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，同時也需要給一些槽液供給冷量。其中，熱水系統用于維持堿蝕槽、封孔槽和熱水洗槽等槽液25℃～85℃的高溫環境，而冷水系統用于保證氧化槽和電解著色槽等槽液處于18℃～22℃的低溫環境。在鋁型材的表面處理車間中，傳統的供熱與供冷設備是鍋爐與冷水機組，需要購置和安裝兩套設備，成本過高，系統結構裝置和操作過程復雜，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，可同時替代鍋爐與冷水機組，其結構緊湊，能效高，可以大大簡化系統結構裝置和操作過程。

在許多工業生產的過程中，都需要使用中高溫的熱源來實施加熱工藝，同時會有大量的工業余熱被釋放而造成浪費。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余熱進行回收再利用，而且隨著余熱資源的溫度越高，該裝置的制熱系數就越大，能效比也越高。如果系統中需要供給冷量，則在制熱的同時產生低溫冷源，供生產冷卻用，節能效果更優。

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用于工業加熱，并同時用于制冷降溫，可發揮系統的最大優勢。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、熱水循環和冷水循環三個部分，熱水循環和冷水循環分別為用戶提供熱量和冷量。該裝置配有油冷卻系統和過熱器與過冷器，以保證壓縮機的可靠性和延長機器的使用壽命，提高制冷系數；利用“欠壓式”制熱技術和“大溫差、小流量”設計，提高轉換效率和制熱溫度，節省運行費用。該裝置運行中不排放任何可燃氣體，無煙塵排放，無廢棄物產生，設備運行安全可靠。

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75℃-85℃，制冷溫度可低至7℃-17℃，其制熱系數可以達到5以上，制冷系數可以達到4.5以上，綜合效率可以達到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與冷水循環中回水的余熱，提高能源的利用率。

該系統的制冷劑采用環保混合工質R1340ab，冷凝溫度可達80℃左右。其臭氧破壞勢（ODP）為零，具有較低的溫室效應勢（GWP），對大氣層環境無影響，并且具有良好的溶油性，無毒，運行安全可靠。由于R1340ab具有在保證冷凝溫度為80℃左右時壓縮機的排氣壓力比較低、COP和臨界溫度都比較高等優點，使之成為一種非常有效和安全的制冷劑替代品。

1、壓縮機 2.油分離器 3.冷凝器 4.過冷器 5.蒸發器 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圖

二、雙效雙溫裝置在鋁型材表面處理車間的應用

現以年產6000噸鋁型材氧化著色車間為例進行分析。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組提供時，可以得到各個工藝槽內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臺整流電源能產生1200kW的熱源，而且冷凍機組在生產冷量的同時能產生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，該系統消耗700kW的功，即耗電700kW，就可以是滿足系統對熱量與冷量的需求。圖2所示為雙效雙溫裝置的單臺設備的工作原理圖，這臺設備既滿足了12#-14#槽的制冷要求，又滿足了4#槽的加熱要求。

為了滿足生產工藝，在實際運行時采用4臺單體設備組合成雙效雙溫裝置，4臺單體設備明確分工，二臺保障制冷，另外二臺保障制熱。啟動4臺單體設備可以滿足系統的所有供熱要求，單臺制熱量為740kW，額定功率為149kW，分別對應4#槽、6#槽、22#-23#槽、25#槽的熱量需要。啟動2臺單體設備可以滿足系統的所有制冷要求，單臺制冷量為660kW。為穩定雙效雙溫裝置的運行，可使用地下水（地表水）作為熱源或冷源的補充。如果生產工藝需要熱量時， 12#-14#槽和17#-19#槽等不能或不能完全提供熱源時要使用地下水（地表水）作為熱源，如果生產工藝需要冷量時，4#槽、6#槽、22#-23#槽、25#槽等不需要熱或只部分需要熱量時要使用地下水（地表水）作為冷源。根據項目所在地的地質情況，可以開鑿一口抽水井和一口回灌井，抽水井的抽水量達到120m³/h，回灌井的回灌量也應達到120m³/h。地下水（地表水）作為熱源或冷源的補充，一定要做到及時調配，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設備工作原理圖

三、經濟效益分析

1.改造投入經費

仍以年產6000噸鋁型材氧化著色車間為例進行分析。在年產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組，各項設備投資所需要的費用如表2所示。

表2  投入經費估算

2.替換設備前后年運行費用比較

使用替換設備前后年運行費用的比較如表3所示。替換設備前年運行費用為425萬元，使用替換設備后年運行費用為143萬元，每年可以省下運行費用282萬元，經濟效益非常可觀。

表3  使用替換設備前后年運行費用比較表

備注：

（1）生產時間按一年200天24小時考慮；

（2）電價按0.70元/kWh計；

（3）重油按3.76元/kg計；

（4）蒸汽鍋爐的熱效率為80%，其燃料消耗量計算公式： 

 （1.1）

（5）雙效雙溫裝置、冷凍機組耗電量計算公式：

（1.2）

（6）循環水泵耗電量為雙效雙溫裝置或冷凍機組耗電量的20%。

3.靜態回收期計算

使用替換設備后設備成本雖然提高，但是年運行費用卻得到大幅縮減，替換設備投資的靜態回收期僅需0.8年，計算如(1.3)式，該裝置的全部投資回收期小于行業基準投資回收期，表明該裝置的投資能按時收回，投資回收期小，經濟性能優，而且減少了對一次能源的使用。

四、社會效益分析

國家工業和信息化部2112年2月所發布的《有色金屬工業“十二五”發展規劃》強調“十二五”時期有色金屬要控制總量，加大節能減排。針對有色金屬工業的環境污染問題，《規劃》以重有色金屬污染防治為重點，提出從限制排放重金屬項目、積極推行清潔生產、強化監管能力建設三個方面促進行業環境保護。《規劃》提出要以發展精深加工、提升品種質量為重點，以輕質、高強、大規格、耐高溫、耐腐蝕、低成本為發展方向，大力發展鋁、鎂、鈦等高強輕合金材料，以提高性能、降低成本為方向。僅以年產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組為例，就可在運行過程中年節約重油924噸，從一次能源來看，節約標準煤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，節能減排意義重大。

五、結論

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的鍋爐與冷水機組，實現同時供熱供冷。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的鍋爐與冷水機組，實現同時供熱供冷。
      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組是切實可行的。雙溫雙效裝置能效高，運行安全可靠，為一些表面處理槽液提供熱量的同時又可以為另一些槽液提供冷量。地下水系統可以作為補充冷熱源的補充，保障系統穩定運行。

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組，雖然一次性改造設備投資稍高些，但是年運行費用有大幅減少，替換設備的投資回收期短，經濟性能優越，減少了對一次能源的依賴；在社會效益方面，節能減排效果顯著。僅以年產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組為例，就可在運行過程中年節約重油924噸，節約標準煤1839噸，減排二氧化碳4596噸，二氧化硫138噸，氮氧化合物69噸。