)貧鉁貢?huì)降到零度以下，需采取有效防凍措施，確保設(shè)備不會(huì)因受凍出現(xiàn)故障；⑤工作人員在停機(jī)期間更換、檢修泵或閥門(mén)時(shí)，不應(yīng)將熱泵機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間暴露于大氣下。（2）長(zhǎng)期停機(jī)保養(yǎng)。長(zhǎng)期停機(jī)保養(yǎng)需對(duì)熱泵機(jī)組的各個(gè)方面進(jìn)行檢查和保養(yǎng)。長(zhǎng)期停機(jī)保養(yǎng)的時(shí)長(zhǎng)不確定，但至少在兩周以上。長(zhǎng)期保養(yǎng)過(guò)程中，需注意將機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中在水系統(tǒng)中的流通水全部排出。

2.4 適時(shí)開(kāi)啟增壓泵

發(fā)展至目前為止，國(guó)內(nèi)熱電廠普遍注重節(jié)能，這一點(diǎn)毋庸置疑。但在現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中，部分工作人員無(wú)論在供熱低峰期亦或高峰期，均會(huì)開(kāi)啟增壓泵，這樣的做法顯然是對(duì)能源的一種極大浪費(fèi)。在具體工作實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在供熱低峰期，如若熱泵入口的壓力能夠滿足汽蝕余量的基本要求，則不需要啟動(dòng)增壓泵。但是隨著熱網(wǎng)水流量的不斷增加，系統(tǒng)存在的阻力也會(huì)穩(wěn)步提升。當(dāng)熱泵入口的壓力快達(dá)到允許下限的時(shí)候，可按照具體需求逐步開(kāi)啟增壓泵，這樣的做法不僅可切實(shí)保證熱泵的安全運(yùn)行，還可幫助熱電廠節(jié)省能源。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，熱泵技術(shù)在當(dāng)前的熱電廠中已然得到深入、有效應(yīng)用。熱泵技術(shù)的應(yīng)用幫助熱電廠提高了生產(chǎn)效能，是一種極為重要的新能源技術(shù)。因此，我們?cè)谖磥?lái)需對(duì)熱泵技術(shù)及其在熱電廠中的應(yīng)用進(jìn)行持續(xù)且深入的研究，讓熱泵技術(shù)在熱電廠的具體生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)揮出更高效能。

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