3.4.1冷干机

3.4.1.1冷干机的基本工作原理和主要结构：

冷冻式干燥机是利用制冷原理制成的压缩空气除湿净化设备，它采用制冷技术对压缩空气进行强制冷却，使压缩空气内含有的大量水汽、油雾凝结成液滴，经汽水分离器分离后，由自动排水器排出机外，经冷干机处理的压缩空气，其压力露点可达2~10℃，能满足大部分工业要求。（见图4.13-1）

空压机输出的常温含湿气体首先进入前置分离过滤器、除去液态油水和固体颗粒，然后进入预冷/回热器与来自蒸发器的冷气换热，冷却后的含水气体经分离器进入蒸发器与冷媒再次换热，冷却至设定的压力露点，出蒸发器的冷气体经再次分离液态水后重新回到预冷器/回热器与压缩机排出的热气体进行换热至常温，再经除油过滤器除油后进入供气管网。

国外在上世纪九十年代完成了冷干机的换代（第三代），但由于没有新工艺和新材料的突破及物理条件的限制，此后冷干机的性能和应用水平基本维持不变（能耗3%~5%，压力露点2~10℃）。国内市场目前应用的绝大多数为一代机，且大部分性能低于国外一代机，压力露点平均在15℃以上，能耗在4%~6%。 (见表4.13-1)

 

 

3.4.1.2能耗构成：

冷干机的能耗主要由电耗（冷媒压缩机和风扇）及系统压力损失构成，其中电耗约占空压机输入功率的3~6%，压力损失为其工作压力的5%左右（不含前、后置过滤器），预冷器的效率越高，则进入蒸发器的热负荷越小，所需要的冷媒压缩机功率宜越小。

3.4.1.3节能减排措施：

（1）尽可能降低空压机排气温度，从而降低冷干机的冷负荷，减轻冷媒压缩机的电耗。

（2）尽可能降低预冷/回热器湿空气出口温度并提高干空气出口温度，以便降低蒸发器的负荷，从而减轻冷媒压缩机的电耗。这一方面要求采用高效换热器，尤其是强化预冷/回热器的换热效率，另一方面要要保证预冷/回热器足够的换热面积。采用高效换热器是冷干机节能降耗的最重要手段。目前国际上大多采用高效板翅式和板式换热器。实现了大预冷小蒸发，冷媒压缩机的功率可降低30%左右。

（3）采用高能效比的冷媒压缩机；采用变频制冷压缩机，实现压缩机冷量按需供给。

（4）优化制冷循环，强化保温效果。

（5）优化系统管路，降低压力损失。

（6）优化气水分离和排液功能，将压缩空气中的液态水及时且充分分离出去，否则残存液态水经预冷/回热器加热后重新气化，导致压缩空气的露点不能满足要求。此外如冷却器斜置、排水孔置于最低点、采用高效气水分离器、高效排水装置等也可从结构保证分离与排液效果。

（7）转变观念，制定能耗标准，抵制并扭转低价采购模式（如最低价中标）。低价采购模式是造成国内冷干机质量低下、能耗高企的主要原因。为追求低成本，许多厂商采取小预冷大蒸发、以小代大、以低代高，导致整体制造水平下降，能耗高于国外一代机30%以上。

 

 

3.4.2吸附式干燥器：

3.4.2.1吸附式干燥器的基本工作原理和主要结构：

吸附式干燥器一般为两塔结构，吸附剂多采用硅胶、铝胶、分子筛或其中两种的组合。当一塔进行吸附时，另一塔进行再生。依再生方式的不同，吸附式干燥器分为无热再生、微热再生、鼓风外加热再生和压缩热再生等型式。

3.4.2.2能耗构成：

型  式 结构特点 应用年代

Ⅰ 无热再生 结构简单、高能耗，属于淘汰、

限制类产品 上世纪七十年代

微热再生

Ⅱ 普通外加热 适应各种空压机、吹冷气排放，增加风机 八十年代

普通压缩热 仅适应于低效率、高排气温度的透平机，

吹冷气排放，露点较高，漂移量大，增加冷却器（取消空压机后冷却器）

Ⅲ 改良型外加热 吹冷气回收或循环，增加冷却器、

分离器 九十年代

改良型压缩热 吹冷气回收或循环，增加循环风机或射流泵，要求进气温度大于120℃、露点较高

Ⅳ 等压再生零排放外加热 零排放、低露点，增加冷却器、分离器、循环风机 本世纪

等温压缩、零排放、低露点压缩热 多功能、全方位。支持空压机高效率（等温压缩）、允许排气温度较低（90~110℃）、零排放、低露点、无漂移，增加辅助加热器，循环风机。

