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    壓縮機網(wǎng) >雜志精華>正文

    不同型式干燥機應用與選擇分析

       【壓縮機網(wǎng)】壓縮空氣干燥方式主要有兩種原理:冷凍除濕和吸附干燥。
    不同型式干燥機應用與選擇分析
      冷凍干燥機采用冷凍除濕的原理實(shí)現空氣干燥。受冰點(diǎn)限制,冷干機干燥能力在露點(diǎn)溫度0度以上。而吸附式干燥機采用選擇性吸附的原理,可以實(shí)現0度以下的壓力露點(diǎn),如-20度,-40度和-70度。
      吸干機一般主要由兩個(gè)裝滿(mǎn)吸附劑的吸附塔、門(mén)管路及控制系統構成。運行時(shí),一個(gè)塔吸附,另一個(gè)塔再生。為保證用氣的連續性,在預設的時(shí)間到達后,雙塔功能切換,吸附飽和的再生脫附恢復活性,再生完畢的投入吸附運行,周而復始。
      根據再生原理的不同,吸干機可分為變壓吸附(PSA,pressure swing adsorption)的無(wú)熱再生和變溫吸附(TSA,temperature swing adsorption)的有熱再生。有熱再生按再生介質(zhì)的來(lái)源分為三種,采用成品氣加熱再生的微熱吸干機(exhaust heated),采用環(huán)境空氣加熱再生的鼓風(fēng)吸干機(blower heated or blower purge),以及采用無(wú)油機出口中高溫壓縮空氣再生的余熱吸干機(HOC,heat of compression)。
      本文主要探討各類(lèi)型的吸干機的應用場(chǎng)合和筆者的觀(guān)點(diǎn)。
     
      1. 限制無(wú)熱
      無(wú)熱吸干機采用出口干燥的壓縮空氣減壓到常壓后再生吸附劑,可實(shí)現露點(diǎn)-20度至-70度。無(wú)熱吸干機再生過(guò)程中消耗大量的成品氣,露點(diǎn)要求越高,消耗越大。
    不同型式干燥機應用與選擇分析
      對于在7barg進(jìn)氣條件下,常規的-20到-40度的壓力露點(diǎn)需求,再生氣耗的消耗量在20%左右,進(jìn)氣溫度低時(shí)會(huì )低于20%,進(jìn)氣溫度高時(shí),會(huì )高于20%。很多人說(shuō)無(wú)熱吸干機的再生氣耗為14%,這只是廠(chǎng)家的市場(chǎng)宣傳而已不能當真,詳細分析可參考筆者所寫(xiě)文章《無(wú)熱吸干機的氣耗是14%嗎?》。
    不同型式干燥機應用與選擇分析
      影響無(wú)熱吸干機氣耗的主要有三個(gè)因素:工作壓力、進(jìn)氣溫度和露點(diǎn)需要。對氣耗影響最大的是工作壓力,不同壓力條件下,無(wú)熱吸干機的再生氣消耗變化趨勢可參圖1。不難看出無(wú)熱吸干機的再生氣消耗量是非常大的,昂貴的成品氣大量的消耗了,非常不劃算,因此應限制它的應用范圍。
      筆者列舉了幾個(gè)適合的場(chǎng)合:
      ·小流量。建議流量小于10m3/min的場(chǎng)合可選擇無(wú)熱吸干機;
      ·單班運行。單班制的工廠(chǎng)每日運行8小時(shí)左右,這個(gè)場(chǎng)合特別適用于無(wú)熱吸干機,無(wú)熱吸干機進(jìn)入狀態(tài)比有熱吸干機快,操作簡(jiǎn)便;
      ·年運行時(shí)間少于2000小時(shí)。氣量不大,年運行時(shí)間不長(cháng),投資和運行費用都不高,無(wú)熱吸干機非常適合;
      ·高壓。壓力在16barg以上時(shí),無(wú)熱吸干機的再生氣耗大幅降低,相比其它有熱再生,可靠性和安全性?xún)?yōu)點(diǎn)突出。
      ·特殊場(chǎng)合。比如移動(dòng)場(chǎng)合,車(chē)載干燥系統,比如石油天然氣平臺、防爆場(chǎng)合等等。
     
