压缩空气干燥装置的选型及经济分析

设备经济 2013-12-07 11:48:39
  在现代企业里,压缩空气的使用越来越普遍,常见的干燥装置主要有吸附式干燥装置和冷冻式干燥机两种。
  冷冻式干燥机的有效供气量可达到100%,但是,由于受工作原理的制约,冷冻式干燥机的供气露点最低只能达到3℃(压力露点)左右,而且它受进气温度的影响很大,进气温度每升高5℃,制冷效率就要下降30%,供气露点将显著升高。同时,冷冻式干燥机必需耗费一定的电能和冷却水。
  吸附式干燥装置主要有:无热再生干燥装置和加热再生干燥装置两种,它们或要耗气,或要耗电,综合算起来,能耗都高于冷冻式干燥机,它有冷冻式干燥机不可替代的优点:供气露点低、稳定。目前常见的吸附式干燥装置主要有两种:无热再生干燥装置和微加热再生干燥装置。
  无热再生干燥装置是利用约15%的成品气对再生塔的吸附剂进行吹扫再生。其优点是:结构简单,维护方便;缺点是:耗气量大、能源品位高,有效供气量小,而且有时露点不够稳定。
  微加热再生干燥装置,需使用电加热器,将7%的成品气加热后,送入再生塔,使吸附剂升温再生。然后,还要利用7%的成品气,再将吸附剂冷吹至常温。它的优点是:工作周期比较长,而且供气露点稳定;缺点是:耗能仍然偏大,既要耗费7%的压缩空气,也要耗费一定的电能。
  依照吸附原理,吸附剂吸水后,必须对它施加一定的能量才能使吸附剂解附。如何才能既节省能量,又能保证吸附剂彻底解附,来获得高品质干燥压缩空气,YR系列余热再生干燥装置,解决了以上问题。
  一、余热再生干燥装置的工作原理
  余热再生干燥装置的主要工作原理,是利用气体被压缩时所产生的热量,加热干燥塔里的吸附剂,使其解附。我们知道无论是活塞压缩机,还是螺杆式压缩机,气体在被压缩时,都会产生大量的压缩热。按常规的空压站设计规范,压缩空气必须冷却至40℃以下,再送入后级设备进行干燥处理。这样,大量的热能被浪费。而余热再生干燥装置的创新就是利用了这部分能量。
  在YR余热再生干燥装置流程里,高温的压缩空气首先进入干燥装置的再生塔里,使吸附剂升温解附,然后再通过干燥装置的后冷却器降至常温,最后再进入吸附塔进行干燥。当再生塔的吸附剂升至一定温度时,停止加热,利用平均2%~3%的成品气进行冷吹至常温。由于在吸附塔再生过程中,利用了空气压缩时产生的热能,因而干燥装置几乎不消耗其它能量,大大减少了干燥装置的运行费用。可以说,YR系列余热再生干燥装置是真正意义上的节能产品。
  山西华泽铝电公司使用的4台200m3/min离心式无油压缩机,离心式空气压缩机产出的压缩空气是无油的,其后不需要安装除油过滤器。离心式空气压缩机占地面积较小,噪音不大,工作环境较好。从工况条件来说,选用余热再生干燥装置是非常合适的。
  下面,将公司的实际情况,分别按冷冻式干燥机、微加热再生干燥装置、YR余热再生干燥装置、无耗气余热再生干燥装置作一次投资和运行费用的粗略比较。
  二、设计条件
  1、计算条件:200m3/min无油压缩机,每台功率为1100KW;压缩机末级冷却水量:40t/h;一年365个工作日,每天24小时连续运行;电价按0.22元/度计(自备电站)。
  2、供气指标:压力露点:5℃,流量Q1=480m3/min;压力露点:-20℃,流量Q2=80m3/min
  三、投资及运行费用比较
  1、方案一4台160m3/min冷冻式干燥机,3开1备;2台80m3/min微加热再生干燥装置,1开1备。
  160m3/min冷冻式干燥机,冷媒压缩机功率:26.75KW,冷却水量:40t/h;80m3/min微加热再生干燥装置电加热器功率:36KW,再生耗气量:7%。
