呂治

（本鋼集團(tuán)北營(yíng)能源總廠，遼寧本溪 117000）

前言

壓縮空氣作為一種僅次于電力的第二大動(dòng)力介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、輕工、化工等行業(yè)，它具有無(wú)污染、清晰透明、輸送方便、無(wú)害、易燃性小、不怕超負(fù)荷等顯著特點(diǎn)，但是它也有含有固體微粒，加速設(shè)備磨損，導(dǎo)致密封失效和含有水份，導(dǎo)致設(shè)備、管道和閥門(mén)銹蝕，堵塞氣動(dòng)元件等缺點(diǎn)。固體微?？梢酝ㄟ^(guò)空氣過(guò)濾器進(jìn)行處理，而水份可以通過(guò)壓縮空氣干燥器進(jìn)行干燥。本鋼集團(tuán)北營(yíng)能源總廠為整個(gè)北營(yíng)廠區(qū)提供壓縮空氣，現(xiàn)擁有4座空壓站，空壓機(jī)22臺(tái)，干燥器15臺(tái)，日最低運(yùn)行空壓機(jī)16臺(tái)，總產(chǎn)風(fēng)量3 200 m3/min，根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明，該微熱再生吸附式干燥器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)消耗的壓縮空氣為設(shè)備處理量的7%，則損耗量為224 m3/min，相當(dāng)于1.12臺(tái)200 m3/min空壓機(jī)產(chǎn)風(fēng)量，同時(shí)干燥器的電加熱器耗費(fèi)大量電能。而零氣耗余熱再生吸附式空氣干燥器沒(méi)有氣耗，沒(méi)有電加熱器電能消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 微熱式干燥器的工作原理

如圖1所示，空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后進(jìn)入壓縮空氣管道內(nèi)，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)A從吸附塔底部進(jìn)入A塔內(nèi)，經(jīng)過(guò)吸附劑將壓縮空氣內(nèi)含有的成液態(tài)水滴狀的水分吸收干燥后從A塔頂排出，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)M1進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶(hù)；在A塔工作時(shí)，B塔進(jìn)入再生狀態(tài)，從A塔產(chǎn)生的一小部分干燥的壓縮空氣通過(guò)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥進(jìn)入加熱器Q內(nèi)加熱，然后從B塔上端進(jìn)入塔內(nèi)對(duì)已吸附滿(mǎn)水分的吸附劑進(jìn)行加熱，同時(shí)將吸附劑含有的水分帶出B塔經(jīng)消音器帶到大氣中，使吸附劑達(dá)到干燥后，加熱器Q停止運(yùn)行，用干燥的壓縮空氣吹冷后，進(jìn)入續(xù)壓狀態(tài)。兩塔交替運(yùn)行，一塔吸附一塔再生。整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)消耗的壓縮空氣為設(shè)備處理量的7%左右。

圖1 微熱式干燥器原理

2 零氣耗余熱再生式干燥器的工作原理

零氣耗余熱再生式干燥器吸附過(guò)程。如圖2所示?？諌簷C(jī)將壓縮后的高溫氣體（約110 ℃）送入管道內(nèi)，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)14流入后部冷卻器A降溫到45 ℃以下，再經(jīng)過(guò)氣液分離器除水后，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)1進(jìn)入A吸附塔內(nèi)，經(jīng)過(guò)吸附劑將壓縮空氣內(nèi)含有的水分吸收干燥后，干燥的氣體從A塔排出，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)11進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶(hù)。

圖2 零氣耗余熱再生式干燥器流程

（1）A吸附塔吸附，B吸附塔進(jìn)入再生狀態(tài)

將空壓機(jī)產(chǎn)生的高溫空氣（約110 ℃）通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)13和氣動(dòng)閥門(mén)8從B吸附塔上端進(jìn)入塔內(nèi)，對(duì)已吸附滿(mǎn)水分的吸附劑進(jìn)行加熱，同時(shí)將吸附劑上含有的水分后從B塔下端帶出，經(jīng)過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)6流入后部冷卻器A降溫至45 ℃以下，通過(guò)氣液分離器除水后，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)1從A吸附塔塔底部進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)過(guò)吸附劑將壓縮空氣內(nèi)含有的成液態(tài)水滴狀的水分吸收干燥后，干燥的氣體從A吸附塔排出，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)11進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶(hù)。

