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干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<四>

 

干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用<四> 

 <接上期——>

  【壓縮機(jī)網(wǎng)】4.2 吸干機(jī)實(shí)際耗能分析

  壓縮空氣的品質(zhì)要求越高,付出的代價(jià)就越高。這不僅是設(shè)備的采購(gòu)成本,而且設(shè)備的使用成本更高。當(dāng)氣體品質(zhì)要求壓力露點(diǎn)低于0℃的時(shí)候,我們將不得不采用吸干機(jī)來(lái)干燥壓縮空氣了。

  同樣在吸干機(jī)的樣本和銘牌上是看不見(jiàn)總功耗數(shù)據(jù)。表15是在規(guī)定工況下計(jì)算,如果使用工況及空氣質(zhì)量等級(jí)要求發(fā)生變化時(shí),其能耗也會(huì)變化。吸干機(jī)耗能主要在以下方面(水和機(jī)房散熱除外):壓降、耗能(氣和電)。

  4.2.1“壓降”對(duì)于吸干機(jī)節(jié)能來(lái)說(shuō)與冷干機(jī)一樣。

  按JB/T 10532-2017《一般用吸附式壓縮空氣干燥器》標(biāo)準(zhǔn)工況0.7MPa工作壓力下,吸干機(jī)允許壓降<3%=0.021MPa=1.47%(壓縮空氣系統(tǒng)中壓力降低0.1MPa,耗能7%),所以為了不到1%的節(jié)能,再希望把壓降降低一半:△P<0.01MPa以下,制造成本會(huì)大大增加,對(duì)于大多數(shù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)不劃算。

  壓降問(wèn)題對(duì)于冷干機(jī)來(lái)說(shuō)只要符合標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)即可,“壓降”耗能做能源管理合同的企業(yè)可以關(guān)注吸干機(jī)的壓降。

  如果40m3/min在7bar下,把壓降從0.21bar做到0.1bar,6000h/年工作時(shí)間計(jì)算,可節(jié)約電能=250*(0.21-0.1)*7%*6000=11550kW/h。

  4.2.2“耗能”才是吸干機(jī)最大的節(jié)能項(xiàng)目。

  因?yàn)槲蓹C(jī)的耗能(氣和電)是為了再生和吹冷,用的都是成品氣。大氣變成壓縮空氣需要耗能,壓縮空氣變成成品氣也需要耗能,而且成品氣的成本遠(yuǎn)大于其他能源成本。所以吸附劑的再生能用大氣就不用成品氣,能用電就不用氣。

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  圖29常規(guī)吸干機(jī)耗能比較:無(wú)熱再生>微熱再生>外加熱再生。

  4.2.2.1 影響吸干機(jī)耗能有四個(gè)因數(shù):露點(diǎn)、進(jìn)氣溫度、工作壓力及負(fù)荷:

 ?、?ldquo;露點(diǎn)”對(duì)吸干機(jī)耗能的影響

  在ISO8573-1-2010標(biāo)準(zhǔn):吸干機(jī)露點(diǎn)溫度分四檔:-20℃、-40℃、-70℃和<-70℃,從表12可看出,無(wú)熱、微熱、加熱再生吸干機(jī)都可以達(dá)到-20℃、-40℃、-70℃。但是要到達(dá)這三個(gè)指標(biāo),其耗能會(huì)有非常大的區(qū)別。

  從行業(yè)團(tuán)標(biāo):T-CGMA033001-2018《壓縮空氣站能效分級(jí)指南》就“壓縮空氣站能效等級(jí)”根據(jù)綜合輸功效率按供氣壓力露點(diǎn)要求分為5級(jí),1級(jí)最高,5級(jí)最低,而含有吸干機(jī)的壓縮空氣站能效等級(jí)有4個(gè)表(分別是表2~5),其綜合輸功效率規(guī)定值也不同。每級(jí)能耗升高約5%。見(jiàn)圖30。

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  意味著,同樣一級(jí)能效的壓縮空氣站,壓縮空氣露點(diǎn)要求越低,允許耗功越高。而壓縮空氣的品質(zhì)是需要花錢(qián)的。

  舉例:見(jiàn)圖31,比如用無(wú)熱再生吸干機(jī)去實(shí)現(xiàn)壓力露點(diǎn):-20℃、-40℃、-70℃,耗氣量的差別。

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  ②“進(jìn)氣溫度”對(duì)吸干機(jī)耗能的影響

