【doc】 壓縮空氣系統(tǒng)吸附式干燥器節(jié)能技術(shù)分析

1、壓縮空氣系統(tǒng)吸附式干燥器節(jié)能技術(shù)分析閔圣愷一秦宏波汪國(guó)興胡壽根1.上海理工大學(xué)2.上海節(jié)能服務(wù)中心摘要:吸附式干燥器具有結(jié)枸簡(jiǎn)單,i作可靠穩(wěn)定等特點(diǎn),在壓縮空氣后處理中有著大量的應(yīng)用.但是存在再生過程中需要消耗大量千壓縮空氣的缺點(diǎn)本文介紹了目前幾種應(yīng)用于吸附式干燥機(jī)的節(jié)能技術(shù),并探討了它們的原理關(guān)鍵詞:吸附式干燥器節(jié)能壓縮空氣minshengkaiqinl-longhowangguo-xinghushougenuniversityofsharlghaiforscienceandtechnology.shanghaienergyconservationservicecenterabstract:

2、becauseofsimplicityandreliability,thedesiccantdyersalewidelyusedincompressedairtreatment.butithastheshocomingthatrequiringhishpercentsofairtoregeneratethedesiccantandhighoperationcost.thispaperintroducesseveralener”conservationtechnologiesfordesiccantandtheirprinciples.keywords:desiccantdyerenergyco

3、nservationcompressedair1概述壓縮空氣作為一種重要的動(dòng)力源,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中.許多應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)壓縮空氣的含水量都有明確的要求,需要使用干燥裝置將壓縮空氣處理至所需干燥度.目前廣泛使用的干燥器的類型主要有冷凍式和吸附式.其審冷凍式由于受到水結(jié)冰溫度為0的限制,其出口露點(diǎn)溫度范圍有限,最低也就在2左右,因此其使用受到了限制吸附式干燥器的出口露點(diǎn)溫度可以達(dá)i一20至一10o,有著了更為廣泛的應(yīng)用.吸附式干燥器也可分為無熱再生式,加熱再生式,微熱再生式等幾種.吸附式干燥器一般采用雙塔式,一塔進(jìn)行吸附.一塔進(jìn)行解吸.106盤幸tanghaieconsewation20

4、05no4無熱再生式干燥器是將部分成品干壓縮空氣減壓,使得降壓后的壓縮空氣的相對(duì)濕度大大降低,然后使這部分藏壓后的干空氣通過待再生的吸附劑,此時(shí)吸附劑中水的分壓力高于壓縮空氣中水的分壓力,吸附劑中的水分向再生氣中擴(kuò)散,吸附劑得到了再生.因?yàn)樵偕鷷r(shí)溫度不變,使用減壓解吸的方琺,所以又稱變壓吸附無熱再生干燥器實(shí)際工怍步驟為吸附,再生,均壓三步大概需要消耗13%到17%的成品干壓縮空氣用于再生,耗氣量較高.有熱再生吸附法即在壓力不變的條件下,在常溫下吸附,在高溫下解吸,也稱變溫吸附,需要消耗較高電能.微加熱再生法是介于加熱再生和無熱再生之間的一種再生方法:他用電能加熱減壓后的干壓縮空氣,使其再生能力

5、得到加強(qiáng).與無熱再生相比,耗氣量減少,使有效供氣量增加.微熱和有熱再生干燥器則在一個(gè)運(yùn)行周期中,在再生步驟后多了一個(gè)冷吹的過程.ill雖然吸附式干燥器運(yùn)行穩(wěn)定可靠,但是往往存在著消耗空氣量較大或者耗電較高的問題,能源的消耗較高.因此,采用節(jié)能技術(shù)措施降低吸附式干燥器耗能,降低企業(yè)的生產(chǎn)成本,提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有著明顯的現(xiàn)實(shí)意義.本文將綜述幾種吸附式干燥器的節(jié)能技術(shù).2無油空壓機(jī)的余熱利用技術(shù)有熱再生吸附式干燥器,在再生時(shí)需要消耗大量的電能用以加熱再生氣.但是由于壓縮機(jī)排氣溫度較高通常在8o125oc,甚至更高,在實(shí)際使用中許多設(shè)備對(duì)于設(shè)備進(jìn)口溫度有著明確的要求,一般最高人口溫度應(yīng)控制在4050以下

