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裝備制造業(yè)節(jié)能減排技術(shù)手冊編寫內(nèi)容
責(zé)任編輯：作者：admin人氣：402 發(fā)表時間：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，其壓力露點可達(dá)2~10℃，能滿足大部分工業(yè)要求。（見圖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，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)除油過濾器除油后進(jìn)入供氣管網(wǎng)。
國外在上世紀(jì)九十年代完成了冷干機(jī)的換代（第三代），但由于沒有新工藝和新材料的突破及物理條件的限制，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2~10℃）。國內(nèi)市場目前應(yīng)用的絕大多數(shù)為一代機(jī)，且大部分性能低于國外一代機(jī)，壓力露點平均在15℃以上，能耗在4%~6%。 (見表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岣吒煽諝獬隹跍囟龋员憬档驼舭l(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。目前國際上大多采用高效板翅式和板式換熱器。實現(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)崞骷訜岷笾匦職饣瑢?dǎo)致壓縮空氣的露點不能滿足要求。此外如冷卻器斜置、排水孔置于最低點、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)低價采購模式（如最低價中標(biāo)）。低價采購模式是造成國內(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，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 應(yīng)用年代
Ⅰ 無熱再生 結(jié)構(gòu)簡單、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℃、露點較高
Ⅳ 等壓再生零排放外加熱 零排放、低露點，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、無漂移，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。目前國際上公認(rèn)的熱—電效率不超過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。（見表4.13-2）
吸附式干燥器是一種典型的低價值、高能耗產(chǎn)品，以100立方的無熱再生吸干機(jī)為例，年電費(fèi)總計：0.8元×550KW×15%×8000h =52.8萬元；年運(yùn)行費(fèi)用（按每立方壓縮空氣0.21元計算）：
0.21元×100m3×15%×60min×8000h=150萬元。由此可見采購成本與巨大的運(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)用促使國內(nèi)外眾多廠商競相研發(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，因為進(jìn)氣溫度每升高12℃，壓縮空氣中的含水量增加一倍左右。國外的許多空壓機(jī)站采用冷凍水混合補(bǔ)充或二級冷卻器。有效降低氣體溫度至30℃以下，而國內(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，無油機(jī)（離心機(jī)和無油螺桿）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）目前國內(nèi)在用的吸附式干燥器95%以上為第一代高能耗低價值產(chǎn)品，其能耗高達(dá)空壓機(jī)的輸入功率功耗的15%~20%。但由于采購成本低及體制和觀念限制仍在大量設(shè)計選型和采購中。如圖4.13-2，可看出吸附式干燥器升級換代所帶來的微小采購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過濾器技術(shù)：
3.4.3.1過濾器的基本工作原理和基本結(jié)構(gòu)：
過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)級間、末端、冷干機(jī)前后級、吸附式干燥器的預(yù)過濾器及精密除油過濾器等都是以濾除液態(tài)油水為主。氣/固分離過濾器相對簡單，如用于吸附式干燥器后的除粉塵，車間和用戶點前使用的終端過濾器等。
過濾器主要由濾芯、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濾器。
（見圖4.13-3）
3.4.3.2過濾器的能耗構(gòu)成：
衡量過濾器能耗唯一指標(biāo)就是壓力損失，動力用壓縮空氣過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)過濾器的壓差達(dá)到規(guī)定極限壓差的2/3時，應(yīng)考慮清洗或更換。
3.4.3.3節(jié)能減排措施：
（1）重視分級設(shè)置分離器和過濾器，不排斥傳統(tǒng)型慣性分離器，尤其在重污染條件下，否則精密過濾器極易堵塞。
（2）采用高孔隙率過濾介質(zhì)，增大過濾面積，如纖維狀過濾器和折疊成型工藝。（見圖4.13-4和圖413-5）
當(dāng)孔隙率增加1倍，壽命提高3倍；過濾面積增加1倍，壽命提高4倍。
反過來可認(rèn)為，在同一壽命期限，增加孔隙率和過濾面積，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。（見圖4.13-6）
（3）采用容塵量大的過濾器，如深層過濾材料和有密度梯度的過濾材料等，可有效延緩阻力上升的速率。
（4）合適的過濾器或過濾系統(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)控采購環(huán)節(jié)，購買高效、低阻、長壽命的品牌產(chǎn)品。
