零氣耗余熱再生吸附式空氣干燥器的節(jié)能優(yōu)勢及利用

呂治

（本鋼集團北營能源總廠，遼寧本溪 117000）

前言

壓縮空氣作為一種僅次于電力的第二大動力介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于冶金、機械、輕工、化工等行業(yè)，它具有無污染、清晰透明、輸送方便、無害、易燃性小、不怕超負(fù)荷等顯著特點，但是它也有含有固體微粒，加速設(shè)備磨損，導(dǎo)致密封失效和含有水份，導(dǎo)致設(shè)備、管道和閥門銹蝕，堵塞氣動元件等缺點。固體微?？梢酝ㄟ^空氣過濾器進(jìn)行處理，而水份可以通過壓縮空氣干燥器進(jìn)行干燥。本鋼集團北營能源總廠為整個北營廠區(qū)提供壓縮空氣，現(xiàn)擁有4座空壓站，空壓機22臺，干燥器15臺，日最低運行空壓機16臺，總產(chǎn)風(fēng)量3 200 m3/min，根據(jù)產(chǎn)品說明，該微熱再生吸附式干燥器運轉(zhuǎn)時消耗的壓縮空氣為設(shè)備處理量的7%，則損耗量為224 m3/min，相當(dāng)于1.12臺200 m3/min空壓機產(chǎn)風(fēng)量，同時干燥器的電加熱器耗費大量電能。而零氣耗余熱再生吸附式空氣干燥器沒有氣耗，沒有電加熱器電能消耗，實現(xiàn)節(jié)能降耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 微熱式干燥器的工作原理

如圖1所示，空氣經(jīng)空壓機壓縮后進(jìn)入壓縮空氣管道內(nèi)，通過氣動閥門A從吸附塔底部進(jìn)入A塔內(nèi)，經(jīng)過吸附劑將壓縮空氣內(nèi)含有的成液態(tài)水滴狀的水分吸收干燥后從A塔頂排出，通過氣動閥門M1進(jìn)入用戶管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶；在A塔工作時，B塔進(jìn)入再生狀態(tài)，從A塔產(chǎn)生的一小部分干燥的壓縮空氣通過風(fēng)量調(diào)節(jié)閥進(jìn)入加熱器Q內(nèi)加熱，然后從B塔上端進(jìn)入塔內(nèi)對已吸附滿水分的吸附劑進(jìn)行加熱，同時將吸附劑含有的水分帶出B塔經(jīng)消音器帶到大氣中，使吸附劑達(dá)到干燥后，加熱器Q停止運行，用干燥的壓縮空氣吹冷后，進(jìn)入續(xù)壓狀態(tài)。兩塔交替運行，一塔吸附一塔再生。整個設(shè)備運轉(zhuǎn)時消耗的壓縮空氣為設(shè)備處理量的7%左右。

圖1 微熱式干燥器原理

2 零氣耗余熱再生式干燥器的工作原理

零氣耗余熱再生式干燥器吸附過程。如圖2所示?？諌簷C將壓縮后的高溫氣體（約110 ℃）送入管道內(nèi)，通過氣動閥門14流入后部冷卻器A降溫到45 ℃以下，再經(jīng)過氣液分離器除水后，通過氣動閥門1進(jìn)入A吸附塔內(nèi)，經(jīng)過吸附劑將壓縮空氣內(nèi)含有的水分吸收干燥后，干燥的氣體從A塔排出，通過氣動閥門11進(jìn)入用戶管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶。

圖2 零氣耗余熱再生式干燥器流程

（1）A吸附塔吸附，B吸附塔進(jìn)入再生狀態(tài)

將空壓機產(chǎn)生的高溫空氣（約110 ℃）通過氣動閥門13和氣動閥門8從B吸附塔上端進(jìn)入塔內(nèi)，對已吸附滿水分的吸附劑進(jìn)行加熱，同時將吸附劑上含有的水分后從B塔下端帶出，經(jīng)過氣動閥門6流入后部冷卻器A降溫至45 ℃以下，通過氣液分離器除水后，通過氣動閥門1從A吸附塔塔底部進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)過吸附劑將壓縮空氣內(nèi)含有的成液態(tài)水滴狀的水分吸收干燥后，干燥的氣體從A吸附塔排出，通過氣動閥門11進(jìn)入用戶管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶。

（2）A吸附塔吸附，B吸附塔進(jìn)入冷吹狀態(tài)

B塔的吸附劑干燥后，將空壓機產(chǎn)生的高溫空氣（約110 ℃）通過氣動閥門14流入后部冷卻器A降溫到45 ℃以下，通過氣動閥門2進(jìn)入B吸附塔對吸附劑進(jìn)行吹冷，產(chǎn)生的熱風(fēng)排出B吸附塔經(jīng)過氣動閥門8進(jìn)入后部冷卻器B降溫至45 ℃以下，經(jīng)過氣動閥門3進(jìn)入A吸附塔，經(jīng)過吸附劑將氣體內(nèi)含有的水分吸收干燥后，干燥的氣體從A塔排出，通過氣動閥門11進(jìn)入用戶管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶。

（3）A吸附塔吸附，B吸附塔進(jìn)入待機狀態(tài)

