零氣耗余熱再生吸附式空氣干燥器的節能優勢及利用

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，廣泛應用于冶金、機械、輕工、化工等行業，它具有無污染、清晰透明、輸送方便、無害、易燃性小、不怕超負荷等顯著特點，但是它也有含有固體微粒，加速設備磨損，導致密封失效和含有水份，導致設備、管道和閥門銹蝕，堵塞氣動元件等缺點。固體微粒可以通過空氣過濾器進行處理，而水份可以通過壓縮空氣干燥器進行干燥。本鋼集團北營能源總廠為整個北營廠區提供壓縮空氣，現擁有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，總產風量3 200 m3/min，根據產品說明，該微熱再生吸附式干燥器運轉時消耗的壓縮空氣為設備處理量的7%，則損耗量為224 m3/min，相當于1.12臺200 m3/min空壓機產風量，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，實現節能降耗，節約生產成本。

1 微熱式干燥器的工作原理

如圖1所示，空氣經空壓機壓縮后進入壓縮空氣管道內，通過氣動閥門A從吸附塔底部進入A塔內，經過吸附劑將壓縮空氣內含有的成液態水滴狀的水分吸收干燥后從A塔頂排出，通過氣動閥門M1進入用戶管網內輸送給用戶；在A塔工作時，B塔進入再生狀態，從A塔產生的一小部分干燥的壓縮空氣通過風量調節閥進入加熱器Q內加熱，然后從B塔上端進入塔內對已吸附滿水分的吸附劑進行加熱，同時將吸附劑含有的水分帶出B塔經消音器帶到大氣中，使吸附劑達到干燥后，加熱器Q停止運行，用干燥的壓縮空氣吹冷后，進入續壓狀態。兩塔交替運行，一塔吸附一塔再生。整個設備運轉時消耗的壓縮空氣為設備處理量的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。空壓機將壓縮后的高溫氣體（約110 ℃）送入管道內，通過氣動閥門14流入后部冷卻器A降溫到45 ℃以下，再經過氣液分離器除水后，通過氣動閥門1進入A吸附塔內，經過吸附劑將壓縮空氣內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進入用戶管網內輸送給用戶。

圖2 零氣耗余熱再生式干燥器流程

（1）A吸附塔吸附，B吸附塔進入再生狀態

將空壓機產生的高溫空氣（約110 ℃）通過氣動閥門13和氣動閥門8從B吸附塔上端進入塔內，對已吸附滿水分的吸附劑進行加熱，同時將吸附劑上含有的水分后從B塔下端帶出，經過氣動閥門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吸附塔塔底部進入塔內，經過吸附劑將壓縮空氣內含有的成液態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進入用戶管網內輸送給用戶。

（2）A吸附塔吸附，B吸附塔進入冷吹狀態

B塔的吸附劑干燥后，將空壓機產生的高溫空氣（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進入B吸附塔對吸附劑進行吹冷，產生的熱風排出B吸附塔經過氣動閥門8進入后部冷卻器B降溫至45 ℃以下，經過氣動閥門3進入A吸附塔，經過吸附劑將氣體內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進入用戶管網內輸送給用戶。

（3）A吸附塔吸附，B吸附塔進入待機狀態

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

零氣耗余熱再生式干燥器利用空壓機生產壓縮空氣過程中產生的壓縮熱，對處于再生狀態的吸附劑進行加熱升溫，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、冷氣體經過回收和處理后進入用戶管網內輸送給用戶，所以整個設備運轉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勢

微熱式干燥器處理的是經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是通過成品氣經外置電加熱器加熱后產生的，吹冷的冷風使用的也是成品氣，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的高溫氣體，再生塔再生過程中所需的熱風是空壓機生產壓縮空氣時高溫氣體，吹冷的冷風使用的是經過冷卻器冷卻未經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、冷氣體經過回收和處理后進入用戶管網內，輸送給用戶，所以整個設備運轉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，無其他耗電設施，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行維護，為保證冷卻效果，需定期對冷卻器進行更換清理，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，然后設備可以恢復運行，更換下來的冷卻器清理水垢后可重復使用，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，節約用電成本；不需要消耗成品氣，節約成品氣自耗成本；如用戶用風量較大，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約大量的成品氣，以每分鐘節約的成品氣折算成空壓機每分鐘供風量，相當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濟效益

本單位現有空壓站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對原有的微熱式干燥器進行改造，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），空壓風單耗為0.12479 kWh/m3。通過對比可知，2020年空壓風單耗比2019年降低0.00849 kWh/m3，則2020年節約電量0.07081億kWh，以本地區工業電價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），如果進行干燥器改造，則全年預計節約用電0.04358億kWh，降低用電成本約248.39萬元。