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    不同型式干燥機應用與選擇分析

    2022-02-28

    不同型式干燥機應用與選擇分析


    壓縮空氣干燥方式主要有兩種原理:冷凍除濕和吸附干燥。冷凍式干燥機釆用冷凍除濕的原理 實現空氣干燥、而吸附式干燥機采用選擇性吸附的原理。

    /陳斌

    壓縮空氣干爆方式主要有兩種原理:冷凍除濕和吸附干燥。冷凍式干燥機采用冷凍除濕的原理實現空氣干燥。受冰點限制,冷干機干燥能力在露點溫度0度以上。而吸附式干燥機采用選擇性吸附的原理,可以實現0度以下的壓力露點,如-20度,-40度和-70度。

    吸干機一般主要由兩個裝滿吸附剤的吸附塔、閥門管路及控制系統構成。運行時, 一個塔吸附,另一個塔再生。為保證用氣的連續性,在預設的時間到達后,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的來源分為三種,采用成品氣加熱再生的微熱吸干機(exhaust heated), 采用環境空氣加熱再生的鼓風吸干機 (blower heated or blower purge), 以及釆用無油機出口中高溫壓縮空氣再生的余熱吸干機(HOC, heat of compression).

    本文主要探討各類型的吸干機的應用場合和筆者的觀點。

    1.限制無熱

    無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,可實現露點-20度-70度。無熱吸干機再生過程中消耗大量的成品氣,露點要求越高,消耗越大。

    對于在7barg進氣條件下,常規的-20到-40度的壓力露點需求,再生氣耗的消耗量在20%左右,逬氣溫度低時低于20%,進氣溫度高時,會高于20%。很多人說無熱吸干機的再生氣耗為14%,這只是廠家的市場宣傳而已不能當真。

    image.pngimage.png

    影響無熱吸干機氣耗的主要有三個因素:工作壓力、逬氣溫度和露點需要。對氣耗影響最大的是工作壓力,不同壓力條件下,無熱吸干機的再生氣消耗變化趨勢可參圖1。不難看出無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。

    筆者列舉了幾個適合的場合:

    ?小流量。建議流量小于10m3/min的場合可選擇無熱吸干機;

    ?單班運行。單班制的工廠每日運行8小時左右,這個場合特別適用于無熱吸干機,無熱吸干機逬人狀態比有熱吸干機快,操作簡便;

    ?年運行時間少于2000小時。氣量不大,年運行時間不長,投資和運行費用都不高,無熱吸干機非常適合;

    ?高壓。壓力在16barg以上時,無熱吸干機的再生氣耗大幅降低,相比其它有熱再生,可靠性和安全性優點突出。

    ?特殊場合。比如移動場合,車載干燥系統,比如石油天然氣平臺、防爆場合等等。

    2.淘汰微熱

    微熱吸干機是采用成品氣加熱來再生吸 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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    小微熱是在無熱吸干機基礎上發展起來的怪胎,典型周期在2小時以內,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,可實現-20度至-70度的壓力露點,但其不僅消耗電能還消耗大量的成品氣。在進氣7barg條件下,大微熱的氣耗并不是市場上宣傳的7-8%,實際上可達到 16%左右。與無熱吸干機比較,大微熱綜合 能耗并沒有優勢,而且價格更貴,因此存在的意義井大。因此,淘汰微熱吸干機勢在必行。

    關于微熱吸干機的能耗分析可參考筆者 所寫義章《為什么要淘汰微熱吸干機?》。

    從公平的角度來說,大微熱吸干機也不是一無是處,對比無熱而言也有優點:

    ?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,相比無熱吸干機綜合能耗有優勢,但較鼓風吸干機則完全沒有優勢;

    ?-70度應用°比無熱吸干機能耗低,仍不及鼓風吸干機,但進氣溫度操作范圍比鼓風寬。

    綜上所述,從常規的應用來看,小氣量比不上無熱吸干機,中大氣量比不上鼓風吸干機,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

    鼓風干燥機再生過程中,采用鼓風機吸入環境空氣作為載體加熱后再生吸附劑,可 實現-20度到-70度的壓力露點。

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    由于再生載體是廉價的環境空氣而不是 昂貴的成品壓縮空氣,鼓風吸干機天生就比 無熱和微熱吸干機節氣和節能,下圖揭示了 鼓風的巨大優勢。

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    鼓風干燥機不僅節能,而且性能穩定,壓降低,適用范圍廣,可靠柱高。不僅可以與有油壓縮機配合使用,也可與無油機配合使用。另外,鼓風干燥機環境適應能力也非常強??蛇m應絕大部分氣候環境。更重要的是,鼓風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。性能較余熱吸干機定得多,因此特別適合對點苛刻的場合.

