前 言

在鋁型材的表面處理車間不僅需要給一些槽液供給熱量，同時(shí)也需要給一些槽液供給冷量。其中，熱水系統(tǒng)用于維持堿蝕槽、封孔槽和熱水洗槽等槽液25℃～85℃的高溫環(huán)境，而冷水系統(tǒng)用于保證氧化槽和電解著色槽等槽液處于18℃～22℃的低溫環(huán)境。在鋁型材的表面處理車間中，傳統(tǒng)的供熱與供冷設(shè)備是鍋爐與冷水機(jī)組，需要購置和安裝兩套設(shè)備，成本過高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝置和操作過程復(fù)雜，能耗大，能效低。本文介紹一種新型的余熱回收式雙效雙溫裝置，可同時(shí)替代鍋爐與冷水機(jī)組，其結(jié)構(gòu)緊湊，能效高，可以大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝置和操作過程。

在許多工業(yè)生產(chǎn)的過程中，都需要使用中高溫的熱源來實(shí)施加熱工藝，同時(shí)會(huì)有大量的工業(yè)余熱被釋放而造成浪費(fèi)。利用這種新型的余熱回收式雙效雙溫裝置也可對這些工業(yè)余熱進(jìn)行回收再利用，而且隨著余熱資源的溫度越高，該裝置的制熱系數(shù)就越大，能效比也越高。如果系統(tǒng)中需要供給冷量，則在制熱的同時(shí)產(chǎn)生低溫冷源，供生產(chǎn)冷卻用，節(jié)能效果更優(yōu)。

一、余熱回收式雙效雙溫裝置

余熱回收式雙效雙溫裝置可直接應(yīng)用于工業(yè)加熱，并同時(shí)用于制冷降溫，可發(fā)揮系統(tǒng)的最大優(yōu)勢。余熱回收式雙效雙溫裝置如圖1所示，該裝置分為制冷劑循環(huán)、熱水循環(huán)和冷水循環(huán)三個(gè)部分，熱水循環(huán)和冷水循環(huán)分別為用戶提供熱量和冷量。該裝置配有油冷卻系統(tǒng)和過熱器與過冷器，以保證壓縮機(jī)的可靠性和延長機(jī)器的使用壽命，提高制冷系數(shù)；利用“欠壓式”制熱技術(shù)和“大溫差、小流量”設(shè)計(jì)，提高轉(zhuǎn)換效率和制熱溫度，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。該裝置運(yùn)行中不排放任何可燃?xì)怏w，無煙塵排放，無廢棄物產(chǎn)生，設(shè)備運(yùn)行安全可靠。

該裝置利用少量電能則可得到幾倍的能量，加熱溫度可高達(dá)75℃-85℃，制冷溫度可低至7℃-17℃，其制熱系數(shù)可以達(dá)到5以上，制冷系數(shù)可以達(dá)到4.5以上，綜合效率可以達(dá)到9.5以上，即消耗1千瓦的電能，能夠得到9.5千瓦以上的能量，能效非常顯著。該裝置還回收熱水循環(huán)與冷水循環(huán)中回水的余熱，提高能源的利用率。

該系統(tǒng)的制冷劑采用環(huán)?；旌瞎べ|(zhì)R1340ab，冷凝溫度可達(dá)80℃左右。其臭氧破壞勢（ODP）為零，具有較低的溫室效應(yīng)勢（GWP），對大氣層環(huán)境無影響，并且具有良好的溶油性，無毒，運(yùn)行安全可靠。由于R1340ab具有在保證冷凝溫度為80℃左右時(shí)壓縮機(jī)的排氣壓力比較低、COP和臨界溫度都比較高等優(yōu)點(diǎn)，使之成為一種非常有效和安全的制冷劑替代品。

