CN104174261A - 基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置及其工作方法 - Google Patents

基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置,属于空气干燥技术领域,其包括空气压缩机、气液换热器、空气冷却器、高压储气罐、高压除湿器、第一控制阀、喷嘴、孔板、涡流室、第二控制阀、高压储液罐、第一节流阀、中间换热器、溶液加热器、常压再生器、常压储液罐、高压溶液泵、溶液冷却器、第三控制阀和干燥空气出口;本发明还公开了该干燥装置的工作方法。本发明的干燥装置具有以下有益效果:1)提高压缩空气干燥系统能量利用效率;2)除湿和再生效果均得到增强,且有效降低压缩空气出口含湿量;3)提高涡流管制冷效率以及能量利用率;本发明的基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置的工作方法,步骤简单,节能环保。

Description

基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置及其工作方法
技术领域
本发明属于空气干燥技术领域,具体涉及一种基于涡流管制冷技术的压缩空
气干燥装置及其工作方法。
背景技术
压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源,又是具有多种用途的工艺气源,其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、电子、食品、医药、国防等行业和部门。由于湿空气压缩冷凝后成为湿饱和空气,并夹带大量的液态水滴,引起设备、管道和阀门锈蚀,冬天结冰阻塞气动系统中的小孔通道,对生产过程造成不利影响,引起国民经济巨大损失。为保证这类低湿工业生产区域所需的干燥环境,采用溶液除湿技术对压缩空气进行深度干燥。溶液除湿与再生过程的驱动力均为溶液表面蒸汽压与空气水蒸气分压力之差,溶液表面的蒸汽压大小与溶液温度密切相关。在溶液浓度一定的条件下,降低除湿过程中溶液温度,除湿效果越好,除湿后的空气能够达到的含湿量也越低;升高再生过程中溶液温度,再生效果增强。
然而现有技术中,对于只需要常压深度干燥空气的场所,高压除湿器出口的压缩空气直接被节流,造成空气势能的极大浪费,传统的技术中干燥装置结构复杂,工作效率低下。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于提供一种基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置,使其具有回收干燥压缩空气的势能且具有较好的除湿和再生性能,不再需要外部输入热量与冷量,只需将高压除湿器出口的干燥压缩空气送入涡流管制冷系统获得热气流和冷气流,利用高温热气流对经空压机出口压缩空气加热的稀溶液进一步升温后再生,低温冷气流降低除湿溶液的温度,有效降低压缩空气出口含湿量,增强除湿效果;本发明的另一目的在于提供基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置的工作方法。
技术方案:为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置,其包括空气压缩机、气液换热器、空气冷却器、高压储气罐、高压除湿器、第一控制阀、喷嘴、孔板、涡流室、第二控制阀、高压储液罐、第一节流阀、中间换热器、溶液加热器、常压再生器、常压储液罐、高压溶液泵、溶液冷却器、第三控制阀和干燥空气出口;
在所述的空气压缩机上设有空气进口和排气口,所述的空气压缩机的排气口与气液换热器的第一输入端相连,气液换热器的第一输出端与空气冷却器的进口相连,空气冷却器的出口与高压储气罐的进口连接,储气罐出口与高压除湿器的侧面下端进气口连接;在所述的高压除湿器的下方设有底部排液口,该底部排液口与高压储液罐相连;
高压储液罐的出口经第一节流阀连接中间换热器的第一输入端,中间换热器的第一输出端与气液换热器的第二输入端相连,气液换热器的第二输出端与溶液加热器的第一输入端相连,溶液加热器的第一输出端与常压再生器的喷淋器相连;常压再生器的底部排液口经管道连接中间换热器的第二输入端,中间换热器的第二输出端与常压储液罐相连,常压储液罐的出口依次经过高压溶液泵、溶液冷却器的第一输入端和第一输出端、第三控制阀连接高压除湿器的喷淋器;
