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如何利用吸附式干燥機實現降耗,案例分享

時間:2019-10-11 10:01來源:德耐爾空壓機 作者:Denair
經驗豐富的審計員在看到客戶的工廠里安裝了吸附式干燥機時,就會變得謹慎起來。當工廠需要高質量壓縮空氣或者當壓縮空氣管道暴露在低溫下時,就需要使用這種干燥機。然而,盡管吸附式干燥機可以實現這種功能,但是將壓縮空氣的露點從35OF降低到-40OF的過程中

  經驗豐富的審計員在看到客戶的工廠里安裝了吸附式干燥機時,就會變得謹慎起來。當工廠需要高質量壓縮空氣或者當壓縮空氣管道暴露在低溫下時,就需要使用這種干燥機。然而,盡管吸附式干燥機可以實現這種功能,但是將壓縮空氣的露點從35OF降低到-40OF的過程中,其能耗成本卻較高。為了低成本實現空氣低露點化,鼓風熱再生吸附式干燥機應運而生。

 

  本文介紹了三種常用的吸附式干燥機類型以及一些使用鼓風熱再生吸附式干燥機的經驗,有好有壞。

如何利用吸附式干燥機實現降耗,案例分享
 
  吸附式干燥機的類型
 

  在介紹鼓風熱再生吸附式式干燥機之前,有必要了解一下常見的吸附式干燥機類型,從簡單的無熱再生吸附式干燥機開始。雖然還有其他不太常見的吸附式干燥機類型,但本文不討論它們。所有典型的吸附式干燥機都有兩個填充滿干燥劑顆粒的壓力容器和一個閥門控制系統,該系統可以引導壓縮空氣從一個壓力容器流向另一個壓力容器。干燥劑顆粒在飽和前將壓縮空氣中的水蒸氣(吸附)去除的能力是有限的,一旦干燥劑飽和,必須在再生循環中將干燥劑中的水分去除,否則干燥機將無法吸收空氣中的水分,將壓縮空氣的露點降低到一個較低的水平。

 

  在一個壓力容器中的干燥劑飽和之前,閥門控制系統會將未完全干燥的壓縮空氣輸送到另一個充滿干燥劑的壓力容器中。同時將前一個壓力容器置于大氣壓下,通入干燥過的壓縮空氣,帶走已飽和干燥劑中的水分,對干燥劑進行再生。由于壓縮空氣在大氣壓下,露點會降低,因此其帶走水分的能力更強。兩壓力容器中的干燥劑像這樣交替干燥和再生,周期通常為10分鐘。這一循環再生過程消耗的壓縮空氣約為干燥機額定產量的15%到20%。

 

  需要注意的是,這里的15%~20%是干燥機額定產量的15%~20%。在某些情況下,干燥機不會滿載工作。舉例來說,當干燥機半載工作時,這里用來帶走干燥劑中水分的壓縮空氣將是產量的30%到40%。在干燥空氣的過程中,此類干燥機本身就將用掉大部分已干燥的壓縮空氣,這也是審計員不看好此類壓縮機的原因。

 

  為了彌補這一缺點,設計師們提出了不同版本的吸附式干燥機,其中之一就是有熱再生吸附式干燥的方法。類似于無熱再生吸附式干燥機,仍要使用已經干燥過的壓縮空氣來干燥已飽和的干燥劑,但壓縮空氣在通入壓力容器之前,會先用電加熱器進行加熱。

 

  這一設計上的改變使消耗的壓縮空氣更少,大約為干燥機額定產量的7.5%,可以釋放更多的壓縮空氣滿足需求,并降低了總體電氣運行成本。這種類型的干燥機略大于無熱再生型干燥機,且周期變為了4小時。

  進一步的設計產生了鼓風熱再生吸附式干燥機。它使用鼓風機驅動環境中的空氣通過加熱元件,然后通入壓力容器,帶走干燥劑中的水分,這一過程叫做吸熱脫水。這種類型的干燥機完全不消耗已干燥的壓縮空氣,將干燥的壓縮空氣完全地供向工廠。但該機型對冷空氣流的干燥還存在問題。

 

