新型零氣耗余熱再生干燥器的優化運行

馬志清 趙鋒(蘭州石化公司動力廠，甘肅 蘭州 730060)

1 概述

壓縮空氣憑借其安全、方便的特點，在現代工業里得到越來越普遍的應用，同時隨著現代工業的自動化程度越來越高，對于壓縮空氣的質量要求也越來越高，干燥器是用于壓縮空氣凈化設備。現有的干燥器有吸附式干燥器和冷凍式干燥器兩大類，其中冷凍式干燥器由于受制冷的工作原理的制約，冷凍式干燥器的供氣露點最低只能達到3℃(壓力露點)左右，因此在對壓縮空氣露點要求越來越高的今天，冷凍式干燥器的使用越來越少。

目前常見的吸附式干燥器主要有：無熱再生干燥器、加熱再生干燥器、余熱再生干燥器、零氣耗余熱再生空氣干燥器。

2 零氣耗余熱再生干燥器工作流程

2.1 加熱階段

第一只換熱器和分離器被旁通，來自空壓機的高溫濕空氣直接進入再生塔內，塔內的吸附劑被加熱并釋放出水分。水分被壓縮空氣帶出再生塔進入第二只換熱器，被冷卻后在第二只分離器中排掉冷凝水，之后進入干燥塔。在干燥塔中水分被吸附劑吸附。

2.2 冷卻階段

高溫濕空氣首先通過第一只換熱器和分離器，被冷卻并排出所含的水分。然后，全部的壓縮空氣進入再生塔，帶走再生塔吸附劑的熱量，并將吸附劑冷卻至恢復活性。壓縮空氣緊接著進入第二只換熱器和分離器，冷卻并分離出攜帶的水分。最后進入干燥塔，水分被塔內的吸附劑吸附。

3 零氣耗余熱再生干燥器運行分析

空分車間8000Nm3/h 制氮裝置采用無錫邁格艾爾凈化科技有限公司的零氣耗壓縮熱干燥器，按照廠家的指導建議，設定了相應的參數，投用干燥器，48 小時的出口露點統計趨勢圖如圖1 所示。

圖1 干燥器出口露點統計(9月10日和11日)

如圖1 所示，投用的兩臺干燥器的出口露點基本上在-15℃至-21℃之間波動，與設計指標≤-40℃相差較大，分析原因如下：

干燥器的出口露點取決于干燥器吸附劑的吸附效率，而吸附劑的吸附效率與吸附過程的溫度、吸附質的分壓力以及吸附劑的再生效果相關。其中對于零氣耗余熱再生干燥器，吸附質的分壓力是近似相等，在此不作分析。

3.1 吸附過程的溫度

零氣耗余熱再生干燥器，配置有兩臺換熱器，以保證在再生塔加熱和冷吹階段，進入干燥塔的壓縮空氣溫度在40℃以下。根據8000Nm3/h 制氮裝置干燥器運行記錄，進入干燥塔的壓縮空氣溫度在40℃左右，而再生過程的溫度對吸附劑的吸附效果產生兩方面的影響。

3.1.1 吸附溫度與平衡吸附量的關系

如圖2 所示，為活性氧化鋁等壓吸附的特性曲線，圖中q0表示活性氧化鋁的平衡吸附量，t表示吸附溫度，顯然，吸附溫度越低，平衡吸附量越高，即吸附劑的吸附效果越好、吸附周期越長，但是由于受到循環水溫度及成本限制，不能一味的降低吸附溫度，根據實際運行效果，當吸附溫度控制在30～35℃時，活性氧化鋁即可達到較好的吸附效果。

圖2 活性氧化鋁等壓吸附特性曲線

3.1.2 吸附溫度與含濕量的關系

從空氣溫度與含濕量對應表中可以查出當干燥塔入口溫度在40℃時，空氣中的含濕量為51.2g/m3，而當入口溫度降到35℃時，空氣中的含濕量為39.6g/m3，而當入口溫度降到30℃時，空氣中的含濕量為30.2g/m3，即在溫度降低10℃后，空氣中的含濕量降低了20g/m3，相當于含濕量降低了40%，冷凝出來的水份將通過氣液分離器直接排出，這就大大降低干燥塔吸附劑的吸附負荷，假設其他條件不變時，吸附劑的吸附周期將延長40%。

3.2 再生效果

3.2.1 加熱階段

加熱再生是使吸附劑解吸的過程，是吸附劑等壓吸附曲線的逆過程，解吸是否完全取決于解吸溫度，活性氧化鋁完全解吸的溫度要達到600℃，而8000Nm3/h 制氮裝置由于受到壓縮機出口溫度限制，進入干燥器再生塔的溫度在100～110℃之間，因此，只能對活性氧化鋁進行不完全解吸，在實際操作中合理設定加熱時間，使加熱時再生塔溫度接近于進入再生塔的壓縮空氣溫度即可。加熱時間的長短取決于進入再生塔的壓縮空氣的溫度、進入再生塔的壓縮空氣的流量、吸附在吸附劑上的水份所需的解吸熱、加熱干燥塔和吸附劑所需的熱量以及干燥塔的散熱損失，可以用以下公式表示：

