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干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>

   【壓縮機(jī)網(wǎng)】<接上期——>
 
  5.4 變頻式冷干機(jī)
 
  在文章中篇3.4.1.3講到:“耗電才是冷干機(jī)最主要耗能指標(biāo)”,在論點⑥“負(fù)荷”變化是冷干機(jī)節(jié)電的重點(見圖27)。除了采用聯(lián)控系統(tǒng)隨空壓機(jī)啟停外,通過露點控制方式采用變頻制冷壓縮機(jī)使冷干機(jī)的制冷量輸出可以精確調(diào)節(jié)來配合變頻空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣熱負(fù)荷變化。變頻式冷干機(jī)的壓力露點(見表23)相比常規(guī)冷干機(jī)更精準(zhǔn),更穩(wěn)定。
 
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  變頻式冷干機(jī)就是為了露點穩(wěn)定和節(jié)能而誕生的。歐美市場已經(jīng)把變頻式冷干機(jī)作為標(biāo)配。對于國內(nèi)來說,與永磁變頻螺桿空壓機(jī)搭配,這將是未來冷干機(jī)的藍(lán)海市場。
 
  連續(xù)兩屆上海ComVac ASIA展會上,意大利傳統(tǒng)冷干機(jī)品牌Afuil air和AST以特展方式推出變頻冷干機(jī)。展商給筆者算了節(jié)能效果,確實讓人大吃一驚??纯慈思依涓蓹C(jī)銘牌上的功率,再對比傳統(tǒng)冷干機(jī)的功率(樣本標(biāo)注),節(jié)能一半以上!圖40為Afuil air變頻冷干機(jī)在上海ComVac ASIA展會。
 
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  5.5 蓄冷式冷干機(jī)
 
  如果說常規(guī)冷干機(jī)和變頻冷干機(jī)屬于非循環(huán)式干燥器,那么蓄冷式冷干機(jī)則屬于循環(huán)式干燥器。
 
  蓄冷式冷干機(jī)工作原理:在傳統(tǒng)冷干機(jī)的蒸發(fā)器外套一個換熱器換熱器中采用乙二醇水溶液或者高相變熱的材料作為載冷劑與制冷劑換熱,然后再冷卻壓縮空氣。當(dāng)壓縮空氣熱負(fù)荷變化時,制冷劑輸出的富余冷量可以存儲在乙二醇水溶液中,存儲到設(shè)定容量時可以將制冷壓縮機(jī)停機(jī)。待乙二醇存儲的冷量消耗完的時候,制冷壓縮機(jī)馬上開啟。因此,在實際工況和負(fù)荷發(fā)生變化時能起到節(jié)能的作用。
 
  蓄冷式冷干機(jī)不僅對于變工況(流量、進(jìn)氣溫度、環(huán)境溫度變化)的露點穩(wěn)定并節(jié)能,全年無需開機(jī)關(guān)機(jī)。蓄冷式冷干機(jī)適合要求壓力露點精準(zhǔn)、穩(wěn)定(表24)和節(jié)能的高端小型冷干機(jī)市場。
 
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  上海ComVac ASIA展會上國際知名品牌SPX旗下HANKSON蓄能型冷干機(jī)以節(jié)能80%橫空出世,把冷干機(jī)節(jié)能做到極致。
 
  圖41是在展會上演示的韓國某客戶使用HANKSON蓄能型冷干機(jī)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控工作狀態(tài)及節(jié)能效率。
 
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  蓄能型冷干機(jī)也有短板:比如價格高,對于大流量且負(fù)載波動頻率大時露點不穩(wěn)定,在熱負(fù)荷大、滿負(fù)荷或負(fù)荷變化較小的場合,其節(jié)能不如常規(guī)和變頻冷干機(jī)。見圖42。
 
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  5.6 轉(zhuǎn)鼓吸干機(jī)
 
  轉(zhuǎn)鼓吸干機(jī)是AC品牌專配無油螺桿空壓機(jī)的干燥設(shè)備,采用了合成硅膠吸附劑的紙質(zhì)轉(zhuǎn)鼓作為吸附媒介,再生時利用無油螺桿空壓機(jī)的壓縮熱,在一個筒體內(nèi)就能完成吸附和再生過程。
 
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  由于在壓縮空氣相對濕度高于40%的時候,硅膠的吸附效率高于氧化鋁及分子篩(見圖44),因此吸附劑的填裝量少,結(jié)構(gòu)非常緊湊。
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
 
