無熱再生吸干機前加裝冷干機的能耗分析

無熱再生吸附式壓縮空氣干燥機 (以下簡稱無熱再生吸干機)，是實現(xiàn)壓力露點溫度一40℃ 以下或更低壓力露點溫度的有效手段，其結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、使用和維護方便，因此廣泛應用于各行各業(yè)。但是其需要消耗部分產(chǎn)品干空氣，用于吸附劑的吹掃再生，能耗較高。因此，無熱再生吸干機的節(jié)能措施，一直受到廣大用戶的重視。目前一種流行的觀念是，在無熱再生吸干機前，加裝冷凍式干燥機后，能夠起到減少吸干機水分負荷、等比例延長吸干機工作時間，但不增加再生吹掃氣量，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。本文通過分析計算，指出該觀點并不正確。

2 空壓機和有熱再生吸干機基本參數(shù)以某名牌空壓機產(chǎn)品參數(shù)為例：水冷無油螺桿空壓機，標稱排氣量 32．9Nm ／min(標稱排氣量定義在 2OoC、1atm、相對濕度 O％ )，排氣壓力 7 Bar，其電機功率是 223．7kW。該種空壓機 ，如果每年滿負荷運行 8000h，按平均電價 0．6 kwh計算 ，年消耗電費高達 107萬元。如果用戶生產(chǎn)工藝過程需要一40cC壓力露點溫度的壓縮空氣，假設采用某國際名牌的無熱再生吸干機，工作壓力 7 Bar、進氣溫度 38~(2、進氣相對濕度 100％、吸干機循環(huán)時間 6min。根據(jù)制造商的樣本資料，吸干機需要 14．4％的壓縮空氣用于吹掃再生，此外每次減壓放氣還會浪費大約 2％的壓縮空氣，因此總的耗氣量是 16．4％，這相當于每年浪費電費 107X16．4％ =17．5萬元。因此節(jié)約無熱再生吸干機的能耗，意義重大。上述無熱再生吸干機的主要技術(shù)參數(shù)如下(根據(jù)制造商的數(shù)據(jù) )：

無熱再生吸干機的耗氣量

無熱再生吸干機的耗氣量由吹掃耗氣量和減壓排氣耗氣量組成。業(yè)界廣泛采用的計算吹掃耗氣量的方法是

Q。／Q。=1／P ×1．15(1)

式中 Q。——吹掃耗氣量 ，Nm ／min

Q ——進氣量，Nm ／min

P——壓縮比

式(1)的含義是：無熱再生吸附干燥機采用的是變壓吸附原理，也就是等溫吸附過程。一般認為吹掃排氣溫度近似等于進氣溫度。由于水蒸氣的飽和分壓力只是溫度的函數(shù)，因此，相同溫度的空氣，其單位體積飽和含水量相同。這樣，一定進氣體積流量所帶給吸附劑的水分負荷，需要相同溫度、相同體積的吹掃氣來帶走?？紤]到水分解吸的效率，實際耗氣量比計算值增加約 15％。以上述干燥機為例，壓縮比 =8，因此

Q。／Qi=1／8×1．15=14．4％

減壓排氣耗氣量的計算方法(按某國際名牌的無熱再生吸干機的技術(shù)資料)是

D=vf×P／CT(2)

式中 D——每次減壓排氣 的耗氣量，Nm ／min是吸附塔的自由容積 m ，是指吸附塔內(nèi)未被吸附劑占據(jù)的體積，包括吸附塔內(nèi)填充吸附劑后剩余的容積，以及吸附劑顆粒之間的空隙和吸附劑顆粒小球內(nèi)部的孑L隙容積。根據(jù)經(jīng)驗，對于直徑 3～5mm 的活性氧化鋁，吸附塔自由容積一般是吸附劑填充體積的75％左右。上述干燥機中，吸附劑的填充容積 0．322m ，自由容積 =0．322×75％ =0．24 m

