1 引言
鋁型材表面處理生產(chǎn)線中的脫脂、封孔、熱水洗、燙洗等工藝需要消耗大量的熱能。常規(guī)的設(shè)計(jì)為配置蒸汽鍋爐或熱水爐提供所需熱源。蒸汽鍋爐采用燃油或燃?xì)鉃槟茉?，采用蒸汽作為熱媒，具有換熱器面積小、加熱效率高的特點(diǎn)。由于燃油鍋爐有煙氣污染問題，目前較多采用燃?xì)忮仩t。熱水爐采用電為能源，采用高溫?zé)崴鳛闊崦?。熱水爐由于不產(chǎn)生水的相變，相應(yīng)的熱損失較小，加熱效率較高，但由于電加熱的能效為1，加熱所需電能消耗較大。
熱泵（Heat Pump）是一種通過壓縮機(jī)做功將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置，是全世界倍受關(guān)注的新能源技術(shù)。通過壓縮機(jī)做功，從而將廢棄的熱能提高溫度用于生產(chǎn)線工藝加熱，可以取得較高的能效比（發(fā)熱功率和輸入功率之比），從而大量節(jié)省能源。
研究和實(shí)踐表明，在相同條件下，把一噸水從20℃加熱到60℃，用電加熱年平均費(fèi)用為55元/噸，用燃油年平均費(fèi)用為50元/噸，用燃?xì)饽昶骄M(fèi)用為40元/噸，而用熱泵年平均費(fèi)用僅為13元/噸。因此，采用熱泵技術(shù)供熱，可有效降低工廠能耗，并避免鍋爐的安全環(huán)保等管理難題。
常用熱泵一般可制取最高60℃的熱水或空氣，限制了熱泵在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。采用工業(yè)用高溫?zé)岜?，制取熱水或熱風(fēng)溫度最高可達(dá)90℃，有效拓展了熱泵供熱系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。完全可以替代表面處理生產(chǎn)線功能槽供熱鍋爐，實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)能效果。
2 節(jié)能效益分析
以某鋁型材氧化電泳車間為例，平均所需加熱功率1000kW，采用燃油、燃?xì)忮仩t、電熱水爐和熱泵的能耗對比如下。
表1：采用不同熱源時的能耗對比
由上述對比可以看出，即使采用較為保守的2.5倍能效比，采用熱泵供熱年運(yùn)行費(fèi)用也只有其他方式的40%-50%左右。節(jié)約經(jīng)費(fèi)在142萬元至274萬元之間。雖然熱泵投資成本高于鍋爐和熱水爐，但由于節(jié)能效果顯著，一般可在兩年內(nèi)收回投資成本，其后可為企業(yè)創(chuàng)造可觀的節(jié)能效果。
3 應(yīng)用高溫?zé)岜眉夹g(shù)利用生產(chǎn)線余熱
熱泵采用壓縮機(jī)來轉(zhuǎn)移熱量，其升溫能力受到壓縮機(jī)壓縮比限制。常規(guī)熱泵在制取40-50℃熱水時具有較大優(yōu)勢，具有較高的能效比，在熱源溫度較高時，甚至可以達(dá)到4.5以上，具有更高的節(jié)能效果。但在制取60-70℃以上熱水時，受壓縮機(jī)壓縮比限制，其能效比較低。熱泵機(jī)組可采用混合工質(zhì)提高制熱溫度，但仍會受到壓縮機(jī)效率的限制。在制取較高溫度熱水時，由于運(yùn)行工況較為惡劣，導(dǎo)致熱泵機(jī)組可靠性下降。采用特殊設(shè)計(jì)的雙級熱泵和復(fù)疊式熱泵，可以通過雙級壓縮和復(fù)疊式系統(tǒng)很好解決壓縮比限制問題，提高熱泵制取熱水溫度可接近100℃。此時熱泵系統(tǒng)能效比雖然較低，但仍可達(dá)到2.5左右，按照表1計(jì)算分析，仍具有良好的節(jié)能效益。
實(shí)測表明，燙洗槽由于槽液溫度高達(dá)70-80℃，能耗占到表面處理生產(chǎn)線槽液加熱能耗的絕大部分。采用雙級或復(fù)疊機(jī)組的高溫?zé)岜每芍迫?0℃以上熱水，可滿足燙洗槽加熱需求和其他功能槽加熱需求，完全可以替代蒸汽鍋爐和熱水爐，取得較好的節(jié)能效果。
鋁材氧化電泳生產(chǎn)線的氧化槽由于反應(yīng)發(fā)熱，必須配置制冷機(jī)組維持恒定的反應(yīng)溫度。熱泵系統(tǒng)可充分利用氧化槽制冷系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的低溫余熱，將其溫度提升再利用至加熱功能槽。由于氧化槽制冷機(jī)組轉(zhuǎn)移的余熱溫度穩(wěn)定，熱量充足，可為高溫?zé)岜玫倪\(yùn)行提供良好的低溫?zé)嵩?。同時，熱泵系統(tǒng)的接入也有利于提升制冷系統(tǒng)的制冷效果。如在設(shè)計(jì)新線時，綜合考慮氧化槽制冷需求和功能槽加熱需求，可設(shè)計(jì)制冷和加熱雙效系統(tǒng)，取得較高的綜合能效比，進(jìn)一步降低表面處理生產(chǎn)線制冷制熱能耗。
4 結(jié)論
鋁型材表面處理生產(chǎn)線的封孔、熱水洗、燙洗等工藝均需消耗熱能，一般采用蒸汽鍋爐或熱水爐提供。高溫?zé)岜眉夹g(shù)由于具有較高的能效比，且采用清潔的電能，并可利用表面處理線的低溫余熱，采用高溫?zé)岜锰娲鷤鹘y(tǒng)的蒸汽鍋爐或熱水爐加熱可取代顯著的節(jié)能效果，并具有安全和環(huán)保優(yōu)勢。經(jīng)對比可知，高溫?zé)岜每芍迫?0℃熱水，滿足鋁材表面處理生產(chǎn)線各功能槽的加熱需求。雖然高溫?zé)岜媚苄П缺瘸Ｒ?guī)熱泵要低，但與蒸汽鍋爐和熱水爐相比，仍具有顯著的節(jié)能效果，創(chuàng)造較高的節(jié)能效益。鋁加工行業(yè)應(yīng)大力推廣高溫?zé)岜锰娲仩t，在節(jié)能減排的同時取得良好的節(jié)能效益。