（2）A吸附塔吸附，B吸附塔進(jìn)入冷吹狀態(tài)

B塔的吸附劑干燥后，將空壓機(jī)產(chǎn)生的高溫空氣（約110 ℃）通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)14流入后部冷卻器A降溫到45 ℃以下，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)2進(jìn)入B吸附塔對(duì)吸附劑進(jìn)行吹冷，產(chǎn)生的熱風(fēng)排出B吸附塔經(jīng)過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)8進(jìn)入后部冷卻器B降溫至45 ℃以下，經(jīng)過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)3進(jìn)入A吸附塔，經(jīng)過(guò)吸附劑將氣體內(nèi)含有的水分吸收干燥后，干燥的氣體從A塔排出，通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)11進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶(hù)。

（3）A吸附塔吸附，B吸附塔進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)

B塔吸附劑吹冷后，B塔進(jìn)入備壓和自然冷卻狀態(tài)，等待進(jìn)入下一個(gè)吸附循環(huán)的開(kāi)始。

零氣耗余熱再生式干燥器利用空壓機(jī)生產(chǎn)壓縮空氣過(guò)程中產(chǎn)生的壓縮熱，對(duì)處于再生狀態(tài)的吸附劑進(jìn)行加熱升溫，使吸附劑得到徹底的脫水再生。由于加熱再生過(guò)程和吹冷過(guò)程所用熱、冷氣體經(jīng)過(guò)回收和處理后進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶(hù)，所以整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)消耗的壓縮空氣為零。

3 零氣耗余熱再生式干燥器對(duì)比微熱式干燥器具有的優(yōu)勢(shì)

微熱式干燥器處理的是經(jīng)過(guò)空壓機(jī)自帶的冷卻器冷卻后的氣體，再生塔再生過(guò)程所需的熱風(fēng)是通過(guò)成品氣經(jīng)外置電加熱器加熱后產(chǎn)生的，吹冷的冷風(fēng)使用的也是成品氣，加熱再生過(guò)程和吹冷過(guò)程所使用的成品氣，最后經(jīng)由消音器排入大氣中損失掉了，同時(shí)加熱器在加熱過(guò)程中還需要消耗電能。

零氣耗余熱再生式干燥器對(duì)比微熱式干燥器性能上有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）壓縮空氣零消耗

零氣耗余熱再生式干燥器處理的是空壓機(jī)生產(chǎn)的高溫氣體，再生塔再生過(guò)程中所需的熱風(fēng)是空壓機(jī)生產(chǎn)壓縮空氣時(shí)高溫氣體，吹冷的冷風(fēng)使用的是經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻未經(jīng)過(guò)吸附塔干燥的半成品氣，加熱再生過(guò)程和吹冷過(guò)程所用熱、冷氣體經(jīng)過(guò)回收和處理后進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)內(nèi)，輸送給用戶(hù)，所以整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)消耗的壓縮空氣為零。

（2）電能消耗接近于零

零氣耗余熱再生式干燥器電能消耗只有電器控制系統(tǒng)，無(wú)其他耗電設(shè)施，電能消耗接近于零。

（3）易于維護(hù)，維護(hù)成本較低

零氣耗余熱再生式干燥器對(duì)比微熱式干燥器多了2臺(tái)冷卻器，缺少電加熱器。微熱式干燥器的電加熱器出現(xiàn)故障，再生塔中吸附劑無(wú)法再生，整個(gè)干燥器無(wú)法運(yùn)行，維修時(shí)間較長(zhǎng)，即便有備用設(shè)備，維護(hù)成本較高。零氣耗余熱再生式干燥器主要對(duì)兩臺(tái)冷卻器進(jìn)行維護(hù)，為保證冷卻效果，需定期對(duì)冷卻器進(jìn)行更換清理，更換冷卻器時(shí)壓縮空氣可臨時(shí)走旁通，十幾分鐘即可完成冷卻器更換，然后設(shè)備可以恢復(fù)運(yùn)行，更換下來(lái)的冷卻器清理水垢后可重復(fù)使用，維護(hù)成本較低。

