CN103920374A - 一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法，包括湿空气进口、干燥空气出口和再生常压空气进口、出口，其特征在于，包括压缩空气溶液除湿干燥系统以及空压机余热回收溶液再生系统。该方法包括高压除湿环境产生流程、高压溶液循环流程和稀溶液余热再生流程。浓溶液与压缩空气分别分布在中空纤维膜的内腔与外侧，不直接接触，能够有效避免除湿后干燥压缩空气的带液问题，且能满足工艺中对气源要求严格场合的用气要求；通过空气压缩机出口的高温空气对稀溶液进行加热后利用室外空气进行再生，在空气干燥度满足要求的前提下，有效降低压缩空气干燥系统的运行成本。

Description

一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法

技术领域

本发明属于溶液除湿技术领域，具体涉及一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法。

背景技术

压缩空气广泛应用于制药厂、食品厂、电解厂、飞机气动系统、炼油厂、血浆制取等行业。干燥是压缩空气处理的重要环节，压缩空气干燥过程耗能巨大，在美国制造业消耗的总能量中，约12%用于压缩空气干燥，根据美国能源署的一项统计，压缩机运行时消耗的电能中，用于增加空气势能的仅占总耗电量的15%，其余约85%的电能都转化为热量，这部分热量通过风冷或者水冷的方式排放到空气或者土壤中，造成能源的极大浪费。若能改善干燥工艺或者提高干燥过程的能量利用效率，节能效益将非常可观。此外，由于传统的填料塔型溶液除湿器中空气与溶液直接接触，干燥后的压缩空气会携带液滴，引起设备腐蚀和仪表损坏等问题，增加了企业生产成本。

随着能源与环境问题的不断加剧，节能减排、发展低碳经济成为当今时代发展的主题，研究并提出新型的工业余热回收技术对压缩空气干燥过程中空气压缩机的余热进行利用，具有重要的实际意义和应用价值。此外，为克服填料塔型溶液除湿器的弊端，改善空气与溶液的传质方式显得尤为关键。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法，通过余热再生循环减少了排放，通过中空纤维膜使气液不直接接触，改进了现有技术的不足。

技术方案：基于中空纤维膜的压缩空气溶液干燥和余热再生装置，包括湿空气进口、干燥空气出口和再生空气出口，其特征在于，包括压缩空气溶液干燥系统以及空压机余热回收溶液再生循环系统；

压缩空气溶液干燥系统包括空气压缩机、气液换热器、空气冷却器、储气罐、高压除湿器和第一节流阀；

其中，高压除湿器的内部布置中空纤维膜；该高压除湿器的侧壁设有进气口和排气口；排气口与第一节流阀连接；

空气压缩机的排气口与气液换热器的第一输入端连接，气液换热器的第一输出端连接空气冷却器的进口，空气冷却器的出口连接储气罐的进口，储气罐出口与高压除湿器的侧壁的进气口连接；

空压机余热回收溶液再生循环系统包括气液换热器、高压除湿器、高压储液罐、第二节流阀、回热器、常压再生器、常压储液罐、增压溶液泵、溶液冷却器、第一调节阀和风机；

其中，常压再生器内部布置填料，顶部设有喷淋器，底部设有排液口，侧面设有再生空气进气口和排气口；

高压除湿器的排液口与高压储液罐的进口连接，高压储液罐的出口通过第二节流阀与回热器的第一输入端连接，回热器的第一输出端通过管道与气液换热器的第二输入端连接，气液换热器的第二输出端通过管道连接常压再生器的顶部喷淋器；常压再生器的排液口通过管道与回热器的第二输入端连接，回热器的第二输出端与常压储液罐的进口连接，常压储液罐的出口先后通过增压溶液泵、溶液冷却器、第一调节阀与高压除湿器的顶部喷淋器相连接；再生空气经常压再生器的侧面进气口经风机送入，最后经常压再生器的侧面再生空气出口排出。