本例為 3min將上述數(shù)據(jù)代入式(2)算出減壓排氣量是 0．64Nm ／min，是進氣流量的約 2％。上述計算中，隱含的前提是：無熱再生吸附和解吸過程是等溫過程。實際上，無熱再生吸附式干燥機在吸附和解吸的過程中，溫度是變化的，不是嚴格的等溫過程。

4 無熱再生吸附式干燥機吸附床的溫度變化仍以上述空壓機、干燥機系統(tǒng)為例。當進氣溫度為 38~C、進 氣相對濕度為 100％ 、進氣壓力為 7 Bar、進氣流量為 32．9Nm ／min時，根據(jù)理想氣體方程

Pl×Vl／Tl=p2×v2／T2

(3)式中 P ——標稱壓力 ，1BarV1—標稱流量，32．9Nm ／ainrT1—標稱溫度，(20+273)K P2—實際進氣壓力，(7+1)BarT2-實際進氣溫度，(38+273)K

因此，干燥機實際體積流量可算出為 4．365m ／min。在 CT．=3 min干燥周期 內(nèi)，干燥機內(nèi)壓縮空氣的流過質(zhì)量為

Mi=VlC

(4)式中 當 i=1時

M1—干燥機內(nèi)壓縮空氣的流過質(zhì)量，kg

P1—標稱條件下的空氣密度，1．2kg／Nm根據(jù)式 (4)，計算出 。為 118．4kg。38℃時，單位體積的飽和水蒸氣含量是 q =0．046 kg／ITI[41，在一個 CT =3 min的干燥周期 內(nèi)，

吸附劑吸附的水量是Wi=l／2C gi

(5)算出當 i=1時，W1=0．6kg水蒸氣在活性氧化鋁上的吸附熱 h。=2930 kJ／kg(廠家數(shù)據(jù) )，因此，干燥過程產(chǎn)生的吸附熱是Hi=Wi×hl

(6)算出當 i=1時 ，H。=1758 kJ；這些吸附熱，將使得吸附劑 (245 kg，比熱 0．92kJ／kg．℃)和流過的壓縮空氣(118．4 kg，比熱 1．006kJ／kg．oC?)，以及吸附塔(碳鋼重量 150kg，碳鋼金屬比熱 0．48kJ／kg．℃)產(chǎn)生溫升。計算可得溫升是42℃，這個升溫數(shù)據(jù)與實際中的工作經(jīng)驗相符

無熱再生吸干機的吹掃氣，一般來自產(chǎn)品干空氣通過節(jié)流孔板進行節(jié)流后，提供給再生塔。由于干燥壓縮空氣的性質(zhì)相當接近理想氣體，而根據(jù)工程熱力學知識，理想氣體絕熱節(jié)流前后溫度不變? ，因此，吹掃氣的溫度等于產(chǎn)品干空氣的出氣溫度，是 38+4．2=42．2℃。

要達到良好的再生效果，吹掃氣必須將前一個周期吸附的水分完全解吸、排出吸附塔。按前述，吹掃氣的流量 Q 是進氣流量 Qi的 14．4％ ，即

Q =vI×plx14．4％

(7)計算可得 Q。=5．68kg／min。吹掃氣工作時間是2．5min(干燥機需要大約 30S完成減壓排氣、升壓、切換等動作)，因此吹掃氣的流過質(zhì)量 M。=14．2kg。吹掃氣進入再生塔前，大氣露點溫度大約一57~C(壓力露點溫度一40℃ @ 7 Bar)，含水量相當?shù)?，視為干空氣。利用前一個周期儲存的吸附熱以及吹掃氣體帶入的熱量，帶走前一個周期吸附的0．6kg水分后，吹掃排氣中的含水量是Qi=WJM