1、壓縮機(jī) 2.油分離器 3.冷凝器 4.過冷器 5.蒸發(fā)器 6.過熱器 7油冷卻器 8、12.泵

9、13.分液器 10、14.熱交換器11、15.集液器

圖1 余熱回收式雙效雙溫裝置系統(tǒng)圖

二、雙效雙溫裝置在鋁型材表面處理車間的應(yīng)用

現(xiàn)以年產(chǎn)6000噸鋁型材氧化著色車間為例進(jìn)行分析。其中堿蝕槽（4#槽）需要保持槽液溫度50℃-70℃，氧化處理前熱水洗槽（6#槽）需要保持槽液溫度30℃-60℃，氧化槽和著色槽（12#-14#、17#-19#槽）需要控制槽液溫度18℃-22℃，封孔槽（22#-23#槽）需要保持槽液溫度25℃-35℃，封孔后熱水洗槽（25#槽）需要保持水溫70℃-85℃。當(dāng)氧化著色車間所需要的熱量由蒸汽鍋爐提供、所需要的冷量由冷凍機(jī)組提供時(shí)，可以得到各個(gè)工藝槽內(nèi)所需要的能量需求如表1所示。工藝槽的4#槽、6#槽、22#-23#槽、25#槽需要加熱，總熱量為2965kW。由于12#-14#槽和17#-19#槽各配有1臺(tái)整流電源能產(chǎn)生1200kW的熱源，而且冷凍機(jī)組在生產(chǎn)冷量的同時(shí)能產(chǎn)生1044kW的熱源，因此，在12#-14#槽和17#-19#槽能夠得到2244kW的總熱源。這些熱源經(jīng)雙效雙溫裝置回收處理后能夠得到2933kW的熱量，與4#槽、6#槽、22#-23#槽、25#槽需要的加熱量相近。因此，該系統(tǒng)消耗700kW的功，即耗電700kW，就可以是滿足系統(tǒng)對熱量與冷量的需求。圖2所示為雙效雙溫裝置的單臺(tái)設(shè)備的工作原理圖，這臺(tái)設(shè)備既滿足了12#-14#槽的制冷要求，又滿足了4#槽的加熱要求。

為了滿足生產(chǎn)工藝，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)采用4臺(tái)單體設(shè)備組合成雙效雙溫裝置，4臺(tái)單體設(shè)備明確分工，二臺(tái)保障制冷，另外二臺(tái)保障制熱。啟動(dòng)4臺(tái)單體設(shè)備可以滿足系統(tǒng)的所有供熱要求，單臺(tái)制熱量為740kW，額定功率為149kW，分別對應(yīng)4#槽、6#槽、22#-23#槽、25#槽的熱量需要。啟動(dòng)2臺(tái)單體設(shè)備可以滿足系統(tǒng)的所有制冷要求，單臺(tái)制冷量為660kW。為穩(wěn)定雙效雙溫裝置的運(yùn)行，可使用地下水（地表水）作為熱源或冷源的補(bǔ)充。如果生產(chǎn)工藝需要熱量時(shí)， 12#-14#槽和17#-19#槽等不能或不能完全提供熱源時(shí)要使用地下水（地表水）作為熱源，如果生產(chǎn)工藝需要冷量時(shí)，4#槽、6#槽、22#-23#槽、25#槽等不需要熱或只部分需要熱量時(shí)要使用地下水（地表水）作為冷源。根據(jù)項(xiàng)目所在地的地質(zhì)情況，可以開鑿一口抽水井和一口回灌井，抽水井的抽水量達(dá)到120m³/h，回灌井的回灌量也應(yīng)達(dá)到120m³/h。地下水（地表水）作為熱源或冷源的補(bǔ)充，一定要做到及時(shí)調(diào)配，滿足需要。

表1各工藝槽的能量需求分析

圖2  雙效雙溫裝置的單臺(tái)設(shè)備工作原理圖

三、經(jīng)濟(jì)效益分析

1.改造投入經(jīng)費(fèi)

仍以年產(chǎn)6000噸鋁型材氧化著色車間為例進(jìn)行分析。在年產(chǎn)6000噸鋁型材氧化著色車間使用雙效雙溫裝置替代鍋爐與冷水機(jī)組，各項(xiàng)設(shè)備投資所需要的費(fèi)用如表2所示。

表2  投入經(jīng)費(fèi)估算

2.替換設(shè)備前后年運(yùn)行費(fèi)用比較

使用替換設(shè)備前后年運(yùn)行費(fèi)用的比較如表3所示。替換設(shè)備前年運(yùn)行費(fèi)用為425萬元，使用替換設(shè)備后年運(yùn)行費(fèi)用為143萬元，每年可以省下運(yùn)行費(fèi)用282萬元，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