6、.必須將壓縮機(jī)出口溫度高達(dá)8o至125oc的壓縮空氣冷卻下來方可使用.冷卻的過程中(風(fēng)冷,水冷)有大量的熱量被白白浪費(fèi)掉.如果能夠利用此部分熱能來再生吸附劑,就可以充分利用能源,自然起到降低能耗,節(jié)約生產(chǎn)成本的目的.由于壓縮機(jī)出口的高溫壓縮空氣具有較高的溫度和很低的相對(duì)濕度,完全可以用于吸附劑的再生.壓縮機(jī)出口的壓縮空氣,雖然由于體積的壓縮,單位體積內(nèi)的含水量大大增加,絕對(duì)濕度較高,但是由于其溫度也較高,因此氣體實(shí)際的相對(duì)干濕度仍然非常小,具有較大的攜水能力.壓縮機(jī)出口空氣相對(duì)濕度的計(jì)算:根據(jù)道爾頓分壓定律:=+(i)式中pb表示壓縮空氣壓力(絕對(duì)壓力)表示水蒸氣的分壓力(絕對(duì)壓力)表示干空氣

7、的分壓力(絕對(duì)壓力)一定溫度,壓力下空氣所能攜帶的最大水蒸氣量是有限的.當(dāng)水蒸氣的分壓力達(dá)到此溫度下水的飽和壓力時(shí),空氣所能攜帶的水蒸氣量達(dá)到最大,即飽和狀態(tài).濕度是指濕空氣中所含水蒸氣的量,分為絕對(duì)濕度及相對(duì)濕度.每一立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量(kg/m3)稱為濕空氣的絕對(duì)濕度.顯然其數(shù)值是在濕空氣的溫度t和水蒸氣分壓力下水蒸氣的密度.對(duì)于飽和濕空氣由于水的飽和溫度和壓力一一對(duì)應(yīng)的,因此只要知道了飽和濕空氣的溫度,那么飽和濕空氣的絕對(duì)濕度便確定了,與濕空氣壓力無關(guān).相對(duì)濕度就是濕空氣中實(shí)際所包含的水蒸氣量和同溫度下最大可能包含的水蒸氣量的比值.反映了濕空氣吸收水蒸氣的能力.查水的熱力性質(zhì)

8、表便可得到相應(yīng)溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度121i.袁1不同溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度溫度/c3010012o13o絕對(duì)濕度(kg/m.)0.03040.5975i.12081.9646如果壓縮機(jī)進(jìn)口條件為一個(gè)大氣壓,3o時(shí)相對(duì)濕度70%,那么其絕對(duì)濕度就為0.0304x0.7=0.0213kg/m.經(jīng)過壓縮之后絕對(duì)濕度有所提高.這可以根據(jù)理想氣體公式確定在不同排氣溫度,壓力下進(jìn)口空氣體積縮小了多少倍,那么就可以得到絕對(duì)濕度提高了多少倍,然后再由入口絕對(duì)濕度便可得到壓縮機(jī)排氣時(shí)的絕對(duì)濕度.與表1的飽和濕度比較便可得到相對(duì)濕度.進(jìn)出口絕對(duì)濕度按下式計(jì)算:x.1,f尸oxfv.(2)式中x.一壓縮機(jī)

