【摘 要】采用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)，利用660MW超臨界空冷機(jī)組汽輪機(jī)抽汽驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵提取空冷機(jī)組乏汽余熱加熱熱網(wǎng)水，同時(shí)采用汽輪機(jī)抽汽對(duì)熱網(wǎng)水進(jìn)行二級(jí)加熱，以滿足供熱需求。

【關(guān)鍵詞】吸收式熱泵COP汽輪機(jī)前置凝汽器

1.引言

吸收式熱泵是一種利用低品位熱源，實(shí)現(xiàn)將熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩幢盟偷难h(huán)系統(tǒng)。熱泵是回收利用低溫位熱能的有效裝置，具有節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的雙重作用。國(guó)內(nèi)某電廠利用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)對(duì)660MW超臨界空冷機(jī)組供熱改造，取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。

2.工程位置

對(duì)660MW超臨界空冷機(jī)組供熱改造工程位于大東梁村附近黃河的IV級(jí)階地上，廠址標(biāo)高比黃河河床高77～105m，廠址范圍內(nèi)地勢(shì)平坦、開闊，雖為耕地，但屬土質(zhì)差、產(chǎn)量低的劣地。廠區(qū)自然地面標(biāo)高在947.20～955.40m之間，地形東南高，西北低，西面地形破碎，高差起伏較大，溝壑縱橫。廠區(qū)內(nèi)有一小（土）山丘，頂標(biāo)高為955.40m（電廠獨(dú)立高程系，下同），比周圍自然地面高約5.40m。

3.氣象條件

4.工程概況

某電廠鍋爐為HG-2141/25.4-YM16型660MW級(jí)超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐；汽輪機(jī)為TC4F-26型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、直接空冷凝汽式，額定出力637MW；發(fā)電機(jī)為QFSN-660-2-22型汽輪發(fā)電機(jī)（冷卻方式：水、氫、氫，額定功率660MW）。廠用汽工況下五段抽汽壓力為0.34MPa（a），231.9℃，廠用抽汽量80t/h，汽輪機(jī)排氣量984t/h，排汽背壓15KPa（a）。

5.熱泵設(shè)計(jì)與選型

電廠供熱改造采用的熱泵為溴化鋰吸收式熱泵（以下簡(jiǎn)稱熱泵），設(shè)備用途是將汽機(jī)排汽引入熱泵，通過(guò)驅(qū)動(dòng)熱源（采暖抽汽）經(jīng)溴化鋰的轉(zhuǎn)換作用，提高熱網(wǎng)的回水溫度。

5.1設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)

①驅(qū)動(dòng)蒸汽來(lái)自五段廠用抽汽，出口壓力0.34MPa.a，溫度231.9℃，總抽汽量135.2t/h；余熱為15KPa.a的汽輪機(jī)排汽，回收乏汽量137.6t/h。若此驅(qū)動(dòng)蒸汽溫度超過(guò)熱泵允許的進(jìn)口溫度，由熱泵廠家配供所需減溫器（在蒸汽母管上配備減溫器，共2套，每套減溫器均能滿足一套49.5MW和一套60MW熱泵機(jī)組蒸汽總需求）。及其配套設(shè)施，即包括減溫器、減溫水所需的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及其前后關(guān)斷閥和旁路閥等，減溫器所需減溫水為凝結(jié)水減溫水，減溫水參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力4.0MPa，設(shè)計(jì)溫度80℃

②1臺(tái)60MW熱網(wǎng)循環(huán)水量為：1722t/h，熱網(wǎng)供回水溫度：90/60℃設(shè)計(jì)；2臺(tái)49.5MW熱泵及其前置凝汽器額定熱網(wǎng)循環(huán)水量為：1015t/h，熱網(wǎng)供回水溫度為：90/40℃。

5.2熱泵選型要求

作為熱泵的主要性能指標(biāo)，熱泵COP保證值必須大于等于1.7。該工程共安裝3臺(tái)熱泵，一臺(tái)60MW熱泵，兩臺(tái)49.5MW熱泵，兩臺(tái)49.5MW熱泵設(shè)前置凝汽器。

5.3熱泵機(jī)組技術(shù)參數(shù)

5.4設(shè)備性能

①49.5MW熱泵設(shè)計(jì)乏汽流量不小于33.5t/h；60MW熱泵設(shè)計(jì)乏汽流量不小于40.3t/h；

②49.5MW熱泵熱網(wǎng)循環(huán)水流量（最大值）1100m3/h；60MW熱泵熱網(wǎng)循環(huán)水流量（最大值）1722m3/h；