(8)計算可得，當 i：1時，Ql=0．042 kg／kgDADA，DriedAir，干空氣 )。為了解吸這些水分，需要的解吸熱也是 1758 l【J。這部分熱量將來自于吸附劑、吹掃氣以及吸附塔的降溫。計算得到降溫幅度是 5．6~C。這樣，吹掃氣的排氣溫度將降低到：42．2—5．6=36．6℃。在 36．6~C條件下 ，干空氣的密度 P2，是 1．14 kg—DA／m ，因此吹掃氣的濕度 ． i=Qi×p2i (9)計算可得 =0．048 kg／m ，其對應的露點溫度是 34．9~C。吹掃氣的排氣溫度高于其露點溫度，可以保證吸附劑的再生效果，同時也與實際情況相符合。

5 冷干機后的無熱再生吸千機吸附床的溫度變化如果在無熱再生吸干機前加裝了冷干機，假設進氣溫度降低到 30~C、進氣露點 溫度下降到 10~C(單位體積的飽和水蒸氣含量是 q =0．0086 g／ m )，空氣的流量不變。則進氣含水量降低到原來的 0．0086／0．046=19％，因此處于節(jié)能考慮，干燥機的干燥周期可以延長到原先的 5倍 ，即 c ：15min。15 min干燥工作時間內(nèi)吸附的水量

同樣根據(jù)式(5)，當i=2時，計算得到 =0．55kg。干燥過程產(chǎn)生的吸附熱H2根據(jù)式 (6)，得到h2==  1612 kJ。15min內(nèi)流過干燥機的空氣質(zhì)量根據(jù)式 (4)，當 i=2時，M2=592．2kg。這些吸附熱，將使得吸附劑和流過的壓縮空氣以及吸附塔產(chǎn)生溫升，計算可得溫升是 1．8c【=。因此，加裝冷干機后，吸附過程產(chǎn)生的溫升很小，吸附熱主要隨著壓縮空氣而流出了系統(tǒng)。干空氣的出口溫度是：30oC+1．8~C=31．8~C。為了實現(xiàn)節(jié)能，希望采用同樣流量 (Q。=5．68kg／min)的吹掃氣，仍然吹掃2．5min，吹掃氣的質(zhì)量還是 14．2kg，吹掃氣的入口溫度仍按與干空氣溫度相同計算即 31．8~C。

如果將前一周期 15 min內(nèi)吸附的0．55kg水分帶走 ，則吹掃排氣中的含水量 Q根據(jù)式(8)計算得到，Q =0．039kg／kgDA。為了解吸這些水分，需要的解吸熱也是 1612kJ。這部分熱量將來自于吸附劑、吹掃氣以及吸附塔的降溫，計算得到降溫幅度 5．2℃，則吹掃氣的溫度將降低到：31．8—5．2=26．6℃。在 26．6℃條件下，干空氣的密度 p2是 1．177kg—A／m 。

因此吹掃排氣的濕度根據(jù)式 (9)，當 i=2 時， 2=0．046kg／m ，對應的露點溫度是 34．3~C?？梢?，吹掃氣的溫度遠遠低于其排氣的露點溫度，這顯然是不可能的。因為當吹掃氣的溫度降低到其出氣露點溫度時，其所含水分就會凝結(jié)出來，留在吸附床中；吸附床就會由于再生不良導致殘余水分含量增大，出氣露點溫度惡化。因此，如果在無熱再生吸干機前加裝了冷干機，為了達到相同的出氣露點溫度要求，就必須增加吸干機的吹掃氣量，提供吸附劑足夠的解吸熱量。

6 結(jié)論

在無熱再生吸干機前加裝冷干機，為了滿足吸附劑解吸時需要的熱量要求，就必須增加吹掃氣量，從而增大了吸干機的能耗。所以，在無熱再生吸干機前加裝冷干機后能等反比例延長吸干機吸附時間，但不增加再生吹掃氣量，從而達到節(jié)能目的的想法是不正確的。但是，上述分析不適用于冷干機與有熱再生吸干機的組合。

更多行業(yè)資訊 冷干機 、吸干機資訊 ：https://sh-liutech.com.cn/cp6/

------ 責任編輯：吸干機廠家

版權(quán)所有https://sh-liutech.com.cn/cp6/(機械）轉(zhuǎn)載請注明出處