项目概况

在浙江宁波某电镀工厂内，有四条磷化生产线的除油槽、磷化槽以及皂化槽需要加热保温，所需保温温度在80-85℃。该电镀工厂之前是通过燃气锅炉燃烧天然气来产生160℃左右的高温蒸汽，然后通过蒸汽管道分别供给每个生产线中需要加热的水槽，在水槽中换热来使水槽保温。目前保温蒸汽的使用量大约在0.3t/h每条生产线，核算出来全年费用在170万元左右。因工厂节能降碳改造升级需求，需要针对蒸汽供应系统进行供热端改造。

设计参数

在实际保温使用过程中，A、B、C、D四条生产线，具体的保温温度和水槽类型有所差异，但是基本上每条生产线需要保温的水槽都为5000升左右，所需保温温度都为80-85℃。除了需要进行保温外，还需要针对部分恒温槽进行换水操作，A、B、C线药水更换频率大概15天左右更换一次，D线约2天左右更换一次，每次不超过2个槽同时换水（即不超过2000升水需要替换），需要从常温加热到85℃，一般是先加热到65℃然后再加入物料后换热至85℃，需要在1-1.5个小时内完成换水并加热。工厂平均每年工作300天，一天10个小时，电价在0.9元每度电。

（1）保温水箱散热热损失核算

使用水池散热模型进行计算，按照恒温池冬季环境温度为5℃，考虑恒温池保温状况良好，仅考虑散热热损失，不考虑磷化器件带走热量的损失，同时考虑到实际4条生产线的水池平均温度会略低于85℃，可以取热损失系数为0.95，则总的热损失核算结果为245.3kW。

（2）器件带走热损失核算

根据实际情况可知，目前每条生产线实际使用过程中有2个容积在1100升的磷化槽，全负荷工作的时候，每个磷化槽需要在8分钟内将平均质量为350kg的钢铁制件从环境温度加热至磷化槽内的温度85℃，冬季时取环境温度为5℃，此时水槽内温度会在8分钟内下降3-5℃，非冬季时温度会下降2-3℃，该部分热量会被物件带走，作为磷化器件带走热损失进行核算，则8个磷化槽的热损失为212kW。

总的热损失为保温水箱散热热损失和磷化器件带走热损失之和，约为452kW。

主机选型

根据系统所需保温加热功率为452kW，使用4台诺通科技设备型号为DKFXRS-120II/FD的空气源热泵蒸汽机即可满足系统保温需求，具体参数见表1，实物如图1所示。

图1 诺通科技DKFXRS-120II/FD空气源热泵蒸汽机照片

设计安装

在实际设计过程中，4台空气源热泵蒸汽机，再搭配一个容积1立方的供热水箱，在输出端既可以供应120℃蒸汽，还可以根据实际需求降低供热温度来提高系统效率，最低可以供应95℃高温热水，所以该系统可以实现95-120℃范围内的高温热水或蒸汽的供热，实际供应情况可根据现场需求决定，适当的降低供应温度可以减少能耗，缩短设备回收周期。在供应端通过管道同程设计来保证管阻一致，使得水蒸气和热水可以有效的送至每个恒温槽的换热器中，并最终回流至供热水箱。同时根据系统需求配备有纯水机和保温水箱。

根据工厂实际情况，系统的三维设计图如图2所示，实际安装完成后，室外核心设备安装情况如图3所示，实际室外占地长14米，宽4米，面积为56平方米。

图2 供热系统三维图

图3    供热系统照片

应用效果

该项目于2022年11月份动工，于2022年底前完成项目施工并调试完成交付，于2023年1月与2月进行了生产运行，目前所有设备运行状态稳定，生产线供热效果良好，能够稳定的给所有磷化生产线供热，并保证供热效果。

目前整体供热系统在宁波市环境温度不低于-20℃的工况下，始终能够满足95-120℃高温热水的供应。在磷化生产线运行时，始终能够满足A、B、C、D四条生产线中除油槽生产温度为70-80℃、磷化槽生产温度为80-85℃以及皂化槽生产温度为65-70℃的保温需求。并且通过系统设备的智能控制满足磷化产线开始生产时在1小时左右实现除油槽加热到80℃、磷化槽加热到85℃以及皂化槽加热到70℃的需求。

诺通科技磷化生产线供热系统在实际运行过程中，控制系统显示数据如图4所示，图5为1月份实际生产过程中，恒温槽的现场保温情况。

目前实际使用过程中，诺通科技DKFXRS-120II/FD空气源热泵蒸汽机实际进水温度设定为105℃，储水温度设定为110℃，系统整体的COP在1.8附近，每天耗能约为3050度电左右，每天使用费用为2750元，预计每年运行费用在82万元，和原系统相比每年节约运行费用近90万元，节省近53%运行成本。

图4  供热系统实际运行数据 

图5  供热系统生产现场保温情况