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不同类型空压机干燥装置应用分析蒋奥银（首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部，河北唐山063200）摘要：压缩空气被广泛运用在工业生产中，仪表用气等用户对其质量有相应要求。为了保证压缩空气质量合格，空压机需配套相应处理能力的干燥装置进行除水、除尘。通过对多年以来不同工艺干燥装置应用情况的探讨，研究其使用的优缺点，以期为同行业者提供参考。关键词：压缩空气；干燥装置；露点；能耗中图分类号：TH45文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0272-030引言在冶金、化工等工业领域中，压缩空气作为各类仪表、气动阀的动力气源，对其质量有明确要求。质量指标主要有含尘量、含水量（露点）以及含油量。其中含尘量及含油量通过除尘器、除油器机械过滤后即可达到使用标准，而含水量则需要配套相对复杂的干燥装置进行干燥除水，因此压缩空气质量最难控制的指标为含水量。根据一般工业用气规范，压缩空气的压力露点低于-20 即可满足使用需求。某大型钢铁企业建设有 7 座空压机站，共 30 多台离心式空压机，负责给全厂供应无油无水压缩风，主要用于仪表用气、风动送样、气力输送等。为保证压缩风品质满足用户使用要求，该企业先后引进三种不同类型的干燥装置，分别为余热再生型、压缩热鼓风零气耗型、转鼓式零气耗型1-3。本文结合生产中实际应用情况，从干燥工艺、能源消耗、日常问题等方面进行对比分析。1工艺流程1.1余热再生干燥装置工艺流程余热再生干燥装置是根据变压吸附原理（即常温压力吸附工作，高温常压脱附再生），并充分利用压缩机末级排气热能进行再生干燥的装置，具体工艺流程如图 1 所示。1.1.1上半周期 1（A 塔工作、B 塔再生加热阶段）压缩机末级高温气体，通过再生主阀 V11 进入 B塔，加热其内部吸附剂后，再通过 V4 阀到冷却器对高温再生气进行冷却，冷却后气体又经气液分离器分离出冷凝水后再通过 V1 阀来到 A 塔，吸附脱水后通过V7 阀到精密过滤器进行最后的除尘，然后送至管网使用。1.1.2上半周期 2（A 塔工作、B 塔再生冷吹阶段）B 塔经过设定时间的加热后，塔内的吸附剂在高温下达到初步再生效果，此时关闭 V11、V4 阀打开V12 阀，使热气体全部直接通过 V12 阀进入冷却器及气液分离器，然后经 V1 阀直接进入 A 塔，再经 V7阀、精密过滤器除尘后送管网。冷吹气流取至 A 塔干燥后成品气，经 V9 阀及限流孔板降压后，进入 B 塔对其吸附剂进行冷吹降温，然后经 V6 阀及放散消音器排至大气。1.1.3下半周期（B 塔工作、A 塔再生阶段）下半周期 B 塔工作、A 塔再生与上述流程相同。1.2压缩热鼓风零气耗干燥装置工艺流程该工艺首先利用压缩机末级排气的压缩热对再生塔进行首次加热再生，为了得到合格露点，再通过自带的鼓风加热器对再生塔进行二次加热再生，彻底脱附吸附剂的水分。整个流程无气损，具体工艺流程如下页图 2 所示。1.2.1压缩热加热阶段（A 塔工作，B 塔压缩热加热再生）压缩机末级送出高温压缩空气，首先经 V02 阀进入再生 B 塔，对塔内的吸附剂进行第一阶段压缩热再生；再生气体又经 V04 阀进入冷却器进行气体冷却、冷凝水分离；然后经 V05 阀进入工作 A 塔，通过吸附剂的吸附作用，使压缩空气得到干燥；然后经 V07 阀到精密过滤器进行除尘过滤，得到的无油无水无尘压缩空气送至管网使用。收稿日期：2022-08-11作者简介：蒋奥银（1986），男，四川达州人，本科，毕业于东北大学，冶金工程师，现从事高炉鼓风系统、深冷制氧系统、仪表压缩风系统生产技术能源管理工作。