第一控制阀的输入端与高压除湿器侧面上端排气口相连,第一控制阀的输出端通过管道与用于输入压缩空气的喷嘴相连,所述的喷嘴设置在涡流室上,在涡流室两侧分别装有孔板,所述的涡流室的第一出口经第二控制阀与溶液加热器的第二输入端相连,所述的涡流室的第二出口经管道与溶液冷却器的第二输入端相连;所述的溶液加热器的第二输出端与溶液冷却器的第二输出端相连;在溶液加热器的第二输出端与溶液冷却器第二输出端的连通部位设有干燥空气出口。
在所述的常压再生器的侧面下端进气口设有用于输入再生空气的风机,在常压再生器的侧面上端设有用于排出再生空气的排气口。
所述的基于涡流管制冷技术的压缩空气高效除湿干燥装置的工作方法,其特征在于:其包括压缩空气干燥流程、高压溶液除湿和常压溶液再生循环流程以及涡流管制冷强化溶液除湿再生流程;
1)压缩空气干燥流程如下:湿空气有空气进口进入空气压缩机压缩后获得压缩空气,压缩空气经气液换热器、空气冷却器冷却降温后经高压储气罐进入高压除湿器,同时浓溶液依次经高压溶液泵、溶液冷却器加压冷却后进入高压除湿器与压缩空气进行热质交换,获得的干燥压缩空气经高压除湿器侧面上端的排气口排出;
2)高压溶液除湿和常压溶液再生循环流程如下:高压除湿器中除湿之后的稀溶液进入高压储液罐,经第一节流阀节流后进入中间换热器加热后进入气液换热器回收高温压缩空气的余热,之后进入溶液加热器进一步加热,然后进入常压再生器,与风机送入的室外空气直接接触,稀溶液中的水分被空气吸收后变为浓溶液,空气由常压再生器的上部排气口排出,浓溶液由常压再生器的底部排液口经中间换热器冷却后流入常压储液罐,之后浓溶液通过高压溶液泵送入溶液冷却器被涡流管制冷系统冷端出口的冷气流进一步冷却,最终经第三控制阀进入高压除湿器,构成高压溶液除湿和常压溶液再生循环回路;
3)涡流管制冷强化溶液除湿再生流程如下:将高压除湿器出口的干燥压缩空气经第一控制阀送入喷嘴,由喷嘴送入涡流室,涡流室两侧分别装有孔板,压缩空气经涡流后分散成热、冷两部分,热气流经第二控制阀进入溶液加热器,冷气流进入溶液冷却器,最终热气流与冷气流混合后干燥空气出口送入需干燥的空间。
有益效果:与现有技术相比,本发明的基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置具有以下有益效果:1)提高压缩空气干燥系统能量利用效率;通过涡流管制冷系统回收高压除湿器出口干燥压缩空气的势能,对于只需要常压深度干燥压缩空气的场所,满足空气干燥度的同时还能够避免空气势能的浪费,实现能量的梯级利用;2)除湿和再生效果均得到增强,且有效降低压缩空气出口含湿量;通过将高压除湿器出口干燥的压缩空气送入结构简单、操作方便的涡流管制冷系统获得高温热气流和低温冷气流,其中热气流对经空压机出口压缩空气加热的稀溶液进一步升温后利用室外空气进行再生,不再需要外部输入热量;同时,冷气流冷却浓溶液,增大除湿过程驱动力,增强除湿效果且可获得含湿量更低的压缩空气;3)提高涡流管制冷效率以及能量利用率;通过涡流管制冷系统中采用的是深度干燥的压缩空气,水蒸气含量低,系统的制冷效应和加热效应都显著提高,此外,获得的热气流与冷气流分别用于加热和冷却溶液,热量与冷量均得到有效利用,提高了能量利用率,该装置在有廉价压缩空气或天然气源可以利用的情况下,具有良好的发展前景;本发明的基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置的工作方法,步骤简单,节能环保,具有很好的实用性。
附图说明
图1是基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合复合和具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1  基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置
如图1所示,基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置包括空气进口1、空气压缩机2、气液换热器3、空气冷却器4、高压储气罐5、高压除湿器6、第一控制阀7、喷嘴8、孔板9、涡流室10、第二控制阀11、高压储液罐12、第一节流阀13、中间换热器14、溶液加热器15、常压再生器16、常压储液罐17、高压溶液泵18、溶液冷却器19、第三控制阀20、干燥空气出口21、风机22和再生空气出口23;以上部件分别组成了压缩空气溶液深度除湿干燥组件、高压溶液除湿和常压溶液再生循环组件以及涡流管制冷组件。
其中,压缩空气溶液深度除湿干燥组件和高压溶液除湿再生循环组件共用了气液换热器3和高压除湿器6;压缩空气溶液深度除湿干燥组件包括了气液换热器3的第一输入端和第一输出端,高压除湿器6的进气口;高压溶液除湿再生循环组件包括了气液换热器3的第二输入端和第二输出端,高压除湿器6的底部排液口。高压溶液除湿再生循环组件和涡流管制冷组件共用了溶液加热器15和溶液冷却器19;高压溶液除湿再生循环组件包括了溶液加热器15的第一输入端和第一输出端,溶液冷却器19的第一输入端和第一输出端;涡流管制冷组件包括了溶液加热器15的第二输入端和第二输出端,溶液冷却器19的第二输入端和第 二输出端。