常压再生器所需热源由空气压缩机产生的余热提供。

该方法包括高压除湿环境产生流程、高压溶液循环流程和稀溶液余热再生流程；高压除湿环境产生流程为：待干燥空气由湿空气进口进入空气压缩机压缩，压缩后的空气经气液换热器降温后进入空气冷却器进一步冷却至露点温度以下析出部分水分；然后经储气罐进入高压除湿器；同时，常压储液罐中的浓溶液依次经增压溶液泵、溶液冷却器增压冷却后进入高压除湿器，高压浓溶液在中空纤维膜内流动，压缩空气在中空纤维膜外流动，两种介质通过中空纤维膜进行传热传质，获得低湿度的干燥空气，经第一节流阀节流后由干燥空气出口排出；

高压溶液循环流程为：通过增压溶液泵、溶液冷却器增压冷却后进入高压除湿器的浓溶液吸收压缩空气中水分后变成稀溶液，除湿后的稀溶液进入高压储液罐，经第二节流阀节流至常压后进入回热器加热后，加热后的稀溶液进入气液换热器，然后经溶液管道通入常压再生器，稀溶液与来自风机的室外空气通过填料直接接触，稀溶液中的水分向空气中扩散，变为浓溶液，浓溶液通过常压再生器的排液口进入回热器进行冷却，冷却后进入常压储液罐，从常压储液罐流出后，依次经增压溶液泵加压、溶液冷却器冷却，再进入高压除湿器，形成高压溶液循环回路；

稀溶液余热再生流程为：除湿后的稀溶液与浓溶液在回热器中换热后，由气液换热器的第二输入端进入气液换热器，与空气压缩机出口的高温高压空气进行换热，稀溶液被加热至再生温度后经气液换热器的第二输出端通过溶液管道进入常压再生器，与风机送入的室外空气进行扩散传递，获得浓溶液，再生后的空气经再生空气出口排出。

有益效果：

（1）本发明对压缩空气除湿后的稀溶液再生过程不再需要额外输入热能，而是通过空气压缩机出口的高温空气对稀溶液进行加热后利用室外空气进行再生，在空气干燥度满足要求的前提下，有效降低压缩空气干燥系统的运行成本。比传统系统节能10%以上具有良好的节能效果，实现压缩空气干燥过程中空气压缩机余热的高效回收利用。

（2）本发明中高压溶液和压缩空气分别在中空纤维膜的内腔和外侧，而非直接接触，能够避免因干燥空气携带液滴而引起的设备腐蚀和仪表损坏等问题的产生，且对空气加压后空气的水蒸气分压力与溶液表面水蒸气分压力之差更大，除湿效率更高。

附图说明

图1为本发明示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明是一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法，包括压缩空气溶液干燥系统以及空压机余热回收溶液再生循环系统。

压缩空气溶液干燥系统包括空气压缩机2、气液换热器3、空气冷却器4、储气罐5、中空纤维膜型高压除湿器6和第一节流阀7。中空纤维膜型高压除湿器6的内部布置中空纤维膜，管内流动介质为高压溶液，管外流动介质为压缩空气，中空纤维膜型高压除湿器6的顶端和底部分别设有喷淋器和排液口，中空纤维膜型高压除湿器6的侧面设有进气口和排气口，排气口与中空纤维膜型高压除湿器6外侧的第一节流阀7连接；空气压缩机2的排气口与气液换热器3的第一输入端连接，气液换热器3的第一输出端连接空气冷却器4的进口，空气冷却器4的出口连接储气罐5的进口，储气罐5出口与中空纤维膜型高压除湿器6的侧面进气口连接。

空压机余热回收溶液再生循环系统包括气液换热器3、中空纤维膜型高压除湿器6、高压储液罐9、第二节流阀10、回热器11、填料塔型常压再生器12、常压储液罐13、增压溶液泵14、溶液冷却器15、第一调节阀16、风机17。填料塔型常压再生器12内部布置填料，顶部设有喷淋器，底部设有排液口，侧面设有再生空气进气口和排气口。

