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裝備制造業(yè)節(jié)能減排技術(shù)手冊(cè)編寫(xiě)內(nèi)容
責(zé)任編輯：作者：admin人氣：512 發(fā)表時(shí)間：2021-04-13
節(jié)壓縮空氣干燥器
3.4.1冷干機(jī)
3.4.1.1冷干機(jī)的基本工作原理和主要結(jié)構(gòu)：
冷凍式干燥機(jī)是利用制冷原理制成的壓縮空氣除濕凈化設(shè)備，它采用制冷技術(shù)對(duì)壓縮空氣進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，使壓縮空氣內(nèi)含有的大量水汽、油霧凝結(jié)成液滴，經(jīng)汽水分離器分離后，由自動(dòng)排水器排出機(jī)外，經(jīng)冷干機(jī)處理的壓縮空氣，其壓力露點(diǎn)可達(dá)2~10℃，能滿足大部分工業(yè)要求。（見(jiàn)圖4.13-1）
空壓機(jī)輸出的常溫含濕氣體首先進(jìn)入前置分離過(guò)濾器、除去液態(tài)油水和固體顆粒，然后進(jìn)入預(yù)冷/回?zé)崞髋c來(lái)自蒸發(fā)器的冷氣換熱，冷卻后的含水氣體經(jīng)分離器進(jìn)入蒸發(fā)器與冷媒再次換熱，冷卻至設(shè)定的壓力露點(diǎn)，出蒸發(fā)器的冷氣體經(jīng)再次分離液態(tài)水后重新回到預(yù)冷器/回?zé)崞髋c壓縮機(jī)排出的熱氣體進(jìn)行換熱至常溫，再經(jīng)除油過(guò)濾器除油后進(jìn)入供氣管網(wǎng)。
國(guó)外在上世紀(jì)九十年代完成了冷干機(jī)的換代（第三代），但由于沒(méi)有新工藝和新材料的突破及物理?xiàng)l件的限制，此后冷干機(jī)的性能和應(yīng)用水平基本維持不變（能耗3%~5%，壓力露點(diǎn)2~10℃）。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)目前應(yīng)用的絕大多數(shù)為一代機(jī)，且大部分性能低于國(guó)外一代機(jī)，壓力露點(diǎn)平均在15℃以上，能耗在4%~6%。 (見(jiàn)表4.13-1)
3.4.1.2能耗構(gòu)成：
冷干機(jī)的能耗主要由電耗（冷媒壓縮機(jī)和風(fēng)扇）及系統(tǒng)壓力損失構(gòu)成，其中電耗約占空壓機(jī)輸入功率的3~6%，壓力損失為其工作壓力的5%左右（不含前、后置過(guò)濾器），預(yù)冷器的效率越高，則進(jìn)入蒸發(fā)器的熱負(fù)荷越小，所需要的冷媒壓縮機(jī)功率宜越小。
3.4.1.3節(jié)能減排措施：
（1）盡可能降低空壓機(jī)排氣溫度，從而降低冷干機(jī)的冷負(fù)荷，減輕冷媒壓縮機(jī)的電耗。
（2）盡可能降低預(yù)冷/回?zé)崞鳚窨諝獬隹跍囟炔⑻岣吒煽諝獬隹跍囟?，以便降低蒸發(fā)器的負(fù)荷，從而減輕冷媒壓縮機(jī)的電耗。這一方面要求采用高效換熱器，尤其是強(qiáng)化預(yù)冷/回?zé)崞鞯膿Q熱效率，另一方面要要保證預(yù)冷/回?zé)崞髯銐虻膿Q熱面積。采用高效換熱器是冷干機(jī)節(jié)能降耗的最重要手段。目前國(guó)際上大多采用高效板翅式和板式換熱器。實(shí)現(xiàn)了大預(yù)冷小蒸發(fā)，冷媒壓縮機(jī)的功率可降低30%左右。
（3）采用高能效比的冷媒壓縮機(jī)；采用變頻制冷壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)冷量按需供給。
（4）優(yōu)化制冷循環(huán)，強(qiáng)化保溫效果。
（5）優(yōu)化系統(tǒng)管路，降低壓力損失。
（6）優(yōu)化氣水分離和排液功能，將壓縮空氣中的液態(tài)水及時(shí)且充分分離出去，否則殘存液態(tài)水經(jīng)預(yù)冷/回?zé)崞骷訜岷笾匦職饣?，?dǎo)致壓縮空氣的露點(diǎn)不能滿足要求。此外如冷卻器斜置、排水孔置于最低點(diǎn)、采用高效氣水分離器、高效排水裝置等也可從結(jié)構(gòu)保證分離與排液效果。