理論上通過以上計算可以得出加熱時間T1，廠家的參考設定值為2.5 小時，但是在實際運行中由于環境溫度等因素的影響，計算得出的加熱時間參考價值并不高，在實際運行中通過各點的溫度分析，可以快速、準確的得出合理的加熱時間。

如圖3 所示，記錄8000Nm3/h 制氮裝置干燥器在加熱再生階段，加熱塔出口溫度，在20 分鐘到70 分鐘時間內，溫度與時間近似線性關系，但在加熱到85 分鐘，溫度達到98℃(接近進塔壓縮風的溫度100℃)后，加熱時間與再生塔出口溫度無直接關系，出口溫度近似是一條水平線。說明以下問題：

(1)在加熱塔入口壓縮空氣溫度100℃時，加熱塔塔底溫度只能達到98℃。

(2)加熱時間不能少于85 分鐘，可適當延長加熱時間，以確保吸附劑中的水份完全蒸發。

圖3 加熱階段加熱塔出口溫度趨勢圖

3.2.2 冷吹階段

零氣耗余熱再生干燥器冷吹過程不同于其他類型干燥器，主要存在兩方面的區別：一方面，零氣耗余熱再生干燥器冷吹過程只是將已經加熱解吸好的吸附劑冷卻到40℃以下，以保證吸附劑在較低的溫度下完成吸附。而其他類型的干燥器的冷吹過程，除了將吸附劑冷吹到40℃以下之外，同時也是對吸附劑的進一步解吸過程，因為，其他類型的干燥器冷吹過程均是將冷吹后的壓縮空氣直接排空，這就相當于是吸附劑的降壓解吸過程。另一方面，零氣耗余熱再生干燥器冷吹過程用于冷吹的壓縮空氣是未經過干燥的飽和濕空氣，且流量大，因此零氣耗余熱再生干燥器的冷吹時間不能參考其他類型的干燥器設定。廠家的參考冷吹時間是1 小時。

如圖3 所示，記錄8000Nm3/h 制氮裝置干燥器在冷吹階段，冷吹塔出口溫度，在冷吹過程中，冷吹塔出口溫度在冷吹開始10 分鐘到40 分鐘內與冷吹時間成近似線性關系，在40 分鐘之后冷吹塔頂溫度基本保持不變，因此冷吹時間設定在40 分鐘到50 分鐘為宜。因為(1)由于冷吹氣量較大，40 分鐘的冷吹時間已足以將吸附劑冷吹至40℃以下。(2)由于冷吹用的壓縮風是未干燥的飽和濕空氣，冷吹過程其實也就變成了吸附劑的吸附過程，如果冷吹時間過長，相當于剛剛冷吹好的吸附劑已經吸附了相當一部分的水份，將會縮短吸附劑的下一吸附周期。

4 零氣耗余熱再生干燥器優化運行

根據以上分析，對8000Nm3/h 制氮裝置干燥器運行過程進行優化：

(1)加大換熱器的換熱量，將進入吸附塔的壓縮空氣溫度控制在35℃左右。

(2)在不影響壓縮機組正常運行的前提下，盡量提高壓縮機出口溫度，保證吸附劑加熱再生時的溫度在100℃以上。

(3)重新設定干燥器加熱時間，由原來的150 分鐘，縮短為90 分鐘。

(4)重新設定干燥器冷吹時間，由原來的60 分鐘，縮短為50 分鐘。

(5)零氣耗余熱再生干燥器優化運行后露點統計。

如圖4 所示，經優化后，干燥器露點明顯好轉，由原來的-15～-21℃下降到-28～-38℃，平均下降了15℃。

圖4 干燥器出口露點統計

5 結語

通過本文的分析及實際驗證，零氣耗余熱再生干燥器出口露點與進入干燥塔的壓縮空氣溫度、加熱再溫度、加熱再生時間、冷吹時間等密切相關，通過降低進入干燥塔的壓縮空氣溫度、合理設定加熱和冷吹時間，能夠有效降低零氣耗余熱再生干燥器出口露點。對于8000Nm3/h 制氮裝置零氣耗余熱再生干燥器，要進一步降低燥器出口露點可采取以下措施：

(1)待8000Nm3/h 制氮裝置新的循環水泵安裝后，可進一步降低進入吸附塔的壓縮空氣溫度，進而提高吸附劑吸附容量。

(2)由于零氣耗余熱再生干燥器在加熱階段和冷吹階段均不排空壓縮空氣，吸附劑吸附的空氣中的水份全部經換熱器后的氣液分離器排出，因此，對于零氣耗余熱再生干燥器，必須要保證氣液分離器的排水裝置正常排水。在日常的巡檢中要加大對氣液分離器的排水裝置檢查力度。