直接空冷机组乏汽吸收式热泵系统调试技术探讨

于天群，叶 宁，白志刚

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

随着不可再生能源的日益消耗，全球能源形势越来越严峻，开发利用新能源与采用各种节能技术是缓解能源危机的主要方式。热电联产方式是目前以燃煤作为一次能源以获得热量时能量转换效率较高的方式，也是我国以燃煤为主的能源结构下冬季建筑采暖的主要热源方式。目前，热电联产机组一般采用抽汽供热方式，汽轮机的抽汽参数以满足最高供水温度并考虑一定的余量进行设计。为了适应北方冬季集中供热采暖面积的增大，并进一步提高能源利用率，普遍采用汽轮机乏汽吸收式热泵。使用吸收式热泵技术从低品位热源中提取热量为建筑供热，被认为是一种可再生能源的供热方式，可以大幅提高电厂的供热能力和能源利用效率，带来巨大的节能效益、环保效益和社会效益。

1 热泵工作基本原理及系统简介

电厂乏汽冷凝热直接回收大型第一类溴化锂吸收式热泵机组（以下简称”热泵机组”）由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、溶液热交换器和凝水换热器等主要部件及抽气装置、屏蔽泵(溶液泵和冷剂泵)、控制箱等辅助部分组成。热泵机组基本工作原理是：以热源（蒸汽、高温热水、燃油、燃气）为动力，溴化锂溶液为吸收剂、水为制冷剂，利用低温热源（乏汽）的热能，制取所需要的工艺或采暖用高温热媒水，实现从低温向高温输送热能的设备。

某电厂的2台300 MW机组各加装2台吸收式热泵，每台热泵机组设置1台前置凝汽器。吸收式热泵机组串联在热网加热器前，热泵机组作为对热网循环水的一级加热系统，热网首站作为二级加热系统。该热泵以汽轮机排汽作为低温热源，以汽轮机采暖抽汽作为驱动热源，吸收乏汽的低位热能。热网循环水经热泵加热至83℃，再进入原有热网加热器，经二次加热后温度达到130℃送至城市热网供热，该热泵系统如图1所示。

2 热泵系统调试的主要内容及流程

2.1 热泵系统的冲洗和吹扫

2.1.1 循环水系统的冷态冲洗与系统打压

当热泵及与热泵连接的管道安装基本结束后，先进行新安装的循环水系统的冷态冲洗、打压。要求冲洗水和打压水均不进入热泵，其他注意事项与一般的循环水冲洗打压相同，如拆除系统的正式滤网、表计、正式管道上的流量测量装置等。

图1 某电厂热泵系统图

2.1.2 乏汽蒸汽管道的清理

由于乏汽管道的直径达到了3 m，吹扫管道的布置和参数的选择都非常困难，因此要求通过喷砂处理、人工除锈等方法达到清洁的要求。

2.1.3 驱动蒸汽管道及疏水管道的冲洗和吹扫

驱动蒸汽管道的吹扫可按辅汽系统的吹扫方法进行。对驱动蒸汽疏水管道的冲洗，如果设计有疏水泵，在正式投运前就可以考虑在疏水回收之前，对该系统进行外排冲洗。对于未设计有疏水泵的系统，一定要对其进行严格的冲洗和吹扫，并建议安装临时疏水泵，否则会将与热泵系统连接的驱动蒸汽管道、驱动蒸汽疏水管道中的金属杂质等带入正式系统中，影响凝结水系统的导电率，对锅炉造成腐蚀；严重时造成给水泵入口滤网堵塞超过压差保护值停机等重大事故，同时注意对热泵减温水管路的吹扫也同样不得忽视。尽管这一段管路很短，但是由于减温水管直径尺寸较小，一般地，对于300MW机组所配热泵的减温水管直径只有φ38～57 mm，在安装焊接当中极易将焊渣等物遗留在管道内部，如果没有冲洗的话，很容易在热泵投入初期使减温装置喷水节流阀堵塞，造成热泵入口蒸汽温度无法调节，热泵入口蒸汽调节阀关小直至全部关闭，最终导致热泵停止运行。

2.2 乏汽真空系统的严密性检查

2.2.1 乏汽真空系统的打压和查漏

为保证真空系统的严密性，系统阀门的选择十分关键。对热泵的乏汽进汽门还应要求双向密封，同时施工质量的好坏也直接影响该项工作的顺利进行。

2.2.2 乏汽回收系统的试抽真空

乏汽系统打压、查漏工作经过参建各单位共同验收合格后，可以进行系统试抽真空的工作。在试抽真空前，一定要关闭乏汽系统进汽总门、乏汽疏水总门。缓慢地开启热泵乏汽系统抽空气总门，由于热泵乏汽系统的真空容积大约为800～900 m3，约占到原空冷机组真空容积的1/5，热泵乏汽系统内的空气对于主机真空的影响很大。必要时，在开启热泵乏汽系统抽真空总门前，可以再开启1台真空泵，作为对增加空气量的弥补措施，这样可以减少主机背压在投入热泵时的大幅波动。

2.3 热泵系统的投运

当确认热泵乏汽系统背压正常后，即可逐步打开乏汽凝结水系统至排汽装置的手动截止阀门，注意避免主机背压大幅度波动，且就地观察热泵乏汽凝结水箱液位在正常范围内。热泵设计带有前置凝汽器的系统，可以随后开启前置凝汽器的乏汽系统进汽及凝结水手动门。

