壓縮熱再生式干燥機的應(yīng)用

王鋒

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

常用的壓縮空氣干燥機包含冷凍式和吸附式干燥機兩種。冷凍式干燥機只能將壓縮空氣露點溫度處理到3℃左右，需要更低露點溫度只能采用吸附式干燥機，根據(jù)吸附式干燥機再生方式不同可分為無熱再生式干燥機、微熱再生式干燥機、鼓風(fēng)加熱再生式干燥機及圧縮熱再生式干燥機。本文首先論述壓縮熱再生式干燥機的工作原理，并以一個工程實例將各種干燥機的能耗進行對比；重點討論壓縮熱再生式干燥機在工程應(yīng)用中存在的問題，從工程設(shè)計優(yōu)化及對設(shè)備工藝流程改造兩方面解決問題。

1 壓縮熱再生式干燥機的工作原理

吸附式干燥機一般采用雙塔結(jié)構(gòu)，一個用于氣體干燥，另一個發(fā)生吸附劑再生過程。目前常用的吸附劑材料為活性氧化鋁和分子篩，活性氧化鋁對工作介質(zhì)溫度敏感，當吸附劑環(huán)境溫度達到130℃以上時，吸附劑含水量只有1%左右，幾乎完全脫附。而分子篩對水分的吸附能力高于同等溫度下的活性氧化鋁，脫附?jīng)]有活性氧化鋁徹底。

吸附劑再生過程分為4個階段：加熱-降壓-冷吹-均壓。吸附塔和再生塔根據(jù)干燥機PLC給定的控制信號切換。見圖1。高溫壓縮空氣（110℃以上）進入干燥機，然后直接流入再生塔，因為高溫壓縮空氣是不飽和的，而且會使吸附劑儲存的水分汽化，汽化后的水分被不飽和高溫壓縮空氣吸附，進入干燥機的后續(xù)配套冷卻器，冷卻至40℃左右，此時壓縮空氣處于過飽和狀態(tài)，析出大量液態(tài)水，液態(tài)水經(jīng)汽水分離器排除。冷卻后的壓縮空氣進入干燥塔，達到露點要求后大部分輸出至壓縮空氣管網(wǎng)，供應(yīng)車間及各用氣工位使用，另有小部分經(jīng)控制閥流入再生塔，對吸附劑進行冷吹，這個階段耗損的壓縮空氣占到總氣量的2%左右。由于用于冷吹的壓縮空氣為干燥的壓縮空氣，可以使吸附劑二次脫附，冷吹過程結(jié)束后，這部分壓縮空氣經(jīng)消音器排出。

圖1 壓縮熱再生式干燥機工藝流程

再生塔和吸附塔在切換之前需要經(jīng)過壓力均衡過程，這個過程由干燥機PLC控制程序控制，每次切換意味著干燥機經(jīng)歷一個完整的工作周期，控制方式一般包括露點控制和時間控制。

壓縮空氣進出干燥機是一個連續(xù)的過程，而干燥機的雙塔切換是一個間歇過程，所以二者存在不同步的狀態(tài)。當再生塔正在進行冷吹過程時，此時進入干燥機的高溫壓縮空氣必須被旁通，直接進入后置冷卻器和汽水分離器，然后再進入干燥塔。這些過程必須經(jīng)干燥機控制程序?qū)崿F(xiàn)。

2 吸附式干燥機功耗對比

為了便于將幾種常用的吸附式干燥機能耗進行對比，本文對其他幾種干燥機的再生過程進行簡述。

無熱再生式干燥機再生過程不需要加熱，處理過的部分潔凈壓縮空氣減壓后流入再生塔，通過變壓吸附原理時吸附劑脫附，再生壓縮空氣帶走吸附劑水分后經(jīng)消音器排出，再生氣耗占總處理氣量的20%～25%。

微熱再生式干燥機再生過程也經(jīng)歷4個階段，區(qū)別在于加熱階段，加熱階段需要外界提供熱源，加熱階段所用的壓縮空氣為處理過的潔凈壓縮空氣，再生過程氣耗占總處理氣量的7%左右。

鼓風(fēng)加熱再生式干燥機用于加熱的壓縮空氣來自外界環(huán)境，冷吹階段需要用到潔凈壓縮空氣，再生過程氣耗占總處理氣量的7%左右。

本文選用處理量為60m3/min的吸附式干燥機作為對比基礎(chǔ)，空壓機選用無油螺桿式空壓機，空壓機電機功率為315kW，排氣壓力為0.75MPa，排氣量為51.3m3/min。干燥機和空壓機各選1臺，表1列出各種干燥機能耗數(shù)據(jù)。

吸附式干燥機耗能主要出現(xiàn)在兩個階段：即吸附劑的加熱和冷吹階段。為便于對比，將各種能耗統(tǒng)一折算為電功率。

表1只表示一種工況，但是其他工況定性分析結(jié)果與本工況類似，由此得出結(jié)論：圧縮熱再生式干燥機總再生功耗最低，單位功耗最低，能效比最高，而無熱再生式干燥機能效比最低，微熱再生式干燥機和鼓風(fēng)加熱再生式干燥機能效比居中。