  剛被加熱完的干燥劑無法有效從冷空氣中吸收水分。因此,在完成吸熱脫水過程后需要使用大量已干燥的壓縮空氣來帶走干燥劑的熱量,這一過程叫冷卻再生。在有熱再生吸附式干燥機的冷卻再生過程中,需要使用的干燥壓縮空氣量約為干燥機額定產量的7.5%,通常在4個小時的循環中占用1個小時。而對于鼓風熱再生吸附式干燥機,冷卻再生過程通常需要干燥機額定壓縮空氣產量的2%。但在這里我們閱讀細則會發現,這2%實際上是四個小時的周期中每一個小時平均流量,四個小時的平均流量就是8%。這8%可能會在空壓機達到更大功率的需求高峰期時產生意想不到的后果,甚至可能需要額外補充壓縮空氣。

 

  更新的鼓風干燥機使用了內置的封閉循環冷卻回路,在這里,鼓風機向壓力容器中通入內部循環空氣來帶走熱量,而不是使用壓縮空氣冷卻。在這一機型中,將使用某種熱交換器,利用周圍的空氣或冷卻水來帶走熱量。

 

  運行成本
 

  由于壓縮空氣非常昂貴,利用壓縮空氣來生產干燥壓縮空氣的成本很高。此外,如果干燥機對壓縮空氣的使用量達到了壓縮機額定產量的15%到20%,為了滿足生產需求,就需要購買額定產量比現有壓縮機高15%到20%的壓縮機。而使用加熱器,則減少了壓縮空氣的使用量,從而降低了運行成本。

 

  下表是在固定循環模式下,滿載運行的四種類型的干燥機的成本估計:

 

如何利用吸附式干燥機實現降耗
 

  需要注意的是,計算結果的前提是假設干燥機100%負載。假設空壓機比功為0.2kW/scfm,每千瓦時10美分,每年運作8,760小時。這張表顯示,使用更復雜的吸附式干燥機每年可以節省相當多的錢。

 

  重要特征

 

  在實際操作中,你通常不會看到在輸入壓力為100psi,輸入溫度為100OF或環境溫度的情況下,100%負載的空氣干燥機。這是因為負荷越輕,成本也就越低。

 

  舉例來說,干燥機在入口溫度為80OF的情況下,負荷為滿載時的75%,那么它只能吸收設計吸水量的40%。這是因為比設計溫度低20OF的空氣的含水量只有100OF空氣的50%。對于循環固定的無熱再生吸附式干燥機來說,低溫低濕的條件不影響運行成本,仍會消耗等量的壓縮空氣來再生干燥劑。但是有熱再生式干燥機則不同,由于干燥劑中含水量少,而加熱器是以溫度為控制條件(避免干燥劑過熱),因此加熱元件的加熱時間會減少,節約了運行成本。

 

  對于未滿載的干燥機來說,使用壓縮空氣的露點來控制系統可以使成本顯著降低。利用探測器測量干燥機生產的壓縮空氣的露點,當露點低于設定值時,系統會延遲冷卻再生循環開啟的時間。直到探測器發現排出的空氣的露點高于設定值時,才會啟動冷卻再生循環。對于低負荷下的干燥機,這樣可以降低能耗。但不同類型的干燥機在低負荷下的反應會有所不同。

 

  對于無熱再生吸附式干燥機,冷卻再生過程使用的壓縮空氣的減少量往往只與干燥機干燥氣體的減少量有關,且成正比,而與入口溫度較低而導致的待干燥氣體濕度降低無關。但對于有熱再生吸附式干燥機來說,一方面,干燥機干燥氣體流量的減少會降低冷卻再生循環中使用的壓縮空氣量;另一方面,入口溫度較低使得待干燥氣體濕度較低,同樣也會導致冷卻再生循環中壓縮空氣使用量的減少。也就是說,有熱再生的方法比無熱再生的方法成本更低。沿用前面的例子,無熱再生式干燥機將節約20%~25%的成本,而有熱再生式干燥機在使用了露點控制系統后卻可以節約50%~60%的成本。

 

  實際應用經驗教訓

 

