揭秘“零氣耗”吸附式壓縮空氣管道干燥器

“零氣耗干燥器”是不消耗本機(jī)產(chǎn)品氣的加熱型吸附干燥器。

是典型的變溫吸附（TSA）裝置——吸附劑利用空壓機(jī)末級(jí)排氣溫度（“壓縮熱”）在高溫高壓下脫附凝聚水，繼而循環(huán)利用本機(jī)產(chǎn)品氣冷卻以獲得活性“再生”。

其實(shí)任何工廠“余熱”都可用來作再生能源，空壓系統(tǒng)中方便的就是空壓機(jī)的末級(jí)排氣溫度——即使溫度不夠高也可方便地利用外加熱裝置來提高。

下圖是“壓縮熱零氣耗”干燥器的一個(gè)實(shí)用流程（不排除還有其它流程）

一、流程分析：

1、空壓機(jī)（M）吸入溫度t0（℃）、壓力P0（MPa）、含水量M0（kg）的環(huán)境濕空氣。壓縮后，溫度升至t1、壓力升至P1，水量M0不變。

2、空壓機(jī)出口壓力（P1）0.7MPa（表壓），二級(jí)排氣溫度（t1）120℃上下，該溫度低于TSA解吸溫度，要借電加熱器E來提升。

3、B塔再生氣量既可全流量也可用部分排氣流量（進(jìn)入塔間冷卻器L1前兩股混流）。經(jīng)加熱后進(jìn)入B塔，再生氣溫升至t2，壓力上升至P2，含水量M0仍不變——相對(duì)濕度大大降低——成為脫附水的載體。

4、解吸前再生塔（B）狀態(tài)：

①吸附柱初溫（tB）略等于前道吹冷終溫（≈40℃）；

②塔內(nèi)壓力（PB）略低于工壓（0.7MPa）；

③吸附柱含水量（MB）等于前道A塔進(jìn)氣壓力露點(diǎn)溫度所對(duì)應(yīng)的含水量（kg）。

5、解吸時(shí)再生塔（B）狀態(tài)：

①吸附柱平均溫度升高至再生氣進(jìn)、出口溫度平均值（tP）；

②再生尾氣離塔溫度t3高于汽化點(diǎn)（100℃）——不然塔內(nèi)會(huì)潴留液態(tài)水；

③再生尾氣離塔總水量M3＝M0+MB；（且M0＞MB）；

④塔內(nèi)壓力高于空壓機(jī)排氣壓力（P2＞P1）——導(dǎo)致解吸溫度更趨上升——該“正反饋”循環(huán)是“零氣耗”干燥器所獨(dú)有的。

6、吸附塔（A）進(jìn)氣溫度t4≤40℃，兩塔間必須設(shè)置水冷器L1。它是兩塔連接通道——這與其他吸附干燥器下管系結(jié)構(gòu)形成明顯區(qū)別。

7、高溫高壓再生尾氣在L1里冷卻并排出大量液態(tài)水，溫度降到t4后進(jìn)入A塔吸附干燥。A塔出口氣（t5≥t4）其中一股進(jìn)入B塔作“吹冷氣”用。該股氣流離開B塔后t6＞t5，經(jīng)“第二冷卻器”L2冷卻到t7（≈40℃）作為“產(chǎn)品氣”進(jìn)入用氣管網(wǎng)。由于P7＜P6＜P5，在管網(wǎng)入口端兩氣流混流導(dǎo)致P5降低，下降幅值由吹冷氣占比而定。

二、能耗分析

零氣耗干燥器能耗分“熱量損耗”和“功率損耗”兩部分。前者除了“壓縮熱”外主要由電加熱器補(bǔ)充提供，后者則全部加在空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)“軸功率”上。

按GB/T2589-2008《綜合能耗計(jì)算通則》，動(dòng)力設(shè)備所消耗的各種能源（電、水、氣等）都要按規(guī)定“折標(biāo)系數(shù)”折算為“標(biāo)準(zhǔn)煤”。由壓力降產(chǎn)生的“功率損耗”則由壓縮空氣“活動(dòng)能”降低來計(jì)算。

1、熱量損耗

“壓縮熱零氣耗”干燥器采用全流程高壓解吸。吸附凝聚水的汽化溫度隨塔內(nèi)壓力升高而升高。工作壓力7bar下要求再生氣進(jìn)塔溫度250℃～280℃以上，離塔溫度則不低于100℃～120℃（郁永章教授主張進(jìn)氣溫度為300℃）。這與低壓下汽化溫度降低——例如眾所周知的珠峰氣壓0.3bar，水汽化溫度（沸騰）75℃是同一個(gè)道理。

可用安托尼（Antoine）公式來求取不同壓力下各種物質(zhì)飽和蒸汽的相變溫度。其通式是：ln(P)=A-B/（T-C）。不同物質(zhì)的“壓力—相變溫度”差別在于系數(shù)A、B、C不同。對(duì)于水蒸氣Antoine公式具體表達(dá)為：ln(P)=9.3876-3826.36/（T-45.47），式中壓力P單位是MPa（絕壓），溫度T的適用區(qū)間為290K～500K。按上式計(jì)算0.8MPa下水的汽化溫度T≈175℃——即在0.8MPa下解吸凝聚水，吸附床溫度不能低于175℃。且為防止液態(tài)水在塔底聚集，解吸氣離塔溫度要高于100℃，進(jìn)塔溫度高于250℃才能保證吸附柱平均溫度達(dá)到175℃——兩級(jí)壓縮空壓機(jī)末級(jí)排氣溫度是沒有這么高的。