2.4 热泵循环水投入

当确认热泵乏汽系统正常后，即可投入热泵循环水系统。

2.5 驱动蒸汽系统投入

先进行抽汽供热母管至热泵的驱动蒸汽管道的暖管，并确认驱动蒸汽减温系统可正常投入；在驱动蒸汽投入后，根据热泵要求的驱动蒸汽温度投入减温水，防止进汽温度超出规定值。

2.6 热泵启动

热泵启动分为手动和自动控制两种方式，首次启动需要采用手动方式，在这个过程中热泵厂家需要对热泵系统进行整定。整定内容主要有调整溴化锂溶液循环量和冷剂水量，调整各阀门的开启度，检查和调整自动控制和安全保护装置，通过一系列调整后，使机组在使用条件下高效运行。

驱动蒸汽投入应尽量缓慢，期间注意除氧器水位、排汽装置水位的变化，并及时对主机凝结水泵的出力进行控制。

在首次启动时驱动蒸汽的疏水需向外排，根据机组凝结水补水能力，对于安装有多台热泵的系统，可先启动1台热泵，再视外排水质的硬度及导电率等指标情况投入其他热泵或前置凝汽器。

2.7 热泵系统退出

热泵系统的退出基本可分为正常停机（长期停用）、正常停机（短期停用）和故障停机。

正常停止热泵的程序是：关闭驱动蒸汽进口阀门—→关闭热泵热网循环水—→关闭热泵乏汽入口电动门—→关闭乏汽系统抽空气阀门（包括总门和分门），但短期正常停机和故障停机程序中，需要根据具体停止热泵时间的情况，决定是否切除热泵热网循环水和关闭热泵乏汽入口电动门。

3 热泵调试中遇到的问题分析

在热泵调试过程中，应严把质量关，落实各项试运工作应具备的条件，真正做到不具备试运条件的不进行试运；试运中发生的问题及时联系解决，保证各分系统在试运结束后都能满足运行要求，对潜在不合格项目进行相应的预防措施，杜绝隐患。

如果在设计、制造、安装、调试过程中的任何一个环节出现问题，都会给最终的热泵整套启动带来不良的影响，使工程质量、进度得不到应有的保障。

3.1 热网循环水系统

一般地，热泵系统都是在原来的热网系统上增加的。对于城网管线较长的热网系统，阻力大，要求的循环水压力也相应较高。这时就需要确认热泵增加系统的管道阀门的公称压力匹配合适，并应选择质量可靠的阀门厂家，否则就会出现阀门泄漏等问题。

3.2 驱动蒸汽系统

为了在运输中减少热泵内部的污染，热泵厂家在出厂时都要对热泵与外界连接管处进行密封，一般是增加堵板，在现场安装前需要对堵板进行拆除。由于现场安装施工队伍的忽视，在没有将堵板拆除的情况下就将驱动蒸汽管道连接到热泵上，使得驱动蒸汽系统不能正常投入。

3.3 乏汽系统

热泵乏汽系统是从空冷岛排汽管道上升段引出的支管，也就构成了真空系统的一部分。该系统真空严密性的好坏直接影响着主机的安全经济运行，所以应对该系统的真空严密性引起足够的重视。

在安装过程中对每一道焊口进行严格的检验，必要时可以使用超声波检漏仪结合人工涂抹肥皂沫的方法进行热泵真空系统的检漏。重点检查乏汽管道的阀门、焊口、前置凝汽器水位计，热泵本体及其热工测点也是检查的对象。另外，热泵安装初期未拆除的临时管道也不得忽视。

热泵乏汽系统的管道直径达到3 m，在冬季气候寒冷投入时管道的热膨胀很大，打开热泵乏汽系统总门时需要缓慢进行，否则可能会对管道支撑造成破坏。

3.4 减温水系统

热泵进口驱动蒸汽温度的调节与减温水的设计有直接关系。300 MW机组所配热泵的驱动蒸汽减温水设计压力一般为3.27 MPa，这个压力对于工频运行的凝结水泵出口压力是没有问题的，但是，由于目前多数电厂在节能技术改造中将凝结水泵改造为变频运行，这样凝结水泵出口压力就在2.3 MPa左右，从而达不到减温装置喷水的设计压力，影响了减温水流量的大小，进而影响到驱动蒸汽温度的控制和热泵的正常运行。

由于减温水管径较小，如果在冲洗过程中冲洗得不充分，再加上减温水雾化喷嘴间隙小、光洁度低等因素，使得在热泵运行时极易出现堵塞的现象；情况严重时，就将造成驱动蒸汽进汽门关小直至热泵停止运行的后果。

3.5 驱动蒸汽疏水泵系统

对于热泵驱动蒸汽疏水带有疏水泵的系统，疏水泵的设计、制造及安装质量直接影响到整个热泵系统运行的好坏。

热泵驱动蒸汽取自五段抽汽，供热工况时，其对应抽汽压力为0.4 MPa，经过节流、减温后的参数约0.2 MPa、140℃，其疏水温度也达到100℃，这时，疏水泵的入口汽蚀余量必须要考虑温度的上升所引起的必须汽蚀余量的增加；如果设计时考虑欠缺的话，就极易引起疏水泵的汽蚀，这时增加管道泵是一个后期弥补的有效措施。

3.6 真空系统

乏汽系统的抽空气管道是与主机空气管道相连的。管道安装应遵循的原则是尽量减少阻力、确保无向下方向的U型弯段。如果空气管道安装的不合理，会造成积水，进而堵塞抽空气管道；而在室外的抽空气管道内就容易结冰，造成热泵无法正常工作的现象。

4 结束语

直接空冷机组乏汽余热利用的潜力十分巨大，从低品位热源中提取热量为建筑供热，可以大幅提高电厂的供热能力和能源利用效率，达到节能减排的目的。经过对吸收式热泵系统调试工作的分析，以及调试工作的主要内容及流程和调试过程中遇到的问题及相应的处理方法的总结，有利于乏汽吸收式热泵技术的推广应用，对今后类似工作的开展有借鉴意义。