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.111图 1余热再生干燥装置工艺流程压缩空气电加热器用户V13V12A 塔再生冷却器回水来水B 塔吸附除尘器气液分离器V11V8V10V9V7V5V6V4V2V3V1技术应用2023 年第 6 期1.2.2鼓风加热阶段（A 塔工作，B 塔鼓风加热再生）待 B 塔完成卸压后，系统自动会启动干燥装置配套的鼓风机及电加热器，鼓风机吸入大气并经电加热器进行加热后，经 V10 阀对 B 塔进行二次加热再生，确保干燥剂得以深度脱湿再生后，经 V12 阀、V16 阀排至大气。1.2.3冷吹阶段（A 塔工作，B 塔鼓风冷吹）B 塔经过以上两个阶段加热后，塔内温度较高，需冷吹降温后才能切换成运行塔。首先自动开启配套鼓风机，鼓气经过 V15 阀、V12 阀后从 B 塔底部向上吹入，然后由塔顶出来经过 V10 阀、V17 阀后进入干燥装置配套的冷却器，再回到鼓风机的入口，冷吹风形成闭式循环，直至冷吹风温达到设定值。1.2.4下半周期（B 塔工作、A 塔再生阶段）下半周期 B 塔工作、A 塔再生与上述流程相同。1.3转鼓式零气耗干燥装置工艺流程转鼓式干燥装置与以上所介绍的双塔工艺完全不同，此干燥工艺通过干燥塔内部结构及密封等将未处理的压缩空气分为两路气流，一路为直接进行干燥的压缩空气，另一路则作为高温再生气。其中待干燥压缩空气经过 2 个干燥塔中并流经每个转子的 2/3区域，对其进行吸附干燥；高温再生压缩空气继续被分为两股，分别经过两个电加热器进行二次加热后进入转子的 1/3 区域进行再生。此工艺依靠转子以一定速度匀速转动实现干燥、再生同步进行，无工作-再生的切换过程。具体工艺流程如图 3 所示。1）空气干燥回路。压缩空气经过末级冷却器后通过喷射器进入干燥器，随后空气进入吸附水分的干燥转子通道，干燥后的空气再流入空气出口室，并通过送出阀离开干燥装置送入压缩空气管网。2）再生气回路。高温的压缩机末级排气从末级冷却器上游管路分流出来，此空气为不饱和，温度 90150，在经过节流阀后分为两股，被两个电加热器分别加热至指定温度后进入两个干燥器的湿转子通道；由于是热空气蒸气压，比湿转子通道气压低，因此将使该区域脱附干燥，离开干燥罐体的再生空气随后进入喷射器的吸气室与末级冷却后的压缩湿空气混合。此类型干燥装置核心部位为转子、齿轮箱、喷射器以及罐体内部的密封。转鼓是吸附剂的载体，按照固定转速缓慢匀速转动。其再生和吸附区域的比例为13，即 25%的截面是再生区，另外 75%的截面是吸附区。吸附剂被封装在转鼓中，吸附剂的主要性能是在不同压力和温度下可以吸附水及脱水，具有良好的吸附和再生性能。转鼓随着空压机的工作状态自动保持同步，以保证再生侧的吸附剂能够得到充分再生。2技术参数及运行成本对比分析该企业使用以上三种不同类型干燥装置，从实际应用情况来看，能源消耗量差距较大，其主要需求能源介质为电、冷却水，除此之外，还要重点分析干燥工艺的自身损耗。三种干燥装置参数及能耗对比见表1。由表 1 数据可见，不同类型干燥装置在能源消耗方面差距明显，运行成本高低不一，所需冷却水均由图 2压缩热鼓风零气耗干燥装置工艺流程图 3转鼓式零气耗干燥装置工艺流程参数余热再生 压缩热鼓风零气耗转鼓式零气耗设计压力露点/-40-20-40设计进气温度/110707090进气压力（表压）/MPa0.600.800.650.850.650.85压力损失（表压）/MPa0.0400.0350.035循环时间/h88设备整体功率/kW忽略不计23781设计冷却水消耗/（t h-1）77.8109.9124.6设计再生气损耗/%500表 1参数及能耗对比成品气V07V08V02V01V18压缩机排气V09V10V14V17V21A电加热器冷却器吸气过滤器鼓风机V15B热排气口V16V12V11V19V05V06V04V03V20冷却器喷射器电机电加热器冷却器成品气喷射器电加热器电机冷却器末级冷却器压缩机排气蒋奥银：不同类型空压机干燥装置应用分析273机械管理开发第 38 卷厂区循环冷却水提供，成本较低，故不再进行对比。