CN108126487A - 一种零气耗余热再生压缩空气干燥系统 - Google Patents

一种零气耗余热再生压缩空气干燥系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种零气耗余热再生压缩空气干燥系统，该系统包括压缩空气入口、紫外线催化除油器、吸附塔、热电转换器、蓄电池、加热控制器、电加热器、外接电源、冷却器A、气液分离器A、冷却器B、气液分离器B、粉尘过滤器、干燥压缩气体出口、以及5套截止阀。本系统不同于现有的压缩热再生吸附式干燥机，其创造性的设计使其实现了只需1个吸附塔便能完成原来需要2个吸附塔才能完成的压缩空气的脱水干燥及吸附剂的再生全过程，具有良好的干燥处理效果。本系统还创造性的采用了热电转换技术和紫外光催化分解技术，热电转换技术可以将多余的热量转换为电能，大大降低了系统能耗；而紫外光催化分解技术可以高效去除气体中所含的矿物油。

Description

一种零气耗余热再生压缩空气干燥系统
技术领域
本发明涉及一种零气耗余热再生压缩空气干燥系统。
背景技术
压缩空气因具有易储存、易控制、流动性好及安全、环保等特点，是仅次于电力的第二动力能源，被广泛应用于食品、电力、化工、制药、采矿及机械制造等很多领域。应用的领域不同，对压缩空气的质量要求也不同，但始终离不开高效、节能、环保的主题。
空气经压缩机压缩后，就可得到具有较高压力的压缩空气。但是，由于空气压缩机本身含有润滑油，在进行压缩工作时，必然有部分润滑油混入到压缩空气中去，此外，自然界的空气本身也含有一些固体颗粒及水分等，因此，由压缩机产生的压缩空气并不是纯净的。在气动回路中直接使用这种未经净化处理的气体，会使气动回路发生故障，损坏气动组件，降低组件使用寿命，生产效率下降，甚至造成事故。据统计，气动系统的故障停机有85%以上是由于使用不洁净、不干燥的压缩气体引起的。究其原因，压缩空气中的水分会造成部件锈蚀，冬季会冷凝结冰，造成堵塞；油气冷凝沉淀形成油污常常造成密封件老化、失效；粉尘则加快了运动机件的磨损，沉积造成堵塞，造成无谓的压力损失等。因此，净化这些压缩气体以获得纯净的压缩气体是气压系统中必不可少的一个重要环节。
其中，对气动系统影响最大的因素就是压缩空气中所含的水分。水分在环境空气中广泛存在，无法完全去除，这部分水进入压缩机压缩后，由于温度压力的变化，便会有冷凝水析出，严重影响压缩机机组的运行和其它用气设备的性能寿命，因此去除空气中的水分是十分必要的。
干燥是相对的，也就是在某种需求被视为干燥的空气，在其它用途时仍被视为不够干燥。因此，压缩空气需要何种程度的干燥，来满足何种需求，是设计或选择干燥机时，首要考虑的因素。因为选择不需要太低露点的干燥机，将增加采购与运转成本。根据以上几种不同的理论方法，目前已开发并使用的压缩空气干燥方法主要包括以下几种：
（1）吸附干燥法：
吸附干燥法利用吸附剂对水分的吸附性能，如硅胶，活性氧化铝和分子筛等，它们对水分都具有很强的吸附能力。吸附剂的吸湿过程是物理变化，是可再生的，在高压下吸附，低压下解吸，即变压吸附（PSA）；也可在常压吸附，加热时再生，即变温吸附（TSA）；或者高压常温吸附，常压高温解吸（PTC）。这类吸附干燥的干燥度可以达到常压露点-70℃。
（2）潮解干燥法：
潮解式干燥器也是利用吸附剂对水分的吸附特性，只不过潮解式的吸附剂在吸附水分后，变成液态排出，潮解后的吸附剂不能再生，而且会造成环境污染。这种方法又称为化学法。这类干燥器可达到-38℃左右的露点。
（3）冷冻干燥法：
冷冻干燥法是利用制冷压缩机产生的冷量对压缩空气进行冷却，使压缩空气达到其压力所对应的露点温度，从而使压缩空气中的水分析出，达到干燥目的。这类干燥法的干燥度可以达到常压露点-23℃。
（4）膜分离干燥法：
利用膜分离技术对压缩空气进行干燥是一种极有前途的干燥方式。压缩空气经过中空纤维薄膜时，每种物质的渗透压不同，使水从压缩空气中分离出来，从而达到干燥效果。
现有的压缩空气干燥方法普遍存在运行成本高、吸附物料耗费大、设备使用寿命短等缺点，并且其干燥效果也难以满足设备越来越高的用气要求。为此，需要寻找新的方法和途径来解决这一难题。
发明内容
为了解决现有技术中的诸多不足，本发明提供了一种零气耗余热再生压缩空气干燥系统，该系统包括压缩空气入口、紫外线催化除油器、吸附塔、热电转换器、蓄电池、加热控制器、电加热器、外接电源、冷却器A、气液分离器A、冷却器B、气液分离器B、粉尘过滤器、干燥压缩气体出口、以及5套截止阀。其中，气体通过压缩空气入口进入本系统后，首先进入紫外线催化除油器，经过其脱油处理后的气体路径分为A、B两路，A路的连接方式为：气体依次通过截止阀A、热电转换器、截止阀C，最终进入吸附塔；B路的连接方式为：气体依次通过截止阀B、冷却器B、气液分离器B、截止阀D，最终进入吸附塔。其中，压缩气体出气路径为一路，气体依次通过冷却器A、气液分离器A、粉尘过滤器，最终由干燥压缩气体出口送出，输送至用气设备处。