不同型式干燥機(jī)應(yīng)用與選擇分析

壓縮空氣干燥方式主要有兩種原理：冷凍除濕和吸附干燥。冷凍式干燥機(jī)釆用冷凍除濕的原理 實(shí)現(xiàn)空氣干燥、而吸附式干燥機(jī)采用選擇性吸附的原理。

文/陳斌

壓縮空氣干爆方式主要有兩種原理：冷凍除濕和吸附干燥。冷凍式干燥機(jī)采用冷凍除濕的原理實(shí)現(xiàn)空氣干燥。受冰點(diǎn)限制，冷干機(jī)干燥能力在露點(diǎn)溫度0度以上。而吸附式干燥機(jī)采用選擇性吸附的原理，可以實(shí)現(xiàn)0度以下的壓力露點(diǎn)，如-20度，-40度和-70度。

吸干機(jī)一般主要由兩個(gè)裝滿吸附剤的吸附塔、閥門管路及控制系統(tǒng)構(gòu)成。運(yùn)行時(shí)， 一個(gè)塔吸附，另一個(gè)塔再生。為保證用氣的連續(xù)性，在預(yù)設(shè)的時(shí)間到達(dá)后，雙塔功能切 換，吸附飽和的再生脫附恢復(fù)活性，再生完畢的投入吸附運(yùn)行，周而復(fù)始。

根據(jù)再生原理的不同，吸干機(jī)可分為變壓吸附(PSA, pressure swing adsorption) 的無熱再生和變溫吸附(TSA, temperature swing adsorption)的有熱再生。有熱再生按再生介質(zhì)的來源分為三種，采用成品氣加熱再生的微熱吸干機(jī)(exhaust heated), 采用環(huán)境空氣加熱再生的鼓風(fēng)吸干機(jī) (blower heated or blower purge), 以及釆用無油機(jī)出口中高溫壓縮空氣再生的余熱吸干機(jī)(HOC, heat of compression).

本文主要探討各類型的吸干機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合和筆者的觀點(diǎn)。

1.限制無熱

無熱吸干機(jī)采用出口干燥的壓縮空氣減壓到常壓后再生吸附劑，可實(shí)現(xiàn)露點(diǎn)-20度 至-70度。無熱吸干機(jī)再生過程中消耗大量的成品氣，露點(diǎn)要求越高，消耗越大。

對(duì)于在7barg進(jìn)氣條件下，常規(guī)的-20到-40度的壓力露點(diǎn)需求，再生氣耗的消耗量在20%左右，逬氣溫度低時(shí)低于20%，進(jìn)氣溫度高時(shí)，會(huì)高于20%。很多人說無熱吸干機(jī)的再生氣耗為14%,這只是廠家的市場(chǎng)宣傳而已不能當(dāng)真。

影響無熱吸干機(jī)氣耗的主要有三個(gè)因素：工作壓力、逬氣溫度和露點(diǎn)需要。對(duì)氣耗影響最大的是工作壓力，不同壓力條件下，無熱吸干機(jī)的再生氣消耗變化趨勢(shì)可參圖1。不難看出無熱吸干機(jī)的再生氣消耗量是非常大的，昂貴的成品氣大量的消耗了，非常不劃算，因此應(yīng)限制它的應(yīng)用范圍。

筆者列舉了幾個(gè)適合的場(chǎng)合：

?小流量。建議流量小于10m3/min的場(chǎng)合可選擇無熱吸干機(jī)；

?單班運(yùn)行。單班制的工廠每日運(yùn)行8小時(shí)左右，這個(gè)場(chǎng)合特別適用于無熱吸干機(jī)，無熱吸干機(jī)逬人狀態(tài)比有熱吸干機(jī)快，操作簡(jiǎn)便；

?年運(yùn)行時(shí)間少于2000小時(shí)。氣量不大，年運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，投資和運(yùn)行費(fèi)用都不高，無熱吸干機(jī)非常適合；

?高壓。壓力在16barg以上時(shí)，無熱吸干機(jī)的再生氣耗大幅降低，相比其它有熱再生，可靠性和安全性優(yōu)點(diǎn)突出。

?特殊場(chǎng)合。比如移動(dòng)場(chǎng)合，車載干燥系統(tǒng)，比如石油天然氣平臺(tái)、防爆場(chǎng)合等等。

2.淘汰微熱

微熱吸干機(jī)是采用成品氣加熱來再生吸 附劑的。微熱吸干機(jī)分為兩種，一種是小微 熱，另外一種是大微熱。

小微熱是在無熱吸干機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的怪胎，典型周期在2小時(shí)以內(nèi)，能耗高，在性能上還不及冷干機(jī)。大微熱的典型周期是8小時(shí)，可實(shí)現(xiàn)-20度至-70度的壓力露點(diǎn)，但其不僅消耗電能還消耗大量的成品氣。在進(jìn)氣7barg條件下，大微熱的氣耗并不是市場(chǎng)上宣傳的7-8%,實(shí)際上可達(dá)到 16%左右。與無熱吸干機(jī)比較，大微熱綜合 能耗并沒有優(yōu)勢(shì)，而且價(jià)格更貴，因此存在的意義井大。因此，淘汰微熱吸干機(jī)勢(shì)在必行。

