零氣耗余熱再生干燥器工程應(yīng)用分析

孫志向(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

零氣耗余熱再生干燥器工程應(yīng)用分析

孫志向(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

以某化工廠區(qū)空壓站裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì)為依托，從工藝流程、能耗及運(yùn)行成本等方面對(duì)零氣耗和常規(guī)型余熱再生干燥技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)零氣耗余熱再生干燥器可能存在的問題提出應(yīng)對(duì)措施。

空壓站；余熱再生干燥技術(shù)；零氣耗

0 引言

余熱再生干燥技術(shù)根據(jù)凈化壓縮空氣的消耗與否可分為常規(guī)型和零氣耗型。零氣耗余熱再生干燥技術(shù)同常規(guī)干燥技術(shù)相比，可以實(shí)現(xiàn)凈化壓縮空氣的零消耗，具有更好的節(jié)能效益。隨著我國(guó)對(duì)能源利用效率重視程度的提高，節(jié)能減排的力度日益加大，零氣耗余熱再生干燥技術(shù)被越來(lái)越多的行業(yè)所認(rèn)可。

1 工藝流程描述及特點(diǎn)

余熱再生干燥技術(shù)的工藝流程主要包括吸附、加熱再生、冷吹、再次吸附四個(gè)過程，通常一組干燥器包含兩個(gè)吸附塔，一塔進(jìn)行吸附的同時(shí)，另一塔進(jìn)行再生。常規(guī)型余熱再生干燥器在對(duì)吸附劑進(jìn)行冷吹時(shí)，使用的是經(jīng)干燥之后的凈化壓縮空氣，冷吹之后排放至大氣，這一過程消耗的凈化壓縮空氣約占裝置處理空氣量的3%左右。

零氣耗余熱再生干燥技術(shù)與常規(guī)型最大的區(qū)別在于吸附劑的冷吹階段，它不再采用凈化壓縮空氣，而是將高溫壓縮空氣冷卻之后直接對(duì)吸附劑進(jìn)行冷吹，冷吹氣從再生塔頂出來(lái)以后經(jīng)二次冷卻，進(jìn)入另一塔進(jìn)行干燥，實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣吸附干燥過程的零耗氣。零氣耗余熱再生干燥裝置主要由兩臺(tái)交替使用的吸附器，前、后置冷卻器，前、后置氣水分離器，后置精過濾器，一套切換閥門，一套PLC控制系統(tǒng)組成。工藝流程如圖1所示：

加熱再生階段：壓縮空氣入口→閥11→閥8→B塔加熱再生→閥2→閥10→后置冷卻器+氣水分離器→閥3→A塔吸附→閥5→后置精過濾器→干燥凈化壓縮空氣出口。此階段與常規(guī)型余熱再生干燥器相同，從空氣壓縮機(jī)來(lái)的高溫壓縮空氣首先進(jìn)入B塔對(duì)吸附劑進(jìn)行加熱再生，然后進(jìn)入后置冷卻器冷卻至40℃左右，待氣水分離器分離出液態(tài)水后進(jìn)入A塔吸附，干燥的壓縮空氣由后置精過濾器過濾掉細(xì)小的粉塵顆粒，經(jīng)干燥器出口進(jìn)入凈化風(fēng)管網(wǎng)。當(dāng)B塔底部的吸附劑溫度不再升高時(shí)，加熱再生階段結(jié)束。

冷吹階段：壓縮空氣入口→閥12→前置冷卻器+氣水分離器→閥2→B塔冷吹→閥8→閥9→后置冷卻器+氣水分離器→閥3→A塔吸附→閥5→后置精過濾器→干燥凈化壓縮空氣出口。此階段與常規(guī)型余熱再生干燥器不同，它采用冷卻之后的濕飽和壓縮空氣對(duì)再生塔進(jìn)行冷吹，高溫壓縮空氣先進(jìn)入前置冷卻器(冷卻至40℃左右)及氣水分離器分離液態(tài)水，之后進(jìn)入B塔對(duì)吸附劑進(jìn)行冷吹；冷吹之后的氣體從B塔頂部流出，再進(jìn)入后置冷卻器及氣水分離器，隨后進(jìn)入A塔進(jìn)行吸附，最終經(jīng)過濾之后由干燥器出口排出進(jìn)入凈化風(fēng)管網(wǎng)。當(dāng)B塔頂部的吸附劑溫度低于50℃時(shí)，冷吹階段結(jié)束。

圖1 零氣耗余熱再生干燥器工藝流程圖

零氣耗余熱再生干燥技術(shù)相比常規(guī)型具有以下特點(diǎn)：

(1)再生塔的冷吹采用濕飽和壓縮空氣，冷吹之后的氣體并沒有放空，而是送入吸附塔進(jìn)行吸附干燥，整個(gè)運(yùn)行過程無(wú)需消耗凈化壓縮空氣，在保證出氣露點(diǎn)的前提下達(dá)到零耗氣的要求，有效地降低了裝置的能耗。

(2)系統(tǒng)包含兩個(gè)冷卻器和兩個(gè)分離器，由于采用濕飽和壓縮空氣冷吹工藝，需設(shè)置前置冷卻器及氣水分離器。自再生塔頂部出來(lái)的冷吹氣溫度升高，需經(jīng)后置冷卻器再次冷卻才能達(dá)到吸附劑干燥吸附的要求，因此冷卻水耗量比常規(guī)型有所增加。

(3)整個(gè)工藝流程均在操作壓力下進(jìn)行，避免了由于泄壓和沖壓速度過快而造成對(duì)床層的沖擊；同時(shí)也減少了閥門的切換次數(shù)，延長(zhǎng)了閥門的使用壽命。

