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（發熱功率和輸入功率之比），從而大量節省能源。

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，限制了熱泵在工業領域的應用。采用工業用高溫熱泵，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，實現較好的節能效果。

2 節能效益分析

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，但由于節能效果顯著，一般可在兩年內收回投資成本，其后可為企業創造可觀的節能效果。

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。常規熱泵在制取40-50℃熱水時具有較大優勢，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，取得較好的節能效果。

鋁材氧化電泳生產線的氧化槽由于反應發熱，必須配置制冷機組維持恒定的反應溫度。熱泵系統可充分利用氧化槽制冷系統轉移的低溫余熱，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，熱泵系統的接入也有利于提升制冷系統的制冷效果。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，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的蒸汽鍋爐或熱水爐加熱可取代顯著的節能效果，并具有安全和環保優勢。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熱泵要低，但與蒸汽鍋爐和熱水爐相比，仍具有顯著的節能效果，創造較高的節能效益。鋁加工行業應大力推廣高溫熱泵替代鍋爐，在節能減排的同時取得良好的節能效益。