（7）轉(zhuǎn)變觀念，制定能耗標(biāo)準(zhǔn)，抵制并扭轉(zhuǎn)低價(jià)采購(gòu)模式（如最低價(jià)中標(biāo)）。低價(jià)采購(gòu)模式是造成國(guó)內(nèi)冷干機(jī)質(zhì)量低下、能耗高企的主要原因。為追求低成本，許多廠商采取小預(yù)冷大蒸發(fā)、以小代大、以低代高，導(dǎo)致整體制造水平下降，能耗高于國(guó)外一代機(jī)30%以上。
3.4.2吸附式干燥器：
3.4.2.1吸附式干燥器的基本工作原理和主要結(jié)構(gòu)：
吸附式干燥器一般為兩塔結(jié)構(gòu)，吸附劑多采用硅膠、鋁膠、分子篩或其中兩種的組合。當(dāng)一塔進(jìn)行吸附時(shí)，另一塔進(jìn)行再生。依再生方式的不同，吸附式干燥器分為無(wú)熱再生、微熱再生、鼓風(fēng)外加熱再生和壓縮熱再生等型式。
3.4.2.2能耗構(gòu)成：
型 式 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 應(yīng)用年代
Ⅰ 無(wú)熱再生 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高能耗，屬于淘汰、
限制類產(chǎn)品 上世紀(jì)七十年代
微熱再生
Ⅱ 普通外加熱 適應(yīng)各種空壓機(jī)、吹冷氣排放，增加風(fēng)機(jī) 八十年代
普通壓縮熱 僅適應(yīng)于低效率、高排氣溫度的透平機(jī)，
吹冷氣排放，露點(diǎn)較高，漂移量大，增加冷卻器（取消空壓機(jī)后冷卻器）
Ⅲ 改良型外加熱 吹冷氣回收或循環(huán)，增加冷卻器、
分離器 九十年代
改良型壓縮熱 吹冷氣回收或循環(huán)，增加循環(huán)風(fēng)機(jī)或射流泵，要求進(jìn)氣溫度大于120℃、露點(diǎn)較高
Ⅳ 等壓再生零排放外加熱 零排放、低露點(diǎn)，增加冷卻器、分離器、循環(huán)風(fēng)機(jī) 本世紀(jì)
等溫壓縮、零排放、低露點(diǎn)壓縮熱 多功能、全方位。支持空壓機(jī)高效率（等溫壓縮）、允許排氣溫度較低（90~110℃）、零排放、低露點(diǎn)、無(wú)漂移，增加輔助加熱器，循環(huán)風(fēng)機(jī)。
吸附式干燥器能耗主要由氣耗（加熱再生、吹冷）、電耗（電加熱、風(fēng)機(jī)）和系統(tǒng)阻力損失三種，其中氣耗為最大能耗。目前國(guó)際上公認(rèn)的熱—電效率不超過(guò)50%，電—氣轉(zhuǎn)換效率20%左右，即空壓機(jī)輸入功率的20%轉(zhuǎn)換為有效膨脹功，所以吸附式干燥器節(jié)能減排的技術(shù)核心是少用或不用高品質(zhì)的壓縮空氣，圍繞這一核心技術(shù)，吸附式干燥器已經(jīng)經(jīng)歷了四代發(fā)展。（見(jiàn)表4.13-2）
吸附式干燥器是一種典型的低價(jià)值、高能耗產(chǎn)品，以100立方的無(wú)熱再生吸干機(jī)為例，年電費(fèi)總計(jì)：0.8元×550KW×15%×8000h =52.8萬(wàn)元；年運(yùn)行費(fèi)用（按每立方壓縮空氣0.21元計(jì)算）：
0.21元×100m3×15%×60min×8000h=150萬(wàn)元。由此可見(jiàn)采購(gòu)成本與巨大的運(yùn)行費(fèi)用相比，幾乎微不足道，但正是由于其巨額運(yùn)行費(fèi)用促使國(guó)內(nèi)外眾多廠商競(jìng)相研發(fā)新工藝、新流程，特別是從上世紀(jì)九十年代至今，幾乎十年一代，節(jié)能降耗相對(duì)于一代機(jī)達(dá)50%~90%。
3.4.2.3節(jié)能減排措施：
（1）降低吸附溫度，因?yàn)檫M(jìn)氣溫度每升高12℃，壓縮空氣中的含水量增加一倍左右。國(guó)外的許多空壓機(jī)站采用冷凍水混合補(bǔ)充或二級(jí)冷卻器。有效降低氣體溫度至30℃以下，而國(guó)內(nèi)夏季多數(shù)空壓機(jī)排氣溫度多達(dá)50℃，造成干燥設(shè)備嚴(yán)重超負(fù)荷、高能耗運(yùn)行。
