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压缩机加热鼓风式干燥机节能分析

   【压缩机网】经验丰富的压缩空气评估师在看到客户工厂中安装了干燥机后会变得警惕。当工厂需要高质量的压缩空气或者输送压缩空气的管道暴露于低温时,就需要使用这些干燥机。但是,尽管干燥机可以达到这一质量水平,但从35OF的露点调到-40OF,能量消耗却大大增加。为了将干燥的能量消耗成本降低,可以使用加热式鼓风机干燥机类型。本文介绍三种常见的干燥机类型,以及有关加热鼓风机类型的一些经验和应用。
 
  干燥机类型
  在讨论加热的鼓风机干燥机之前,我们先来回顾一下最常见最简单的类型,即无加热式的干燥机。除此之外还有一些其他不太常见的干燥机类型,在本文中不做过多讲述。
  所有典型的干燥机都有两个装有干燥剂颗粒的压力容器和一个控制系统,控制系统可以控制引导压缩空气流经一个或另外一个压力容器。干燥剂颗粒只有在吸水未达到饱和状态情况下才能吸收压缩空气中的水蒸气。一旦达到饱和容量状态,要在一个再生循环中去除干燥剂内的水分,否则干燥机将不能除去压缩空气足够的水不能将它的露点降低到低的水平。
  在干燥剂的容量达到饱和之前,干燥机就需要将流动的压缩空气切换到另一个充满干燥剂的再生容器内,并且在饱和干燥剂的表面开始再生过程。为了使干燥剂再生重复使用,将被处理的再生容器与大气压接通,并且让已经干燥的压缩气体流过干燥剂颗粒。当干燥的压缩空气膨胀到大气压力时,露点将会大大降低,从而可以更好的从饱和颗粒中去除吸附的水分。这个周期过程通常为十分钟,在过程中干燥机交替出现吸附干燥气体和循环再生的过程。固定循环的干燥机上的再生过程将消耗压缩空气额定流量的15%到20%。
 
压缩机加热鼓风式干燥机节能分析
 
  重要的是,我们非常清楚吹扫压缩空气的占额定流量的15%到20%,而不是流过干燥机的流量。如果由于某种原因干燥机的负载较轻,结果会有所不同。这意味着,例如,如果干燥机的负载仅为额定值的一半,则干燥机将消耗的平均流量不是15%到20%,而是30%到40%。在工厂中经常见到干燥机消耗了大部分生产的压缩空气。这使得压缩空气评估师非常反对干燥机。
 
压缩机加热鼓风式干燥机节能分析
 
  由于这种吹风干燥方式消耗了空气压缩机的容量,因此过去的设计者提出了不同版本的可以使用较少空气的干燥机,其中一种是外部加热的吹风模式。这种与固定循环的无热干燥机类似,使用一些已经干燥的压缩空气来再生干燥剂,但是首先要使空气流过电加热器,然后再通过饱和床。
  这种设计上的变化允许使用较少的压缩空气流,约为干燥机额定值的7.5%,从而释放出更多的压缩空气用于供给客户使用,并且降低了总体电机运行成本。这种类型的干燥机比无热设计的要大一些,但是每四个小时循环一次。
  进一步的设计开发就产生了加热型鼓风机式干燥机样式。它使用鼓风机驱动的环境空气流经加热元件,以提供温度高的空气来再生干燥剂。该干燥机在再生过程中不使用压缩空气,从而使空气压缩机产生的所有压缩空气都可以通过以满足给工厂的需求。但是,需要考虑冷却过程。
  问题是非常热的干燥剂无法从压缩空气中吸收水分。因此,当加热型干燥机完成加热过程后,一定量的压缩空气通过干燥剂以带走热量。在外部加热的干燥机中,干燥机额定流量的7.5%在冷却周期内流动,通常持续四个小时周期的一小时。对于加热型的鼓风机式干燥机,冷却吹风通常为额定值的2%,但在这里我们需要阅读详细说明。实际上是每四个小时消耗平均值为8%,这2%是其中一个小时的平均消耗量。在空气压缩机处于最大容量的高峰需求时期,这8%可能不能满足需要,可能还要增加空气压缩机的容量。
  鼓风机式干燥剂干燥机的较新设计使用内置的封闭循环冷却回路,在该循环中,鼓风机使内部空气通过干燥剂再循环以除去热量,而没有使用压缩空气冷却。在这种设计中,将使用周围的空气或冷却水将热量带走,从而形成某种热交换器。
压缩机加热鼓风式干燥机节能分析
 
  典型运营成本
  由于生产压缩空气比较昂贵,因此使用压缩空气进行冷却吹风的成本很高。此外,如果吹风消耗空气压缩机产生压缩空气容量的15%到20%,将需要购买额外产生15%到20%的更大型的空气压缩机,以保持相同的压缩机房流量。使用加热器和较低水平的压缩空气进行再生,可以释放更多的空气压缩机容量,并降低运行成本。
  例如,下表是在满负荷的固定循环模式下运行四种类型的干燥机的成本估算:
  请注意,所计算的运营成本是假设干燥机在最大容量是100%负载的。假定空气压缩机的效率为每100cfm为20kW,电费为每kWh 10美分。每年假定要运行8760小时。该表显示,使用更先进的加热式干燥机每年可以节省大量的费用。
 
