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壓縮機加熱鼓風式干燥機節能分析

   【壓縮機網】經驗豐富的壓縮空氣評估師在看到客戶工廠中安裝了干燥機后會變得警惕。當工廠需要高質量的壓縮空氣或者輸送壓縮空氣的管道暴露于低溫時,就需要使用這些干燥機。但是,盡管干燥機可以達到這一質量水平,但從35OF的露點調到-40OF,能量消耗卻大大增加。為了將干燥的能量消耗成本降低,可以使用加熱式鼓風機干燥機類型。本文介紹三種常見的干燥機類型,以及有關加熱鼓風機類型的一些經驗和應用。
 
  干燥機類型
  在討論加熱的鼓風機干燥機之前,我們先來回顧一下最常見最簡單的類型,即無加熱式的干燥機。除此之外還有一些其他不太常見的干燥機類型,在本文中不做過多講述。
  所有典型的干燥機都有兩個裝有干燥劑顆粒的壓力容器和一個控制系統,控制系統可以控制引導壓縮空氣流經一個或另外一個壓力容器。干燥劑顆粒只有在吸水未達到飽和狀態情況下才能吸收壓縮空氣中的水蒸氣。一旦達到飽和容量狀態,要在一個再生循環中去除干燥劑內的水分,否則干燥機將不能除去壓縮空氣足夠的水不能將它的露點降低到低的水平。
  在干燥劑的容量達到飽和之前,干燥機就需要將流動的壓縮空氣切換到另一個充滿干燥劑的再生容器內,并且在飽和干燥劑的表面開始再生過程。為了使干燥劑再生重復使用,將被處理的再生容器與大氣壓接通,并且讓已經干燥的壓縮氣體流過干燥劑顆粒。當干燥的壓縮空氣膨脹到大氣壓力時,露點將會大大降低,從而可以更好的從飽和顆粒中去除吸附的水分。這個周期過程通常為十分鐘,在過程中干燥機交替出現吸附干燥氣體和循環再生的過程。固定循環的干燥機上的再生過程將消耗壓縮空氣額定流量的15%到20%。
 
壓縮機加熱鼓風式干燥機節能分析
 
  重要的是,我們非常清楚吹掃壓縮空氣的占額定流量的15%到20%,而不是流過干燥機的流量。如果由于某種原因干燥機的負載較輕,結果會有所不同。這意味著,例如,如果干燥機的負載僅為額定值的一半,則干燥機將消耗的平均流量不是15%到20%,而是30%到40%。在工廠中經常見到干燥機消耗了大部分生產的壓縮空氣。這使得壓縮空氣評估師非常反對干燥機。
 
壓縮機加熱鼓風式干燥機節能分析
 
  由于這種吹風干燥方式消耗了空氣壓縮機的容量,因此過去的設計者提出了不同版本的可以使用較少空氣的干燥機,其中一種是外部加熱的吹風模式。這種與固定循環的無熱干燥機類似,使用一些已經干燥的壓縮空氣來再生干燥劑,但是首先要使空氣流過電加熱器,然后再通過飽和床。
  這種設計上的變化允許使用較少的壓縮空氣流,約為干燥機額定值的7.5%,從而釋放出更多的壓縮空氣用于供給客戶使用,并且降低了總體電機運行成本。這種類型的干燥機比無熱設計的要大一些,但是每四個小時循環一次。
  進一步的設計開發就產生了加熱型鼓風機式干燥機樣式。它使用鼓風機驅動的環境空氣流經加熱元件,以提供溫度高的空氣來再生干燥劑。該干燥機在再生過程中不使用壓縮空氣,從而使空氣壓縮機產生的所有壓縮空氣都可以通過以滿足給工廠的需求。但是,需要考慮冷卻過程。
  問題是非常熱的干燥劑無法從壓縮空氣中吸收水分。因此,當加熱型干燥機完成加熱過程后,一定量的壓縮空氣通過干燥劑以帶走熱量。在外部加熱的干燥機中,干燥機額定流量的7.5%在冷卻周期內流動,通常持續四個小時周期的一小時。對于加熱型的鼓風機式干燥機,冷卻吹風通常為額定值的2%,但在這里我們需要閱讀詳細說明。實際上是每四個小時消耗平均值為8%,這2%是其中一個小時的平均消耗量。在空氣壓縮機處于最大容量的高峰需求時期,這8%可能不能滿足需要,可能還要增加空氣壓縮機的容量。
  鼓風機式干燥劑干燥機的較新設計使用內置的封閉循環冷卻回路,在該循環中,鼓風機使內部空氣通過干燥劑再循環以除去熱量,而沒有使用壓縮空氣冷卻。在這種設計中,將使用周圍的空氣或冷卻水將熱量帶走,從而形成某種熱交換器。
壓縮機加熱鼓風式干燥機節能分析
 