2 能耗及運(yùn)行成本分析

某化工廠區(qū)空壓站裝置計(jì)劃新建三臺(tái)余熱再生干燥器，兩用一備。干燥器的技術(shù)參數(shù)如下：

表1 余熱再生干燥器技術(shù)參數(shù)(單臺(tái))

余熱再生干燥器的能耗主要是凈化壓縮空氣和冷卻水的消耗。此外，零氣耗余熱再生干燥器的冷吹階段由于主氣流經(jīng)雙塔和雙冷卻器，壓差較常規(guī)型增加約0．015MPa，由此引起的空壓機(jī)電耗的增加也應(yīng)計(jì)入干燥器的能耗。本文針對(duì)同規(guī)模的常規(guī)型和零氣耗兩種干燥器進(jìn)行了能耗與運(yùn)行成本的分析，其中能耗均折算成電耗，運(yùn)行成本以折算的電耗進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)?shù)毓I(yè)電價(jià)為0．68元/(kW．h)，空壓站的年運(yùn)行時(shí)數(shù)按8000h計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表2所示：

表2 兩種余熱再生干燥器能耗及運(yùn)行成本分析

由能耗計(jì)算可知，常規(guī)型余熱再生干燥器的凈化壓縮空氣消耗約占其總能耗的33．6%，而零氣耗余熱再生干燥器運(yùn)行的整個(gè)周期內(nèi)沒有氣體消耗，其總能耗僅為常規(guī)型的83%，單臺(tái)干燥器的年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省25．4萬(wàn)元，具有良好的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，本項(xiàng)目選擇零氣耗余熱再生干燥器。

3 可能存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

(1)進(jìn)氣溫度對(duì)干燥器運(yùn)行的影響

干燥器的進(jìn)氣溫度直接影響吸附劑的再生效果。根據(jù)無(wú)錫紐曼泰克氣源凈化設(shè)備有限公司的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：隨著進(jìn)氣溫度的降低，凈化壓縮空氣的壓力露點(diǎn)逐漸升高，當(dāng)進(jìn)氣溫度低于100℃時(shí)，壓力露點(diǎn)將達(dá)到0℃以上，在冬季比較寒冷的地區(qū)，根本無(wú)法滿足儀表用氣的需求。本項(xiàng)目地處南方，為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，空氣含濕量較大，冬季極端最低氣溫為0．5℃，根據(jù)石油化工儀表供氣設(shè)計(jì)規(guī)范(SH/T 3020-2013)要求儀表用氣的壓力露點(diǎn)至少應(yīng)為-10℃。

在實(shí)際運(yùn)行中，進(jìn)塔的溫度比空壓機(jī)排氣溫度還要低約5～10℃。當(dāng)空壓機(jī)排氣溫度為110℃時(shí)，進(jìn)入干燥器的壓縮空氣溫度僅為100℃左右，此時(shí)難以保證吸附劑的再生效果，尤其在冬季，常常出現(xiàn)凈化壓縮空氣結(jié)露現(xiàn)象。因此，本項(xiàng)目在進(jìn)氣端增設(shè)輔助電加熱器，通過提高再生氣的溫度來(lái)獲取壓力露點(diǎn)更低的凈化壓縮氣體。帶電加熱的余熱再生干燥器具有環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)、出氣品質(zhì)高且穩(wěn)定等特點(diǎn)，目前已得到較為廣泛的應(yīng)用。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)氣溫度每提高10℃，可降低產(chǎn)品氣露點(diǎn)3℃左右，為獲得吸附式干燥器的常規(guī)露點(diǎn)即壓力露點(diǎn)-20℃，需在110℃基礎(chǔ)上提升30℃即達(dá)到140℃以上。

(2)冷吹氣對(duì)干燥器運(yùn)行的影響

不同于常規(guī)型余熱再生干燥器，零氣耗余熱再生干燥器的冷吹氣采用直接經(jīng)冷卻之后的濕飽和壓縮空氣，冷吹氣溫度≤40℃。由于是飽和濕空氣，冷吹后期可能存在吸附劑帶水的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致凈化壓縮空氣露點(diǎn)漂移，同時(shí)對(duì)干燥劑的使用壽命產(chǎn)生一定影響。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)凈化壓縮空氣消耗約占常規(guī)型余熱再生干燥器運(yùn)行總能耗的33．6%，是主要的能耗來(lái)源。零氣耗余熱再生干燥技術(shù)同常規(guī)型相比，可以實(shí)現(xiàn)凈化壓縮空氣的零消耗，其運(yùn)行能耗僅為常規(guī)型的83%，單臺(tái)干燥器的運(yùn)行成本可節(jié)省25．4萬(wàn)元，具有良好的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(2)進(jìn)氣溫度對(duì)干燥劑的再生效果至關(guān)重要，隨著壓縮機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，其排氣溫度逐漸降低，完全依靠壓縮熱進(jìn)行有熱再生的吸附式干燥器難以滿足儀表用氣的露點(diǎn)要求。結(jié)合本項(xiàng)目所在地的氣候環(huán)境，建議選擇帶電加熱器的零氣耗余熱再生干燥器，以保證儀表用氣的出氣品質(zhì)。

[1]呂向東等.零氣損吸附式干燥技術(shù)在寧鋼壓縮空氣系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力,2015,(01):27-30.

[2]張旸等.余熱干燥技術(shù)在空壓儀表風(fēng)制備中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備,2009,(08):121-122.

[3]壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1993:298-319.