火电厂大型吸收式热泵溴化锂溶液进水后的提纯技术

任怀民 周崇波

（1华电能源股份有限公司佳木斯热电厂 黑龙江佳木斯 154005 2华电电力科学研究院有限公司电力工业产品质量标准研究所 浙江杭州 310030）

溴化锂吸收式热泵，是在高温热源（蒸汽、燃气等）驱动的条件下，提取低温热源（地热水、冷却循环水、城市废水等）的热能，输出中温的工艺或采暖热水的一种技术，在火电厂中得以广泛应用［1，2］。热泵机组是由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器及高低温热交换器所组成的热交换器的组合体，溴化锂浓溶液为吸收剂，水为蒸发剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，蒸发时吸热、凝结时放热的原理进行工作［3，4］。某电厂热泵始建于2011年，采用了第1类溴化锂吸收式热泵，用于回收凝汽器循环水余热，热泵以汽轮机中压缸排汽抽出的蒸汽经过减温后做为热泵的驱动汽源，汽轮机凝汽器排出的循环水（余热水）做为低温输入热源，向市区采暖供热用的热水（热网水）做为输出热源［5］。

1 热泵泄漏

某电厂共有 8台型号为 XRI3.7-35/25-3838（60/82）热泵机组，夏季热泵维护人员在热泵系统停运期间的例行检查工作中，发现3号热泵2号组件真空下降非常多，启动真空泵，恢复系统真空，抽真空过程中，真空泵排气口有大量水排出，初步怀疑3号热泵有换热管束泄漏。

通过解列3号热泵热网水、余热水，对热泵吸收器、蒸发器管束查漏，确定是3号热泵2号组件吸收器热网水管束漏泄，将3号热泵2号组件充入一定量的氮气，将溴化锂溶液排出15t左右，并完成堵漏，3号热泵2号组件重新抽真空，确认真空系统无泄漏。由于热泵进水较多，内部溴化锂溶液浓度降低，热泵已经不能再正常工作，根据热泵系统的特殊性，排出混入系统的水必须要在热泵运行期间进行，经过驱动蒸汽加热溴化锂溶液分离出冷剂水，才能将分离出来的冷剂水排出，但热泵运行期间内部处于高度真空状态，如何将高度真空下的纯水排出是解决问题的关键。

2 排水提纯工艺设计

针对热泵内高度真空，分析处理问题的关键点在于：①如何将溴化锂溶液与水分离；②如何在高真空下将水抽出到某容器中；③如何将抽入容器中的水排出；④如何保证热泵中剩余溶液的浓度。

解决问题思路及工艺设计：①利用热泵本身系统建立真空、分离溶液，利用比重计检查、监测浓度②制作溶液（水）罐，需满足以下要求：a.可计算容积；b.可在常压和高度真空下装水；c.具有水位、压力（真空）监视；d.能够与吸收器方便连通与隔绝；e.能够方便建立和破坏内部真空；e.可方便的放掉内部的存水。根据以上要求，本文制作的排水装置具体如下：a.制作一个储水罐，可选用 1个长度 1000～1500mm，直径 Ф500～1000mm的钢管，两端用盲板封堵，要求能承受0.1MPa的向内压力，当内部达到接近-100kPa的真空时，不至于将水罐吸瘪。b.水罐侧壁底部位置开孔加一个放水阀，在水罐上部开孔加真空破坏阀及真空表。c.水罐侧壁上部位置开孔加一个观察孔，使用普通玻璃及胶皮圈密封即可。d.在水罐上部分别开孔，加短管，用于连接热泵真空泵入口检测门和冷剂水泵出口取样门连接管路宜使用软管连接，便于拆装，但是需保证在真空状态下仍然可用通水或气体。③装置工艺流程初步设计图，如图1所示，主要包括排水装置、真空表、排气阀、排水阀、液位观察孔及与热泵系统连接的抽真空和抽水口等。

3 操作方法

在使用排水装置前，应准备1个取样桶（300mm高的塑料桶），1支温度计，2支波美比重计 （量程 1.0～1.1和量程1.0～1.8）。

首先关闭排水装置排水阀和排气阀（真空破坏阀）及冷剂泵取样阀，开启抽真空阀，启动热泵真空泵，将排水罐真空抽至4kPa以下，然后开启冷剂泵取样阀，在观察孔观察液位，当水抽至观察窗最高可见液位后，关闭冷剂泵取样阀及抽真空阀，开启排气阀将真空排至零（大气压力），开启排水阀，用取样桶接水后，使用波美比重计和温度计测量出此时溶液的比重和温度，然后根据溴化锂溶液温度、比重、浓度的关系，得出其实际浓度值。工艺流程见图1。

根据测得的数值判断是否是纯水，若是纯水可以直接排掉，水罐排空后进行下一次同样操作，热泵中水排出的同时，向热泵中补入故障时排出的溶液，随着热泵中水的排出，热泵内溴化锂溶液浓度逐渐提高，达到溴化锂溶液提纯的目的。

如果取样测量结果含有溴化锂溶液，则说明冷剂水污染，需重新返回热泵，将冷剂水旁通提纯后再进行排放操作，如再次排放仍然含有溶液，根据前后2次的溶液浓度值进行判断，如果浓度比上次明显降低，应该是冷剂水旁通不彻底，需将冷剂水全部旁通后进行后续操作。如果2次浓度偏差不大，则可能是内部溴化锂溶液过多，液位过高，造成吸收器中的溶液溢流到蒸发器中，需外排一部分溴化锂溶液后再进行操作。

在进行溴化锂溶液提纯操作中需要进行几个计算：①根据热泵内原始溴化锂溶液的浓度和数量及发生泄漏后排出热泵外溶液的浓度和数量，计算出漏入热泵中的水量。②根据水罐的容积计算每次排出的水量及总计排出水量。当水量一致时取样测取热泵内部溴化锂溶液浓度，应与初始浓度一致。③计算每次排满水罐所用的时间，避免人长时间看守。

4 注意事项

（1）水罐抽真空阶段水罐内真空值需达到或超过热泵内部真空值，否则冷剂水将不能排出，在排出冷剂水过程中，抽真空操作可不停止。

（2）为了防止冷剂水污染，操作前先将冷剂水全部旁通，启动热泵运行，当产生冷剂水后，进行排水提纯操作。通过计算掌握热泵内溴化锂溶液大致数量，每排出1吨冷剂水，再返回1吨排出的溴化锂溶液，并随时计算热泵中溴化锂溶液的大致浓度，避免浓度过高，操作过程中发生热泵结晶事故。

（3）由于溴化锂溶液对金属具有较强的腐蚀性，因此由热泵排出的溴化锂溶液不宜装在金属容器内。

5 小结

应用溴化锂吸收式热泵能够回收电厂中循环水余热，在供热电厂中应用比较广泛，热泵机组长期运行，难免会发生蒸发器、吸收器管束泄漏，由于蒸发器、吸收器处于高度真空状态，管束漏泄后会造成热网水或余热水进入，造成溴化锂溶液浓度降低，需要提纯处理。本文提出并通过实际应用的热泵溴化锂提纯装工艺设计及其操作方法，具有结构简单、易于操作、投资少、实用性强的特点，具有推广和应用价值。