③49.5MW熱泵的余熱回收量不小于20.4MW；60MW熱泵的余熱回收量不小于24.7MW；

④49.5MW熱泵熱網(wǎng)回水設(shè)計(jì)溫度為40℃，60MW熱泵進(jìn)口設(shè)計(jì)溫度48℃，熱泵出口設(shè)計(jì)水溫90℃；熱網(wǎng)回水設(shè)計(jì)溫度為60℃，熱泵進(jìn)口設(shè)計(jì)溫度60℃，熱泵出口設(shè)計(jì)水溫90℃；

⑤單臺(tái)熱泵的COP值不小于1.7；

⑥熱泵及其他設(shè)備使用壽命：25年；

⑦噪聲：離開設(shè)備外表面1.0米距離處，噪聲小于85dB（A）。

⑧熱泵組所有部位外表溫度不超過(guò)50℃。

6熱泵制造技術(shù)措施

熱泵按照使用壽命為25年（不包括易損件）進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。熱泵具有長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的良好性能，無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不得小于一個(gè)完整的采暖季。熱泵要求具備較強(qiáng)的變工況運(yùn)行能力（例如：當(dāng)蒸汽壓力低于設(shè)計(jì)條件時(shí)的技術(shù)保證措施等），在能量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的不同負(fù)荷下保證平穩(wěn)運(yùn)行。

①熱泵換熱器的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證其換熱管不受腐蝕。為避免傳熱管堵塞和便于清洗，熱泵發(fā)生器、蒸發(fā)器、吸收器和冷凝器傳熱管采用具有耐腐蝕性、耐沖刷和易于保養(yǎng)的管材。

②根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況，熱泵機(jī)組蒸發(fā)器、吸收器、冷凝器和發(fā)生器換熱管束采用規(guī)格不小于Φ19、材質(zhì)具有高耐腐蝕性、耐沖刷、耐滲透的316L不銹鋼冷拔管。316L不銹鋼具有較強(qiáng)的耐腐蝕性和良好的可塑性，機(jī)械性能、物理性能都異常良好，可以滿足溴化鋰溶液腐蝕，以及耐蒸汽、乏汽以及熱水的沖刷，同時(shí)，良好的導(dǎo)熱性能和延展性能，又可以實(shí)現(xiàn)高效換熱，提高熱泵性能。

③為確保傳熱管與管板連接的嚴(yán)密性，熱泵機(jī)組換熱管316L不銹鋼管與Q345R低合金鋼管板采用先脹后焊的工藝進(jìn)行連接，保證熱泵機(jī)組的高氣密性。

④所有傳熱管采用冷拔管，對(duì)其進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)，確保質(zhì)量滿足相關(guān)規(guī)范要求。

⑤機(jī)械部件及其組件或局部組件有良好的互換性。

⑥每個(gè)通流管道和連接件內(nèi)部消除全部加工垃圾，如金屬切屑、填充物等。從內(nèi)外表面消除所有疏松的軋屑、銹皮、油脂等。

7.汽輪機(jī)改造

采用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)，對(duì)電廠原汽輪機(jī)進(jìn)行供熱抽汽改造，供汽管道、閥門等按照中排最大抽汽量為：150t/h；五段廠用抽汽每臺(tái)機(jī)的最大抽汽量為：93t/h。

7.1汽輪機(jī)改造范圍

①通過(guò)連通管上的一個(gè)三通管從機(jī)組右側(cè)（從機(jī)頭看）通過(guò)熱力管道向熱網(wǎng)供汽，三通管的上部管道和供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥相連，供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥上法蘭和連通管法蘭相連。把原中低壓連通管改造成帶有抽汽口的中低壓聯(lián)通管，在中低壓聯(lián)通管上增設(shè)供熱電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥。

②五段廠用抽汽管道上加裝液動(dòng)快關(guān)閥和電動(dòng)關(guān)斷閥；連通管上加裝泄壓安全閥，抽汽管道上加裝快關(guān)閥、逆止閥、電動(dòng)隔離閘閥及補(bǔ)償器等滿足供熱工況運(yùn)行的要求；