  造紙廠1

  一個造紙廠安裝了一個鼓風熱再生吸附式干燥機,并采用了露點控制系統。盡管如此,他們的儀器設備還是常年處在潮濕的環境。檢查干燥機時發現,壓縮空氣的露點都已經控制到遠低于-40OF的水平。工作人員曾懷疑在未干燥的空氣容器與干燥的空氣容器之間發生了泄露。但是,經過仔細觀察后,一位審計員注意到游離水在干燥機后的過濾器中發生了泄露。審計員還發現探測器在任何情況下讀到的露點都是相同的,即便將其從機器中取出,拿到潮濕的房間中,其讀數也沒有發生變化。探測器在低溫下讀數失靈,意味著即使干燥劑完全飽和,干燥機也不會對干燥劑進行冷卻再生循環。

  調查發現,探測器之所以失靈,是水冷系統上的后冷卻器發生了故障,將水泄露到了壓縮空氣中,同時也將探測器淹沒了。調查還發現,該干燥機安裝在了一個蒸汽泄漏很嚴重的房間里,當干燥機使用環境空氣對干燥劑進行冷卻再生時,水分被干燥劑吸收,導致干燥劑吸水能力下降。由此可得的經驗教訓:

  1.確保露點控制系統正常工作并進行了校準。

  2.設計時,一定要在游離水到達干燥器入口過濾器之前將其去除。

  3.保證干燥機的工作環境無水無塵。

 

  造紙廠2

  另一家造紙廠對壓縮空氣的審計結果顯示,每過四個小時干燥機中的空氣壓力就會出現一次明顯的下降。這一下降的幅度很大,會引起強烈的壓力波動,影響生產。數據顯示,這一壓降發生在干燥機吸熱脫水后的冷卻再生過程。

  調查發現,原來這是干燥機的冷卻再生過程中,通入的壓縮空氣量過高導致的。壓縮空氣的通入由一個簡單的球閥控制,球閥上本來有一個標簽用來指示冷卻再生過程的壓力應設置為40psi,但現在標簽不見了。估計后來有人看見球閥只是部分打開,便決定將其全開,導致了最后的結果。當調整球閥后,壓力陡降的現象消失了。但由于冷卻再生過程需要的壓縮空氣量仍然是干燥機產量的8%左右,因此,每過四個小時,便需要額外的壓縮機提供空氣來彌補。

  在這臺干燥機更早的使用歷史中,它曾經每過幾個小時,就會燒壞一次保險絲。經過調查,發現原因是環境中灰塵過多,堵塞了風機入口的過濾器,導致加熱過載。由此可得的經驗教訓:

  1.確保干燥機是按照要求操作的。

  2.壓縮空氣系統的容量大小必須考慮到冷卻再生過程會消耗一定的壓縮空氣。

  3.環境中灰塵過多會堵塞風機入口的過濾器。

 

  化工廠

  某化工廠購置了一臺大型鼓風干燥機,足以同時為三個空氣壓縮機干燥空氣,但該廠從未安裝第三臺壓縮機。該機安裝了露點控制系統,但后來該系統除了故障,廠家也沒有進行維修。

  由于這臺干燥機冷卻再生過程消耗的壓縮空氣過多,不得不使用一臺100-hp的壓縮機進行空氣補充,而高流量也給工廠帶來了壓力問題。本來如果負荷較輕的話,在露點控制系統的控制下,冷卻再生過程有很長一段時間都不用開啟。但由于該系統出了問題,所以即便是在輕負荷下工作,該裝置仍然采用了一個固定循環。

  該干燥機利用球閥來控制冷卻再生過程的進氣量也存在問題,這樣會使消耗的壓縮空氣過多。而過濾器也沒有按照規則進行維護,導致過濾器與干燥機之間大概有8psi的壓降。

  為了解決這些問題,客戶決定購買一臺帶有冷卻再生循環的鼓風熱再生吸附式干燥機替換這臺干燥機。這一改變減少了一臺空壓機的使用,節約了大量能源,同時也改善了壓力狀態。

  由此可得的經驗教訓:

  1.確保露點控制系統正常工作并進行了校準。

  2.干燥機冷卻再生循環通入的冷空氣流量必須適當。

  3.新型的機型設計可以節省成本。

 