吸附式干燥器能耗主要由气耗（加热再生、吹冷）、电耗（电加热、风机）和系统阻力损失三种，其中气耗为最大能耗。目前国际上公认的热—电效率不超过50%，电—气转换效率20%左右，即空压机输入功率的20%转换为有效膨胀功，所以吸附式干燥器节能减排的技术核心是少用或不用高品质的压缩空气，围绕这一核心技术，吸附式干燥器已经经历了四代发展。（见表4.13-2）

 

   吸附式干燥器是一种典型的低价值、高能耗产品，以100立方的无热再生吸干机为例，年电费总计：0.8元×550KW×15%×8000h =52.8万元；年运行费用（按每立方压缩空气0.21元计算）：

0.21元×100m3×15%×60min×8000h=150万元。由此可见采购成本与巨大的运行费用相比，几乎微不足道，但正是由于其巨额运行费用促使国内外众多厂商竞相研发新工艺、新流程，特别是从上世纪九十年代至今，几乎十年一代，节能降耗相对于一代机达50%~90%。

3.4.2.3节能减排措施：

（1）降低吸附温度，因为进气温度每升高12℃，压缩空气中的含水量增加一倍左右。国外的许多空压机站采用冷冻水混合补充或二级冷却器。有效降低气体温度至30℃以下，而国内夏季多数空压机排气温度多达50℃，造成干燥设备严重超负荷、高能耗运行。

（2）加热再生流程中的吹冷气消耗巨大，且仅以携带热量为唯一目标，应予以回收或循环利用。

（3）中大型设备应遵循GB500292012《压缩空气站设计规范》优先选用二代以上鼓风外加热或压缩热（余热）产品，无油机（离心机和无油螺杆）则优先选用压缩热再生型。

（4）中大型机有条件者还应考虑零气耗、零排放机型。

（5）目前国内在用的吸附式干燥器95%以上为第一代高能耗低价值产品，其能耗高达空压机的输入功率功耗的15%~20%。但由于采购成本低及体制和观念限制仍在大量设计选型和采购中。如图4.13-2，可看出吸附式干燥器升级换代所带来的微小采购成本增量与巨大的运行费用减量。

 

 

 

注：运行费用包括气电耗折算成电价及各种折旧、管理费用、水汽油、人工等费用。其中电费约占总费用的1/3。

 

3.4.3过滤器技术：

3.4.3.1过滤器的基本工作原理和基本结构：

过滤器主要用于流体的气/固分离、气/液分离和液/固分离。压缩空气应用最多、价格最高、技术最复杂的是气/液分离，如喷油螺杆用的油/气分离器、空压机级间、末端、冷干机前后级、吸附式干燥器的预过滤器及精密除油过滤器等都是以滤除液态油水为主。气/固分离过滤器相对简单，如用于吸附式干燥器后的除粉尘，车间和用户点前使用的终端过滤器等。

过滤器主要由滤芯、壳体、排污阀及仪表等组成，滤芯是最重要部件，其工作原理分为：直接拦截，惯性碰撞、布朗扩散和筛分四种，大粒子以前两种过滤机理为主，小粒子以布朗扩散为主，筛分机理则主要用于膜式过滤器。

（见图4.13-3）

3.4.3.2过滤器的能耗构成：                  

衡量过滤器能耗唯一指标就是压力损失，动力用压缩空气过滤器的压差一般控制在工作压力的10%以内，即0.07MPa以下，当过滤器的压差达到规定极限压差的2/3时，应考虑清洗或更换。

3.4.3.3节能减排措施：

（1）重视分级设置分离器和过滤器，不排斥传统型惯性分离器，尤其在重污染条件下，否则精密过滤器极易堵塞。

（2）采用高孔隙率过滤介质，增大过滤面积，如纤维状过滤器和折叠成型工艺。（见图4.13-4和图413-5）

                

 

当孔隙率增加1倍，寿命提高3倍；过滤面积增加1倍，寿命提高4倍。

反过来可认为，在同一寿命期限，增加孔隙率和过滤面积，就意味着可持续获得较低压差，也即意味着有较低的运行能耗。（见图4.13-6）

（3）采用容尘量大的过滤器，如深层过滤材料和有密度梯度的过滤材料等，可有效延缓阻力上升的速率。

（4）合适的过滤器或过滤系统配置应以经济性为主要指标，将最重要的因素考虑在内，严控采购环节，购买高效、低阻、长寿命的品牌产品。