火電廠大型吸收式熱泵溴化鋰溶液進水后的提純技術(shù)

任懷民 周崇波

（1華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠 黑龍江佳木斯 154005 2華電電力科學(xué)研究院有限公司電力工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所 浙江杭州 310030）

溴化鋰吸收式熱泵，是在高溫?zé)嵩矗ㄕ羝?、燃氣等）?qū)動的條件下，提取低溫?zé)嵩矗ǖ責(zé)崴⒗鋮s循環(huán)水、城市廢水等）的熱能，輸出中溫的工藝或采暖熱水的一種技術(shù)，在火電廠中得以廣泛應(yīng)用［1，2］。熱泵機組是由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器及高低溫?zé)峤粨Q器所組成的熱交換器的組合體，溴化鋰濃溶液為吸收劑，水為蒸發(fā)劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點沸騰的特性，蒸發(fā)時吸熱、凝結(jié)時放熱的原理進行工作［3，4］。某電廠熱泵始建于2011年，采用了第1類溴化鋰吸收式熱泵，用于回收凝汽器循環(huán)水余熱，熱泵以汽輪機中壓缸排汽抽出的蒸汽經(jīng)過減溫后做為熱泵的驅(qū)動汽源，汽輪機凝汽器排出的循環(huán)水（余熱水）做為低溫輸入熱源，向市區(qū)采暖供熱用的熱水（熱網(wǎng)水）做為輸出熱源［5］。

1 熱泵泄漏

某電廠共有 8臺型號為 XRI3.7-35/25-3838（60/82）熱泵機組，夏季熱泵維護人員在熱泵系統(tǒng)停運期間的例行檢查工作中，發(fā)現(xiàn)3號熱泵2號組件真空下降非常多，啟動真空泵，恢復(fù)系統(tǒng)真空，抽真空過程中，真空泵排氣口有大量水排出，初步懷疑3號熱泵有換熱管束泄漏。

通過解列3號熱泵熱網(wǎng)水、余熱水，對熱泵吸收器、蒸發(fā)器管束查漏，確定是3號熱泵2號組件吸收器熱網(wǎng)水管束漏泄，將3號熱泵2號組件充入一定量的氮氣，將溴化鋰溶液排出15t左右，并完成堵漏，3號熱泵2號組件重新抽真空，確認真空系統(tǒng)無泄漏。由于熱泵進水較多，內(nèi)部溴化鋰溶液濃度降低，熱泵已經(jīng)不能再正常工作，根據(jù)熱泵系統(tǒng)的特殊性，排出混入系統(tǒng)的水必須要在熱泵運行期間進行，經(jīng)過驅(qū)動蒸汽加熱溴化鋰溶液分離出冷劑水，才能將分離出來的冷劑水排出，但熱泵運行期間內(nèi)部處于高度真空狀態(tài)，如何將高度真空下的純水排出是解決問題的關(guān)鍵。

2 排水提純工藝設(shè)計

針對熱泵內(nèi)高度真空，分析處理問題的關(guān)鍵點在于：①如何將溴化鋰溶液與水分離；②如何在高真空下將水抽出到某容器中；③如何將抽入容器中的水排出；④如何保證熱泵中剩余溶液的濃度。

解決問題思路及工藝設(shè)計：①利用熱泵本身系統(tǒng)建立真空、分離溶液，利用比重計檢查、監(jiān)測濃度②制作溶液（水）罐，需滿足以下要求：a.可計算容積；b.可在常壓和高度真空下裝水；c.具有水位、壓力（真空）監(jiān)視；d.能夠與吸收器方便連通與隔絕；e.能夠方便建立和破壞內(nèi)部真空；e.可方便的放掉內(nèi)部的存水。根據(jù)以上要求，本文制作的排水裝置具體如下：a.制作一個儲水罐，可選用 1個長度 1000～1500mm，直徑 Ф500～1000mm的鋼管，兩端用盲板封堵，要求能承受0.1MPa的向內(nèi)壓力，當(dāng)內(nèi)部達到接近-100kPa的真空時，不至于將水罐吸癟。b.水罐側(cè)壁底部位置開孔加一個放水閥，在水罐上部開孔加真空破壞閥及真空表。c.水罐側(cè)壁上部位置開孔加一個觀察孔，使用普通玻璃及膠皮圈密封即可。d.在水罐上部分別開孔，加短管，用于連接熱泵真空泵入口檢測門和冷劑水泵出口取樣門連接管路宜使用軟管連接，便于拆裝，但是需保證在真空狀態(tài)下仍然可用通水或氣體。③裝置工藝流程初步設(shè)計圖，如圖1所示，主要包括排水裝置、真空表、排氣閥、排水閥、液位觀察孔及與熱泵系統(tǒng)連接的抽真空和抽水口等。