      2. 淘汰微熱
      微熱吸干機是采用成品氣加熱來(lái)再生吸附劑的。微熱吸干機分為兩種,一種是小微熱,另外一種是大微熱。
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      小微熱是在無(wú)熱吸干機基礎上發(fā)展起來(lái)的怪胎,典型周期在2小時(shí)以?xún)?,能耗高,在性能上還不及冷干機。大微熱的典型周期是8小時(shí),可實(shí)現-20度至-70度的壓力露點(diǎn),但其不僅消耗電能還消耗大量的成品氣。在進(jìn)氣7barg條件下,大微熱的氣耗并不是市場(chǎng)上宣傳的7-8%,實(shí)際上可達到16%左右。與無(wú)熱吸干機比較,大微熱綜合能耗并沒(méi)有優(yōu)勢,而且價(jià)格更貴,因此存在的意義并大。因此,淘汰微熱吸干機勢在必行。
      關(guān)于微熱吸干機的能耗分析可參考筆者所寫(xiě)文章《為什么要淘汰微熱吸干機?》。
      從公平的角度來(lái)說(shuō),大微熱吸干機也不是一無(wú)是處,對比無(wú)熱而言也有優(yōu)點(diǎn):
      ·處理30度以下的壓縮空氣。處理低溫空氣或者含濕量比較低時(shí),相比無(wú)熱吸干機綜合能耗有優(yōu)勢,但較鼓風(fēng)吸干機則完全沒(méi)有優(yōu)勢;
      ·-70度應用。比無(wú)熱吸干機能耗低,仍不及鼓風(fēng)吸干機,但進(jìn)氣溫度操作范圍比鼓風(fēng)寬。
      綜上所述,從常規的應用來(lái)看,小氣量比不上無(wú)熱吸干機,中大氣量比不上鼓風(fēng)吸干機,淘汰是必然趨勢。當然對于小微熱吸干機這種奇葩機型,越早淘汰越好。
     
      3. 鼓勵鼓風(fēng)
      鼓風(fēng)干燥機再生過(guò)程中,采用鼓風(fēng)機吸入環(huán)境空氣作為載體加熱后再生吸附劑,可實(shí)現-20度到-70度的壓力露點(diǎn)。
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      由于再生載體是廉價(jià)的環(huán)境空氣而不是昂貴的成品壓縮空氣,鼓風(fēng)吸干機天生就比無(wú)熱和微熱吸干機節氣和節能,下圖揭示了鼓風(fēng)的巨大優(yōu)勢。
    不同型式干燥機應用與選擇分析
      鼓風(fēng)干燥機不僅節能,而且性能穩定,壓降低,適用范圍廣,可靠性高。不僅可以與有油壓縮機配合使用,也可與無(wú)油機配合使用。另外,鼓風(fēng)干燥機環(huán)境適應能力也非常強,可適應絕大部分氣候環(huán)境。更重要的是,鼓風(fēng)的再生系統是獨立于空壓機的,不受空壓機運行運行工況的影響,性能較余熱吸干機穩定得多,因此特別適合對露點(diǎn)苛刻的場(chǎng)合。
      綜合來(lái)看,鼓風(fēng)吸干機的優(yōu)勢非常突出,因此應予以鼓勵:
      ·10m3/min以上的有油壓縮空氣系統,優(yōu)先考慮配置鼓風(fēng)吸干機實(shí)現-20度到-70度露點(diǎn);配置鼓風(fēng)干燥機的系統產(chǎn)氣效率最高,不像無(wú)熱和微熱系統,需要配置更大的空壓機。因此,系統投資并不需要增加,而且能耗低,運行維護費用低;
      ·對于無(wú)油三級離心壓縮機,由于離心機排氣溫度低濕度高,實(shí)現-20度及-40度壓力露點(diǎn),鼓風(fēng)干燥機在綜合能耗上不輸余熱吸干機,且設計余量充足,性能有保障;
      ·對于中大流量的-70度應用,無(wú)論是有油還是無(wú)油系統,鼓風(fēng)干燥機都是最佳選擇。
     
      4. 慎用余熱
      余熱又稱(chēng)為壓縮熱吸干機,采用無(wú)油空壓機出口的中高溫壓縮空氣直接再生吸附劑,可實(shí)現10到-40度壓力露點(diǎn)。
    不同型式干燥機應用與選擇分析
     
