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干燥技术在压缩空气中的应用<四>

干燥技术在压缩空气中的应用<四>  <接上期——>

  4.2 吸干机实际耗能分析

  压缩空气的品质要求越高,付出的代价就越高。这不仅是设备的采购成本,而且设备的使用成本更高。当气体品质要求压力露点低于0℃的时候,我们将不得不采用吸干机来干燥压缩空气了。

  同样在吸干机的样本和铭牌上是看不见总功耗数据。表15是在规定工况下计算,如果使用工况及空气质量等级要求发生变化时,其能耗也会变化。吸干机耗能主要在以下方面(水和机房散热除外):压降、耗能(气和电)。

  4.2.1“压降”对于吸干机节能来说与冷干机一样。

  按JB/T 10532-2017《一般用吸附式压缩空气干燥器》标准工况0.7MPa工作压力下,吸干机允许压降<3%=0.021MPa=1.47%(压缩空气系统中压力降低0.1MPa,耗能7%),所以为了不到1%的节能,再希望把压降降低一半:△P<0.01MPa以下,制造成本会大大增加,对于大多数用户来说不划算。

  压降问题对于冷干机来说只要符合标准生产即可,“压降”耗能做能源管理合同的企业可以关注吸干机的压降。

  如果40m3/min在7bar下,把压降从0.21bar做到0.1bar,6000h/年工作时间计算,可节约电能=250*(0.21-0.1)*7%*6000=11550kW/h。

  4.2.2“耗能”才是吸干机最大的节能项目。

  因为吸干机的耗能(气和电)是为了再生和吹冷,用的都是成品气。大气变成压缩空气需要耗能,压缩空气变成成品气也需要耗能,而且成品气的成本远大于其他能源成本。所以吸附剂的再生能用大气就不用成品气,能用电就不用气。

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  图29常规吸干机耗能比较:无热再生>微热再生>外加热再生。

  4.2.2.1 影响吸干机耗能有四个因数:露点、进气温度、工作压力及负荷:

  ①“露点”对吸干机耗能的影响

  在ISO8573-1-2010标准:吸干机露点温度分四档:-20℃、-40℃、-70℃和<-70℃,从表12可看出,无热、微热、加热再生吸干机都可以达到-20℃、-40℃、-70℃。但是要到达这三个指标,其耗能会有非常大的区别。

  从行业团标:T-CGMA033001-2018《压缩空气站能效分级指南》就“压缩空气站能效等级”根据综合输功效率按供气压力露点要求分为5级,1级最高,5级最低,而含有吸干机的压缩空气站能效等级有4个表(分别是表2~5),其综合输功效率规定值也不同。每级能耗升高约5%。见图30。

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  意味着,同样一级能效的压缩空气站,压缩空气露点要求越低,允许耗功越高。而压缩空气的品质是需要花钱的。

  举例:见图31,比如用无热再生吸干机去实现压力露点:-20℃、-40℃、-70℃,耗气量的差别。

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  ②“进气温度”对吸干机耗能的影响

  在JB/T 10532-2017《一般用吸附式压缩空气干燥器》标准工况中进气温度38℃,假设压力露点温度不变,如果按样本标注最高工作温度46℃,其耗能将增加45%左右。

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  所以从图32可看出,进气温度越低越节能。

  ③“工作压力”对吸干机耗能的影响

  由在JB/T 10532-2017《一般用吸附式压缩空气干燥器》标准工况中工作压力0.7MPa,假设压力露点温度不变,如果实际工作压力为0.6MPa,其耗能将增加15%左右。

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  所以从图33可看出,工作压力越高越节能。

  ④“负荷”变化对吸干机耗能的影响

  大多数吸干机都是采用固定程序且按最大负荷配置,当压缩空气处理量发生变化时,吸干机的耗功却固定不变,就造成了吸干机耗能的浪费。一般分两种情况:

  ◆变负荷空压机+最大处理量吸干机。当压缩空气容积流量发生变化时,吸干机的耗能不变;

  ◆容积流量不变,实际工况变化,如进气温度、工作压力波动等等;

  吸干机如果能配置负荷节能控制系统,其节能效果非常明显。从图34可以看出:露点节能控制系统最节能。

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  五、压缩空气应用中干燥技术的蓝海市场

  在文章的前半部分都是介绍常规型的压缩空气干燥器,其市场份额在90%以上,主要特点:性价比高、使用量大、质量稳定、制造/使用/维护方便。见图三十五黄框部分。

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  同时根据市场的特定需求,压缩空气干燥器也为特定客户量身定做了颇有市场量的经典产品(见图36所示)。以压缩空气的品质与节能为主线,高度融合先进的干燥技术,运用于高端市场。蓝海市场的压缩空气干燥器价高质优,并且拥有忠诚度很高的高端客户群体,也是空压系统净化设备行业努力追求和奋斗的结果。

