王鋒

（中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

常用的壓縮空氣干燥機(jī)包含冷凍式和吸附式干燥機(jī)兩種。冷凍式干燥機(jī)只能將壓縮空氣露點(diǎn)溫度處理到3℃左右，需要更低露點(diǎn)溫度只能采用吸附式干燥機(jī)，根據(jù)吸附式干燥機(jī)再生方式不同可分為無(wú)熱再生式干燥機(jī)、微熱再生式干燥機(jī)、鼓風(fēng)加熱再生式干燥機(jī)及圧縮熱再生式干燥機(jī)。本文首先論述壓縮熱再生式干燥機(jī)的工作原理，并以一個(gè)工程實(shí)例將各種干燥機(jī)的能耗進(jìn)行對(duì)比；重點(diǎn)討論壓縮熱再生式干燥機(jī)在工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題，從工程設(shè)計(jì)優(yōu)化及對(duì)設(shè)備工藝流程改造兩方面解決問(wèn)題。

1 壓縮熱再生式干燥機(jī)的工作原理

吸附式干燥機(jī)一般采用雙塔結(jié)構(gòu)，一個(gè)用于氣體干燥，另一個(gè)發(fā)生吸附劑再生過(guò)程。目前常用的吸附劑材料為活性氧化鋁和分子篩，活性氧化鋁對(duì)工作介質(zhì)溫度敏感，當(dāng)吸附劑環(huán)境溫度達(dá)到130℃以上時(shí)，吸附劑含水量只有1%左右，幾乎完全脫附。而分子篩對(duì)水分的吸附能力高于同等溫度下的活性氧化鋁，脫附?jīng)]有活性氧化鋁徹底。

吸附劑再生過(guò)程分為4個(gè)階段：加熱-降壓-冷吹-均壓。吸附塔和再生塔根據(jù)干燥機(jī)PLC給定的控制信號(hào)切換。見(jiàn)圖1。高溫壓縮空氣（110℃以上）進(jìn)入干燥機(jī)，然后直接流入再生塔，因?yàn)楦邷貕嚎s空氣是不飽和的，而且會(huì)使吸附劑儲(chǔ)存的水分汽化，汽化后的水分被不飽和高溫壓縮空氣吸附，進(jìn)入干燥機(jī)的后續(xù)配套冷卻器，冷卻至40℃左右，此時(shí)壓縮空氣處于過(guò)飽和狀態(tài)，析出大量液態(tài)水，液態(tài)水經(jīng)汽水分離器排除。冷卻后的壓縮空氣進(jìn)入干燥塔，達(dá)到露點(diǎn)要求后大部分輸出至壓縮空氣管網(wǎng)，供應(yīng)車間及各用氣工位使用，另有小部分經(jīng)控制閥流入再生塔，對(duì)吸附劑進(jìn)行冷吹，這個(gè)階段耗損的壓縮空氣占到總氣量的2%左右。由于用于冷吹的壓縮空氣為干燥的壓縮空氣，可以使吸附劑二次脫附，冷吹過(guò)程結(jié)束后，這部分壓縮空氣經(jīng)消音器排出。

圖1 壓縮熱再生式干燥機(jī)工藝流程

再生塔和吸附塔在切換之前需要經(jīng)過(guò)壓力均衡過(guò)程，這個(gè)過(guò)程由干燥機(jī)PLC控制程序控制，每次切換意味著干燥機(jī)經(jīng)歷一個(gè)完整的工作周期，控制方式一般包括露點(diǎn)控制和時(shí)間控制。

壓縮空氣進(jìn)出干燥機(jī)是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，而干燥機(jī)的雙塔切換是一個(gè)間歇過(guò)程，所以二者存在不同步的狀態(tài)。當(dāng)再生塔正在進(jìn)行冷吹過(guò)程時(shí)，此時(shí)進(jìn)入干燥機(jī)的高溫壓縮空氣必須被旁通，直接進(jìn)入后置冷卻器和汽水分離器，然后再進(jìn)入干燥塔。這些過(guò)程必須經(jīng)干燥機(jī)控制程序?qū)崿F(xiàn)。

2 吸附式干燥機(jī)功耗對(duì)比

為了便于將幾種常用的吸附式干燥機(jī)能耗進(jìn)行對(duì)比，本文對(duì)其他幾種干燥機(jī)的再生過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)述。