關(guān)于微熱吸干機(jī)的能耗分析可參考筆者 所寫義章《為什么要淘汰微熱吸干機(jī)？》。

從公平的角度來說，大微熱吸干機(jī)也不是一無是處，對(duì)比無熱而言也有優(yōu)點(diǎn)：

?處理30度以下的壓縮空氣。處理低溫空氣或者含濕量比較低時(shí)，相比無熱吸干機(jī)綜合能耗有優(yōu)勢(shì)，但較鼓風(fēng)吸干機(jī)則完全沒有優(yōu)勢(shì)；

?-70度應(yīng)用°比無熱吸干機(jī)能耗低，仍不及鼓風(fēng)吸干機(jī)，但進(jìn)氣溫度操作范圍比鼓風(fēng)寬。

綜上所述，從常規(guī)的應(yīng)用來看，小氣量比不上無熱吸干機(jī)，中大氣量比不上鼓風(fēng)吸干機(jī)，淘汰是必然趨勢(shì)。當(dāng)然對(duì)于小微熱吸干機(jī)這種奇葩機(jī)型，越早淘汰越好。

3. 鼓勵(lì)鼓風(fēng)

鼓風(fēng)干燥機(jī)再生過程中，采用鼓風(fēng)機(jī)吸入環(huán)境空氣作為載體加熱后再生吸附劑，可 實(shí)現(xiàn)-20度到-70度的壓力露點(diǎn)。

由于再生載體是廉價(jià)的環(huán)境空氣而不是 昂貴的成品壓縮空氣，鼓風(fēng)吸干機(jī)天生就比 無熱和微熱吸干機(jī)節(jié)氣和節(jié)能，下圖揭示了 鼓風(fēng)的巨大優(yōu)勢(shì)。

鼓風(fēng)干燥機(jī)不僅節(jié)能，而且性能穩(wěn)定，壓降低，適用范圍廣，可靠柱高。不僅可以與有油壓縮機(jī)配合使用，也可與無油機(jī)配合使用。另外，鼓風(fēng)干燥機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力也非常強(qiáng)。可適應(yīng)絕大部分氣候環(huán)境。更重要的是，鼓風(fēng)的再生系統(tǒng)是獨(dú)立于空壓機(jī)的，不受空壓機(jī)運(yùn)行運(yùn)行工況的影響。性能較余熱吸干機(jī)穩(wěn)定得多，因此特別適合對(duì)露點(diǎn)苛刻的場(chǎng)合.

綜合來看，鼓風(fēng)吸干機(jī)的憂勢(shì)非常突出，因此應(yīng)予以鼓勵(lì)：

?10m3/min以上的有油圧縮空氣系統(tǒng)，優(yōu)先考慮配置鼓風(fēng)吸干機(jī)實(shí)現(xiàn)-20度到-70度露點(diǎn)；配置鼓風(fēng)干燥機(jī)的系統(tǒng)產(chǎn)氣效率最高，不像無熱和微熱系統(tǒng)，需要配置更大的空壓機(jī).因此，系統(tǒng)投資并不需要增加，而且能耗低，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低；

?對(duì)于無油三級(jí)離心壓縮機(jī)，由于離心機(jī)排氣溫度低濕度高，實(shí)現(xiàn)-20度及-40度壓力露點(diǎn)，鼓風(fēng)干燥機(jī)在綜合能耗上不輸余熱吸干機(jī)，且設(shè)計(jì)余量充足，性能有保障；

?對(duì)于中大流量的-70度應(yīng)用，無論是有油還是無油系統(tǒng)，鼓風(fēng)干燥機(jī)都是最佳選擇。

4慎用余熱

余熱又稱為壓縮熱吸干機(jī)，采用無油空壓機(jī)出口的中高溫壓縮空氣直接再生吸附劑，可實(shí)現(xiàn)10到-40度壓力露點(diǎn)。

由于采用空壓機(jī)出口的壓縮空氣再生吸附剤，因此余熱吸干機(jī)只能與無油離心機(jī)和無油干式螺桿壓縮機(jī)配合使用。

余熱吸干機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展主要是近十年的事情，主要是乘離心空壓機(jī)發(fā)展的東風(fēng)而迅猛發(fā)展。中國(guó)市場(chǎng)上每年離心空壓機(jī)的銷售量占全球一半以上，這里面大部分是需要與干燥機(jī)配合使用的，有的需要0度以上的露點(diǎn)，有的需要0度以下的露點(diǎn)。早期與離心空壓機(jī)配合的主要是冷干機(jī)和微熱吸 機(jī)，近些年轉(zhuǎn)變?yōu)楦?jié)能的鼓風(fēng)和余熱吸干機(jī)。在發(fā)展過程中，干爆機(jī)制造商除了借鑒國(guó)外的余熱流程外，還發(fā)明或創(chuàng)新了很多流程，應(yīng)該說為吸干機(jī)的發(fā)展做出了一定的頁獻(xiàn)。