  肉類加工廠

  一個肉類加工廠購置了一臺鼓風干燥機來替代冷凍式干燥機與無熱再生吸附式干燥機共同作用的系統。原系統由于部件過多,導致壓力損失過大。而將原系統更換為具有雙平行進/出口過濾器的大型鼓風干燥機,不僅降低了壓降,也使工廠的壓力更加穩定。同時,新的鼓風干燥機消耗的能量也比原系統小得多。

  工廠工作人員剛開始決定將干燥機的廢氣直接排放到室外,這樣干燥機排出的水分就不會被壓縮機重新吸入。然而過了一段時間,在寒冷的十一月,他們注意到壓縮空氣露點的問題。調查發現,冷卻再生循環產生的廢氣中所含的水在室外溫度下會凍結,堵塞住干燥機的廢氣排出口。用于戶外排氣的管道也很小,造成的壓力損失高于預期。另外,安裝人員未考慮到周圍空氣的高速流動帶來的影響。因此,必須作出改進將廢氣排放到更溫和的環境中。由此可得的經驗教訓:

  1.使用大小更合適的干燥機替代原有的標準干燥系統,可以提高系統的整體性能。

  2.如果要將廢氣排放到較遠的地方,要確保管道的直徑合適,且排氣消聲器不能直接暴露在低溫下。

 

  食品加工廠1

  一個食品加工廠購買了一臺鼓風干燥機,用來為在較低溫度下工作的設備調節空氣濕度。這臺干燥機安裝有露點控制系統。與其相連的是水冷式的空壓機。工廠的冷卻水溫度很低,全年大部分時間都在40OF到45OF。

  由于空壓機輸出的壓縮空氣溫度為50OF(其濕度約為額定濕度的20%),而干燥機吸收的水分約占其含水量的50%,因此干燥機的負荷其實非常輕。在對該系統進行壓縮空氣評估時,發現干燥機每兩到三天才進行一次冷卻再生循環,而不是像固定循環那樣每四個小時進行一次。這節省了大量的能源。

  如果關閉冷卻再生循環,使用輻射冷卻的方法,會讓循環周期變長,但系統的性能會進一步提升。

  由此可得的經驗教訓:

  1.低溫氣體的干燥對鼓風干燥機來說可節約能量。

  2.當循環時間間隔很長時,可以不必使用冷卻再生循環,而讓其自行輻射冷卻,可以節約很多壓縮空氣。

 

  食品加工廠2

  一個產品加工廠購買了一臺安裝了露點控制系統的鼓風干燥機,為廠內設備(特別是色選機,因為食物在那里與壓縮空氣接觸)調節空氣狀況。廠內的管道直接暴露在寒冷的空氣中。但在大多數情況下,由于負荷較輕,干燥機都運行良好。在這里干燥機每12小時啟動一次冷卻再生循環。

  壓縮空氣評估發現,在干燥器冷卻再生過程中,需要啟動一臺額外的空壓機提供壓縮空氣。安裝流量計后,發現干燥機冷卻再生過程的壓縮空氣使用量過大。一項調查發現,干燥機的裝配不當。有一個閥門漏水,控制增壓和冷卻的兩個控制閥裝反,導致冷卻再生循環通入了過多的空氣。對閥門進行修正后,干燥機運行恢復正常,且在再生循環無需另開一臺空壓機。由此可得的經驗教訓:

  1.輕負荷能減少冷卻再生循環的時間。

  2.干燥機的狀態應該被監控,以確保實現預期的效果,特別是在調試完成后。

  3.安裝流量計可以檢測干燥機是否出現問題。

 

 

  總結

 

 

  使用鼓風干燥機可以降低運行成本,特別是在低負荷和由于空壓機排氣溫度較低而降低了空氣含濕量的情況下。然而,這些設備非常復雜,需要正確的維護和監視,以確保它們的工作順序是正確的。在工廠壓縮空氣評估過程中對這些干燥機進行檢測和研究,可以得出許多有用的經驗教訓。

 

 

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作者:德耐爾@德耐爾空壓機  空壓機修訂日期:2019-10-11
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