压缩空气溶液深度除湿干燥组件包括空气进口1、空气压缩机2、气液换热器3、空气冷却器4、高压储气罐5和高压除湿器6,空气由空气进口1进入空气压缩机2,空气压缩机2的排气口连接气液换热器3的第一输入端,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的出口与高压储气罐5的进口连接,高压储气罐5出口与高压除湿器6的侧面下端进气口连接。
高压溶液除湿再生循环组件包括气液换热器3、高压除湿器6、高压储液罐12、第一节流阀13、中间换热器14、溶液加热器15、常压再生器16、常压储液罐17、高压溶液泵18、溶液冷却器19、第三控制阀20、风机22和再生空气出口23,高压除湿器6的底部排液口连接高压储液罐12,高压储液罐12的出口经第一节流阀13连接中间换热器14的第一输入端,中间换热器14的第一输出端连接气液换热器3的第二输入端,气液换热器3的第二输出端连接溶液加热器15的第一输入端,溶液加热器15的第一输出端接常压再生器16的喷淋器;常压再生器16的底部排液口经管道连接中间换热器14的第二输入端,中间换热器14的第二输出端连接常压储液罐17,常压储液罐17的出口先后经高压溶液泵18、溶液冷却器19的第一输入端和第一输出端、第三控制阀20连接高压除湿器6的喷淋器;再生空气经常压再生器16的侧面下端进气口由风机22送入,最后经常压再生器16的侧面上端排气口排出。
涡流管制冷组件包括第一控制阀7、喷嘴8、孔板9、涡流室10、第二控制阀11、溶液加热器15、溶液冷却器19和干燥空气出口21;第一控制阀7的输入端连接高压除湿器6侧面上端排气口,第一控制阀7的输出端通过管道连接喷嘴8,压缩空气由喷嘴8送入涡流室10,涡流室10两侧分别装有孔板9,压缩空气经涡流后分成热、冷气流两部分,热气流经第二控制阀11送入溶液加热器15的第二输入端,加热需要再生的稀溶液,冷气流经管道送入溶液冷却器19的第二输入端,冷却用于除湿的浓溶液,溶液加热器15的第二输出端与溶液冷却器19的第二输出端连接,最后将干燥空气送入需要干燥的空间。
实施例2  基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置的工作方法
基于涡流管制冷技术的压缩空气高效除湿干燥装置的工作方法主要包括压缩空气干燥流程、高压溶液除湿再生循环流程以及涡流管制冷强化溶液除湿再生流程。
压缩空气干燥流程如下:湿空气有空气进口1进入空气压缩机2压缩后获得压缩空气,压缩空气经气液换热器3、空气冷却器4冷却降温后经高压储气罐5进入高压除湿器6,同时浓溶液依次经高压溶液泵18、溶液冷却器19加压冷却后进入高压除湿器6与压缩空气进行热质交换,获得的干燥压缩空气经高压除湿器6侧面上端的排气口排出。
高压溶液除湿和常压溶液再生循环流程如下:高压除湿器6中除湿之后的稀溶液进入高压储液罐12,经第一节流阀13节流后进入中间换热器14加热后进入气液换热器3回收高温压缩空气的余热,之后进入溶液加热器15进一步加热,然后进入常压再生器16,与风机22送入的室外空气直接接触,稀溶液中的水分被空气吸收后变为浓溶液,空气由常压再生器16的上部排气口排出,浓溶液由常压再生器16的底部排液口经中间换热器14冷却后流入常压储液罐17,之后通过高压溶液泵18送入溶液冷却器19被涡流管制冷系统冷端出口的冷气流进一步冷却,最终经第三控制阀20进入高压除湿器6,构成高压溶液除湿再生循环回路。
涡流管制冷强化溶液除湿再生流程如下:将高压除湿器6出口的干燥压缩空气经第一控制阀7送入喷嘴8,由喷嘴8送入涡流室10,涡流室10两侧分别装有孔板9,压缩空气经涡流后分散成热、冷两部分,热气流经第二控制阀11进入溶液加热器15,冷气流进入溶液冷却器19,最终热气流与冷气流混合后送入需干燥的空间。
通过实施例1和实施例2可以知道,该基于涡流管制冷技术的压缩空气高效除湿干燥装置及工作方法,除湿过程在高压除湿器中进行,能够获得低含湿量的压缩空气。此外,将压缩空气溶液深度除湿干燥技术与涡流管制冷技术结合,将高压除湿器出口干燥的压缩空气送入涡流管制冷系统获得高温热气流和低温冷气流,对于只需要常压深度干燥压缩空气的场所,该过程不仅实现了对压缩空气势能的回收,而且高温热气流对稀溶液进行加热后再生,不再需要外部热源,低温冷气流用于冷却浓溶液,显著降低溶液表面水蒸气分压力,能够获得含湿量更低的压缩空气,且增大除湿过程驱动力,除湿效果增强;将涡流管制冷系统采用的是干燥的压缩空气,制冷和加热效应均显著提高,此外,冷、热气流均得到有效利用,提高了能量利用率,在有廉价压缩空气或天然气源可以利用的情况下,发展前景良好。