表1 吸附式干燥機功耗統(tǒng)計表

3 壓縮熱再生式干燥機的應(yīng)用

壓縮空氣站一般工藝流程為：空壓機-前置儲氣罐-前置過濾器-干燥機-后置過濾器-后置儲氣罐-計量-壓縮空氣管網(wǎng)。

因為吸附劑的最佳再生溫度為130℃以上，低于100℃時再生效果急劇下降，所以進入干燥機的壓縮空氣溫度不宜低于110℃。這導(dǎo)致干燥機前無法設(shè)置前置過濾器，因此要求進入干燥機的空氣含油量必須控制在較低水平，只有離心式空壓機和無油螺桿機才能滿足這個要求。

采用壓縮熱再生式干燥機做為后處理設(shè)備時，空壓站工藝流程更改為：空壓機-干燥機-后置過濾器-后置儲氣罐-計量-壓縮空氣管網(wǎng)。

經(jīng)干燥機處理后的壓縮空氣露點能否達到要求，從設(shè)備層面講取決于吸附劑的種類及填充容量；從運行層面講取決于吸附劑的再生是否徹底。

活性氧化鋁脫附速度快，吸附劑再生過程短，雙塔切換周期短，但是吸附能力不及分子篩，所以要求壓力露點溫度為-40℃時，吸附塔可以只填充活性氧化鋁作為吸附劑，當需要壓力露點達到-70℃時，必須填充一定數(shù)量的分子篩。

干燥機的運行工況會對吸附劑的加熱過程產(chǎn)生影響。因為壓縮機出口的高溫壓縮空氣全部進入再生塔對吸附劑進行加熱，所以進入的壓縮空氣流量和溫度都會對加熱時間產(chǎn)生影響。而進入干燥機的壓縮空氣流量受空壓機排氣量及空壓機與干燥機之間壓縮空氣管網(wǎng)水力特性影響；進入干燥機的壓縮空氣溫度受空壓機排氣溫度及設(shè)備和管網(wǎng)與外界熱量交換有關(guān)。為了保證圧縮熱再生式干燥機出口壓力露點穩(wěn)定，結(jié)合空壓站工藝流程，在工程應(yīng)用中遵循以下原則。

（1）空壓機和干燥機應(yīng)該一一對應(yīng)。每臺干燥機和對應(yīng)的空壓機匹配，空壓機和干燥機之間的連接不宜采用母管方式，空壓機和對應(yīng)的干燥機直接連接?？梢员苊庖驗樵O(shè)備臺數(shù)較多造成水力失調(diào)，處于最不利環(huán)路的干燥機入口壓縮空氣流量偏低。連接管路越簡短，熱量損失越小，可以保證干燥機入口壓縮空氣溫度符合工藝要求。

（2）壓縮熱再生式干燥機不宜與變頻空壓機配套。因為變頻空壓機的流量范圍為60%～100%，如果進入干燥機的壓縮空氣流量過小，干燥劑加熱階段時間變長，干燥劑再生效果不理想。如果空壓機必須選用變頻空壓機，吸附塔切換控制方式宜采用露點控制方式。

（3）壓縮熱再生式干燥機的進氣管道及附件應(yīng)做保溫處理。干燥機進口壓縮空氣溫度越高，干燥劑再生效果越理想。如果進氣管道系統(tǒng)不做保溫處理，壓縮空氣在輸送過程中會降溫，而且導(dǎo)致壓縮空氣管道管壁溫度升高至60℃以上，造成燙傷事故。

（4）對于用氣負荷變化較大的壓縮空氣系統(tǒng)，壓縮熱再生式干燥機的控制方式宜選用露點控制和時間控制兩種方式。當壓縮空氣系統(tǒng)系統(tǒng)處于用氣高峰，且運行工況比較平穩(wěn)時，采用時間控制模式，當運行工況變化較大時，宜切換至露點控制模式，保證處理后壓縮空氣露點合格。

（5）當干燥機入口溫度有可能出現(xiàn)偏低工況時，干燥機宜配置電輔熱系統(tǒng)，對入口壓縮空氣進行二次加熱。

4 結(jié)語

壓縮熱再生式干燥機設(shè)備主體采用常規(guī)雙塔結(jié)構(gòu)，技術(shù)比較成熟，設(shè)備運行可靠穩(wěn)定，全自動控制，維護工作量少。

壓縮熱再生式干燥機是吸附式干燥機的一種，具有最高能效比，用氣量越大，節(jié)能效果越顯著。但是配套空壓機必須選用無油螺桿空壓機或者離心機，與離心機形成最佳搭配。因為無油螺桿機價格遠高于噴油螺桿機，造成初始投資成本升高。但因運行能耗低，可以在數(shù)年內(nèi)收回投資。

綜上所述，壓縮熱再生式干燥機用于用氣負荷大，負荷波動小的場合，采用常規(guī)時間控制模式即可取得理想的運行效果，節(jié)能效果顯著；當用氣負荷波動較大時，需要對設(shè)備進行改進，改為露點控制模式，并增加電輔熱，以防止露點控制模式失效時，自動轉(zhuǎn)換為微熱再生式干燥機運行。

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