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吸干机的应用现状及节能减排趋势

2019-02-14

目前我国在用各类压缩机耗电量占全国发电量的近10%,与之配套使用的吸附式干燥机以无热再生和微加热再生为主,其再生能耗高达15%~20%。近年来大力推广的节能型鼓风外加热和压缩热型干燥器,也有一定的应用局限性,需针对不同地域、用途改进、改型,为进一步追求节能减排,更有一些新技术、新工艺流程被开发应用,如零排放等。

1、无热再生:该方法也称自热再生,优点:结构简单,制造成本低,操作维修方便。缺点:能耗高达15~20%(再生气14%,切换卸放2%,无负荷调节损失3~5%)且全部为高品质压缩空气成品气,国外一般限制在小排量如单机每分钟10m3以下应用,空压站40m3以上应限制使用。

2、微加热再生:该类型在市场上已两级分化,一类外型尺寸、吸附剂装填量基本等同无热再生型,只是增加一小型加热器,加热温度70~90℃,吸附周期比无热再生略长(无热再生一般为5分钟左右,此类微加热约为10~15分钟),因此也可简称为“短流程、小微热”。该型再生气量仍维持在15%左右,由于需增加吹冷时间,进一步消耗再生气以及加热器能耗,所以其总能耗一般会高于无热再生型10%左右,从节能降耗角度,绝无可取之处,但对高压和冷干加吸附因其出发点不同,则会另当别论。与“短流程、小微热”相对的是外形尺寸、装填量、吸附周期和加热功率接近鼓风外加热的另一类微热再生干燥器,其能耗理论上取一半无热再生气耗和一半外加热再生电耗,若设计、控制充分优化,总能耗可能比无热再生小10%左右。因微加热式仍需消耗大量高品质产品气,且其它有热再生式节能降耗优势更为明显,所以微热再生型已在国外率先遭遇淘汰。

3、外加热:多采用高压风机(离心或涡旋)提供动力,吸入大气进行加热再生,利用减压后的产品气进行吹冷,能耗较无热、微热式低50%左右,且能适应各种类型空压机,并可依据空压机的负载变化实现再生能量调节,进一步实现节能减排。

缺点:在高湿环境下,吸入空气相对湿度几乎可达100%。当吸入空气含水量过大时,为达到所要求出口露点,则必须提高加热温度(见公式1),将带来电加热器能耗增加、吹冷时间延长和阀门工作寿命减少等弊病。

4、压缩热(余热)再生型:该设备仅适用于无油机,其大部分为大型离心式空压机,很小部分为无油螺杆机和无油活塞机。因为该流程的主要特点是热空气入再生塔,带出水份后经冷却分离、再进入吸附塔脱水。若空压机排出气体带油,在高温下油蒸气无法实现冷凝和过滤除油,因此喷油螺杆和有油润滑活塞空压机都要先将排出的高温气冷却至常温后进行过滤除油,然后才能进入后置吸附式干燥器。

利用压缩热再生可使再生能耗降至低,理论上再生能耗仅发生在吹冷阶段,所以在离心机后应尽量配置压缩热型干燥器。该类干燥器除受空压机类型限制外,还因两个先天性弱点限制其应用:一是成品气露点(含水量)不能很低;二是在再生塔与吸附塔切换后一段时间内,产品气会出现较大范围的露点漂移。前者是因为可利用的压缩机排气温度较低(进口机≤120℃,国产机≤140℃),后者是因为吹冷不足,吸附剂在较高温度下(分子筛在60℃以上,铝胶在45℃以上)吸附能力明显降低。

5、改进型的原理和应用:吸干机节能降耗的核心是减少再生气量,而减少再生气量的核心是减少吹冷气量,前者涌现出了鼓风外加热、压缩热,后者则分为改良型和零排放型,零排放型又分为吹冷气回收型和吹冷气循环型,近年在天然气脱水装置中大量使用的等压再生零排放型更是在加热和吹冷全过程中实现了循环利用。

5.1微加热、外加热增加逆向(相对加热过程气流方向)反吹程序,原理是先吹冷下半塔体,当两塔切换后,湿空气从下而经吸附塔,在下半塔体中先得到脱水干燥,上升时顺势带走上半塔体的热量,此举可减少1/2~1/3的吹冷气量

5.2有热再生(微加热、外加热、压缩热)增设射流泵装置可将吹冷气全部回收。

5.3鼓风外加热型增加冷却器,可将吹冷气循环利用,此举可做到成品气零排放,压缩热增加全流量吹冷和冷却过程,亦可做到零排放。

5.4等温压缩型压缩热干燥器(见图4):设计、制作一流的国外品牌离心缩,排气温度仅为95~105℃,压缩曲线接近等温压缩。空压机分三级压若为适应后置压缩热干燥器所需的较高排气温度,空压机需做变型设计,提高末级压缩比和末端排气温度,并因此多付出2%左右的电耗。

若增加一个全流量电加热器,在加热阶段末期开启,将原气体温度从100℃提高至160℃左右或增加一个小功率加热器,在全流量加热再生结束后,取部分热气或干气进行二次加热再生,从公式1中可以看出,提高再生气温度可有效降低成品气露点,此方法可使压缩热干燥器应用范围扩展至高寒地区和诸如电子、仪表用气等低露点用户,且增加的能耗远小于空压机全流量增加2%的能耗。

6、等压再生零排放:与鼓风外加热相比,再生气体取自干燥的产品气,经加压、加热、脱附后,不向大气排放,而是经冷却、分离后进入吸附塔入口,加热再生阶段结束后,加热器停止工作,其余过程同上,直至将塔内温度降至常温。

有热再生型加热器出口温度可根据所需露点定为180~220℃,通过对再生出塔再生气温度和再生时间的控制,可实现当空压机变负荷时对吸附干燥器再生气的能耗进行合理调节,进一步降低运行能耗,等压再生型零排放干燥器较鼓风外加热型略低,该类型干燥器总体能耗不及无热、微热型的一半。等压再生零排放型再生原理实际上是低分压和高温(PSA+PST)脱附机理组合,再生气(加热、吹冷)含水量很低,所以不需要很高的加热温度和较长的吹冷时间,可实现短周期(4~6小时),吸附塔体积较鼓风外加热和压缩热小,且露点稳定和更低。此外由于再生温度较低,亦可有效延长阀门工作寿命。

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