  轉(zhuǎn)鼓吸干機(jī)專用于配套干式無油螺桿空壓機(jī)(二級壓縮),由于干式無油螺桿空壓機(jī)二級排氣溫度可達(dá)180℃,充分利用此壓縮熱介入轉(zhuǎn)鼓吸干機(jī)再生,壓力露點可達(dá)10~-40℃(見表24),再生實現(xiàn)零氣耗。
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  由于客戶市場明確,價格高。目標(biāo)客戶——高端無油機(jī)行業(yè),干式無油螺桿空壓機(jī)是專配。國內(nèi)首個一級能效壓縮空氣站——秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司建設(shè)的壓縮空氣站使用的就是轉(zhuǎn)鼓吸干機(jī)。
 
  5.7 壓縮熱再生吸干機(jī)
 
  對于干式無油螺桿空壓機(jī)(二級壓縮)或離心式空壓機(jī)(簡稱無油空壓機(jī))的客戶來說,追求的是壓縮空氣品質(zhì)和可靠性。因此對空壓系統(tǒng)設(shè)備采購,不同于常規(guī)空壓系統(tǒng)設(shè)備的客戶講究性價比。同樣,對于壓縮空氣干燥器一次設(shè)備采購成本來說不會斤斤計較。但是對于空氣品質(zhì)和節(jié)能的兼顧卻很在意。由于無油空壓機(jī)都是大排量且多機(jī)組,耗電成本十分驚人。其排氣溫度都在110℃以上,如果能夠?qū)⑦@部分熱量回收利用,節(jié)能效果將十分可觀。
 
  無油空壓機(jī)先天的物理性無油已經(jīng)讓壓縮空氣品質(zhì)上了一個臺階,干燥設(shè)備一定是配吸干機(jī)。吸干機(jī)的耗能隨著處理量的增大也同步增大,因此對于配無油空壓機(jī)的干燥器來說,節(jié)能意義就非常重大了。
 
  近十年來,干式無油螺桿機(jī)和離心機(jī)的廣泛使用于高品質(zhì)高科技領(lǐng)域,隨著無油空壓機(jī)市場的不斷擴(kuò)大,許多有實力的壓縮空氣凈化設(shè)備企業(yè)利用其技術(shù)優(yōu)勢開發(fā)了壓縮熱再生吸干機(jī),不但滿足這部分高端客戶市場的需求,同時對于供給側(cè)改革行業(yè)如鋼鐵、石化、冶煉、紡織等大型企業(yè)的設(shè)備節(jié)能改造也得到了長足發(fā)展。
 
  從這兩屆上海ComVac ASIA展會上和華南空壓機(jī)展會上看,有實力的壓縮空氣參展商都著重推薦了壓縮熱再生吸干機(jī),可見在大型凈化設(shè)備市場中,這塊蛋糕還是很香的。圖45為中山凌宇的240m3/min零耗氣壓縮熱再生吸干機(jī)某客戶現(xiàn)場。
 
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  其實早在上世紀(jì)八九十年代,螺桿空壓機(jī)和冷干機(jī)在國內(nèi)還沒有普及,空壓系統(tǒng)設(shè)備主要靠活塞機(jī)+吸干機(jī),大型兩級壓縮無油活塞機(jī)廣泛使用在大型國企,在廠商合作的壓縮空氣技術(shù)創(chuàng)新中就已經(jīng)有了余熱再生干燥器。再生原理基本相近:利用活塞機(jī)二級排氣熱量來減少再生成品氣,達(dá)到節(jié)能的目的。但是壓縮熱再生干燥器更進(jìn)一步,不是簡單直接利用壓縮熱再生,而是反復(fù)利用空氣相對濕度原理來設(shè)計流程。
 
  壓縮熱再生吸干機(jī)根據(jù)壓力露點及再生或吹冷方式的不同可分為三種型式(見表25),其中最見的是零耗氣壓縮熱再生吸干機(jī)。
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  零耗氣壓縮熱再生吸干機(jī)工作原理:當(dāng)無油空壓機(jī)排出高溫高壓的壓縮空氣首先進(jìn)入吸干機(jī)的再生塔里使吸附劑升溫解附。然后濕熱的壓縮空氣經(jīng)過后部冷卻器1(水冷)冷卻到38℃以下,后部冷卻器1去除空壓機(jī)吸入大氣含水量50%左右;冷卻后經(jīng)過第一次干燥的壓縮空氣再進(jìn)入吸附塔進(jìn)行第二次干燥,達(dá)到需求的壓力露點。當(dāng)再生塔再生加熱階段時間完成后,設(shè)備轉(zhuǎn)到冷吹階段。吹冷階段是采用經(jīng)過后部冷卻器2(水冷)冷卻到38℃以下的壓縮空氣吹冷再生塔內(nèi)的吸附劑,然后再生塔自冷直至環(huán)境溫度完成再生;等待下一個吸附循環(huán)的開始。典型流程見圖46。
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  壓縮熱再生吸干機(jī)技術(shù)還需要解決以下四個問題:
 