  典型運營成本
  由于生產壓縮空氣比較昂貴,因此使用壓縮空氣進行冷卻吹風的成本很高。此外,如果吹風消耗空氣壓縮機產生壓縮空氣容量的15%到20%,將需要購買額外產生15%到20%的更大型的空氣壓縮機,以保持相同的壓縮機房流量。使用加熱器和較低水平的壓縮空氣進行再生,可以釋放更多的空氣壓縮機容量,并降低運行成本。
  例如,下表是在滿負荷的固定循環模式下運行四種類型的干燥機的成本估算:
  請注意,所計算的運營成本是假設干燥機在最大容量是100%負載的。假定空氣壓縮機的效率為每100cfm為20kW,電費為每kWh 10美分。每年假定要運行8760小時。該表顯示,使用更先進的加熱式干燥機每年可以節省大量的費用。
 
壓縮機加熱鼓風式干燥機節能分析
 
  重要特征
  在現實生活中,通常不會看到在標準額定值的100 psi輸入壓力,100OF進氣口和環境溫度的情況下,正好100%負載的空氣干燥機。通常干燥機的負荷小于額定負荷,因此,隨著負荷的減輕,運行成本可能會降低。
  例如,僅通過75%流量且入口溫度為80OF的干燥機僅處理約40%的設計水蒸氣。這是因為比設計溫度低20度的空氣與100OF干燥機等級相比僅包含大約只有50%的水蒸氣。對于固定循環干燥機,較低的濕氣負荷運行不會影響運行成本,但仍會消耗相同數量的吹風量。但是,使用加熱干燥機時,由于干燥劑中的水分較少,并且加熱器受溫度控制(以避免干燥劑過熱),因此加熱元件的工作周期將減少,從而降低了運行成本。
  對于部分負載的空氣干燥器,使用依賴于露點的開關可以節省一些費用。在這種方案下,露點探頭可測量干燥機排氣側處的壓縮空氣,如果露點溫度低于干燥機額定值,它將延遲吹風操作。干燥機控制系統將一直等到露點升至干燥機設定點,然后啟動再生循環。對于輕載的干燥機,這可以降低能耗,但是不同類型的干燥機輕載的結果不同。
  對于無熱式干燥劑干燥機,吹風的減少量往往僅與流量的減少成比例,而不會因為較低的入口溫度帶來的濕氣負荷的減少而減少。但是對于加熱型設備,干燥機與兩種因素都有關系。這意味著一部分由于流量減少而節省了一些能量,另一部分是由于較涼的進氣中的濕氣負荷較低而節省了額外的能量,因此與無熱式相比,節省了更多的能量。使用前面的示例,如果采用露點控制,則對于無熱式干燥機,干燥機的運行成本降低大約為20%至25%,而對于加熱型干燥機,其降低50%至60%。
 