9、排氣口絕對(duì)濕度(kg/m)xi一壓縮機(jī)吸氣口絕對(duì)濕度(kg/m)1,.一壓縮機(jī)排氣口比容(m3/kg)一壓縮機(jī)吸氣口比容(m3/kg)p0一壓縮機(jī)排氣壓力(mpa絕對(duì)壓力)pi一壓縮機(jī)吸氣壓力(mpa絕對(duì)壓力)t0一壓縮機(jī)排氣溫度(k)一壓縮機(jī)吸氣溫度(k)由表2數(shù)據(jù)可知,在人口含濕量較高的情況下,壓縮機(jī)出口一般也能維持較低的相對(duì)濕度.另外根據(jù)有關(guān)資料51,再生氣體的溫度,濕度決定著氣體的干燥度.對(duì)于鋁膠,溫度為7o時(shí)就有明顯的再生(干燥)效果.根據(jù)有關(guān)單位對(duì)其設(shè)備的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)shonghoienergyconsewalion2005.no.44牛._107表2入1:7條件為30,相對(duì)濕度70%

10、時(shí),壓縮機(jī)不同排氣壓力和溫度時(shí)的相對(duì)濕度相對(duì)濕度/%排氣溫度r-f,/mpa1oo12o13o排氣力,o.518.39.85.6o.723.112.37.oo.824.713.27.6的研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)吸附劑被高溫空氣加熱至70-80%后,處在再生階段的干燥劑容器的出口溫度會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較長(zhǎng)的平臺(tái);然后,隨著加熱的繼續(xù),出口溫度逐漸上升至熱氣溫度.可以認(rèn)為7080是吸附劑再生的主要階段.由此可以證明壓縮機(jī)出口的高溫干燥壓縮空氣完全具有較高的再生能力,可以對(duì)吸附劑進(jìn)行再生.目前對(duì)于無油式空壓機(jī)來說,適用的余熱再生式吸附干燥器按結(jié)構(gòu)形式分主要有兩種:轉(zhuǎn)鼓式和傳統(tǒng)的雙塔式5l.他們的結(jié)構(gòu),特點(diǎn)和工作過程略有

11、不同.轉(zhuǎn)鼓式:此類干燥器一般采用單桶壓力容器,內(nèi)置蜂窩狀干燥鼓,干燥鼓緩慢轉(zhuǎn)動(dòng),連續(xù)工作,一部分高溫壓縮空氣不經(jīng)過壓縮機(jī)后冷卻器,直接進(jìn)入干燥器,對(duì)失效干燥劑(部分干燥鼓)進(jìn)行再生(再生區(qū)大約占1/4),然后進(jìn)入后冷卻器,與后冷卻器中大量常溫壓縮空氣混合,一起進(jìn)入干燥區(qū),通過干燥鼓,水分被吸收后成為成品氣排出干燥器.在此干燥器中,蜂窩狀的干燥鼓連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),壓力容器外殼和冷卻器等固定不動(dòng),此類干燥器具有以下優(yōu)點(diǎn):壓縮機(jī)安裝容量小,干燥劑裝填量少,占地面積小,能耗低,無需消耗再生氣,干燥器連續(xù)運(yùn)行,不需切換閥(易損件減少).但是由于再生后無降壓吹冷階段,所以干燥成品氣的露點(diǎn)將受到限制,有關(guān)資料認(rèn)為,

12、在環(huán)境溫度和冷卻水溫變化時(shí),其出口露點(diǎn)溫度會(huì)有所波108重牛.ishanghaienergyconservation2005.no.4動(dòng).一般當(dāng)環(huán)境溫度或冷卻水溫度為30時(shí),0.7mpa下的壓力露點(diǎn)不低于一30o04,其使用會(huì)受到一定的限制.雙塔式:雙塔式余熱再生干燥器在對(duì)吸附劑加熱再生后,可根據(jù)需要,使用一部分干空氣(一般為1.4%3%)對(duì)吸附劑吹冷,進(jìn)一步干燥,提高其干燥能力,降低干燥棋出口成品壓縮空氣的露點(diǎn)溫度(低溫對(duì)吸附有利),因此它比起轉(zhuǎn)鼓式的余熱再生吸附干燥器具有更低更穩(wěn)定的出口露點(diǎn)溫度,完全能夠滿足一40的露點(diǎn)溫度要求.雙塔式余熱再生的干燥器運(yùn)行中主要包括加熱再生,冷吹,升壓及切