B塔吸附劑吹冷后，B塔進(jìn)入備壓和自然冷卻狀態(tài)，等待進(jìn)入下一個吸附循環(huán)的開始。

零氣耗余熱再生式干燥器利用空壓機生產(chǎn)壓縮空氣過程中產(chǎn)生的壓縮熱，對處于再生狀態(tài)的吸附劑進(jìn)行加熱升溫，使吸附劑得到徹底的脫水再生。由于加熱再生過程和吹冷過程所用熱、冷氣體經(jīng)過回收和處理后進(jìn)入用戶管網(wǎng)內(nèi)輸送給用戶，所以整個設(shè)備運轉(zhuǎn)時消耗的壓縮空氣為零。

3 零氣耗余熱再生式干燥器對比微熱式干燥器具有的優(yōu)勢

微熱式干燥器處理的是經(jīng)過空壓機自帶的冷卻器冷卻后的氣體，再生塔再生過程所需的熱風(fēng)是通過成品氣經(jīng)外置電加熱器加熱后產(chǎn)生的，吹冷的冷風(fēng)使用的也是成品氣，加熱再生過程和吹冷過程所使用的成品氣，最后經(jīng)由消音器排入大氣中損失掉了，同時加熱器在加熱過程中還需要消耗電能。

零氣耗余熱再生式干燥器對比微熱式干燥器性能上有如下優(yōu)勢：

（1）壓縮空氣零消耗

零氣耗余熱再生式干燥器處理的是空壓機生產(chǎn)的高溫氣體，再生塔再生過程中所需的熱風(fēng)是空壓機生產(chǎn)壓縮空氣時高溫氣體，吹冷的冷風(fēng)使用的是經(jīng)過冷卻器冷卻未經(jīng)過吸附塔干燥的半成品氣，加熱再生過程和吹冷過程所用熱、冷氣體經(jīng)過回收和處理后進(jìn)入用戶管網(wǎng)內(nèi)，輸送給用戶，所以整個設(shè)備運轉(zhuǎn)時消耗的壓縮空氣為零。

（2）電能消耗接近于零

零氣耗余熱再生式干燥器電能消耗只有電器控制系統(tǒng)，無其他耗電設(shè)施，電能消耗接近于零。

（3）易于維護，維護成本較低

零氣耗余熱再生式干燥器對比微熱式干燥器多了2臺冷卻器，缺少電加熱器。微熱式干燥器的電加熱器出現(xiàn)故障，再生塔中吸附劑無法再生，整個干燥器無法運行，維修時間較長，即便有備用設(shè)備，維護成本較高。零氣耗余熱再生式干燥器主要對兩臺冷卻器進(jìn)行維護，為保證冷卻效果，需定期對冷卻器進(jìn)行更換清理，更換冷卻器時壓縮空氣可臨時走旁通，十幾分鐘即可完成冷卻器更換，然后設(shè)備可以恢復(fù)運行，更換下來的冷卻器清理水垢后可重復(fù)使用，維護成本較低。

（4）使用成本低

零氣耗余熱再生式干燥器相對于微熱式干燥器不需要電加熱器加熱，節(jié)約用電成本；不需要消耗成品氣，節(jié)約成品氣自耗成本；如用戶用風(fēng)量較大，運行的空壓機和干燥器較多時，零氣耗余熱再生式干燥器的零氣耗運行可節(jié)約大量的成品氣，以每分鐘節(jié)約的成品氣折算成空壓機每分鐘供風(fēng)量，相當(dāng)于空壓機運行臺次的減少，空壓機運行臺次的減少意味著用電成本的降低；減少空壓機的運行臺次除了節(jié)約用電成本外，還減少空壓機的折舊成本，維修維護成本。

4 對微熱式干燥器改造及其經(jīng)濟效益

本單位現(xiàn)有空壓站4座，所使用的干燥器均為微熱式干燥器，以其中1座空壓站為試點，該空壓站共有空壓機11臺，其中200 m3/min空壓機9臺，300 m3/min空壓機2臺，微熱式干燥器7臺（6用1備），以零氣耗余熱再生式干燥器為基礎(chǔ)對原有的微熱式干燥器進(jìn)行改造，通過對微熱式干燥器和零氣耗余熱再生式干燥器主要部件對比可知，微熱式干燥器比零氣耗余熱再生式干燥器多1臺外置電加熱器，少2臺冷卻器，1臺氣液分離器，實際需要部件為冷卻器14臺，氣液分離器7臺，氣動閥門49件，管材若干。空壓機擁有11臺冷卻器可以利用，原干燥器入口前均有1臺氣液分離器，實際僅需3臺冷卻器和49件氣動閥門。冷卻器每臺約10萬元，氣動閥門每件約0.8萬元，共需投入備件采購費用約70萬元，其他輔料如鋼材，氣動控制元件，電器件等投入約20萬元，人工成本可忽略，共計投資約90萬元。

該空壓站干燥器改造于2020年1月上旬完成并投入使用，投入使用前2019年全年共向用戶提供壓縮空氣8.26294億m3（表量），共耗電1.10127億kWh（表量），空壓風(fēng)單耗為0.13328 kWh/m3；2020年全年共向用戶提供壓縮空氣8.34536億m3（表量），共耗電1.04144億kWh（表量），空壓風(fēng)單耗為0.12479 kWh/m3。通過對比可知，2020年空壓風(fēng)單耗比2019年降低0.00849 kWh/m3，則2020年節(jié)約電量0.07081億kWh，以本地區(qū)工業(yè)電價0.57元/kWh計算，降低用電成本約403.64萬元。

其他3座空壓站2019年全年向用戶提供壓縮空氣5.13554億m3（表量），如果進(jìn)行干燥器改造，則全年預(yù)計節(jié)約用電0.04358億kWh，降低用電成本約248.39萬元。