壓縮機加熱鼓風式干燥機節能分析
 
  實際應用中的經驗教訓
  多年以來,在使用鼓風機式干燥機時,已經得到了一些好的經驗和壞的教訓。以下是一些有趣的應用案例:
  造紙廠1
  一家造紙廠安裝了由露點溫度作為控制開關的鼓風機式干燥機。盡管如此,該工廠的儀表空氣系統還是遇到了濕空氣。快速檢查干燥機,發現所產生的露點遠低于其額定的-40OF空氣質量。工作人員懷疑未干燥的工廠空氣和干燥的工廠空氣系統之間有未發現的連通。但是,在更仔細地觀察干燥機的運行情況時,審核員發現有水從干燥機的后過濾器中流出。審核員還注意到,即使將露點控制器從機殼中取出并在潮濕的房間中搖晃,露點控制器仍會讀取相同的溫度。探針在低溫讀數時出現故障,這意味著即使干燥劑完全飽和,在干燥器設置為取決于露點的開關模式下,也絕不會吹風。
  調查發現探針失效了,因為它被水淹沒了。水來自水冷系統空氣壓縮機上發生故障的后冷卻器,該冷卻器將冷卻水泄漏到壓縮空氣中。
  進一步調查顯示,該干燥機安裝在蒸汽泄漏過多的房間中。當使用環境空氣進行冷卻時,過量的水分被引入干燥機干燥劑中。得到教訓如下:
  ·確保任何露點控制器正常工作并已校準。
  ·設計確保水在進入干燥機入口過濾器之前被清除。
  ·保持周圍環境無灰塵和過多的水分。
  造紙廠2
  另一家造紙廠的壓縮空氣審計數據表明,每四個小時就會出現很大的壓力曲線缺口。這些缺口大到足以產生嚴重的壓力脈動從而影響生產。數據顯示,在加熱操作剛結束后,壓力缺口與干燥機再生操作重合。
  調查發現有人將干燥機的冷卻吹風量調到過高的水平。這種干燥機設計上將一個簡單的球閥作為冷卻空氣控制裝置。在閥門上放了一個標簽,指示在吹風壓力表上的設定值為40 psi,但標簽消失了。我們懷疑有人看到過這個部分打開的閥門,并完全打開它,才導致過多的冷卻空氣流動。該調整恢復正常,過多的壓降消失。但是,由于冷卻吹風仍約為干燥機額定值的8%,因此有時每四個小時仍需要加載一臺額外的空氣壓縮機,以補充這一額外流量。
  在這種干燥機的更進一步的調查中,加熱器的保險絲每運行幾個小時就開始熔斷。調查顯示,安裝干燥機的環境灰塵較多會堵塞鼓風機入口過濾器,從而導致加熱器過載。得到教訓:
  ·始終確保根據規格調整干燥機。
  ·必須確在考慮冷卻吹風的情況下壓縮空氣系統的壓縮空氣產量滿足需求。
  ·塵土飛揚的環境條件可能會使鼓風機入口過濾器過載。
  化工廠
  一家化工廠有一個大型鼓風機式干燥機,其大小適合于配套三臺空氣壓縮機,但是從未安裝過第三臺空氣壓縮機。該廠購買了露點控制器作為選件,但失敗了,客戶再也無法對其進行維修。
  該干燥機消耗了大量的冷卻空氣,因此必須運行一臺100馬力(hp)的空氣壓縮機來提供氣流,而高氣流導致了工廠中的壓力波動問題。即使設備輕載,仍以固定周期運行,并且如果露點控制正確,那么吹風再生周期也可能已關閉了相當長的時間。
  控制冷卻吹風的球閥也未正確調節,導致過多的空氣進入干燥機。未將此干燥機的相關過濾器保持在規格范圍內,從而導致整個過濾器和干燥器之間的壓力差約為8psi。
  客戶開發了一個程序,以帶有閉式循環冷卻吹風的鼓風干燥機替換該干燥機。這一更改允許關閉一臺空氣壓縮機,從而節省大量能源并改善了壓力曲線。教訓如下:
  ·確保露點控制器正常運行并已校準。
  ·必須將干燥機調整至適當的冷卻流量。
  ·更換新的干燥機設計可以節省能源
  肉類加工廠
  一家肉類加工廠購買了鼓風機式干燥機,以代替將冷凍干燥機與固定循環無熱干燥機串聯使用的系統。雙系統在組件之間造成了過多的壓力損失。
  將兩種類型的干衣機替換為具有雙并聯入口和出口過濾器,單吹風的干燥機,可改善壓降,從而實現更好的空氣壓縮機控制和更穩定的工廠壓力。與以前的系統相比,新的干燥機能耗低得多。
  工廠人員決定將干燥機的廢氣排到室外,以使干燥機排出的水分不會回流到空氣壓縮機的進氣口。十一月的寒冷期間過了一會兒,他們開始注意到壓縮空氣露點問題。調查顯示,吹風排氣中的水分在達到室外時會凍結,從而堵塞了干燥機排氣管路。另外,用于在室外運行排氣的管道很小,導致壓力損失高于預期。安裝人員沒有考慮到周圍空氣的高速流動,因為這不是壓縮空氣流過排氣回路。因此必須進行改進以使排氣進入更溫和的環境。得到教訓如下:
  ·用尺寸適中的設備替換標準干燥機可以改善系統運行。
  ·如果將吹風通風口移到較遠的位置,請確保管道尺寸合適且通風口消音器不會結冰。
 
