中温热泵在涂装、电镀工艺加热中的应用

摘要：本文针对某中、高温水源热泵的特点，结合某卫浴产品涂装、电镀加工工艺过程中对不同槽液的加热需要，采用热泵机组代替原来燃气加热的方式，以可再生能源和电能替代了一次能源-石油液化气，有效减少了高温气体及温室气体CO2。减少了运行费用，运行安全、稳定，管理简便。

前言

当今世界，常规能源日见短缺，温室效应明显加快，环境污染日趋严峻，为了避免对常规能源的过度索取和保护人类赖以生存的自然环境，大力开发利用可再生能源，节约使用能源已成为科技发展的潮流。热泵技术日益成熟，得到了广泛应用，在我国已具备了推广的基本条件并具有了技术研发和制造的能力。

热泵是使热量从低温介质流向高温介质的装置。传统的加热系统通常采用各种锅炉，如果采用热泵模式运行，不但节省了运行成本，全年仅消耗少量清洁的电力，并且回收了部分废热，大大减轻了传统加热造成的大气污染问题，减少CO2和其它污染物排放。

1、工程概况及分析

1.1 工程背景

宁波威霖住宅设施有限公司位于宁波象山，主要产品为中央空调出风口、卫浴排水及相关五金塑料产品，其涂装生产流水线产品加工任务繁重，为全天24小时运行。生产流水线上有二个需要加热的溶液槽，即预脱脂槽和脱脂槽。不同类型的产品在生产线上生产时，它们需要的工作温度也不一样，即溶液槽的工作温度需要从50℃-65℃之间自动调节。同时，溶液槽的溶液在生产使用一段时间后需要定期更换，更换后的溶液需要快速升温到工作温度以提高生产效率。预脱脂槽容积10.5m3,一次性的升温功率为305kw，保温功率85kw/h。脱脂槽容积8.5 m3，一次性的升温功率为245kw,保温功率65kw/h。

1.2热泵工艺流程及设计参数

热泵加热系统由热泵机组、喷涂线烘烤房热回收装置、溶液槽水泵循环系统组成（见图1）。热回收装置由翅片式热回收器、热回收水箱、热水循环泵组成，翅片式热回收器吸收涂装线烘烤房排放的废气热量加热回收水箱的水，回收的热水作为热泵机组的热源提供给机组的蒸发器，槽液通过溶液泵与机组的冷凝器直接进行热交换来加热槽液。

本系统选用合肥天鹅制冷科技有限公司的中高温机组二台。机组型号：LSBH-G-90DD，制热量为：90kw/h，输入功率22kw.一台机组用于预脱脂槽的槽液加热，另一台用于脱脂槽的槽液加热。机组设计参数表如表1.

2、系统运行状况

满足热泵机组运行的热源侧即回收热水箱温度的稳定性是机组的正常高效运行的前提。回收热水箱的热量来自热回收交换器吸取的喷涂房排放的废热能量，通过热回收一方面满足回收热水箱中热源侧水温，另一方面降低喷涂房废热排放的温度——从未安装热回收交换器时的150度左右降至目前的80度左右，减少了对周边环境的热污染。某单次的热泵机组启动，统计对应的槽液温度与热回收水箱温度的曲线如下图2.

图2曲线说明：以每10分钟为节点统计某次热泵运行的情况

上面二条曲线为槽液进出热泵的槽液温度曲线

下面 二条曲线为热回收水箱的热水温度曲线

从图2所示，热回收水温在一定的范围内（40-50℃）的波动可以满足热泵机组的稳定运行。槽液温度从50℃至65℃之间平稳上升，主机出液温度60-80℃可调，满足槽液恒温（50-65℃可调）的工艺要求。在槽液温度需要稳定在一定的温度点时，可以通过热泵机组的控制面板做回液温度设定，机组根据设置温度做热泵机组的自动启停和多级能量调节,原先配置的燃气热水炉做为备用。

3、系统运行能耗特性及运行费用分析

1、热泵系统能耗包括4部分，⑴热泵主机电能耗⑵热回收水泵电能耗⑶槽液循环水泵电能耗(4)热源循环水泵。燃气加热系统包括3部分，⑴燃气炉燃气能耗⑵槽液循环水泵电能耗⑶热源循环水泵，二种系统理论设计的能耗状况如表2

表2

2、运行费用分析

表3是按热泵加热和燃气加热系统24h的使用费用理论情况做对比分析：

表3

从表3所示，采用热泵系统加热，理论上一天的费用为1017.6元，采用燃气炉系统加热，理论上一天的费用为3054元。热泵加热系统与燃气加热系统运行费用的比值为1017.6/3054= 33.3%. 即热泵加热系统具备较显著的节能效果。

同时减少使用石油液化气64824 m3/年，减少CO2排放150T/年。

生产线在实际使用时，因为每天的生产时间和生产负荷是可变的，外部环境温度是变化的（-5℃-38℃），所以对应的使用费用同时呈现可变性。但节能比率不受生产时间和生产负荷的变动而变化，表4说明不同的负荷状况下的年度节约费用。

表 4

4、投资分析

该热泵加热系统总投资60余万元，通过表4可知，按80%生产负荷计算，投资回报期限约为一年，按50％生产负荷计算，投资回报期限约为二年。

结论

在涂装流水线和电镀等各种工业生产中采用中、高热泵技术可以减少一次能源利用量，减少CO2有害气体其它燃烧产生的污染物的排放，用热回收方式取得的原排放废热气作热源，通过热泵机组转换成了有效中、高温热能，是一种可持续发展的环保节能新技术，本文所介绍的中、高型热泵系统适用范围广、运行稳定可靠、运行费用低、节能和环保效益显著。

中高温热泵应用于工业生产方面还刚刚起步。推广热泵技术需要政府的政策引导、需对设计和施工人员的加强培训、需规范设备和材料的配套以及提高公众对热泵技术的了解程度。通过政府部门、新闻媒体、科研机构和工程技术人员的共同努力，中高温热泵技术在工业生产中的应用将会得到较快的推广和发展。