压缩空气干燥塔

压缩空气干燥塔工作原理

摘要：针对常规吸附式干燥塔热交换效率低、能耗高的问题，在吸附塔内部设置了大量的换热管，可以高效地对吸附塔内部的工质进行加热和冷却，减少再生气的消耗量。在利用压缩热的情况下，可以做到非常低的能耗并且几乎不消耗压缩空气，即所谓的“零气耗”。

关键词：压缩空气干燥；零气耗；节能降耗

1 引言

压缩空气在许多行业中被大量地应用，从空气压缩机出来的压缩空气含有大量的水分，这些水分有时会对输送管道和使用设备造成严重地危害。为了获得合格的压缩空气，需要对空压机产出的压缩空气进行处理，除去压缩空气中的水、油、粉尘杂质等。目前广泛应用的干燥设备有吸附式干燥机和冷冻式干燥机。吸附式干燥机常用的有无热再生式和微热再生式，除水效果好，但能耗比较高，冷冻式干燥机能耗比较低，但除水效果差。

2 现有吸附塔的原理和不足

现有技术的压缩空气吸附塔（图1）是在一个容器内充填一定数量的吸附剂，含水的压缩空气从容器的一端进入，通过吸附剂，压缩空气中的水分被吸附剂吸附，从而得到干燥的压缩空气，干燥的压缩空气从容器的另一端产出。由于吸附剂的吸附水分的能力是有限度的，当吸附足够多的水分后，其吸附能力会下降，甚至不吸附，这时就要对吸附剂进行再生脱水处理，吸附剂的再生可以是无热再生和有热再生。吸附剂在吸附压缩空气中的水分时，会释放出大量的热量（凝结热），吸附剂在再生脱水时，要吸收大量的热量（汽化热）。特别是在吸附塔脱水再生时，再生空气从入口至出口，经过与吸附剂的热交换和吸附剂脱水时的汽化热，温度迅速地降低。再生空气的温度直接决定了再生空气吸纳水蒸气的能力，再生空气温度高，可吸纳的水蒸气量就多，再生空气量就可相应减少。现有技术的吸附塔由于只能依靠再生空气来携带热量，而受再生空气量的限制，不能迅速地将再生空气的温度提高（无热再生时会降低再生空气的温度），在较长时间内再生空气吸纳的水蒸汽少，导致再生空气用量增加，能耗增加。

3 新型吸附塔的原理和特点

新型的压缩空气吸附塔（图2）在吸附塔内部布置了大量的换热管，换热管从吸附剂中穿过。换热管外表面直接与吸附剂接触，换热管内部则通过冷风（环境风）或热风。通过换热管的热交换，完成对吸附塔内部的吸附剂和通过其内部的压缩空气和再生空气的冷却和加热过程。

吸附流程：压缩空气从压空进口进入吸附塔，通过吸附剂层时被吸附其中的水分，释放的凝结热使压缩空气温度升高，通过换热管层时，与换热管中的冷却空气进行热交换温度下降。如此反复地通过吸附剂层和换热管层，压缩空气中的水分被吸附掉，而吸附过程产生的凝结热被换热管中的冷却空气带走。干燥的压缩空气从压空出口排出，但出气的温度和塔内吸附剂的温度却保持与冷却空气的温度相接近，因此避免了吸附剂因温度升高造成的吸附能力下降的问题。如能控制冷却空气的温度，就可以使产出的压缩空气保持在所需要的温度，可以避免因压缩空气的温度过低造成的动力性能的下降。

再生流程：再生空气从压空出口进入吸附塔，通过吸附剂层时将吸附剂中的水分解析，水汽化时从再生空气中吸附热量使再生空气温度降低，通过换热管层时，与换热管中高温的加热空气进行热交换温度上升。如此反复地通过吸附剂层和换热管层，再生空气在带走吸附剂中的水分的同时，还完成了对吸附剂的加热过程。吸附剂在与换热管接触的直接加热和再生空气的加热的双重作用下，被迅速地加热到所需的再生温度。当再生尾气从压空进口排出时，仍然能够保持比较高的温度。尾气温度越高，能携带的水分就越多，所需的再生空气的量自然也就少了。

4 一种自带过滤装置的吸附塔

吸附塔（图3）在进气端集成了油、水分离和过滤装置，在出气端集成了粉尘过滤装置，可以防止油、水、尘进入吸附塔内，直接产出高品质的干燥压缩空气，不需要另行配置前级的油水分离器和后级的粉尘过滤器。

压缩空气从压空进口进入，通过进气过滤器芯除去其中的油、水、杂质等，通过下部的冲孔板进入吸附塔内部进行脱水处理，干燥的压缩空气通过上部的冲孔板进入出气过滤器芯除去其中的粉尘，干燥、洁净的压缩空气从压空出口排出。冲孔板上布满了细长的孔隙（圆孔易被吸附剂堵塞），既可以保证空气能通过而吸附剂却漏不出来。