 ?、賶毫β饵c的穩(wěn)定和深度,不能光依靠無油空壓機(jī)不穩(wěn)定的壓縮熱。其對于大流量、穩(wěn)定負(fù)荷及冷卻水溫度依賴較大。
 
 ?、谟捎诓捎脽o油空壓機(jī)排氣端的中高溫壓縮空氣來再生飽和的吸附劑,其溫度、含濕量及流量不穩(wěn)定的因數(shù),對干燥器的再生效果和程度往往受到空壓機(jī)的運行狀況和環(huán)境的影響非常大。
 
  ③受到成本等因素的限制,設(shè)計上往往考慮的設(shè)計余量不及外加熱等其它干燥器型式,操作彈性和壽命就會受到較大影響。
 
 ?、軌嚎s熱再生吸干機(jī)的壓降比外加熱等其它干燥器型式要高。
 
  因此,壓縮熱再生吸干機(jī)適用于對一般露點要求(見表25)且節(jié)能要求強(qiáng)烈,有壓縮熱能利用的場合。
 
  而對于既對壓力露點要求比較敏感又要求節(jié)能很高(雙高)的領(lǐng)域(高品質(zhì)壓縮空氣應(yīng)用),普通的壓縮熱再生吸干機(jī)難以勝任了。
 
  2019年的上海ComVac ASIA展會上國際知名品牌SPX有個講座《零耗氣鼓風(fēng)熱再生吸干機(jī)選型和應(yīng)用》,把零耗氣外加熱再生吸干機(jī)再次引領(lǐng)該技術(shù)的發(fā)展。它將凍水引入后部冷卻器中,一下子把進(jìn)入吸附塔前和再生塔吹冷的壓縮空氣溫度降低到個位數(shù),大大提高了吸附性能和減少耗能。再次把吸干機(jī)的技術(shù)用到極致。所以“零耗氣鼓風(fēng)熱再生吸干機(jī)”才是壓縮空氣干燥技術(shù)的翹楚。圖47為HANKSON制造的零耗氣鼓風(fēng)熱再生吸干機(jī)。
干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<五>
 
  總結(jié)
 
  隨著技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,壓縮空氣凈化越來越受到用戶的青睞,壓縮空氣品質(zhì)與節(jié)能永遠(yuǎn)是壓縮空氣凈化行業(yè)不管是供應(yīng)商還是用戶追求的目標(biāo),也是市場的主旋律。
 
  本文大部分篇幅都是闡述市場占有率90%以上的常規(guī)干燥器的理論與技術(shù)的應(yīng)用,深挖品質(zhì)與節(jié)能這條主線,不管是否遇到破壞性技術(shù),也能從壓縮空氣凈化設(shè)備的紅海市場中開辟出藍(lán)海市場。
 
  常規(guī)壓縮空氣干燥器(冷干機(jī)和吸干機(jī))要生存和發(fā)展,請保證制冷劑和吸附劑的競爭力,就像手機(jī)拼處理器一樣:
 
  (1) 制冷劑的環(huán)保,R134a和R407的使用將提升冷干機(jī)的競爭力;
 
  (2) 吸附劑的品質(zhì),筆者曾參與許多大項目的競標(biāo),大膽地亮出上海久宙吸附劑配置可以提高中標(biāo)率。
 
  對于壓縮空氣凈化設(shè)備的要求,最后強(qiáng)調(diào)三個原則:
 
  ①秉承夠用就好的原則:能用冷干機(jī),就絕不用吸干機(jī);
 
 ?、谖蓹C(jī)的節(jié)能原則:再生能用熱就不用電,能用電就不用氣;
 
 ?、廴魏萎a(chǎn)品都要遵循標(biāo)準(zhǔn)原則:干燥器無論設(shè)計、生產(chǎn)、銷售還是使用,有標(biāo)準(zhǔn)盡量參照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,沒有標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該咨詢專業(yè)院校、機(jī)構(gòu)和人士,切勿拍腦袋。
 
  〈全文連載完〉
 
  參考資料
  JB_T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》;
  JB_T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》;
  ISO 8573-1 2010 《壓縮空氣 第1部分:污染物和純度等級》;
  T/CGMA033001-2018《壓縮空氣站能效分級指南》;
  T/CGMA ××××—××××《一般用壓縮空氣干燥器選型指南》征求意見稿;
  《壓縮空氣干燥與凈化設(shè)備》;
  《壓縮空氣應(yīng)用指南》;
  《容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊 化工、動力、制冷》。
 
  作者簡介
  第一作者:梁柳生,廣西柳州,大學(xué)本科。高級工程師,1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作;有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷,其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷售總監(jiān),并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室,專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究,精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作。國家標(biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人,全國壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會副主任委員。
  第二作者:梁翰林,上善氣體工作室講師助理。
 
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