（4）使用成本低

零氣耗余熱再生式干燥器相對(duì)于微熱式干燥器不需要電加熱器加熱，節(jié)約用電成本；不需要消耗成品氣，節(jié)約成品氣自耗成本；如用戶(hù)用風(fēng)量較大，運(yùn)行的空壓機(jī)和干燥器較多時(shí)，零氣耗余熱再生式干燥器的零氣耗運(yùn)行可節(jié)約大量的成品氣，以每分鐘節(jié)約的成品氣折算成空壓機(jī)每分鐘供風(fēng)量，相當(dāng)于空壓機(jī)運(yùn)行臺(tái)次的減少，空壓機(jī)運(yùn)行臺(tái)次的減少意味著用電成本的降低；減少空壓機(jī)的運(yùn)行臺(tái)次除了節(jié)約用電成本外，還減少空壓機(jī)的折舊成本，維修維護(hù)成本。

4 對(duì)微熱式干燥器改造及其經(jīng)濟(jì)效益

本單位現(xiàn)有空壓站4座，所使用的干燥器均為微熱式干燥器，以其中1座空壓站為試點(diǎn)，該空壓站共有空壓機(jī)11臺(tái)，其中200 m3/min空壓機(jī)9臺(tái)，300 m3/min空壓機(jī)2臺(tái)，微熱式干燥器7臺(tái)（6用1備），以零氣耗余熱再生式干燥器為基礎(chǔ)對(duì)原有的微熱式干燥器進(jìn)行改造，通過(guò)對(duì)微熱式干燥器和零氣耗余熱再生式干燥器主要部件對(duì)比可知，微熱式干燥器比零氣耗余熱再生式干燥器多1臺(tái)外置電加熱器，少2臺(tái)冷卻器，1臺(tái)氣液分離器，實(shí)際需要部件為冷卻器14臺(tái)，氣液分離器7臺(tái)，氣動(dòng)閥門(mén)49件，管材若干?？諌簷C(jī)擁有11臺(tái)冷卻器可以利用，原干燥器入口前均有1臺(tái)氣液分離器，實(shí)際僅需3臺(tái)冷卻器和49件氣動(dòng)閥門(mén)。冷卻器每臺(tái)約10萬(wàn)元，氣動(dòng)閥門(mén)每件約0.8萬(wàn)元，共需投入備件采購(gòu)費(fèi)用約70萬(wàn)元，其他輔料如鋼材，氣動(dòng)控制元件，電器件等投入約20萬(wàn)元，人工成本可忽略，共計(jì)投資約90萬(wàn)元。

該空壓站干燥器改造于2020年1月上旬完成并投入使用，投入使用前2019年全年共向用戶(hù)提供壓縮空氣8.26294億m3（表量），共耗電1.10127億kWh（表量），空壓風(fēng)單耗為0.13328 kWh/m3；2020年全年共向用戶(hù)提供壓縮空氣8.34536億m3（表量），共耗電1.04144億kWh（表量），空壓風(fēng)單耗為0.12479 kWh/m3。通過(guò)對(duì)比可知，2020年空壓風(fēng)單耗比2019年降低0.00849 kWh/m3，則2020年節(jié)約電量0.07081億kWh，以本地區(qū)工業(yè)電價(jià)0.57元/kWh計(jì)算，降低用電成本約403.64萬(wàn)元。

其他3座空壓站2019年全年向用戶(hù)提供壓縮空氣5.13554億m3（表量），如果進(jìn)行干燥器改造，則全年預(yù)計(jì)節(jié)約用電0.04358億kWh，降低用電成本約248.39萬(wàn)元。