提高压缩机的能源效率

发布时间:2019-04-07 19:53:40 点击数: 0

压缩空气的生产和供应虽然是耗费能源较大的一项辅助生产任务,但也能通过多种方法来实现节能。例如,在进行压缩空气干燥时,利用现代化的冷冻干燥机巧妙的与吸附干燥机集成在一起就能够很好地实现节能。 

通常的压缩空气干燥设备,如吸附式干燥机、冷冻干燥机和薄膜干燥机等有着完全不同的能源需求。大多数工业应用领域所需的压缩空气露点温度(干燥度)为3℃,对于这一工业领域常用的露点应在尽可能节能的情况下实现。而此时冷冻式干燥机则提供了一个非常有效的压缩空气生产节能方案。现代化的冷冻式干燥机是经多级低压冷冻干燥来处理压缩空气的。在干燥时,其使用的是节能的间断控制方式或者(在大流量时)按压缩空气的流量对电力耗费进行控制的制冷压缩机。这样,其就比普通利用热气-旁通调节技术的干燥机节约了最多60%的能源(图1)。制冷调节的干燥机和薄膜式干燥机的能耗则较高,一般高出12~16倍。


若要求的露点温度低于3℃时,例如在有霜冻可能的温度范围内,或者在流程工艺技术领域中经常需要进行制冷或加热调节的吸附式干燥过程中,对露点的要求就不再是3℃了。在第二种情况下,虽然制冷设备的采购费用较高,而且所需的维护保养费用也比第一种情况高,但是其能耗较低,因此在其整个寿命周期内的设备运行费用比第一种情况要低。当压缩空气流量为15m3/min时,这是一种非常经济的解决方案。 

露点温度较低时的复合式解决方案 

当露点温度要求为-40℃时,通过把制冷干燥技术与吸附干燥技术结合在一起还能够进一步节能,在两级干燥设备中的制冷干燥机中“加装”一个热调节的吸附干燥机即可。首先,冷冻式干燥机以非常节能的方式把压缩空气加湿到3℃。潮湿的空气通过空气-空气热交换器进入空气-制冷热交换器,并在空气-制冷热交换器中冷却到3℃。在放出冷凝水后,冷却了的空气又流经空气-空气热交换器,对来自压缩机的潮湿空气加以预冷,并离开干燥机。 

冷冻式干燥机和吸附式干燥机之间的连接接口位于冷凝水放水阀和空气-空气热交换器之间。为了实现-40℃的低温露点,吸附式干燥机只需去除压缩空气中原含量15%左右的水份,因为85%左右的水分已被冷冻式干燥机所去除了(图2)。在这一干燥过程中,空气轮换的进入两个吸附容器中,其中的残余水份被吸附剂所吸附。在这之后,干燥了的压缩空气经冷冻式干燥机中的过滤器过滤,离开冷冻式干燥机。在排出干燥压缩空气的同时,还通过另一个过滤器吸入环境中的空气,然后对其加热,经第二个吸附干燥机的干燥器进入干燥机中。这些较热的空气中的水份可由吸附剂吸附出来留在容器中。当吸附剂几乎完全干燥时,停止继续输送热空气,取而代之的是少量干燥后的压缩空气。它们应对吸附剂进行冷却,使吸附剂可以再次用于压缩空气的干燥。当一个容器在利用较热的环境空气进行再生产时,另一个容器则在对压缩空气进行干燥。


利用旁通系统省略吸附干燥的过程 

当压缩空气没有冷冻需要时,就大大减少了吸附工作量。在这种情况下,现代化的复合式干燥机能够通过旁通系统省略之后的吸附干燥过程,只使用能效较高的冷冻式干燥机。 

通过冷冻式和吸附式干燥机的串联工作方式可以实现其他压缩空气干燥方法无法比拟的节能效率:复合式干燥机把温度为3℃、含湿饱和度为100%的压缩空气输送到吸附式干燥机中。若是单独连接的吸附式干燥机,则压缩空气在其入口处的温度在空气-空气热交换器中被再次升温到28℃左右。在绝对湿度保持不变的情况下,吸附式干燥机入口处的空气相对湿度达到了20%。在这种情况下,较高的进气温度和较低的进气湿度会使干燥机的干燥能力降低20%。为避免上述问题(使用更多的干燥剂、更大的干燥容器以及缩短循环时间)将导致很高的设备采购费用、安装调试费用和运行使用费用。 

在常年需要低于3℃压缩空气的应用场合,冷冻-吸附复合在一起的干燥技术是一种理想的解决方案。与单独的吸附式干燥机相比较,这种复合式干燥机能够对饱和状态下入口温度较低和含水量较少的压缩空气进行干燥,提高干燥剂的使用率,减少其用量。在16h内,满负荷工作的复合式干燥机能够把压缩空气的露点降低到-40℃。也就是说,在整个干燥过程中需要进行多次干燥容器间的转换干燥过程。


降低2/3的能源费用 

另外,这种复合式干燥机的再生热温度最高为50℃,明显低于单级吸附式干燥机,从而可以节约大量的热能。与单级的热再生吸附式干燥机相比,这种复合式干燥机能够在4个月的霜冻期内节约能源达67%;若常年要求露点温度为-40℃的压缩空气,也可以节约能源50%。另外,在部分负载工况下,这种复合式干燥机还能进一步节能。 

如图3所示,实际例子的费用比较证明:在露点温度为3℃时冷冻干燥作为一种标准的压缩空气干燥方法是非常经济合理的。在露点最低到-40℃时,建议采用冷冻-吸附复合式的压缩空气干燥方法。适于复合式干燥的干燥器最小生产流量为20m3/min。虽然这一规格的干燥器价格比单级热再生吸附式干燥设备的价格要高,但由于很高的效率和能源费用的节约能够很快的回收:按电力平均价格0.15欧元/kWh、每年工作876


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