影響空氣干燥器干燥效果的分析

汪攀

摘 要：壓縮空氣是發電廠重要的公用系統。在使用過程中，常會導致干燥效果惡化。文章假設干燥器的每個循環周期內都再生塔均能完全再生，通過分析壓縮空氣運行中可能變化的參數（空壓機入口空氣濕度、干燥器進口溫度、干燥器工作壓力、干燥器再生流量、干燥器再生壓力）對干燥效果的影響，判斷運行過程中露點升高的原因，及解決方法。

關鍵詞：空氣；干燥器；效果

中圖分類號：TK173 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0072-02

Abstract： Compressed air is an important public system in power plants. In the process of use， the drying effect will often deteriorate. In this paper， it is assumed that the regenerator can be regenerated completely in every cycle of the dryer. The influence of the parameters （air humidity at the inlet of the compressor， inlet temperature of the dryer， working pressure of the dryer， regenerating flow rate of the dryer， regenerating pressure of the dryer） on the drying effect was analyzed， in order to judge the cause of rising dew point during operation and solve the problem concerned.

Keywords： air； dryer； effect

1 空氣干燥器的工作流程

我廠采用的是TZ600雙塔無熱再生式干燥機，其工作原理如圖1所示：壓縮后的空氣經過進口閥流進左側干燥塔，左側塔中的干燥劑吸收水分，經過干燥后的空氣大部分供給各用戶；小部分流入右側干燥塔中，帶走其中的水分。如此雙塔交替工作，對壓縮空氣連續干燥。

2 壓縮空氣的參數變化對干燥效果的影響

本文采用Gerry方程作為濕空氣飽和水蒸汽分壓力計算式，其具體形式如下所示：

2.1 大氣相對濕度對干燥效果的影響

以我廠空壓機的工作環境為參考：選取極端的運行參數：進口壓力0.1MPa，進氣溫度選擇35℃，空壓機出口為0.7Mpa，出口溫升為5℃，則出口溫度為40℃。假設空氣為理想氣體，經過壓縮、冷卻后，出口壓縮空氣濕度剛好為100%，則進口水蒸氣分壓為1063.40Pa，進口空氣相對濕度為18.74%。由于我廠為沿海地區，進口空氣濕度均大于此值，故空壓機出口壓縮空氣濕度均為100%。

2.2 我廠干燥器的運行環境研究

干燥器進口空氣參數：壓力0.8MPa，溫度35℃，濕度100%；干燥器出口壓力0.8MPa，溫度35℃，露點-50℃；假設空氣為理想氣體，調閥的工作原理為絕熱節流，其過程可看作等焓過程。查看空氣的T-S可知：在溫度在290K-320K之間時，壓力從0.8MPa節流膨脹至0.1MPa，溫度降低2℃。由此可知再生塔進口溫度33℃，可假設再生塔出口空氣為飽和濕空氣。假設干燥器出口露點維持在一個恒定值，干燥流量恒定，不考慮壓縮空氣在干燥過程中的其他損耗。假設V為進入干燥器的壓縮空氣體積，V1為用于再生的壓縮空氣體積，V2為干燥后的壓縮空氣體積（均為進口0.8MPa壓力下的體積）。

假設水分守恒，可以得到再生流量V1和總流量V之間的關系式，如下：

V×S=V1×S1+V2×S2 （3）

V=V1+V2（4）

S為進口壓縮空氣中水蒸氣所占體積比；

S1為干燥器后壓縮空氣中水蒸氣所占體積比；

S2為再生塔出口空氣中水蒸氣所占體積比；

體積比的計算公式：

代入我廠干燥器的相關參數可求得，V2=0.13964803V。

由此可知，理想狀況下我廠干燥裝置的工作參數：

2.3 干燥器進口溫度對露點的影響

我廠冬季露點溫度大部分在-70℃左右波動，夏季時露點溫度在-50℃左右波動。然而按照模型計算，進口溫度上升時，計算干燥劑出口的露點降低，與實際不相符。計算進口溫度從35℃提高至40℃時，其對應的飽和水蒸汽壓力由5674.072Pa提高至7443.812Pa，在工作壓力不變的情況下，進入干燥器的水分負荷提高約30%，同時吸附劑的吸附能力在壓力恒定時隨溫度升高而顯著降低，故隨輸入氣體溫度的升高，干燥器的干燥效率下降。受干燥劑的吸附能力、設計尺寸影響，露點降低。干燥器進口溫度異常升高導致露點高于允許值時，可以啟動一臺干燥器運行，減少干燥器負荷和干燥塔內的流速，同時關小再生流量閥，減少再生流量損耗。

2.4 干燥器再生壓力對露點的影響

在保證再生流量、空壓機進口溫度不變的情況下，干燥器再生壓力在0.1MPa-0.105MPa間變化時，其對應露點的變化，如圖2。故再生壓力對空氣的露點影響顯著，當露點降低顯著時，通常為再生排氣壓力偏高，導致在給定的體積流量下，再生不足，露點持續升高至較高穩定值。

主要是因為排氣管道、消音器堵塞。可通過提高再生流量來緩解排氣壓力升高引起的再生不足。計算當再生壓力升高至0.105時，再生流量體積比將增加1%左右。

2.5 再生流量對露點的影響

在只改變再生流量的情況下，其對應露點的變化如圖3。

再生流量在設計工況周圍小范圍變化時，其露點的穩定工況點變化明顯。干燥劑在完全反吹結束，剛投入運行階段，其露點表現為最初比較低，由于再生流量的不足，運行過程中，水分逐漸積累，露點會隨運行時長，逐漸升高，最終穩定。

2.6 工作壓力對露點的影響

當工作壓力降低時，當維持其出口露點為-50℃時，工作壓力與再生流量關系如圖4。可以看出，在保證露點穩定不變，再生流量隨工作壓力的降低升高。因為空壓機出口空氣溫度更大的是受冷卻器和環境的影響，假設進口溫度不變，在干燥相同體積的空氣時，干燥劑吸收的水蒸氣質量一定。在實際工作過程中，工作壓力下降后，再生調閥沒變，再生體積流量減少；同時干燥空氣中水蒸氣的體積含量增加，再生時能夠帶走的水分減少。所以出口露點隨干燥器工作壓力的降低而升高。

3 結束語

露點溫度主要受兩方面的因素影響：一方面，干燥塔設計參數的限制和自身干燥劑；另一方面是與流經干燥塔的壓縮空氣工作參數。對于干燥劑損壞或者干燥劑在運行過程中油污污染導致的失效，引起的露點升高，此類故障可通過更換干燥劑解決。對于壓縮空氣參數變化而引起的露點升高。此類，可通過調節干燥的再生流量和干燥器的運行方式（及時反吹），觀察露點是否會降低，從而判斷是否為該類故障。故障未排除時，可通過增加再生流量維持較低露點，故障排除后應恢復正常工況，減少能量浪費。對于壓縮空氣溫度的升高引起露點升高，此類既不能通過增加再生流量也不能通過更換干燥劑來降低露點，可通過增加干燥器從而減少干燥塔的負荷來降低露點。

參考文獻：

[1]王輝.空氣干燥器的結構形式對干燥劑粉塵化的影響[Z].中國鐵道學會制動學術交流會，1997.

[2]劉美燕.基于半導體工藝微熱再生干燥系統的研究[D].北京工業大學，2014.