  在JB/T 10532-2017《一般用吸附式壓縮空氣干燥器》標(biāo)準(zhǔn)工況中進(jìn)氣溫度38℃,假設(shè)壓力露點(diǎn)溫度不變,如果按樣本標(biāo)注最高工作溫度46℃,其耗能將增加45%左右。

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  所以從圖32可看出,進(jìn)氣溫度越低越節(jié)能。

 ?、?ldquo;工作壓力”對(duì)吸干機(jī)耗能的影響

  由在JB/T 10532-2017《一般用吸附式壓縮空氣干燥器》標(biāo)準(zhǔn)工況中工作壓力0.7MPa,假設(shè)壓力露點(diǎn)溫度不變,如果實(shí)際工作壓力為0.6MPa,其耗能將增加15%左右。

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  所以從圖33可看出,工作壓力越高越節(jié)能。

 ?、?ldquo;負(fù)荷”變化對(duì)吸干機(jī)耗能的影響

  大多數(shù)吸干機(jī)都是采用固定程序且按最大負(fù)荷配置,當(dāng)壓縮空氣處理量發(fā)生變化時(shí),吸干機(jī)的耗功卻固定不變,就造成了吸干機(jī)耗能的浪費(fèi)。一般分兩種情況:

  ◆變負(fù)荷空壓機(jī)+最大處理量吸干機(jī)。當(dāng)壓縮空氣容積流量發(fā)生變化時(shí),吸干機(jī)的耗能不變;

  ◆容積流量不變,實(shí)際工況變化,如進(jìn)氣溫度、工作壓力波動(dòng)等等;

  吸干機(jī)如果能配置負(fù)荷節(jié)能控制系統(tǒng),其節(jié)能效果非常明顯。從圖34可以看出:露點(diǎn)節(jié)能控制系統(tǒng)最節(jié)能。

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  五、壓縮空氣應(yīng)用中干燥技術(shù)的藍(lán)海市場(chǎng)

  在文章的前半部分都是介紹常規(guī)型的壓縮空氣干燥器,其市場(chǎng)份額在90%以上,主要特點(diǎn):性?xún)r(jià)比高、使用量大、質(zhì)量穩(wěn)定、制造/使用/維護(hù)方便。見(jiàn)圖三十五黃框部分。

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  同時(shí)根據(jù)市場(chǎng)的特定需求,壓縮空氣干燥器也為特定客戶(hù)量身定做了頗有市場(chǎng)量的經(jīng)典產(chǎn)品(見(jiàn)圖36所示)。以壓縮空氣的品質(zhì)與節(jié)能為主線(xiàn),高度融合先進(jìn)的干燥技術(shù),運(yùn)用于高端市場(chǎng)。藍(lán)海市場(chǎng)的壓縮空氣干燥器價(jià)高質(zhì)優(yōu),并且擁有忠誠(chéng)度很高的高端客戶(hù)群體,也是空壓系統(tǒng)凈化設(shè)備行業(yè)努力追求和奮斗的結(jié)果。

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  5.1 組合式干燥器

  組合式干燥器最早于1983年,由PIONEER AIR SYSTEM公司研制出來(lái),把前級(jí)冷干機(jī)和后級(jí)吸干機(jī)組合起來(lái),利用冷干機(jī)降溫除濕,將壓縮空氣大部分水蒸氣去除,少量水蒸氣由吸干機(jī)深度干燥。并且利用冷干機(jī)冷凝器余熱加熱再生氣體,從而把吸干機(jī)的再生耗氣量從15%降到3%,同時(shí),還可以延長(zhǎng)吸附劑的更換周期,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

  筆者非常推崇組合式干燥器這種設(shè)計(jì)理念,它巧妙的把壓縮空氣中的水蒸氣去除方式按照現(xiàn)代工業(yè)加工方式,將原來(lái)由吸干機(jī)直接干燥到壓力露點(diǎn)溫度分成粗加工(先由耗能較少的冷干機(jī)去除大部分水蒸氣,壓力露點(diǎn)3℃)和精加工(吸干機(jī)就可以從3℃再深度干燥達(dá)到額定壓力露點(diǎn)要求,同時(shí)減少耗能)兩道工序完成。無(wú)論是市場(chǎng)廣度還是深度,都是最完美的干燥方式組合(將冷干機(jī)和吸干機(jī)技術(shù)融合,見(jiàn)表20)且按常規(guī)干燥器的生產(chǎn)方式覆蓋全露點(diǎn)和全流量,非常值得推廣。

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  圖37是市場(chǎng)上常見(jiàn)的組合式干燥器,左圖為廣州博立,右圖是震東。