③中低壓連通管高度（聯(lián)通管兩側(cè)安裝吊耳）充分考慮行車的起吊高度以及保證中軸承座各軸瓦的正常檢修。

7.2汽輪機(jī)改造方案

①原有熱力系統(tǒng)配置不變，能保證原機(jī)組運(yùn)行安全。改造后，對(duì)改造范圍以外的設(shè)備壽命無(wú)不良影響。

②機(jī)組供熱工況下，負(fù)荷及采暖抽汽控制采取以熱定電方式。保證當(dāng)熱負(fù)荷變化時(shí)，不影響電負(fù)荷的正常調(diào)整。

③對(duì)通流部分及其它部件進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算和熱力計(jì)算，確保在各個(gè)抽汽工況下，控制好抽汽參數(shù)，保證中壓及低壓通流各級(jí)動(dòng)靜部分強(qiáng)度不超過(guò)設(shè)計(jì)值；核算抽汽后的脹差、軸位移變化值和軸向推力保證在供熱期間軸向推力在機(jī)組允許的范圍內(nèi)。重新設(shè)計(jì)改造中、低壓聯(lián)通管，以保證汽缸在夏季純凝和冬季供熱工況下均能夠自由的膨脹。

④在汽輪機(jī)中、低壓聯(lián)通管上加裝抽汽壓力調(diào)節(jié)碟閥實(shí)現(xiàn)調(diào)整抽汽供熱，改造為熱、電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，位于聯(lián)通管上的供熱蝶閥規(guī)格為DN1300，供熱安全閥具備足夠排放能力以確保安全，聯(lián)通管以外的快關(guān)閥、逆止閥和電動(dòng)隔離閥規(guī)格型號(hào)的設(shè)計(jì)為PN2.5DN500；5段抽汽快關(guān)閥和電動(dòng)隔離閥規(guī)格型號(hào)的設(shè)計(jì)為PN1.6DN800。

⑤聯(lián)通管上的抽汽壓力調(diào)節(jié)碟閥投入采暖抽汽壓力閉環(huán)控制，控制供熱壓力。供熱抽汽投入流程：在滿足條件后，點(diǎn)擊供熱抽汽投入按鈕，供熱抽汽處于手動(dòng)開環(huán)方式，點(diǎn)擊供熱增按鈕，關(guān)小供熱抽汽蝶閥，使機(jī)側(cè)的供熱抽汽壓力逐漸升高，當(dāng)機(jī)側(cè)的供熱抽汽壓力到達(dá)抽汽止回閥打開壓力時(shí)，抽汽止回閥開啟，對(duì)外供暖，此后操作供熱增減按鈕，控制抽汽量。如需投入供熱抽汽壓力反饋，則點(diǎn)擊供熱自動(dòng)手動(dòng)按鈕投入自動(dòng)，此時(shí)，可設(shè)定抽汽壓力目標(biāo)值，自動(dòng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。

⑥按照低壓缸的最小蒸汽流量，設(shè)定聯(lián)通管上抽汽壓力調(diào)控碟閥的最小通流面積，防止因鼓風(fēng)磨擦產(chǎn)生的熱量不能被及時(shí)帶走而導(dǎo)致低壓缸脹差增大。在外界熱負(fù)荷突降時(shí)，供熱管道壓力突升，到定值時(shí)安全門動(dòng)作，防止聯(lián)通管瞬間超壓，以保證汽輪機(jī)組安全運(yùn)行。

⑦改造后機(jī)組抽汽經(jīng)首站換熱器后凝結(jié)水疏回本機(jī)排汽裝置。重新設(shè)計(jì)改造、制作中、低壓聯(lián)通管，以保證汽缸在供熱期間能夠自由膨脹，聯(lián)通管重量分配考慮對(duì)中低壓缸的影響，并滿足行車起吊高度要求。

8.前置凝汽器

8.1前置凝汽器作用

在熱泵供熱系統(tǒng)中，當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度較低時(shí)，利用汽輪機(jī)乏汽對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行一級(jí)加熱，非采暖期停用。前置凝汽器是利用汽輪機(jī)乏汽加熱管側(cè)內(nèi)部熱網(wǎng)循環(huán)水的裝置，換熱量的控制通過(guò)熱網(wǎng)循環(huán)水流量及熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)出口溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

8.2前置凝汽器基本參數(shù)