表3  使用替換設(shè)備前后年運(yùn)行費(fèi)用比較表

備注：

（1）生產(chǎn)時(shí)間按一年200天24小時(shí)考慮；

（2）電價(jià)按0.70元/kWh計(jì)；

（3）重油按3.76元/kg計(jì)；

（4）蒸汽鍋爐的熱效率為80%，其燃料消耗量計(jì)算公式： 

 （1.1）

（5）雙效雙溫裝置、冷凍機(jī)組耗電量計(jì)算公式：

（1.2）

（6）循環(huán)水泵耗電量為雙效雙溫裝置或冷凍機(jī)組耗電量的20%。

3.靜態(tài)回收期計(jì)算

使用替換設(shè)備后設(shè)備成本雖然提高，但是年運(yùn)行費(fèi)用卻得到大幅縮減，替換設(shè)備投資的靜態(tài)回收期僅需0.8年，計(jì)算如(1.3)式，該裝置的全部投資回收期小于行業(yè)基準(zhǔn)投資回收期，表明該裝置的投資能按時(shí)收回，投資回收期小，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)，而且減少了對一次能源的使用。

四、社會(huì)效益分析

國家工業(yè)和信息化部2112年2月所發(fā)布的《有色金屬工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)“十二五”時(shí)期有色金屬要控制總量，加大節(jié)能減排。針對有色金屬工業(yè)的環(huán)境污染問題，《規(guī)劃》以重有色金屬污染防治為重點(diǎn)，提出從限制排放重金屬項(xiàng)目、積極推行清潔生產(chǎn)、強(qiáng)化監(jiān)管能力建設(shè)三個(gè)方面促進(jìn)行業(yè)環(huán)境保護(hù)。《規(guī)劃》提出要以發(fā)展精深加工、提升品種質(zhì)量為重點(diǎn)，以輕質(zhì)、高強(qiáng)、大規(guī)格、耐高溫、耐腐蝕、低成本為發(fā)展方向，大力發(fā)展鋁、鎂、鈦等高強(qiáng)輕合金材料，以提高性能、降低成本為方向。僅以年產(chǎn)6000噸鋁型材氧化著色車間使用雙效雙溫裝置替代蒸汽鍋爐與冷水機(jī)組為例，就可在運(yùn)行過程中年節(jié)約重油924噸，從一次能源來看，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1839噸，減少排放二氧化碳4596噸，二氧化硫138噸，氮氧化合物69噸，節(jié)能減排意義重大。

五、結(jié)論

在鋁型材的表面處理車間不僅需要給一些槽液加熱，同時(shí)也需要對一些槽液致冷。本文介紹一種余熱回收式雙效雙溫裝置，使用此裝置可替代鋁型材表面處理車間中傳統(tǒng)的鍋爐與冷水機(jī)組，實(shí)現(xiàn)同時(shí)供熱供冷。在鋁型材的表面處理車間不僅需要給一些槽液加熱，同時(shí)也需要對一些槽液致冷。本文介紹一種余熱回收式雙效雙溫裝置，使用此裝置可替代鋁型材表面處理車間中傳統(tǒng)的鍋爐與冷水機(jī)組，實(shí)現(xiàn)同時(shí)供熱供冷。
      1.在鋁型材的表面處理車間中，使用雙效雙溫裝置替代鍋爐和冷水機(jī)組是切實(shí)可行的。雙溫雙效裝置能效高，運(yùn)行安全可靠，為一些表面處理槽液提供熱量的同時(shí)又可以為另一些槽液提供冷量。地下水系統(tǒng)可以作為補(bǔ)充冷熱源的補(bǔ)充，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.在鋁型材表面處理車間使用雙效雙溫裝置替代鍋爐和冷水機(jī)組，雖然一次性改造設(shè)備投資稍高些，但是年運(yùn)行費(fèi)用有大幅減少，替換設(shè)備的投資回收期短，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越，減少了對一次能源的依賴；在社會(huì)效益方面，節(jié)能減排效果顯著。僅以年產(chǎn)6000噸鋁型材氧化著色車間使用雙效雙溫裝置替代蒸汽鍋爐與冷水機(jī)組為例，就可在運(yùn)行過程中年節(jié)約重油924噸，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1839噸，減排二氧化碳4596噸，二氧化硫138噸，氮氧化合物69噸。