      由于采用空壓機出口的壓縮空氣再生吸附劑,因此余熱吸干機只能與無(wú)油離心機和無(wú)油干式螺桿壓縮機配合使用。
      余熱吸干機在國內的發(fā)展主要是近十年的事情,主要是乘離心空壓機發(fā)展的東風(fēng)而迅猛發(fā)展。中國市場(chǎng)上每年離心空壓機的銷(xiāo)售量占全球一半以上,這里面大部分是需要與干燥機配合使用的,有的需要0度以上的露點(diǎn),有的需要0度以下的露點(diǎn)。早期與離心空壓機配合的主要是冷干機和微熱吸干機,近些年轉變?yōu)楦澞艿墓娘L(fēng)和余熱吸干機。在發(fā)展過(guò)程中,干燥機制造商除了借鑒國外的余熱流程外,還發(fā)明或創(chuàng )新了很多流程,應該說(shuō)為吸干機的發(fā)展做出了一定的貢獻。
      余熱吸干機隨著(zhù)越來(lái)越多無(wú)油機的安裝也呈現出一派繁榮景象。從市場(chǎng)反饋的情況來(lái)看,余熱吸干機壓降高,露點(diǎn)波動(dòng)大,很少有能達到-20度壓力露點(diǎn)的情況。這一點(diǎn)也不奇怪,國內有幾十家干燥機廠(chǎng)家都在生產(chǎn)銷(xiāo)售余熱吸干機,水平參差不齊,極少有廠(chǎng)家掌握核心技術(shù)。絕大多數干燥機廠(chǎng)家仍停留在模仿階段,很少有研究吸附材料和工作機理的,試驗驗證更不會(huì )去做。除了技術(shù)能力外,市場(chǎng)對余熱干燥機的認知還不足,存在較多誤區。
      以離心空壓機為例,市場(chǎng)上主要品牌的排氣溫度基本在85-130度之間,前級壓縮比大的排氣溫度低,等比或者后級壓縮比大的排氣溫度高。無(wú)論高低,這個(gè)溫度范圍其品味是極低的,因為作為再生氣其含濕量太大,相對濕度在10%-20%左右。作為再生氣,吸附劑的再生深度是不足的,即使一直加熱下去,氧化鋁的平衡吸附關(guān)系決定了吸附劑床層仍殘留10%左右的水分。這么高的殘留水分量不僅擠占了動(dòng)態(tài)吸附能力,還無(wú)法具備-20度露點(diǎn)的干燥能力。更重要的是,再生尾氣的溫度在70度左右,熱量利用率極低。在這種條件下,不要說(shuō)實(shí)現-20度以下的露點(diǎn),就是比冷干機也不一定有什么優(yōu)勢。筆者在《壓縮熱干燥機的露點(diǎn)性能探討》一文中詳細介紹了再生溫度等參數與露點(diǎn)之間的關(guān)系。
      天下沒(méi)有免費的午餐!要想實(shí)現-20度或者-40度的露點(diǎn),必須付出一定的代價(jià)。比如通過(guò)輔助電加熱器提高再生溫度來(lái)獲得更好的再生深度,這就引入了電能消耗。為獲得“更好”的露點(diǎn),市場(chǎng)上誕生了五花八門(mén)的輔助再生流程,有的真是為性能服務(wù),更多的可能是掛羊頭賣(mài)狗肉。
      針對余熱吸干機的應用,筆者有幾點(diǎn)建議:
      ·對于三級離心機而言,由于其排氣品味不足,要實(shí)現-20度或者-40度的壓力露點(diǎn),綜合電能消耗,壓降和冷卻水消耗,余熱并不比鼓風(fēng)有優(yōu)勢。作為用戶(hù)應審慎對待,不宜輕信市場(chǎng)宣傳,應全方位分析,比較能耗和運維成本。對于可接受季節波動(dòng)的,可選擇余熱吸干機,而對于露點(diǎn)要求嚴格的場(chǎng)合,由于余熱吸干機的再生條件受空壓機影響太大及余熱自身的固有缺陷,筆者建議優(yōu)先選擇鼓風(fēng)吸干機;
      ·對于二級無(wú)油干式螺桿壓縮機,由于排氣溫度高達150度到200度,作為再生氣品味較高,余熱吸干機的綜合能耗低于明顯低于鼓風(fēng)吸干機,此時(shí)可優(yōu)先選擇余熱吸干機。但由于螺桿機存在啟?;蛘咦冾l輸出,勢必對余熱吸干機的再生造成較大影響,進(jìn)一步影響性能,因此干燥機與空壓機之間要有嚴密的配合控制機制。對于露點(diǎn)要求嚴格的場(chǎng)合,筆者仍然建議采用鼓風(fēng)吸干機;
      ·對于露點(diǎn)要求不高的場(chǎng)合,如介于0度到-20度的應用,可考慮余熱吸干機,但是否應增加諸如電加熱等輔助再生手段,用戶(hù)應謹慎對待;
      ·在采用余熱吸干機替代冷干機應用時(shí),應充分對比壓降和冷卻水消耗后再行確定。
      總結起來(lái)就是:限制無(wú)熱,淘汰微熱,鼓勵鼓風(fēng),慎用余熱??傊?,余熱再生是非常有技術(shù)含量的機型,如再生條件、吸附劑填充量、換熱器效果和工藝控制都是非常影響性能和價(jià)格的,作為用戶(hù)應謹慎選擇機型和有實(shí)力的廠(chǎng)家。
     

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    標簽: 干燥機型式選擇  

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