（2）加熱再生流程中的吹冷氣消耗巨大，且僅以攜帶熱量為唯一目標(biāo)，應(yīng)予以回收或循環(huán)利用。
（3）中大型設(shè)備應(yīng)遵循GB500292012《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》優(yōu)先選用二代以上鼓風(fēng)外加熱或壓縮熱（余熱）產(chǎn)品，無(wú)油機(jī)（離心機(jī)和無(wú)油螺桿）則優(yōu)先選用壓縮熱再生型。
（4）中大型機(jī)有條件者還應(yīng)考慮零氣耗、零排放機(jī)型。
（5）目前國(guó)內(nèi)在用的吸附式干燥器95%以上為第一代高能耗低價(jià)值產(chǎn)品，其能耗高達(dá)空壓機(jī)的輸入功率功耗的15%~20%。但由于采購(gòu)成本低及體制和觀念限制仍在大量設(shè)計(jì)選型和采購(gòu)中。如圖4.13-2，可看出吸附式干燥器升級(jí)換代所帶來(lái)的微小采購(gòu)成本增量與巨大的運(yùn)行費(fèi)用減量。
注：運(yùn)行費(fèi)用包括氣電耗折算成電價(jià)及各種折舊、管理費(fèi)用、水汽油、人工等費(fèi)用。其中電費(fèi)約占總費(fèi)用的1/3。
3.4.3過(guò)濾器技術(shù)：
3.4.3.1過(guò)濾器的基本工作原理和基本結(jié)構(gòu)：
過(guò)濾器主要用于流體的氣/固分離、氣/液分離和液/固分離。壓縮空氣應(yīng)用最多、價(jià)格最高、技術(shù)最復(fù)雜的是氣/液分離，如噴油螺桿用的油/氣分離器、空壓機(jī)級(jí)間、末端、冷干機(jī)前后級(jí)、吸附式干燥器的預(yù)過(guò)濾器及精密除油過(guò)濾器等都是以濾除液態(tài)油水為主。氣/固分離過(guò)濾器相對(duì)簡(jiǎn)單，如用于吸附式干燥器后的除粉塵，車間和用戶點(diǎn)前使用的終端過(guò)濾器等。
過(guò)濾器主要由濾芯、殼體、排污閥及儀表等組成，濾芯是最重要部件，其工作原理分為：直接攔截，慣性碰撞、布朗擴(kuò)散和篩分四種，大粒子以前兩種過(guò)濾機(jī)理為主，小粒子以布朗擴(kuò)散為主，篩分機(jī)理則主要用于膜式過(guò)濾器。
（見(jiàn)圖4.13-3）
3.4.3.2過(guò)濾器的能耗構(gòu)成：
衡量過(guò)濾器能耗唯一指標(biāo)就是壓力損失，動(dòng)力用壓縮空氣過(guò)濾器的壓差一般控制在工作壓力的10%以內(nèi)，即0.07MPa以下，當(dāng)過(guò)濾器的壓差達(dá)到規(guī)定極限壓差的2/3時(shí)，應(yīng)考慮清洗或更換。
3.4.3.3節(jié)能減排措施：
（1）重視分級(jí)設(shè)置分離器和過(guò)濾器，不排斥傳統(tǒng)型慣性分離器，尤其在重污染條件下，否則精密過(guò)濾器極易堵塞。
（2）采用高孔隙率過(guò)濾介質(zhì)，增大過(guò)濾面積，如纖維狀過(guò)濾器和折疊成型工藝。（見(jiàn)圖4.13-4和圖413-5）
當(dāng)孔隙率增加1倍，壽命提高3倍；過(guò)濾面積增加1倍，壽命提高4倍。
反過(guò)來(lái)可認(rèn)為，在同一壽命期限，增加孔隙率和過(guò)濾面積，就意味著可持續(xù)獲得較低壓差，也即意味著有較低的運(yùn)行能耗。（見(jiàn)圖4.13-6）
（3）采用容塵量大的過(guò)濾器，如深層過(guò)濾材料和有密度梯度的過(guò)濾材料等，可有效延緩阻力上升的速率。
（4）合適的過(guò)濾器或過(guò)濾系統(tǒng)配置應(yīng)以經(jīng)濟(jì)性為主要指標(biāo)，將最重要的因素考慮在內(nèi)，嚴(yán)控采購(gòu)環(huán)節(jié)，購(gòu)買(mǎi)高效、低阻、長(zhǎng)壽命的品牌產(chǎn)品。