3 操作方法

在使用排水裝置前，應(yīng)準(zhǔn)備1個取樣桶（300mm高的塑料桶），1支溫度計，2支波美比重計 （量程 1.0～1.1和量程1.0～1.8）。

首先關(guān)閉排水裝置排水閥和排氣閥（真空破壞閥）及冷劑泵取樣閥，開啟抽真空閥，啟動熱泵真空泵，將排水罐真空抽至4kPa以下，然后開啟冷劑泵取樣閥，在觀察孔觀察液位，當(dāng)水抽至觀察窗最高可見液位后，關(guān)閉冷劑泵取樣閥及抽真空閥，開啟排氣閥將真空排至零（大氣壓力），開啟排水閥，用取樣桶接水后，使用波美比重計和溫度計測量出此時溶液的比重和溫度，然后根據(jù)溴化鋰溶液溫度、比重、濃度的關(guān)系，得出其實際濃度值。工藝流程見圖1。

根據(jù)測得的數(shù)值判斷是否是純水，若是純水可以直接排掉，水罐排空后進行下一次同樣操作，熱泵中水排出的同時，向熱泵中補入故障時排出的溶液，隨著熱泵中水的排出，熱泵內(nèi)溴化鋰溶液濃度逐漸提高，達到溴化鋰溶液提純的目的。

如果取樣測量結(jié)果含有溴化鋰溶液，則說明冷劑水污染，需重新返回?zé)岜?，將冷劑水旁通提純后再進行排放操作，如再次排放仍然含有溶液，根據(jù)前后2次的溶液濃度值進行判斷，如果濃度比上次明顯降低，應(yīng)該是冷劑水旁通不徹底，需將冷劑水全部旁通后進行后續(xù)操作。如果2次濃度偏差不大，則可能是內(nèi)部溴化鋰溶液過多，液位過高，造成吸收器中的溶液溢流到蒸發(fā)器中，需外排一部分溴化鋰溶液后再進行操作。

在進行溴化鋰溶液提純操作中需要進行幾個計算：①根據(jù)熱泵內(nèi)原始溴化鋰溶液的濃度和數(shù)量及發(fā)生泄漏后排出熱泵外溶液的濃度和數(shù)量，計算出漏入熱泵中的水量。②根據(jù)水罐的容積計算每次排出的水量及總計排出水量。當(dāng)水量一致時取樣測取熱泵內(nèi)部溴化鋰溶液濃度，應(yīng)與初始濃度一致。③計算每次排滿水罐所用的時間，避免人長時間看守。

4 注意事項

（1）水罐抽真空階段水罐內(nèi)真空值需達到或超過熱泵內(nèi)部真空值，否則冷劑水將不能排出，在排出冷劑水過程中，抽真空操作可不停止。

（2）為了防止冷劑水污染，操作前先將冷劑水全部旁通，啟動熱泵運行，當(dāng)產(chǎn)生冷劑水后，進行排水提純操作。通過計算掌握熱泵內(nèi)溴化鋰溶液大致數(shù)量，每排出1噸冷劑水，再返回1噸排出的溴化鋰溶液，并隨時計算熱泵中溴化鋰溶液的大致濃度，避免濃度過高，操作過程中發(fā)生熱泵結(jié)晶事故。

（3）由于溴化鋰溶液對金屬具有較強的腐蝕性，因此由熱泵排出的溴化鋰溶液不宜裝在金屬容器內(nèi)。

5 小結(jié)

應(yīng)用溴化鋰吸收式熱泵能夠回收電廠中循環(huán)水余熱，在供熱電廠中應(yīng)用比較廣泛，熱泵機組長期運行，難免會發(fā)生蒸發(fā)器、吸收器管束泄漏，由于蒸發(fā)器、吸收器處于高度真空狀態(tài)，管束漏泄后會造成熱網(wǎng)水或余熱水進入，造成溴化鋰溶液濃度降低，需要提純處理。本文提出并通過實際應(yīng)用的熱泵溴化鋰提純裝工藝設(shè)計及其操作方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、投資少、實用性強的特點，具有推廣和應(yīng)用價值。