中空纤维膜型高压除湿器6的排液口与高压储液罐9的进口连接，高压储液罐9的出口通过第二节流阀10与回热器11的第一输入端连接，回热器11的第一输出端通过管道与气液换热器3的第二输入端连接，气液换热器3的第二输出端通过管道连接填料塔型常压再生器12的顶部喷淋器；填料塔型常压再生器12的排液口通过管道与回热器11的第二输入端连接，回热器11的第二输出端与常压储液罐13的进口连接，常压储液罐13的出口先后通过增压溶液泵14、溶液冷却器15、第一调节阀16与中空纤维膜型高压除湿器6的顶部喷淋器相连接；再生空气经填料塔型常压再生器12的侧面进气口经风机17送入，最后经填料塔型常压再生器12的侧面排气口18排出。

其中，压缩空气干燥系统和空压机余热回收溶液再生循环系统中涉及的气液换热器3以及中空纤维膜型高压除湿器6均为同一部件。

常压再生器12不限为填料塔型，还可能是其他类型，如内热型等。所需热源由空气压缩机产生的余热提供。

该干燥装置及余热再生方法包括高压除湿环境产生流程、高压溶液循环流程和稀溶液余热再生流程。

高压除湿环境由以下流程产生：需要干燥的空气由湿空气进口1进入空气压缩机2压缩后经气液换热器3降温后进入空气冷却器4进一步冷却至露点温度以下析出部分水分，然后经储气罐5进入中空纤维膜型高压除湿器6，同时浓溶液也依次经增压溶液泵14、溶液冷却器15增压冷却后进入中空纤维膜型高压除湿器6，高压浓溶液在中空纤维膜内腔流动，压缩空气在中空纤维膜外侧流动，两种介质通过中空纤维膜进行传热传质，获得含湿量比较低的干燥空气，经第一节流阀7节流后由干燥空气出口8排出。

高压溶液循环流程：通过增压溶液泵14、溶液冷却器15增压冷却后进入中空纤维膜型高压除湿器6的浓溶液吸收压缩空气中水分后变成稀溶液，除湿后的稀溶液进入高压储液罐9，经第二节流阀10节流至常压后进入回热器11加热后进入气液换热器3，然后经溶液管道通入填料塔型常压再生器12，稀溶液与风机17送入的室外空气通过填料直接接触，稀溶液中的水分向空气中扩散，变为浓溶液，浓溶液通过填料塔型常压再生器12的排液口进入回热器11冷却后进入常压储液罐13，从常压储液罐13流出后依次经增压溶液泵14、溶液冷却器15加压冷却后进入中空纤维膜型高压除湿器6，构成高压溶液循环回路。

稀溶液余热再生流程：除湿后的稀溶液与浓溶液在回热器11中换热后由气液换热器3的第二输入端进入气液换热器3与空气压缩机2出口的高温高压空气进行换热，稀溶液被加热至再生温度后经气液换热器3的第二输出端通过溶液管道进入填料塔型常压再生器12与风机17送入的室外空气进行扩散传递，获得浓溶液，再生后的空气经再生空气出口18排出。

本发明的除湿过程在中空纤维膜型高压除湿器中进行，空气处于加压状态，空气与溶液表面水蒸气分压力差更大，除湿效果更好，浓溶液与压缩空气分别分布在中空纤维膜的内腔与外侧，不直接接触，能够有效避免除湿后干燥压缩空气的带液问题，且能满足工艺中对气源要求严格场合的用气要求；再生过程不再需要提供额外的热源，而是通过空气压缩机出口高温空气将稀溶液加热至再生温度后送入填料塔型常压再生器，利用室外空气进行再生，实现溶液的循环利用，此过程有效利用了空压机的余热，减少能源的浪费，提高能源利用效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法，包括湿空气进口（1）、干燥空气出口（8）和再生空气出口（18），其特征在于，包括压缩空气溶液干燥系统以及空压机余热回收溶液再生循环系统；