13、換等過程.由壓縮機(jī)排出的無油高溫氣體,直接進(jìn)入干燥劑失效塔對(duì)干燥劑加熱再生,之后進(jìn)入后冷卻器,在后冷卻器中,壓縮空氣被降溫,到達(dá)飽和,開始有水分析出.隨著溫度不斷的下降,水分不斷地析出,在冷卻至一定的溫度后被送入另一路干燥塔,塔中干燥劑進(jìn)一步吸收壓縮空氣中的水分,在干燥器出口達(dá)到較低露點(diǎn)溫度后,送往使用點(diǎn).處于再生過程的塔,其中的吸附劑經(jīng)過加熱再生后,干燥塔降壓,使用一部分降壓的干空氣進(jìn)行冷吹.冷吹過程中將消耗7%-15%的干空氣,然而總的冷吹時(shí)間較短,只占總運(yùn)行時(shí)間的20%左右5161171,因此總的耗氣量比較低,在1.4%3%左右.根據(jù)實(shí)際露點(diǎn)要求,可不進(jìn)行冷吹,此時(shí)再生過程將不消耗干空氣

14、.冷吹結(jié)束后,再生完成,此塔升壓后,閥門切換.兩塔功能互換,依此循環(huán).雙塔式的余熱再生干燥器由于再生溫度較高,因此其干燥劑的裝填量要比普通的無熱再生干燥器要大,然而其運(yùn)行周期也較長(zhǎng),一個(gè)周期往往可以達(dá)到4小時(shí).因此切換閥門的運(yùn)行次數(shù)也比無熱再生的干燥器來得少得多.這樣閥門的維護(hù)工作量就變得更小,壽命也更長(zhǎng).可以進(jìn)一步的降低運(yùn)行費(fèi)用.3有油式空壓機(jī)的余熱利用技術(shù)對(duì)于有油空壓機(jī)(潤(rùn)滑,密封及冷卻等)由于其出口空氣中含有大量的潤(rùn)滑油,如果直接通入干燥器的容器內(nèi)對(duì)干燥劑進(jìn)行再生,吸附劑勢(shì)必會(huì)受到污染而失效,影響干燥器的性能;由于再生時(shí)溫度較高,如果長(zhǎng)時(shí)間積油,這樣也會(huì)導(dǎo)致安全的隱患.此外,油過濾器的進(jìn)

15、口溫度一般要求低于4050c,而縮機(jī)出口空氣的高溫必然導(dǎo)致無法使用油過濾器.因此無油機(jī)的余熱利用技術(shù)在有油機(jī)上受到了限制.如果要利用余熱,只能通過間接的方法來利用,需要增加換熱設(shè)備.目前對(duì)于有油空壓機(jī)的余熱利用主要是利用微熱式吸附干燥器達(dá)到較低能耗和耗氣量.利用壓縮機(jī)排氣的余熱先對(duì)降壓后的干空氣加熱,如干空氣的溫度不夠,可再進(jìn)行電加熱,幫助減少耗電量和耗氣量.文獻(xiàn)【8】的實(shí)例中,此方法節(jié)約了42%的電加熱能量.取得了顯著的節(jié)能效果,在文獻(xiàn)【13】的工程實(shí)踐中,此方法節(jié)約了總能耗(除加熱功率外還包括耗氣所對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)能耗)的31.3%.4冷凍,吸附復(fù)合干燥節(jié)能技術(shù)冷凍干燥法和吸附式干燥法各有各的