    綜合來看,鼓風吸干機的憂勢非常突出,因此應予以鼓勵:

    ?10m3/min以上的有圧縮空氣統,優先考慮配置鼓風吸干機實現-20度到-70度露點;配置鼓風干燥機的系統產氣效率最高,不像無熱和微熱系統,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;

    ?對于無油三級離心壓縮機,由于離心機排氣溫度低濕度高,實現-20度及-40度壓力露點,鼓風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,無論是有油還是無油系統,鼓風干燥機都是最佳選擇。

    4慎用余

    余熱又稱為壓縮熱吸干機,采用無油空壓機出口的中高溫壓縮空氣直接再生吸附,可實現10到-40度壓力露點。

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    由于采用空壓機出口的壓縮空氣再生吸附剤,因此余熱吸干機只能與無油離心機和無油干式螺桿壓縮機配合使用。

    余熱吸干機在國內的發展主要是近十年事情,主要是乘離心空壓機發展的東風而迅猛發展。中國市場上每年離心空壓機的銷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,有的需要0度以下的露點。早期與離心空壓機配合的主要是冷干機和微熱吸 機,近些年變為更節能的鼓風和余熱吸干機。在發展過程中,干爆機制造商除了借鑒國外的余熱流程外,還發明或新了很多流程,應該說為吸干機的發展做出了一定的頁獻。

    余熱吸干機隨著越來越多無油機的安裝也呈現出一派繁榮景象。從市場反饋的情況來看,余熱吸干機壓降高,露點波動大,很少有能達到-20度壓力露點的情)兄。這一點也不奇怪,國內有幾十家干燥機廠家都在生產銷售余熱吸干機,水平參差不,極少有廠家掌握核心技術。絕大多數干燥機廠家仍停留在模仿階段,很少有研究吸附材料和工作機理的,試驗驗證更不會去做。除了技術能力外,市場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。無論高低,這個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系決定了吸附床層仍殘留10%左右的水分。這么高的殘留水分量不僅擠占了動態吸附能力,還無法具備-20度露點的干燥能力。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,不要說實現-20度以下的露點,就是比冷干機也不一定有什么優勢。筆者在《壓縮熱干燥機的露點性能探 討》一文中詳細介紹了再生溫度等參數與露點之間的關系。

    天下沒有免費的午餐!要想實現-20度或者-40度的露點,必須付出一定代價,比如通過輔助電加熱器提高再生溫度來獲更好的再生深度,這就引入了電能消耗為 獲得“更好”的露點,市場上誕生了五花 門的捕助再生流程,有的頁是為性能服務 更多的可能是掛羊頭賣狗肉,

    針對余熱吸干機的應用,筆者有幾點建 議:

    ?對于三級離心機而言,由于其排氣品味不足,要實現-20度或者-40度的壓力點,綜合電能消耗,壓降和冷卻水消耗,熱并不比鼓風有優勢。作為用戶應宙慎待,不宜輕信市場宣傳,應全方恒分析,比較能耗和運維成本。對于可接受季節波的,可選擇余熱吸干機,而對于露點要求產格的場合,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,筆者建議優先選擇鼓風吸干機;

    ?對于二級無油干式螺桿壓縮機,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任于鼓風吸干機,此時可優先選擇余熱吸干 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,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。對于露點要求嚴格的場合,筆者仍然建議采用鼓風吸干機;

    ?對于露點要求不高的場合,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,用戶應謹慎對待;

    ?在采用余熱吸干機替代冷干機應用時,應充分對比壓降和冷卻水消耗后再行確定。

    總結起來就是:限制無熱,淘汰微熱,鼓勵鼓風,慎用余熱??傊?,余熱再生是非常有技術含量的機型,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格的,作為用戶應謹慎選擇機型 和有實力的廠家。


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