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  5.1 组合式干燥器

  组合式干燥器最早于1983年,由PIONEER AIR SYSTEM公司研制出来,把前级冷干机和后级吸干机组合起来,利用冷干机降温除湿,将压缩空气大部分水蒸气去除,少量水蒸气由吸干机深度干燥。并且利用冷干机冷凝器余热加热再生气体,从而把吸干机的再生耗气量从15%降到3%,同时,还可以延长吸附剂的更换周期,达到节能环保的目的。

  笔者非常推崇组合式干燥器这种设计理念,它巧妙的把压缩空气中的水蒸气去除方式按照现代工业加工方式,将原来由吸干机直接干燥到压力露点温度分成粗加工(先由耗能较少的冷干机去除大部分水蒸气,压力露点3℃)和精加工(吸干机就可以从3℃再深度干燥达到额定压力露点要求,同时减少耗能)两道工序完成。无论是市场广度还是深度,都是最完美的干燥方式组合(将冷干机和吸干机技术融合,见表20)且按常规干燥器的生产方式覆盖全露点和全流量,非常值得推广。

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  图37是市场上常见的组合式干燥器,左图为广州博立,右图是震东。

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  5.2 膜式干燥器

  压缩空气通过中空纤维膜时,由于空气和水蒸气的分子直径大小及渗透压不同,使水蒸气可以从空气中分离出来,达到干燥的效果。

  膜分离干燥技术主要用于小流量,可以根据用气要求对空气出口露点在-40~10℃之间(见表21)进行调节,满足不同工况需要。机器小巧,性能稳定可靠,无需电源、不受环境温度影响,相对于常规干燥器更环保更节能。主要应用于工业控制、医药技术、食品加工、技术研究试验室等终端场合的中高端客户群体。

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  图38为杭州科林爱尔膜式干燥器展于上海Com Vac ASIA。

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  5.3 模组吸干机

  讲到模组吸干机,不得不提到模组的大佬:多明尼克汉德(Domnick hunter)模组无热再生吸附式干燥机,全球市场占有率最高。

  模组吸干机以其外观漂亮,占地面积小,可挂墙,方便安装接近用气点使用,压力露点低且稳定;气流分配均衡,不存在死角,无“隧道效应”;吸附剂的填充均匀、紧密、不留死角;吸附剂用量少;压力损失小;模块倍数级组合可以让处理量翻倍而著称。如今在压缩空气净化设备市场中异军突起。

  模组吸干机,从干燥理论上跑不出吸附热力学三大理论:等温吸附、等压吸附及等量吸附。其吸附深度及耗能不会与常规吸干机有区别。同时受到模组筒体加工制造难度大(相对钢制双筒吸干机),成本较高。在追求性价比常规市场来说,价格是阻碍其普及的鸿沟。但随着市场认可度提高和批量提升,成本下降是有可能的。

  对于追求设备美观,占地面积小,结构紧凑,还可以有效规避压力容器监检等要求的中高端客户来说,其压力露点可以覆盖冷干机和吸干机(表22)范围小型干燥器还是很受欢迎的。

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  模组吸干机主要抢夺传统冷干机和吸干机之间结合区域,即气体质量中等要求(压力露点3~-20℃),处理量不大(10m3/min以下)的干燥器市场。

  图39为佑侨模组吸干机服务于某食品厂。

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  如果还想要深度挖掘市场,模组吸干机可在其精、小、靓的基础上进行技术发挥:

  ①与铝翅板换冷干机撬装成组合式干燥器;

  ②可以配合4个9以上的小型制氮制氧机生产和使用;

  ③减少再生气量,利用真空泵来再生吸附剂。

  〈本文未完待续,更多精彩内容见下期——〉

  参考资料

  JB_T 10526-2017 《一般用冷冻式压缩空气干燥器》;
  JB_T 10526-2017 《一般用冷冻式压缩空气干燥器》;
  ISO 8573-1 2010 《压缩空气 第1部分:污染物和纯度等级》;
  T/CGMA033001-2018《压缩空气站能效分级指南》;
  T/CGMA ××××—××××《一般用压缩空气干燥器选型指南》征求意见稿;
  《压缩空气干燥与净化设备》;
  《压缩空气应用指南》;
  《容积式压缩机技术手册 化工、动力、制冷》。

  作者简介
  第一作者:梁柳生,广西柳州,大学本科。高级工程师,1990开始从事空压机行业工作;有在国企、合资及外企工作经历,其中22年在AC集团工作。先后从事过空压机及后处理设备的产品设计、产品工艺、生产管理、产品质量跟踪服务等及全国销售总监,并有在欧洲学习和工作的经历。2017年创办上善气体工作室,专业从事压缩空气系统研究,精益生产管理及销售的培训工作。国家标准JBT10526-2005《一般用冷冻式压缩空气干燥器》第一起草人,全国压缩机标准化技术委员会副主任委员。

  第二作者:梁翰林,上善气体工作室讲师助理。
 

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