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简析压缩热再生干燥器设计选型

    在当前节能减排大势和离心式空压机日趋普及的背景下,压缩热(余热)这种既传统又新颖的吸附式干燥器越来越受到业界的关注和重视。本文针对其特有的再生方式及相关因素,对其如何正确设计选型及识别真伪进行科学分析以帮助用户尽快认知和获得最大利益。

    前言

    在当前节能减排大势和离心式空压机日趋普及的背景下,压缩热(余热)这种既传统又新颖的吸附式干燥器越来越受到业界的关注和重视。本文针对其特有的再生方式及相关因素,对其如何正确设计选型及识别真伪进行科学分析以帮助用户尽快认知和获得最大利益。

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    压缩热再生传统流程及面临的挑战

    1.1流程及流程简述

    按吸附周期4h,加热再生2h,吹冷2h

    (1)过热压缩空气首先进入再生塔,带出吸附床层的水份后进入冷却器、分离器,随后常温且饱和的压缩空气进入吸附塔,脱水干燥后的成品气经后置粉尘过滤器排出;

    (2)过热压缩空气经旁通直接进入冷却器、分离器、吸附塔、后置过滤器排出,同时抽取部分干燥成品气自上而下对再生塔进行吹冷并排入大气;

    (3)短暂并塔运行后进行切换。

    1.2挑战与辨析

    (1)空压机排气温度

    近十年由于离心机技术进步,其比功率大幅下降,排气温度由原来的120~140℃下降至90~110℃甚至85~105℃,低于7bar(100psi)时甚至更低,这也意味着同样电机输入功率下,有更多的动能转变为势能。但对于完全依靠压缩热进行有热再生的吸附式干燥器而言,则是巨大挑战。

    空压机排气温度与产品气露点关系见表1,理论计算见表2。当塔内温度低于45℃左右时,再生气向吸附层析出水份即对吸附剂加湿。实际运行中,进塔温度比空压机排气温度低10~20℃。塔体下半部在加热再生结束时,常有低于50℃情况发生,尤其当该吸附塔既处于较低进气温度又接受较少处理气量时更容易发生。

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     (2)吹冷气耗

    由于无油干燥空气价格昂贵(0.15~0.25元/m3),吹冷气消耗成为选购压缩热干燥器的最大关注点。根据计算,吹冷瞬时流量应为6~8%,按吹冷程序占1/2再生程序,平均气耗则不低于3~4%,小于3%之说纯属误导。吹冷之难,一是由于吸附剂热容量大且属于不良导体,需消耗大量气体才能带出其蕴藏的巨大热量;二是由于吸附热导致吹冷气本身温度已高达50℃左右,欲将塔内温度吹冷至70℃以下,因温差过小,实属困难。运行方面对节能减排压力只有两个办法:一是容忍70℃以上平均塔温,切换后露点上升(铝胶45℃,分子筛50℃以上吸附能力快速下降),业内称之为露点漂移,时间长达30min至1h;二是默认设备加大再生气量,延长再生时间,此举产生的额外运行费用不可低估。

    改良与改革辨析

    2.1在进气端增设辅助电加热,提高进气温度

    根据运行经验,进气(再生)温度每提高10℃,可降低产品气露点3℃左右,为获得吸附式干燥器的常规露点即压力露点-20℃,需在110℃基础上提升30℃即达到140℃以上,而每100m3空气提高10℃需配置20kW电加热器,提高30℃需60kW,100m3空压机的电机功率一般为550kW,则60/550=11%,即将空压机十年来的技术进步几乎全部打压回去。

    2.2双冷却器零气耗流程

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    (1)此流程采用湿气吹冷,吹冷时间约为30min,降低温差约25℃,即吹冷至75℃时必须停止吹冷,而吹冷不彻底仍将导致露点漂移。

    (2)主气流经双塔和双冷却器,压差增大不容忽视。

    (3)吹冷时不能利用塔内余热进行二次再生,其压力露点仅能达到-3℃,若在进气口增设电加热器时的缺点分析同2.1条。

    2.3明压缩热、暗微加热流程:(实拍)

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    此流程应属假冒伪劣之典型,且不计电加热能耗,仅再生气8%严重违反了用余热再生干燥器节能减排的初衷,并给客户造成巨大经济损失。

    2.4低露点、低漂移、零气耗流程:

    此流程从天然气脱水装置专利技术延申推广而来,若再增加进气端的二次冷却,则可适应各种工况(较低排气温度,较高环境温度)压力露点可达-60℃,露点漂移降至10℃,15分钟内。因采用了高压循环风机,可对塔上部的吸附剂进行二次高温干气再生(10~30分钟),对吸附剂可进行大流量吹冷并全部回收(循环),其中电耗仅占空压机输入功率的1~1.5%,百分之百零气耗,此流程具有五大功能三大优势:

    五大功能:

    1)空压机余热利用系统:95%的再生能量来自于空压机余热。

    2)再生气回收系统:等压再生零气耗。

    3)辅助加热系统(电耗仅为空压机输入功率的1~1.5%):有效降低出口露点。

    4)吸附干燥过滤系统:高效低阻,长寿命。

    5)智能控制管理系统:流程控制,负荷调节,故障监测,露点显示。

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    三大优势:

    低露点:常压露点可达-60℃以下(7bar下再生进气温度≥90℃)

    低漂移:采用大气量、低温气吹冷,露点漂移≤5~10℃(0.5小时内)

    零气耗:再生过程(加热/吹冷)中抽取5~8%产品气全部回收,百分之百零气耗。

    注:针对本案(唐钢动力厂空压机改造项目),空压机排气压力为0.65MPa和0.55MPa,后者排气温度若为三级压缩时可能为80~100℃,实际进塔温度仅为70~90℃,本流程可开启混搭加热程序,即在余热再生的同时,开启高压循环风机和辅助电加热器补充热量。

    延伸阅读

    唐钢原压空系统采用统一供气的方式,恒定压力为0.6~0.65MPa的压缩空气进入联网管道后分别供给炼铁、冷轧等生产用户。经过相关技术人员对压缩空气系统进行长期认真摸底调查、走访用户,发现除冷轧生产用户外,其它用户用气压力需求均低于原供应压力,且三座空压机站原使用的微热再生式干燥器能耗偏高,压缩空气能源浪费问题日益突出。

    本着确保压缩空气系统高效、低耗、安全稳定运行的原则,唐钢对标国内先进企业,找准存在问题,周密设计改造方案:一是实现高、低压分流,根据实际需求,将空压机的排气压力分为6bar和4.5bar,并采取相对应的三级压缩和两级压缩,此举可将虚高的排气压力所浪费的压缩功耗节省10%~15%;二是淘汰高能耗的微加热干燥器,采用具备压缩空气系统余热利用和等压循环再生零排放技术的新型干燥器,此举有望降低原微加热干燥器运行费用80%以上;三是改造压缩机及后处理净化设备的冷凝液排放,加装新型零气耗自动排水阀,杜绝站房内的跑冒滴漏现象。后两项的气损最大可达到空压机输出气量的20%~30%,气损不仅直接导致能源损失,还会驱使空压机及辅助设备增加开机台数或运行时间,此情况又会影响维保和日常消耗费用相应增加。

    结合各用户生产用气实际,唐钢将原来一个大的压空系统重新划分为三个子系统,其中,供冷轧生产用户及其它干压缩空气用户的系统管网压力设定为0.58-0.6MPa,供热轧连铸机生产用户湿压缩空气管网压力降为0.55MPa,其余用户管网压力降至0.4MPa,从而既保证了各用户生产需要,又实现了压空系统高效经济运行。为避免干压缩空气生产过程中的电能损耗,唐钢淘汰原有微热再生式干燥器,先后引进安装6台18000Nm3/h和两台12000Nm3/h先进的无损耗余热再生式干燥器。同时新引进三台2.1万m3/h、0.45MPa的低压空压机,重新敷设空压机站至各低压压空用户的管道,以供应0.4MPa的湿压缩空气满足生产需要。为了实现三个压空子系统之间的相互补充,唐钢动力部对三个空压机站站内管道进行了相应改造,在干气与湿气压空系统之间安装了窜气调节阀,以避免在某个子系统发生事故时造成用户停产事故的发生。

    随着河钢唐钢1700生产线低压湿压空系统的正式投入运行,唐钢完成了压缩空气系统节能改造工程。改造完成后,唐钢压空系统实现按质供应、阶梯利用,压缩空气单位电耗同比下降0.024kWh/m3,预计年可节电2137万kWh,增创效益1196万元。

标签: 干燥器选型再生  

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