8.3前置凝汽器性能保證值

①水側(cè)泄露次數(shù)：3次

②端差≤3℃

③前置凝汽器出口凝結(jié)水含氧量：20μg/l

④前置凝汽器水阻：≤40kPa

⑤噪聲：離開設(shè)備外表面1.0m距離處，噪聲小于85dB（A）。

8.4前置凝汽器制造技術(shù)措施

①前置凝汽器的換熱系數(shù)按HEI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，清潔系數(shù)為0.85。在從零到最大運(yùn)行工況的整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，出口凝結(jié)水含氧量不超出《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值。允許背壓短期升高至25kPa能正常運(yùn)行，并且前置凝汽器殼側(cè)能承受1.6MPa.g的正壓，并保證不損壞。

②前置凝汽器的有效換熱面積不低于額定換熱面積，且有效換熱面積在考慮5%堵管的情況下，仍留有10%的換熱裕量。殼體按全真空及循環(huán)水壓力設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)，以承受相連管道的反作用力。

③前置凝汽器殼側(cè)裝設(shè)泄壓閥，用于管子破損時(shí)保護(hù)殼體不受損，該泄壓閥的最小排放容量為10%的循環(huán)水流量或一根傳熱管完全斷裂時(shí)，在內(nèi)外壓差的作用下，兩個(gè)斷口側(cè)給水量，取較大值。前置凝汽器的管側(cè)裝設(shè)泄壓閥，用于當(dāng)前置凝汽器的進(jìn)水閥與出水閥關(guān)閉且汽側(cè)存有抽汽時(shí)，保護(hù)前置凝汽器不會(huì)因熱膨脹而超壓。前置凝汽器管側(cè)的壓力降不大于0.07MPa。前置凝汽器負(fù)荷升降率滿足至少大于3℃/min的要求，而不影響前置凝汽器的安全和壽命。

④殼體：前置凝汽器蒸汽入口允許的推力值和力矩值。當(dāng)在管束上部的殼體上設(shè)置人孔，以便維修與檢查管束。在每臺(tái)前置凝汽器殼體的兩個(gè)位置設(shè)接地棒，以便與接地網(wǎng)相連。

⑤熱井：熱井有足夠大的容積，不小于25t/h蒸汽流量下5分鐘的凝結(jié)水量。凝結(jié)水出水口設(shè)置防渦流裝置，并在該處設(shè)置濾網(wǎng)，高出熱井底部5～15cm，凝結(jié)水出口管合并為一個(gè)接口，位置設(shè)在設(shè)計(jì)院所要求的位置。熱井放水管帶有真空隔離門，該管能在1小時(shí)內(nèi)或更少時(shí)間排出正常水位下的全部凝結(jié)水。熱井內(nèi)部用檔板分隔開，在前置凝汽器兩端管板下部分區(qū)設(shè)置取樣水槽和取樣管接口，整套前置凝汽器共設(shè)8個(gè)檢漏接口，以監(jiān)視冷卻管與管板脹接嚴(yán)密性，防止硬水進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)。在前置凝汽器熱井各磁翻板水位計(jì)及水位控制管處，標(biāo)記永久性的正常水位、高限、高報(bào)警、低報(bào)警和低限水位等水位符號(hào)。熱井水位有足夠高度，保證在高、低報(bào)警水位之間不小于300mm。

⑥水室：前置凝汽器水室管板采用復(fù)合板。水室的設(shè)計(jì)壓力取循環(huán)水泵關(guān)斷壓力1.6MPa所對(duì)應(yīng)的水室底部的壓力與任何水錘沖擊壓力兩者中的較大值。水室進(jìn)水管離管板有足夠的距離，避免渦流和對(duì)進(jìn)口管板處管子的沖蝕。前置凝汽器設(shè)計(jì)確保所有管子的循環(huán)水流量分布均勻。

9.熱泵運(yùn)行情況

9.160MW熱泵機(jī)組運(yùn)行曲線

①機(jī)組供熱量隨熱水進(jìn)口溫度的變工況運(yùn)行曲線

②機(jī)組供熱量隨蒸汽壓力的變工況運(yùn)行曲線

9.249.5MW熱泵機(jī)組運(yùn)行曲線

①機(jī)組供熱量隨熱水進(jìn)口溫度的變工況運(yùn)行曲線

②機(jī)組供熱量隨蒸汽壓力的變工況運(yùn)行曲線

10.結(jié)束語(yǔ)

采用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)，進(jìn)行供熱改造工程在不新建熱源、基本不增加電廠燃煤量和污染物排放量的情況下，滿足供熱面積要求，達(dá)到供熱能力225MW，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及節(jié)能減排效果，符合國(guó)家節(jié)能減排政策要求。

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