压缩空气溶液干燥系统包括空气压缩机（2）、气液换热器（3）、空气冷却器（4）、储气罐（5）、高压除湿器（6）和第一节流阀（7）；

其中，高压除湿器（6）的内部布置中空纤维膜；该高压除湿器（6）的侧壁设有进气口和排气口；排气口与第一节流阀（7）连接；

空气压缩机（2）的排气口与气液换热器（3）的第一输入端连接，气液换热器（3）的第一输出端连接空气冷却器（4）的进口，空气冷却器（4）的出口连接储气罐（5）的进口，储气罐（5）出口与高压除湿器（6）的侧壁的进气口连接；

空压机余热回收溶液再生循环系统包括气液换热器（3）、高压除湿器（6）、高压储液罐（9）、第二节流阀（10）、回热器（11）、常压再生器（12）、常压储液罐（13）、增压溶液泵（14）、溶液冷却器（15）、第一调节阀（16）和风机（17）；其中，常压再生器（12）内部布置填料，顶部设有喷淋器，底部设有排液口，侧面设有再生空气进气口和排气口；

高压除湿器（6）的排液口与高压储液罐（9）的进口连接，高压储液罐（9）的出口通过第二节流阀（10）与回热器（11）的第一输入端连接，回热器（11）的第一输出端通过管道与气液换热器（3）的第二输入端连接，气液换热器（3）的第二输出端通过管道连接常压再生器（12）的顶部喷淋器；常压再生器（12）的排液口通过管道与回热器（11）的第二输入端连接，回热器（11）的第二输出端与常压储液罐（13）的进口连接，常压储液罐（13）的出口先后通过增压溶液泵（14）、溶液冷却器（15）、第一调节阀（16）与高压除湿器（6）的顶部喷淋器相连接；再生空气经常压再生器（12）的侧面进气口经风机（17）送入，最后经常压再生器（12）的侧面再生空气出口（18）排出。

2.如权利要求1所述一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法，其特征在于，所述常压再生器（12）所需热源由空气压缩机产生的余热提供。

3.一种压缩空气溶液干燥和余热再生装置及方法：其特征在于，该方法包括高压除湿环境产生流程、高压溶液循环流程和稀溶液余热再生流程；高压除湿环境产生流程为：待干燥空气由湿空气进口（1）进入空气压缩机（2）压缩，压缩后的空气经气液换热器（3）降温后进入空气冷却器（4）进一步冷却至露点温度以下析出部分水分；然后经储气罐（5）进入高压除湿器（6）；同时，常压储液罐（13）中的浓溶液依次经增压溶液泵（14）、溶液冷却器（15）增压冷却后进入高压除湿器（6），高压浓溶液在中空纤维膜内流动，压缩空气在中空纤维膜外流动，两种介质通过中空纤维膜进行传热传质，获得低湿度的干燥空气，经第一节流阀（7）节流后由干燥空气出口（8）排出；

高压溶液循环流程为：通过增压溶液泵（14）、溶液冷却器（15）增压冷却后进入高压除湿器（6）的浓溶液吸收压缩空气中水分后变成稀溶液，除湿后的稀溶液进入高压储液罐（9），经第二节流阀（10）节流至常压后进入回热器（11）加热后，加热后的稀溶液进入气液换热器（3），然后经溶液管道通入常压再生器（12），稀溶液与来自风机（17）的室外空气通过填料直接接触，稀溶液中的水分向空气中扩散，变为浓溶液，浓溶液通过常压再生器（12）的排液口进入回热器（11）进行冷却，冷却后进入常压储液罐（13），从常压储液罐（13）流出后，依次经增压溶液泵（14）加压、溶液冷却器（15）冷却，再进入高压除湿器（6），形成高压溶液循环回路；

稀溶液余热再生流程为：除湿后的稀溶液与浓溶液在回热器（11）中换热后，由气液换热器（3）的第二输入端进入气液换热器（3），与空气压缩机（2）出口的高温高压空气进行换热，稀溶液被加热至再生温度后经气液换热器（3）的第二输出端通过溶液管道进入常压再生器（12），与风机（17）送入的室外空气进行扩散传递，获得浓溶液，再生后的空气经再生空气出口（18）排出。