  (1)工艺流程简图(2)一次投资单价:160m3/min冷冻式干燥机 30万/台80m3/min微加热再生干燥装置 15万/台空压机去掉末级冷却器减少0.8万美元(4台折合人民币26.5万元)。合计:30×4+15×2+26.5=176.5万(3)运行费用①冷冻式干燥机干燥装置:冷媒压缩机耗电量:
  3×26.75×24×365=702990度/年全年的电费开支为:
  702990×0.22=154658元/年冷却水量:
  3×40=120t/h供气露点:5℃(压力露点)②微加热再生干燥装置:再生耗气量折算为耗电量:80/200×1100×24×365×7%=269808度/年电加热器耗电量:
  36×24×365=315360度/年全年的电费开支为:
  (269808+315360)×0.22=128737元/年供气露点:≤-20℃(压力露点)③运行总费用:154658+128737=283395元/年注:该方案需增加冷却水耗量120t/h2、方案二5台150m3/minYR余热再生干燥装置,4开1备150m3/minYR余热再生干燥装置:再生耗气量:2.5%,冷却水量:40t/h(1)工艺流程简图(2)一次投资单价:150m3/min余热再生干燥装置44万/台合计:44×5=220万(3)运行费用再生耗气量折算耗电量:3×(1100×2.5%)×24×365=722700度全年的电费开支为:
  722700×0.22=158994元/年冷却水量:
  4×40=160t/h供气露点:≤-20℃(压力露点)3、方案三4台200m3/minYR余热再生干燥装置,3开1备200m3/minYR余热再生干燥装置:再生耗气量:2.5%,冷却水量:53t/h(1)工艺流程简图
  (2)一次投资单价:200m3/min余热再生干燥装置50万/台合计:50×4=200万
  (3)运行费用再生耗气量折算耗电量:3×(1100×2.5%)×24×365=722700度全年的电费开支为:
  722700×0.22=158994元/年冷却水量:
  3×53=159t/h供气露点:≤-20℃(压力露点)4、方案四4台160m3/min无耗气余热再生干燥装置,3开1备;2台80m3/minYR余热再生干燥装置,1开1备。
  160m3/min无耗气余热再生干燥装置,冷却水量:50t/h;80m3/minYR余热再生干燥装置,再生耗气量:2.5%,冷却水量:20t/h。(1)工艺流程简图(2)一次投资单价:160m3/min无耗气余热再生干燥装置
  45万/台80m3/minYR余热再生干燥装置
  23万/台合计:45×4+23×2=226万(3)运行费用再生耗气量折算耗电量:80/200×(1100×2.5%)×24×365=96360度全年的电费开支为:
  96360×0.22=21199元/年冷却水量:
  3×50+20=170t/h供气露点:≤-20℃(压力露点)80m3/min≤-10℃(压力露点)480m3/min
  四、四种方案综合比较
  注:冷却水费用按0.158元/吨计算,未考虑循环冷却水设备投资及运行费用的减少。
  使用余热再生干燥装置,不用压缩机末级冷却器,压缩机末级冷却用水转移到余热再生干燥装置使用,相当于余热再生干燥装置不耗冷却水。因干燥剂再生时吸收了压缩机排气的大量热量,在经过干燥装置本身的冷却器时,气体温度已大大降低,所以余热再生干燥装置冷却水用量小于压缩机末级冷却用水量,可降低冷却水耗量。在相同的工作条件下,使用余热再生干燥装置的运行费用较少。长期使用余热再生干燥装置,可获得较大的节能效益。
  因此,我们推荐企业采用方案三,这样可以减少压缩空气后处理设备的种类及台数,降低运行维护费用,并且使用成熟可靠的设备。 
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