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  5.2 膜式干燥器

  壓縮空氣通過(guò)中空纖維膜時(shí),由于空氣和水蒸氣的分子直徑大小及滲透壓不同,使水蒸氣可以從空氣中分離出來(lái),達(dá)到干燥的效果。

  膜分離干燥技術(shù)主要用于小流量,可以根據(jù)用氣要求對(duì)空氣出口露點(diǎn)在-40~10℃之間(見(jiàn)表21)進(jìn)行調(diào)節(jié),滿(mǎn)足不同工況需要。機(jī)器小巧,性能穩(wěn)定可靠,無(wú)需電源、不受環(huán)境溫度影響,相對(duì)于常規(guī)干燥器更環(huán)保更節(jié)能。主要應(yīng)用于工業(yè)控制、醫(yī)藥技術(shù)、食品加工、技術(shù)研究試驗(yàn)室等終端場(chǎng)合的中高端客戶(hù)群體。

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  圖38為杭州科林愛(ài)爾膜式干燥器展于上海Com Vac ASIA。

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  5.3 模組吸干機(jī)

  講到模組吸干機(jī),不得不提到模組的大佬:多明尼克漢德(Domnick hunter)模組無(wú)熱再生吸附式干燥機(jī),全球市場(chǎng)占有率最高。

  模組吸干機(jī)以其外觀(guān)漂亮,占地面積小,可掛墻,方便安裝接近用氣點(diǎn)使用,壓力露點(diǎn)低且穩(wěn)定;氣流分配均衡,不存在死角,無(wú)“隧道效應(yīng)”;吸附劑的填充均勻、緊密、不留死角;吸附劑用量少;壓力損失??;模塊倍數(shù)級(jí)組合可以讓處理量翻倍而著稱(chēng)。如今在壓縮空氣凈化設(shè)備市場(chǎng)中異軍突起。

  模組吸干機(jī),從干燥理論上跑不出吸附熱力學(xué)三大理論:等溫吸附、等壓吸附及等量吸附。其吸附深度及耗能不會(huì)與常規(guī)吸干機(jī)有區(qū)別。同時(shí)受到模組筒體加工制造難度大(相對(duì)鋼制雙筒吸干機(jī)),成本較高。在追求性?xún)r(jià)比常規(guī)市場(chǎng)來(lái)說(shuō),價(jià)格是阻礙其普及的鴻溝。但隨著市場(chǎng)認(rèn)可度提高和批量提升,成本下降是有可能的。

  對(duì)于追求設(shè)備美觀(guān),占地面積小,結(jié)構(gòu)緊湊,還可以有效規(guī)避壓力容器監(jiān)檢等要求的中高端客戶(hù)來(lái)說(shuō),其壓力露點(diǎn)可以覆蓋冷干機(jī)和吸干機(jī)(表22)范圍小型干燥器還是很受歡迎的。

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  模組吸干機(jī)主要搶奪傳統(tǒng)冷干機(jī)和吸干機(jī)之間結(jié)合區(qū)域,即氣體質(zhì)量中等要求(壓力露點(diǎn)3~-20℃),處理量不大(10m3/min以下)的干燥器市場(chǎng)。

  圖39為佑僑模組吸干機(jī)服務(wù)于某食品廠(chǎng)。

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  如果還想要深度挖掘市場(chǎng),模組吸干機(jī)可在其精、小、靚的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)發(fā)揮:

 ?、倥c鋁翅板換冷干機(jī)撬裝成組合式干燥器;

  ②可以配合4個(gè)9以上的小型制氮制氧機(jī)生產(chǎn)和使用;

  ③減少再生氣量,利用真空來(lái)再生吸附劑。

  〈本文未完待續(xù),更多精彩內(nèi)容見(jiàn)下期——〉

  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(jí)》;
  T/CGMA033001-2018《壓縮空氣站能效分級(jí)指南》;
  T/CGMA ××××—××××《一般用壓縮空氣干燥器選型指南》征求意見(jiàn)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(cè) 化工、動(dòng)力、制冷》。

  作者簡(jiǎn)介
  第一作者:梁柳生,廣西柳州,大學(xué)本科。高級(jí)工程師,1990開(kāi)始從事空壓機(jī)行業(yè)工作;有在國(guó)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(guò)空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、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(guó)銷(xiāo)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(zhuān)業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究,精益生產(chǎn)管理及銷(xiāo)售的培訓(xùn)工作。國(guó)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(guó)壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)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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