1 引言

鋁型材表面處理生產線中的脫脂、封孔、熱水洗、燙洗等工藝需要消耗大量的熱能。常規(guī)的設計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氣為能源，采用蒸汽作為熱媒，具有換熱器面積小、加熱效率高的特點。由于燃油鍋爐有煙氣污染問題，目前較多采用燃氣鍋爐。熱水爐采用電為能源，采用高溫熱水作為熱媒。熱水爐由于不產生水的相變，相應的熱損失較小，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）是一種通過壓縮機做功將低位熱源的熱能轉移到高位熱源的裝置，是全世界倍受關注的新能源技術。通過壓縮機做功，從而將廢棄的熱能提高溫度用于生產線工藝加熱，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℃，用電加熱年平均費用為55元/噸，用燃油年平均費用為50元/噸，用燃氣年平均費用為40元/噸，而用熱泵年平均費用僅為13元/噸。因此，采用熱泵技術供熱，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)領域的應用。采用工業(yè)用高溫熱泵，制取熱水或熱風溫度最高可達90℃，有效拓展了熱泵供熱系統(tǒng)的應用范圍。完全可以替代表面處理生產線功能槽供熱鍋爐，實現(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、燃氣鍋爐、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，采用熱泵供熱年運行費用也只有其他方式的40%-50%左右。節(jié)約經費在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 應用高溫熱泵技術利用生產線余熱

熱泵采用壓縮機來轉移熱量，其升溫能力受到壓縮機壓縮比限制。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，受壓縮機壓縮比限制，其能效比較低。熱泵機組可采用混合工質提高制熱溫度，但仍會受到壓縮機效率的限制。在制取較高溫度熱水時，由于運行工況較為惡劣，導致熱泵機組可靠性下降。采用特殊設計的雙級熱泵和復疊式熱泵，可以通過雙級壓縮和復疊式系統(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，但仍可達到2.5左右，按照表1計算分析，仍具有良好的節(jié)能效益。

實測表明，燙洗槽由于槽液溫度高達70-80℃，能耗占到表面處理生產線槽液加熱能耗的絕大部分。采用雙級或復疊機組的高溫熱泵可制取90℃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。

鋁材氧化電泳生產線的氧化槽由于反應發(fā)熱，必須配置制冷機組維持恒定的反應溫度。熱泵系統(tǒng)可充分利用氧化槽制冷系統(tǒng)轉移的低溫余熱，將其溫度提升再利用至加熱功能槽。由于氧化槽制冷機組轉移的余熱溫度穩(wěn)定，熱量充足，可為高溫熱泵的運行提供良好的低溫熱源。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。如在設計新線時，綜合考慮氧化槽制冷需求和功能槽加熱需求，可設計制冷和加熱雙效系統(tǒng)，取得較高的綜合能效比，進一步降低表面處理生產線制冷制熱能耗。

4 結論

鋁型材表面處理生產線的封孔、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。高溫熱泵技術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，采用高溫熱泵替代傳統(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。經對比可知，高溫熱泵可制取90℃熱水，滿足鋁材表面處理生產線各功能槽的加熱需求。雖然高溫熱泵能效比比常規(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)應大力推廣高溫熱泵替代鍋爐，在節(jié)能減排的同時取得良好的節(jié)能效益。