压缩机加热鼓风式干燥机节能分析
 
  重要特征
  在现实生活中,通常不会看到在标准额定值的100 psi输入压力,100OF进气口和环境温度的情况下,正好100%负载的空气干燥机。通常干燥机的负荷小于额定负荷,因此,随着负荷的减轻,运行成本可能会降低。
  例如,仅通过75%流量且入口温度为80OF的干燥机仅处理约40%的设计水蒸气。这是因为比设计温度低20度的空气与100OF干燥机等级相比仅包含大约只有50%的水蒸气。对于固定循环干燥机,较低的湿气负荷运行不会影响运行成本,但仍会消耗相同数量的吹风量。但是,使用加热干燥机时,由于干燥剂中的水分较少,并且加热器受温度控制(以避免干燥剂过热),因此加热元件的工作周期将减少,从而降低了运行成本。
  对于部分负载的空气干燥器,使用依赖于露点的开关可以节省一些费用。在这种方案下,露点探头可测量干燥机排气侧处的压缩空气,如果露点温度低于干燥机额定值,它将延迟吹风操作。干燥机控制系统将一直等到露点升至干燥机设定点,然后启动再生循环。对于轻载的干燥机,这可以降低能耗,但是不同类型的干燥机轻载的结果不同。
  对于无热式干燥剂干燥机,吹风的减少量往往仅与流量的减少成比例,而不会因为较低的入口温度带来的湿气负荷的减少而减少。但是对于加热型设备,干燥机与两种因素都有关系。这意味着一部分由于流量减少而节省了一些能量,另一部分是由于较凉的进气中的湿气负荷较低而节省了额外的能量,因此与无热式相比,节省了更多的能量。使用前面的示例,如果采用露点控制,则对于无热式干燥机,干燥机的运行成本降低大约为20%至25%,而对于加热型干燥机,其降低50%至60%。
 
压缩机加热鼓风式干燥机节能分析
 
  实际应用中的经验教训
  多年以来,在使用鼓风机式干燥机时,已经得到了一些好的经验和坏的教训。以下是一些有趣的应用案例:
  造纸厂1
  一家造纸厂安装了由露点温度作为控制开关的鼓风机式干燥机。尽管如此,该工厂的仪表空气系统还是遇到了湿空气。快速检查干燥机,发现所产生的露点远低于其额定的-40OF空气质量。工作人员怀疑未干燥的工厂空气和干燥的工厂空气系统之间有未发现的连通。但是,在更仔细地观察干燥机的运行情况时,审核员发现有水从干燥机的后过滤器中流出。审核员还注意到,即使将露点控制器从机壳中取出并在潮湿的房间中摇晃,露点控制器仍会读取相同的温度。探针在低温读数时出现故障,这意味着即使干燥剂完全饱和,在干燥器设置为取决于露点的开关模式下,也绝不会吹风。
  调查发现探针失效了,因为它被水淹没了。水来自水冷系统空气压缩机上发生故障的后冷却器,该冷却器将冷却水泄漏到压缩空气中。
  进一步调查显示,该干燥机安装在蒸汽泄漏过多的房间中。当使用环境空气进行冷却时,过量的水分被引入干燥机干燥剂中。得到教训如下:
  ·确保任何露点控制器正常工作并已校准。
  ·设计确保水在进入干燥机入口过滤器之前被清除。
  ·保持周围环境无灰尘和过多的水分。
  造纸厂2
  另一家造纸厂的压缩空气审计数据表明,每四个小时就会出现很大的压力曲线缺口。这些缺口大到足以产生严重的压力脉动从而影响生产。数据显示,在加热操作刚结束后,压力缺口与干燥机再生操作重合。
  调查发现有人将干燥机的冷却吹风量调到过高的水平。这种干燥机设计上将一个简单的球阀作为冷却空气控制装置。在阀门上放了一个标签,指示在吹风压力表上的设定值为40 psi,但标签消失了。我们怀疑有人看到过这个部分打开的阀门,并完全打开它,才导致过多的冷却空气流动。该调整恢复正常,过多的压降消失。但是,由于冷却吹风仍约为干燥机额定值的8%,因此有时每四个小时仍需要加载一台额外的空气压缩机,以补充这一额外流量。
  在这种干燥机的更进一步的调查中,加热器的保险丝每运行几个小时就开始熔断。调查显示,安装干燥机的环境灰尘较多会堵塞鼓风机入口过滤器,从而导致加热器过载。得到教训:
  ·始终确保根据规格调整干燥机。
  ·必须确在考虑冷却吹风的情况下压缩空气系统的压缩空气产量满足需求。
  ·尘土飞扬的环境条件可能会使鼓风机入口过滤器过载。
  化工厂
  一家化工厂有一个大型鼓风机式干燥机,其大小适合于配套三台空气压缩机,但是从未安装过第三台空气压缩机。该厂购买了露点控制器作为选件,但失败了,客户再也无法对其进行维修。
  该干燥机消耗了大量的冷却空气,因此必须运行一台100马力(hp)的空气压缩机来提供气流,而高气流导致了工厂中的压力波动问题。即使设备轻载,仍以固定周期运行,并且如果露点控制正确,那么吹风再生周期也可能已关闭了相当长的时间。
  控却吹风的球阀也未正确调节,导致过多的空气进入干燥机。未将此干燥机的相关过滤器保持在规格范围内,从而导致整个过滤器和干燥器之间的压力差约为8psi。
  客户开发了一个程序,以带有闭式循环冷却吹风的鼓风干燥机替换该干燥机。这一更改允许关闭一台空气压缩机,从而节省大量能源并改善了压力曲线。教训如下:
  ·确保露点控制器正常运行并已校准。
  ·必须将干燥机调整至适当的冷却流量。
  ·更换新的干燥机设计可以节省能源
  肉类加工厂
  一家肉类加工厂购买了鼓风机式干燥机,以代替将冷冻干燥机与固定循环无热干燥机串联使用的系统。双系统在组件之间造成了过多的压力损失。
  将两种类型的干衣机替换为具有双并联入口和出口过滤器,单吹风的干燥机,可改善压降,从而实现更好的空气压缩机控制和更稳定的工厂压力。与以前的系统相比,新的干燥机能耗低得多。
  工厂人员决定将干燥机的废气排到室外,以使干燥机排出的水分不会回流到空气压缩机的进气口。十一月的寒冷期间过了一会儿,他们开始注意到压缩空气露点问题。调查显示,吹风排气中的水分在达到室外时会冻结,从而堵塞了干燥机排气管路。另外,用于在室外运行排气的管道很小,导致压力损失高于预期。安装人员没有考虑到周围空气的高速流动,因为这不是压缩空气流过排气回路。因此必须进行改进以使排气进入更温和的环境。得到教训如下:
  ·用尺寸适中的设备替换标准干燥机可以改善系统运行。
  ·如果将吹风通风口移到较远的位置,请确保管道尺寸合适且通风口消音器不会结冰。
 