16、特點(diǎn)【lol111.冷凍法雖節(jié)能,但露點(diǎn)溫度較高.吸附法能達(dá)到較低的露點(diǎn)溫度,但耗能較大.現(xiàn)在出現(xiàn)了復(fù)合式干燥器,把冷凍式干燥器節(jié)能和吸附式干燥器的高干燥度兩者結(jié)合起來,它采用先冷凍后吸附的工作流程,變溫,變壓,變周期組合工作.在前級(jí)使壓縮空氣露點(diǎn)降至25oc,去除壓縮空氣中的大部分水分后,再通過吸附式干燥器進(jìn)行干燥.這樣處于后級(jí)的吸附式干燥器的工作負(fù)荷大大減輕,由于大部分水已被冷干機(jī)除去,其所需吸附的水分自然大大減少,因此所需的再生氣量就大大減少,再生氣耗量減少到3%左右(露點(diǎn)溫度在一4o),從而大大降低了耗氣量,節(jié)約了壓縮機(jī)功耗.復(fù)合式干燥器的改造也較為容易,只需在原有吸附式干燥器之前安裝

17、適當(dāng)容量的冷干機(jī),隨后調(diào)整吸附式干燥的干燥,再生周期,經(jīng)調(diào)試后便可正常運(yùn)行.此法也同樣適合無法利用余熱再生技術(shù)的無油式空壓機(jī).5三種技術(shù)特點(diǎn)及運(yùn)行費(fèi)用比較根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)51閻111121131的數(shù)據(jù),整理得表3.空壓機(jī)排氣壓為0.75mpa時(shí),有油螺桿機(jī)按20m3/min的空壓機(jī)功率在110kw左右折合為5.5kw/(m3/min),無油螺桿機(jī)可按18.3m3/min功率110kw折合為6.0kw/(m3/min).表3中無熱再生,有油機(jī)余熱再生,復(fù)合式干燥器均按系統(tǒng)中配備有油機(jī)計(jì)算,如系統(tǒng)中是無油機(jī),折合功率將更高.6結(jié)論目前出現(xiàn)的幾種針對(duì)傳統(tǒng)吸附式干燥器的節(jié)能技術(shù),它們?cè)聿槐M相同,各有特點(diǎn)

18、和適用范圍.表3三種技術(shù)特點(diǎn)比較項(xiàng)目無熱再生無油機(jī)余熱再生有油機(jī)余熱再生復(fù)合耗氣量/%15%2.5%5%7%3%折合壓縮機(jī)功率kw/(1113/min)0.8250.150.275-0.3850.165耗電極少可忽略極少可忽略0.250.2kw/(iii3/min)總折合功率kw/(m./min)0.8250.150.525-0.6350.365露點(diǎn)溫度/c-40-40-40-40簡(jiǎn)單,可靠,投簡(jiǎn)單,可靠,改造初投資高,耗能改造簡(jiǎn)單,特點(diǎn)較復(fù)合式高,電耗能少資少,耗氣量大簡(jiǎn)單,耗能最少加熱器壽命短shanghaienergyconservation2005.no.4,霹牛.i109健對(duì)于無油機(jī)

19、應(yīng)當(dāng)在可能的情況下盡可能的使用余熱再生技術(shù),因?yàn)樗静缓碾娔?除少量控制設(shè)備及轉(zhuǎn)鼓式中小功率電動(dòng)機(jī)耗電),耗氣量也僅為0%-3%,并且可以在原有雙塔式吸附式干燥器的基礎(chǔ)上可以較為方便的進(jìn)行改造,投資也較少.對(duì)于有油空壓機(jī),在場(chǎng)地允許的情況下,復(fù)合技術(shù)更有優(yōu)勢(shì),不僅能耗更低,而且由于吸附式干燥器工作溫度低,吸附劑的容量比采用余熱利用技術(shù)的微熱式吸附干燥器吸附劑壽命更長(zhǎng),同樣處理量下,干燥劑的裝填量也較小.參考文獻(xiàn):1】徐明等.壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.12【2】沈維道等.工程熱力學(xué)(第二版).北京:高等教育出版社,1983.10【3】余曉福等.水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表.

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