無(wú)熱再生式干燥機(jī)再生過(guò)程不需要加熱，處理過(guò)的部分潔凈壓縮空氣減壓后流入再生塔，通過(guò)變壓吸附原理時(shí)吸附劑脫附，再生壓縮空氣帶走吸附劑水分后經(jīng)消音器排出，再生氣耗占總處理氣量的20%～25%。

微熱再生式干燥機(jī)再生過(guò)程也經(jīng)歷4個(gè)階段，區(qū)別在于加熱階段，加熱階段需要外界提供熱源，加熱階段所用的壓縮空氣為處理過(guò)的潔凈壓縮空氣，再生過(guò)程氣耗占總處理氣量的7%左右。

鼓風(fēng)加熱再生式干燥機(jī)用于加熱的壓縮空氣來(lái)自外界環(huán)境，冷吹階段需要用到潔凈壓縮空氣，再生過(guò)程氣耗占總處理氣量的7%左右。

本文選用處理量為60m3/min的吸附式干燥機(jī)作為對(duì)比基礎(chǔ)，空壓機(jī)選用無(wú)油螺桿式空壓機(jī)，空壓機(jī)電機(jī)功率為315kW，排氣壓力為0.75MPa，排氣量為51.3m3/min。干燥機(jī)和空壓機(jī)各選1臺(tái)，表1列出各種干燥機(jī)能耗數(shù)據(jù)。

吸附式干燥機(jī)耗能主要出現(xiàn)在兩個(gè)階段：即吸附劑的加熱和冷吹階段。為便于對(duì)比，將各種能耗統(tǒng)一折算為電功率。

表1只表示一種工況，但是其他工況定性分析結(jié)果與本工況類似，由此得出結(jié)論：圧縮熱再生式干燥機(jī)總再生功耗最低，單位功耗最低，能效比最高，而無(wú)熱再生式干燥機(jī)能效比最低，微熱再生式干燥機(jī)和鼓風(fēng)加熱再生式干燥機(jī)能效比居中。

表1 吸附式干燥機(jī)功耗統(tǒng)計(jì)表

3 壓縮熱再生式干燥機(jī)的應(yīng)用

壓縮空氣站一般工藝流程為：空壓機(jī)-前置儲(chǔ)氣罐-前置過(guò)濾器-干燥機(jī)-后置過(guò)濾器-后置儲(chǔ)氣罐-計(jì)量-壓縮空氣管網(wǎng)。

因?yàn)槲絼┑淖罴言偕鷾囟葹?30℃以上，低于100℃時(shí)再生效果急劇下降，所以進(jìn)入干燥機(jī)的壓縮空氣溫度不宜低于110℃。這導(dǎo)致干燥機(jī)前無(wú)法設(shè)置前置過(guò)濾器，因此要求進(jìn)入干燥機(jī)的空氣含油量必須控制在較低水平，只有離心式空壓機(jī)和無(wú)油螺桿機(jī)才能滿足這個(gè)要求。

采用壓縮熱再生式干燥機(jī)做為后處理設(shè)備時(shí)，空壓站工藝流程更改為：空壓機(jī)-干燥機(jī)-后置過(guò)濾器-后置儲(chǔ)氣罐-計(jì)量-壓縮空氣管網(wǎng)。

經(jīng)干燥機(jī)處理后的壓縮空氣露點(diǎn)能否達(dá)到要求，從設(shè)備層面講取決于吸附劑的種類及填充容量；從運(yùn)行層面講取決于吸附劑的再生是否徹底。

活性氧化鋁脫附速度快，吸附劑再生過(guò)程短，雙塔切換周期短，但是吸附能力不及分子篩，所以要求壓力露點(diǎn)溫度為-40℃時(shí)，吸附塔可以只填充活性氧化鋁作為吸附劑，當(dāng)需要壓力露點(diǎn)達(dá)到-70℃時(shí)，必須填充一定數(shù)量的分子篩。