  食品加工業務1
  食品加工商購買了鼓風機式干燥機,以調節位于較冷加工區域的加工設備的空氣。購買的該干燥機具有取決于露點溫度控制的開關。相關的空氣壓縮機是水冷的,工廠的冷卻水非常冷,一年中的大部分時間約為40℉至45℉。
  由于空氣壓縮機的輸出壓縮空氣溫度約為50℉(額定濕氣負荷的20%),并且干燥機處理的流量平均約為50%,因此該干燥機的水分含量非常低。在對該系統進行壓縮空氣評估期間,發現干燥機僅每兩三天運行一次其再生周期,而不是典型的固定循環單元每四小時運行一次。這樣可以節省大量能源。
  使用干燥機上的可選開關關閉冷卻吹風功能,可以進行進一步的改進。長周期運行后,干燥機會通過簡單的輻射適當冷卻。得到教訓如下:
  ·鼓風機式干燥機采用較低溫度入口流量可以節省更多能量。
  ·有時,當周期時間間隔很遠時,無需進行冷卻吹風。如果滿足這些條件并安裝了轉換開關,則關閉冷卻裝置可以節省冷卻空氣。
  食品加工業務2
  生產加工商購買了具有取決于露點溫度控制的鼓風機式干燥機,以調節工廠中的空氣,特別是對于分選機,因為其中的壓縮空氣與食品接觸。工廠在某些區域的管道暴露于冰凍條件下。在大多數情況下,由于負載條件較輕,干燥機運行良好。干燥機平均每12個小時而不是每4個小時進行再生過程。
  壓縮空氣評估發現,在干燥機再生周期中,會有另外一臺空氣壓縮機啟動并運行。當安裝了流量計,發現干燥器消耗了過多的吹風流量。根據調查顯示,干燥機組裝不正確,其中一個閥門泄漏。因此交換了兩個控制閥功能,從而顛倒了干燥機加壓和冷卻吹風的功能,導致過量的冷卻空氣流經四個小時的再生循環過程。因此當工廠糾正了閥門,使干燥機正常運行,在干燥機再生階段可以減少一臺空氣壓縮機。得到教訓如下:
  ·輕負載減少了再生周期時間。
  ·應監控干燥機的功能,以確保預期的運行,尤其是在調試完成時。
  ·安裝流量計可以檢測空氣干燥器的問題。
 
  結論
  使用吹風機吹掃型空氣干燥器可以降低運營成本,尤其是在輕負載條件下以及由于較低的壓縮機空氣排氣溫度而減少濕氣負載的情況下。但是,這些單元非常復雜,需要正確維護和監控,以確保它們保持正確的工作狀態。
  研究這些干燥機并在工廠壓縮空氣評估期間對其進行監控可以帶來很多經驗教訓。
 

來源:本站原創

標簽: 干燥機壓縮機加熱  

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