因此必須增設(shè)外加熱裝置——加熱器功率要滿足凝聚水所需的汽化熱量和伴隨而生的各項(xiàng)“剛性”消耗。所謂“剛耗”是指除汽化熱外的其他一切不可省卻的無效消耗，包括加熱吸附劑、加熱塔體及附件、塔體外壁對(duì)環(huán)境輻射和對(duì)流損耗及不可回收利用的再生尾氣熱量等，這類損耗不隨負(fù)荷大小而變，在“固定時(shí)序控制”下都要按量支付——只是各項(xiàng)比例有所變動(dòng)而已按氣體狀態(tài)方程，等容過程壓力與溫度同步變化，空壓機(jī)排氣溫度從t1提高到t2將使進(jìn)入B塔氣體壓力提高（P2＞P1）。按Antoine公式凝聚水的汽化溫度還將提高——此正反饋過程直到223℃（500K）才能停下來，該理論對(duì)“零氣耗”解吸極為不利。

“熱平衡”計(jì)算用來確定所需外加熱器的小功率。計(jì)算基礎(chǔ)建立在設(shè)備所允許的極限工況條件（溫度、壓力、流量）下，嚴(yán)格遵守物理定律，采用通用工程數(shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算?！盁崞胶狻惫こ逃?jì)算并不積極謀求結(jié)果的準(zhǔn)確性，但計(jì)算過程必須要清晰反映設(shè)備邊界范圍內(nèi)能量收入和支出的來龍去脈：系統(tǒng)能量總收入=系統(tǒng)能量總支出——這是“熱力學(xué)第 一定律”的普適原理。

在GB/T2589-2008《綜合能耗計(jì)算通則》中，壓縮空氣在能源屬性上屬于“耗能工質(zhì)”。

耗能工質(zhì)的定義是：在生產(chǎn)過程中所消耗的不作為原料使用，也不進(jìn)入產(chǎn)品，在生產(chǎn)或制取時(shí)需要直接消耗能源的工作物質(zhì)。主要有新水、軟化水、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)狻?。壓縮空氣是“折標(biāo)系數(shù)”小，能量密度低的耗能工質(zhì)。

三、“零氣耗”干燥器評(píng)價(jià)

1、“零氣耗”概念來自環(huán)保領(lǐng)域的“零排放”（“碳排放”逼近“零”）。壓縮空氣是無毒無害且為低廉的“耗能工質(zhì)”。原料無償取自于環(huán)境，除電成本外，凈化成本極低。在排放的“質(zhì)”和“量”上沒有法規(guī)性限制和成本性障礙。

2、“零氣耗”干燥器破壞了氣源系統(tǒng)設(shè)置秩序——后部冷卻器和油水過濾器的缺位使下游設(shè)備、材料遭受高溫高壓高濃度“臟氣”（水分、油霧與固體粒子等）的直接沖刷，完全顛覆了凈化設(shè)備存在的意義；

3、未經(jīng)處理的“臟氣”首先進(jìn)入電加熱器——這是一個(gè)承壓容器。高溫高壓高濃度“臟氣”在電加熱器里流動(dòng)極易積炭沉垢，對(duì)該安全隱患廠家和監(jiān)管部門絕不能掉以輕心；

4、配套離心空壓機(jī)是這類干燥器被動(dòng)采取的“非本安”性防護(hù)措施。重化工業(yè)集中地區(qū)環(huán)境空氣中就含有濃度不等的氣溶膠、各類氮氧化物和2μm以下固體碳系粒子。離心機(jī)對(duì)這些雜質(zhì)不起作用，大流量“臟氣”會(huì)對(duì)下游設(shè)備材料造成嚴(yán)重污染；

5、后部冷卻器是空壓系統(tǒng)安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，由運(yùn)行不當(dāng)或管理不當(dāng)引發(fā)的爆炸事故，原“二汽”蔣其昂總師多有論述。本該露天設(shè)置的后冷器移到兩塔之間成為干燥器不可或缺的組成部件，只會(huì)增大運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；

6、用作動(dòng)力氣源，離心空壓機(jī)多數(shù)場(chǎng)合不如無油螺桿機(jī)。零氣耗干燥器以離心機(jī)為配套對(duì)象，將通用設(shè)備降格為量產(chǎn)不了的專用設(shè)備，這不是技術(shù)發(fā)展的方向；

7、利用排氣“余熱”自可減小電加熱器功率，但再生氣帶入大量水分使塔間冷卻器（L1）負(fù)荷增大，冷卻水消耗也隨之增多，關(guān)于水的重要性大家都是懂的，在此不提；

8、相同工況下以“高耗水”、“高壓降”為代價(jià)的“零氣耗”干燥器單位綜合能耗（折標(biāo)煤量）比鼓風(fēng)熱干燥器還大，與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約、控制可變的無熱再生干燥器更不能相比；

9、“零氣耗”干燥器體量巨大，使材耗、制造、物流、財(cái)務(wù)和售后成本大為增加，而產(chǎn)品氣質(zhì)量（壓力露點(diǎn)、排氣壓力）反而下降；

10、在銷售領(lǐng)域一些山寨品牌打著“零氣耗”名義招搖過市，這種假冒偽劣產(chǎn)品極大損害了壓縮空氣凈化行業(yè)聲譽(yù)和用戶利益。