Claims (3)

1.基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置,其特征在于:其包括空气压缩机(2)、气液换热器(3)、空气冷却器(4)、高压储气罐(5)、高压除湿器(6)、第一控制阀(7)、喷嘴(8)、孔板(9)、涡流室(10)、第二控制阀(11)、高压储液罐(12)、第一节流阀(13)、中间换热器(14)、溶液加热器(15)、常压再生器(16)、常压储液罐(17)、高压溶液泵(18)、溶液冷却器(19)、第三控制阀(20)和干燥空气出口(21);
在所述的空气压缩机(2)上设有空气进口(1)和排气口,所述的空气压缩机(2)的排气口与气液换热器(3)的第一输入端相连,气液换热器(3)的第一输出端与空气冷却器(4)的进口相连,空气冷却器(4)的出口与高压储气罐(5)的进口连接,高压储气罐(5)出口与高压除湿器(6)的侧面下端进气口连接;在所述的高压除湿器(6)的下方设有底部排液口,该底部排液口与高压储液罐(12)相连;
高压储液罐(12)的出口经第一节流阀(13)连接中间换热器(14)的第一输入端,中间换热器(14)的第一输出端与气液换热器(3)的第二输入端相连,气液换热器(3)的第二输出端与溶液加热器(15)的第一输入端相连,溶液加热器(15)的第一输出端与常压再生器(16)的喷淋器相连;常压再生器(16)的底部排液口经管道连接中间换热器(14)的第二输入端,中间换热器(14)的第二输出端与常压储液罐(17)相连,常压储液罐(17)的出口依次经过高压溶液泵(18)、溶液冷却器(19)的第一输入端和第一输出端、第三控制阀(20)连接高压除湿器(6)的喷淋器;
第一控制阀(7)的输入端与高压除湿器(6)侧面上端排气口相连,第一控制阀(7)的输出端通过管道与用于输入压缩空气的喷嘴(8)相连,所述的喷嘴(8)设置在涡流室(10)上,在涡流室(10)两侧分别装有孔板(9),所述的涡流室(10)的第一出口经第二控制阀(11)与溶液加热器(15)的第二输入端相连,所述的涡流室(10)的第二出口经管道与溶液冷却器(19)的第二输入端相连;所述的溶液加热器(15)的第二输出端与溶液冷却器(19)的第二输出端相连;在溶液加热器(15)的第二输出端与溶液冷却器(19)第二输出端的连通部位设有干燥空气出口(21)。
2.根据权利要求1所述的基于涡流管制冷技术的压缩空气干燥装置,其特征在于:在所述的常压再生器(16)的侧面下端进气口设有用于输入再生空气的风机(22),在常压再生器(16)的侧面上端设有用于排出再生空气的排气口(23)。
3.权利要求2中所述的基于涡流管制冷技术的压缩空气高效除湿干燥装置的工作方法,其特征在于:其包括压缩空气干燥流程、高压溶液除湿和常压溶液再生循环流程以及涡流管制冷强化溶液除湿再生流程;
1)压缩空气干燥流程如下:湿空气有空气进口(1)进入空气压缩机(2)压缩后获得高压压缩空气,该压缩空气经气液换热器(3)、空气冷却器(4)冷却降温后经高压储气罐(5)进入高压除湿器(6),同时浓溶液依次经增压溶液泵(18)、溶液冷却器(19)加压冷却后进入高压除湿器(6)与压缩空气进行热质交换,获得的干燥压缩空气经高压除湿器(6)侧面上端的排气口排出;
2)高压溶液除湿和常压溶液再生循环流程如下:高压除湿器(6)中除湿之后的稀溶液进入高压储液罐(12),经第一节流阀(13)节流后进入中间换热器(14)加热后进入气液换热器(3)回收高温压缩空气的余热,之后进入溶液加热器(15)进一步加热,然后进入常压再生器(16),与风机(22)送入的室外空气直接接触,稀溶液中的水分被空气吸收后变为浓溶液,空气由常压再生器(16)的上部排气口排出,浓溶液由常压再生器(16)的底部排液口经中间换热器(14)冷却后流入常压储液罐(17),之后浓溶液通过高压溶液泵(18)送入溶液冷却器(19)被涡流管制冷系统冷端出口的冷气流进一步冷却,最终经第三控制阀(20)进入高压除湿器(6),构成高压溶液除湿和常压溶液再生循环回路;
3)涡流管制冷强化溶液除湿再生流程如下:将高压除湿器(6)出口的干燥压缩空气经第一控制阀(7)送入喷嘴(8),由喷嘴(8)送入涡流室(10),涡流室(10)两侧分别装有孔板(9),压缩空气经涡流后分散成热、冷两部分,热气流经第二控制阀(11)进入溶液加热器(15),冷气流进入溶液冷却器(19),最终热气流与冷气流混合后通过干燥空气出口(21)送入需干燥的空间。
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