再生气从再生气进口进入，通过上部的冲孔板进入吸附塔内部对吸附剂进行再生，再生尾气通过下部的冲孔板从再生气出口排出。由于再生气不需通过进、出气过滤器芯，阻力小可以降低再生风机的能耗。

5 新型的压缩空气干燥装置

图4是采用新型的吸附塔的压缩空气干燥装置，再生气采用的是环境空气，再生气的加热是利用压缩空气的压缩热，整个装置除了风机和控制系统耗电以外，不需要额外的热源，不需要用压缩空气进行再生和吹冷。整个装置由吸附塔A（303）、吸附塔B（304）、换热风机（305、306）、再生风机（307）、空气加热器（308）、切断阀（309-314、316-318）、调节阀（315）、排气消声器（319）、单向风阀（320-330）、空气冷却器（331）、旁通阀（332）、排污阀（333）、程序控制器（334）管道、传感器等组成。进气压力（P1）、出气压力（P2）、过滤器压差（P3）、出气露点（LD）、进气温度（T1）、出气温度（T2）、冷却出气温度（T3）、热风温度（T4）、再生尾气温度（T5）、再生气温度（T6）。高温含水的压缩空气从压缩空气入口（301）进入，合格的压缩空气从压缩空气出口（302）排出。换热风机为双向风机，通过改变风机的转向，可以实现对吸附塔的加热和冷却程序。再生风机为双向风机，通过改变风机的转向，可以实现对吸附剂的

再生和吹冷程序。

A塔吸附时的压缩空气流程：压缩空气→301→308→331→309→303→313→302。

A塔吸附时的冷却空气流程：环境空气→323→303→305→320→排出。当T2高于上限设定温度时，305开启，低于下限设定温度时305关闭。这样既节能，又能保持压缩空气的温度的稳定。

B塔再生时的再生气流程：环境空气→327→326→308→328→307→318→304→312→330→319→排出。只有T6高于设定的最低再生温度时再生程序才能进行，以防止再生温度过低造成的负面影响。

B塔再生时的加热空气流程：306→304→326→308→325→306。由于加热空气形成了一个封闭的循环系统，没有额外的热量损失，因此可以提高加热的速度。

B塔吹冷时的吹冷空气流程：307→329→312→304→318→307。当T6低于设定的吹冷温度时，吹冷程序结束。由于吹冷空气形成了一个封闭的系统，在整个吹冷过程中，没有外部的空气进入系统，因此在整个吹冷过程不会增加额外的水分。

B塔吹冷时的冷却空气流程：环境空气→327→304→306→324→排出。

吸附塔A、B的吸附和再生的切换由LD控制，当露点温度高于设定值时，程序控制器进行吸附塔的切换动作。

315和316平时为均压用，当进气压缩空气温度过低不能用环境空气进行再生时，还可以提供干燥的压缩空气进行再生。

P3用于检测过滤器的压差，当超过设定值时提醒更换过滤器芯。在应急的情况下，可以开启旁通阀（332）以降低阻力。

T3可以用于控制331的冷却水（风）量，特别适用于常年气温比较低的北方，能够获得非常好的节能效果。此干燥装置与喷油螺杆式空压机配套使用，高温的压缩空气可以直接输出，空压机内部只需要配置油冷却器，油温可以采用调节冷却风（水）量来控制，可以取代空压机内部的温控阀，从而降低冷却系统的能耗。

6 干燥装置的特点能耗低：再生的热量利用了压缩空气的压缩热，再生气采用的是环境空气，干燥装置的能耗只有风机和控制系统，干燥装置的能耗可以达到1%甚至更低。当压缩空气温度比较低，使用压缩空气作为再生气时，能耗也要低于无热再生式干燥装置。当无压缩热利用时，可以采用电加热或其他的加热方式，由于不消耗压缩空气，而且再生气用量小，再生尾气排出的热损失小，能耗大大地低于微热再生干燥装置。阻力小：由于提高了吸附剂的吸附效率，因此可以使用直径比较大的吸附剂，获得更低的阻力。压力适用范围广：即使在压力较低的情况下，只要压缩空气的温度能够保证，仍能做到极低的能耗。出气温度稳定可控：可以根据需要提供合适的供气温度，即不会过高对用气设备造成损害，也不会过低降低压缩空气的动力性能。流量适用范围广：该装置采用的是露点控制，当流量或压缩空气的含水量减少时会自动的延长吸附时间，基本上不会增加额外的消耗，特别适用于一台干燥机对多台空压机运行的场合，既可以降低设备的投资，还可以减少占地的面积。干燥机处于小流量运行时，系统的阻力也会降低，有利于空压机的节能运行，当采用多台干燥机并联运行时，可以有效地发挥备机的作用。过滤器芯更换方便：可以不停机更换过滤器芯，只要把握好更换的时间，不会对出气品质造成影响。7 应用前景

该干燥装置的干燥效果与常规吸附式干燥装置相当（甚至更好），而能耗与冷干机相当（甚至更低）。当前无热再生干燥装置和微热再生干燥装置仍然被大量的使用，如果把这些设备更换成本干燥装置，节约的能耗加起来应该是一个非常大的数字。