干燥機(jī)的運(yùn)行工況會(huì)對(duì)吸附劑的加熱過(guò)程產(chǎn)生影響。因?yàn)閴嚎s機(jī)出口的高溫壓縮空氣全部進(jìn)入再生塔對(duì)吸附劑進(jìn)行加熱，所以進(jìn)入的壓縮空氣流量和溫度都會(huì)對(duì)加熱時(shí)間產(chǎn)生影響。而進(jìn)入干燥機(jī)的壓縮空氣流量受空壓機(jī)排氣量及空壓機(jī)與干燥機(jī)之間壓縮空氣管網(wǎng)水力特性影響；進(jìn)入干燥機(jī)的壓縮空氣溫度受空壓機(jī)排氣溫度及設(shè)備和管網(wǎng)與外界熱量交換有關(guān)。為了保證圧縮熱再生式干燥機(jī)出口壓力露點(diǎn)穩(wěn)定，結(jié)合空壓站工藝流程，在工程應(yīng)用中遵循以下原則。

（1）空壓機(jī)和干燥機(jī)應(yīng)該一一對(duì)應(yīng)。每臺(tái)干燥機(jī)和對(duì)應(yīng)的空壓機(jī)匹配，空壓機(jī)和干燥機(jī)之間的連接不宜采用母管方式，空壓機(jī)和對(duì)應(yīng)的干燥機(jī)直接連接。可以避免因?yàn)樵O(shè)備臺(tái)數(shù)較多造成水力失調(diào)，處于最不利環(huán)路的干燥機(jī)入口壓縮空氣流量偏低。連接管路越簡(jiǎn)短，熱量損失越小，可以保證干燥機(jī)入口壓縮空氣溫度符合工藝要求。

（2）壓縮熱再生式干燥機(jī)不宜與變頻空壓機(jī)配套。因?yàn)樽冾l空壓機(jī)的流量范圍為60%～100%，如果進(jìn)入干燥機(jī)的壓縮空氣流量過(guò)小，干燥劑加熱階段時(shí)間變長(zhǎng)，干燥劑再生效果不理想。如果空壓機(jī)必須選用變頻空壓機(jī)，吸附塔切換控制方式宜采用露點(diǎn)控制方式。

（3）壓縮熱再生式干燥機(jī)的進(jìn)氣管道及附件應(yīng)做保溫處理。干燥機(jī)進(jìn)口壓縮空氣溫度越高，干燥劑再生效果越理想。如果進(jìn)氣管道系統(tǒng)不做保溫處理，壓縮空氣在輸送過(guò)程中會(huì)降溫，而且導(dǎo)致壓縮空氣管道管壁溫度升高至60℃以上，造成燙傷事故。

（4）對(duì)于用氣負(fù)荷變化較大的壓縮空氣系統(tǒng)，壓縮熱再生式干燥機(jī)的控制方式宜選用露點(diǎn)控制和時(shí)間控制兩種方式。當(dāng)壓縮空氣系統(tǒng)系統(tǒng)處于用氣高峰，且運(yùn)行工況比較平穩(wěn)時(shí)，采用時(shí)間控制模式，當(dāng)運(yùn)行工況變化較大時(shí)，宜切換至露點(diǎn)控制模式，保證處理后壓縮空氣露點(diǎn)合格。

（5）當(dāng)干燥機(jī)入口溫度有可能出現(xiàn)偏低工況時(shí)，干燥機(jī)宜配置電輔熱系統(tǒng)，對(duì)入口壓縮空氣進(jìn)行二次加熱。

4 結(jié)語(yǔ)

壓縮熱再生式干燥機(jī)設(shè)備主體采用常規(guī)雙塔結(jié)構(gòu)，技術(shù)比較成熟，設(shè)備運(yùn)行可靠穩(wěn)定，全自動(dòng)控制，維護(hù)工作量少。

壓縮熱再生式干燥機(jī)是吸附式干燥機(jī)的一種，具有最高能效比，用氣量越大，節(jié)能效果越顯著。但是配套空壓機(jī)必須選用無(wú)油螺桿空壓機(jī)或者離心機(jī)，與離心機(jī)形成最佳搭配。因?yàn)闊o(wú)油螺桿機(jī)價(jià)格遠(yuǎn)高于噴油螺桿機(jī)，造成初始投資成本升高。但因運(yùn)行能耗低，可以在數(shù)年內(nèi)收回投資。

綜上所述，壓縮熱再生式干燥機(jī)用于用氣負(fù)荷大，負(fù)荷波動(dòng)小的場(chǎng)合，采用常規(guī)時(shí)間控制模式即可取得理想的運(yùn)行效果，節(jié)能效果顯著；當(dāng)用氣負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，改為露點(diǎn)控制模式，并增加電輔熱，以防止露點(diǎn)控制模式失效時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為微熱再生式干燥機(jī)運(yùn)行。

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