  食品加工业务1
  食品加工商购买了鼓风机式干燥机,以调节位于较冷加工区域的加工设备的空气。购买的该干燥机具有取决于露点温度控制的开关。相关的空气压缩机是水冷的,工厂的冷却水非常冷,一年中的大部分时间约为40℉至45℉。
  由于空气压缩机的输出压缩空气温度约为50℉(额定湿气负荷的20%),并且干燥机处理的流量平均约为50%,因此该干燥机的水分含量非常低。在对该系统进行压缩空气评估期间,发现干燥机仅每两三天运行一次其再生周期,而不是典型的固定循环单元每四小时运行一次。这样可以节省大量能源。
  使用干燥机上的可选开关关闭冷却吹风功能,可以进行进一步的改进。长周期运行后,干燥机会通过简单的辐射适当冷却。得到教训如下:
  ·鼓风机式干燥机采用较低温度入口流量可以节省更多能量。
  ·有时,当周期时间间隔很远时,无需进行冷却吹风。如果满足这些条件并安装了转换开关,则关闭冷却装置可以节省冷却空气。
  食品加工业务2
  生产加工商购买了具有取决于露点温度控制的鼓风机式干燥机,以调节工厂中的空气,特别是对于分选机,因为其中的压缩空气与食品接触。工厂在某些区域的管道暴露于冰冻条件下。在大多数情况下,由于负载条件较轻,干燥机运行良好。干燥机平均每12个小时而不是每4个小时进行再生过程。
  压缩空气评估发现,在干燥机再生周期中,会有另外一台空气压缩机启动并运行。当安装了流量计,发现干燥器消耗了过多的吹风流量。根据调查显示,干燥机组装不正确,其中一个阀门泄漏。因此交换了两个控制阀功能,从而颠倒了干燥机加压和冷却吹风的功能,导致过量的冷却空气流经四个小时的再生循环过程。因此当工厂纠正了阀门,使干燥机正常运行,在干燥机再生阶段可以减少一台空气压缩机。得到教训如下:
  ·轻负载减少了再生周期时间。
  ·应监控干燥机的功能,以确保预期的运行,尤其是在调试完成时。
  ·安装流量计可以检测空气干燥器的问题。
 
  结论
  使用吹风机吹扫型空气干燥器可以降低运营成本,尤其是在轻负载条件下以及由于较低的压缩机空气排气温度而减少湿气负载的情况下。但是,这些单元非常复杂,需要正确维护和监控,以确保它们保持正确的工作状态。
  研究这些干燥机并在工厂压缩空气评估期间对其进行监控可以带来很多经验教训。
 

来源:本站原创

标签: 干燥机压缩机加热  

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