主要从电耗及损耗方面进行对比分析，具体如下：1）余热再生型干燥装置：再生气有损耗，再生阶段使用成品气进行冷吹并排空。按照单台压缩机产气量为 250 m3/min、压缩空气单价 0.08 元/m3、再生气实际损耗在 6%10%，按照 8%估算，单台干燥装置每年因自身损耗产生的费用为 250 m3/min60 min24h8%0.08 元/m3360 d=83 万元；由于实际应用中压缩机排气温度在 7080，不能达到较好再生效果，因此增设有电加热器辅助加热，并非纯余热再生，其功率为 72 kW，4 h 周期中 2 h 加热，电量消耗产生的年费用为 72 kW12 h360 d0.5 元/kWh=16万元。全年自身电耗及能源损失产生的费用 99 万元。2）压缩热鼓风零气耗干燥装置：这种干燥装置属于零气耗工艺，不会产生气损，但工艺通过压缩机余热以及鼓风电加热两个阶段加热再生气以保证再生彻底，而鼓风机及电加热需将环境温度的鼓风加热至180 左右，电量消耗较高。整个流程 8 h，压缩热加热 120 min、鼓风加热 120 min、冷吹 120 min、热备120 min。其中鼓风加热阶段鼓风机及电加热器均运行，冷吹阶段只有鼓风机运行。鼓风机功率 37 kW，电加热器功率 200 kW，电单价按照 0.5 元/kWh 计算，全年运行 360 d，每年单台干燥装置冷吹鼓风机产生的费用为 37 kW6 h360 d0.5 元/kWh=4 万元，鼓风加热产生的费用为 237 kW6 h360 d0.5 元/kWh=26 万元，全年单台干燥装置电量消耗产生费用30 万元。3）转鼓式零气耗干燥装置：此类干燥装置工艺虽与双塔式完全不同，但也包括两套电加热器对再生气进行加热以确保再生效果，电单价按照 0.5 元/kWh计算，加热器整体功率 81 kW，实际运行根据露点自动调整其功率，按照平均 80%负荷计算，每年单台干燥装置加热器产生的费用为 81 kW24 h360 d0.5 元/kWh80%=28 万元。4）通过对运行电耗及损耗综合分析，运行成本高低排序为：余热再生压缩热鼓风零气耗转鼓式零气耗。3不同类型干燥器应用中的优缺点3.1余热再生型干燥装置优点：此类干燥装置应用广泛，技术成熟。缺点：能耗高，企业压缩风系统产用平衡紧张，使用的 10 余套此类型干燥装置累加损耗较大，进一步加剧了产用矛盾；干燥效果受压缩机末级排气温度影响明显，再生效果不佳，尤其在夏季空气中含水量较高，压力露点无法达到-20；属于双塔式，在运行-再生不同阶段切换需依靠较多阀门实现，故障率高，可能造成放风、露点值不合格、压缩机憋压喘振等问题；自动化程度偏低，无时序功能，也无法通过温度来实现露点的调控。3.2压缩热鼓风零气耗干燥装置优点：零气耗，能源消耗低；能干燥出较低压力露点的压缩空气，在这三种类型干燥装置中干燥效果最佳，同时还可通过对鼓风加热温度的调整，实现露点值的调整；具备时序功能，可实现不同阶段暂停功能。缺点：配套电加热器功率高，多台同时运行时属于冲击负荷，对上级电源有一定要求；属于双塔式干燥装置，阀门故障率高，对运行稳定性有一定影响。3.3转鼓式零气耗干燥装置优点：零气耗，能源消耗低；无工作-再生切换流程，露点值无波动；具有时序功能，温度档位控制等随露点自动调整加热器负荷；双罐同时工作/再生，干燥剂填充少，整体设备占地面积小；不需要切换阀，避免阀门故障对生产造成的影响，露点稳定性高。缺点：由于再生过程中无降压冷吹阶段，干燥压缩空气的露点将受到一定限制；转动转子、密封等核心部件均在罐体内，长期转动摩擦损伤，日常检查难度大，维修困难。4结语本文介绍的三种不同类型干燥装置原理不尽相同，各有特点及其适用范围。余热再生型干燥装置适用于排气温度较高的压缩机配套，只利用其余热再生即可，但自身损耗造成的能源浪费严重，不能顺应企业节能降耗方向，已逐步被零气耗型干燥装置所替代；压缩热鼓风零气耗干燥装置能耗低且其干燥能力可根据用户需求配套调整电加热系统，对电力负荷匹配要求相对较高