余熱吸干機(jī)隨著越來越多無油機(jī)的安裝也呈現(xiàn)出一派繁榮景象。從市場(chǎng)反饋的情況來看，余熱吸干機(jī)壓降高，露點(diǎn)波動(dòng)大，很少有能達(dá)到-20度壓力露點(diǎn)的情）兄。這一點(diǎn)也不奇怪，國(guó)內(nèi)有幾十家干燥機(jī)廠家都在生產(chǎn)銷售余熱吸干機(jī)，水平參差不齊，極少有廠家掌握核心技術(shù)。絕大多數(shù)干燥機(jī)廠家仍停留在模仿階段，很少有研究吸附材料和工作機(jī)理的，試驗(yàn)驗(yàn)證更不會(huì)去做。除了技術(shù)能力外，市場(chǎng)對(duì)余熱干燥機(jī)的認(rèn)知還不足，存在較多誤區(qū)。

以離心空壓機(jī)為例，市場(chǎng)上主要品牌的排氣溫度基本在85-130度之間，前級(jí)壓縮比大的排氣溫度低，等比或者后級(jí)壓縮比大的排氣溫度高。無論高低，這個(gè)溫度范圍其品味是極低的，因?yàn)樽鳛樵偕鷼馄浜瑵窳刻螅鄬?duì)濕度10%-20%左右。作為再生氣，吸附劑的再生深度是不足的，即使一直加熱下去，氧化鋁的平衡吸附關(guān)系決定了吸附劑床層仍殘留10%左右的水分。這么高的殘留水分量不僅擠占了動(dòng)態(tài)吸附能力，還無法具備-20度露點(diǎn)的干燥能力。更重要的是，再生尾氣的溫度在70度左右，熱量利用率極低。在這種條件下，不要說實(shí)現(xiàn)-20度以下的露點(diǎn)，就是比冷干機(jī)也不一定有什么優(yōu)勢(shì)。筆者在《壓縮熱干燥機(jī)的露點(diǎn)性能探 討》一文中詳細(xì)介紹了再生溫度等參數(shù)與露點(diǎn)之間的關(guān)系。

天下沒有免費(fèi)的午餐！要想實(shí)現(xiàn)-20度或者-40度的露點(diǎn)，必須付出一定代價(jià)，比如通過輔助電加熱器提高再生溫度來獲得更好的再生深度，這就引入了電能消耗為 獲得“更好”的露點(diǎn)，市場(chǎng)上誕生了五花 門的捕助再生流程，有的頁是為性能服務(wù) 更多的可能是掛羊頭賣狗肉,

針對(duì)余熱吸干機(jī)的應(yīng)用，筆者有幾點(diǎn)建 議：

?對(duì)于三級(jí)離心機(jī)而言，由于其排氣品味不足，要實(shí)現(xiàn)-20度或者-40度的壓力露點(diǎn)，綜合電能消耗，壓降和冷卻水消耗，余熱并不比鼓風(fēng)有優(yōu)勢(shì)。作為用戶應(yīng)宙慎對(duì)待，不宜輕信市場(chǎng)宣傳，應(yīng)全方恒分析，比較能耗和運(yùn)維成本。對(duì)于可接受季節(jié)波動(dòng)的，可選擇余熱吸干機(jī)，而對(duì)于露點(diǎn)要求產(chǎn)格的場(chǎng)合，由于余熱吸干機(jī)的再生條件受空壓機(jī)影響太大及余熱自身的固有缺陷，筆者建議優(yōu)先選擇鼓風(fēng)吸干機(jī)；

?對(duì)于二級(jí)無油干式螺桿壓縮機(jī)，由于排氣溫度高達(dá)150度到200度，作為再生氣品味較高，余熱吸干機(jī)的綜合能耗低于明顯任于鼓風(fēng)吸干機(jī)，此時(shí)可優(yōu)先選擇余熱吸干 機(jī)。但由于螺桿機(jī)存在啟?；蛘咦冾l輸出， 勢(shì)必對(duì)余熱吸干機(jī)的再生造成較大影響，進(jìn)一步影響性能，因此干燥機(jī)與空壓機(jī)之間要有嚴(yán)密的配合控制機(jī)制。對(duì)于露點(diǎn)要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，筆者仍然建議采用鼓風(fēng)吸干機(jī)；

?對(duì)于露點(diǎn)要求不高的場(chǎng)合，如介于0度到-20度的應(yīng)用，可考慮余熱吸干機(jī)，但是否應(yīng)增加諸如電加熱等輔助再生手段，用戶應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待；

?在采用余熱吸干機(jī)替代冷干機(jī)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)充分對(duì)比壓降和冷卻水消耗后再行確定。

總結(jié)起來就是：限制無熱，淘汰微熱，鼓勵(lì)鼓風(fēng)，慎用余熱?？傊?，余熱再生是非常有技術(shù)含量的機(jī)型，如再生條件、吸附劑 填充量、換熱器效果和工藝控制都是非常影響性能和價(jià)格的，作為用戶應(yīng)謹(jǐn)慎選擇機(jī)型 和有實(shí)力的廠家。