其中，气液分离器A和气液分离器B分别设有自动排水阀和手动排水阀。其中，电能的输送路径为：热电转换器所产生的电能和外接电源提供的电能，均进入蓄电池存储，并经加热控制器调控后输送给位于吸附塔内部的电加热器。其中，紫外线催化除油器外罩为不锈钢材质，其底部和顶部分别设有进气阀门和排气阀门，其内部设有1支紫外光发生器，并通过4支固定支架分别固定于设备四角，紫外光发生器通过两段连接导线与设备外部的电控装置相连，紫外光发生器外侧包裹有三氧化钨催化网。含有矿物油的压缩气体通过位于紫外线催化除油器底部的进气阀门进入设备内部，气体与固定在反应装置内部的三氧化钨催化网发生接触，此时，位于三氧化钨催化网中间的紫外光发生器在电控装置的调控下开始工作，向整个设备中发射紫外线，当处于紫外波长照射条件下，三氧化钨中的钨原子会吸收紫外辐射，其低能级电子会被光激发，并发生能级跃迁，同时在原价带上产生相应的空穴，从而产生大量自由基，并将气体中的矿物油成分彻底氧化裂解，其主要产物为水蒸汽和二氧化碳，经过脱油处理后的压缩气体经设备顶部的排气阀门排出，进入下一处理工序。
本系统的完整工作周期分为以下两个阶段：
（1）吸附剂吸水阶段：在本阶段中，截止阀A和截止阀C为开启状态，而截止阀B和截止阀D为关闭状态。经过气体压缩机压缩后的气体由压缩空气入口进入本系统，经过紫外线催化除油器的脱油处理后，通过开启的截止阀A进入热电转换器，气体在此将一部分热量转换为电能，并储存于蓄电池中。经过热电转换后的气体明显降温，通过开启的截止阀C进入吸附塔，此时吸附塔内的电加热器为关闭状态，气体经过吸附塔内的活性氧化铝吸附剂的脱水作用后，温度和水分含量均明显降低。经过吸附处理后的气体，从吸附塔排出并进入冷却器A，在此进行进一步的冷却降温，而后进入气液分离器A，气体在此完成水分的分离，分离出的废液经自动排水阀A排出气液分离器，当自动排水阀A故障时也可人工操作手动排水阀A进行紧急排水。经过气液分离处理后的干燥气体进入粉尘过滤器，进一步除去各种粒径的粉尘杂质后，通过干燥压缩气体出口排出本系统，由气体管路输送至用气设备处供给使用。
当吸附剂吸水接近饱和时，系统自动进入第二阶段，即吸附剂脱水再生阶段。
（2）吸附剂脱水再生阶段：在本阶段中，截止阀B和截止阀D为开启状态，而截止阀A和截止阀C为关闭状态。经过气体压缩机压缩后的气体由压缩空气入口进入本系统，经过紫外线催化除油器的脱油处理后，通过开启的截止阀B进入冷却器B，在此进行初步冷却降温，而后进入气液分离器B，气体在此完成部分水分的分离，分离出的废液经自动排水阀B排出气液分离器，当自动排水阀B故障时也可人工操作手动排水阀B进行紧急排水。经过气液分离处理后的半干燥气体通过开启的截止阀D进入吸附塔，此时吸附塔内的电加热器为开启状态，蓄电池在上一个阶段所存储的电能经加热控制器调控后，输送至电加热器，对吸附塔内的吸附剂进行加热，在加热和气体吹扫的双重作用下，吸附剂发生脱水干燥，脱出的水分由气体带出吸附塔并进入冷却器A，在此进行进一步的冷却降温，而后进入气液分离器A，气体在此完成水分的分离，分离出的废液经自动排水阀A排出气液分离器，当自动排水阀A故障时也可人工操作手动排水阀A进行紧急排水。经过气液分离处理后的干燥气体进入粉尘过滤器，进一步除去各种粒径的粉尘杂质后，通过干燥压缩气体出口排出本系统，由气体管路输送至用气设备处供给使用。
当吸附剂脱水干燥后，系统自动进入第一阶段，即吸附剂吸水阶段。
其中，吸附塔的有效容积为230m3，其内部填充的吸附剂为球状活性氧化铝（Al2O3），其直径为4~6mm，堆密度为0.80g/m3，比表面积为340m2/g，强度大于130N/粒。
其中，热电转换器为碱金属热电转换方式，其温度适应范围为105~900℃，转换效率可达到40%左右，连续发电时间可达到14000小时。
其中，紫外线催化除油器的工作压力范围为0.06~0.95MPa，有效容积为15m3，其紫外光发生器的工作电压为35V，功率为100W，其发光光谱能量主要集中于320nm波长处，平均使用寿命可达8000小时。
通过本系统处理后的压缩空气，其水分去除效率可达99.2%。
本发明的优点在于：
（1）现有的压缩热再生吸附式干燥机需要至少2个吸附塔及双循环气路才能完成整个脱水干燥和吸附剂再生过程，而本系统的创造性设计使其只需1个吸附塔便能完成压缩空气的脱水干燥及吸附剂的再生全过程，具有良好的干燥处理效果，并且显著缩小了设备的体积和重量。
（2）本系统采用了先进的热电转换技术，将多余的热量转换为电能，大大降低了系统能耗。
（3）本系统创造性的采用了紫外光催化分解技术，可将气体中所含的矿物油彻底分解去除，有效的保护了后端设备。
（4）本系统采用了双气路周期变换式供气方式，配合电加热方法对吸附剂进行再生处理，能够实现无气体损耗，有效节省了生产成本，并能为后端用气设备提供持久、优质的气体供应。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中：1-压缩空气入口、2-紫外线催化除油器、3-吸附塔、4-热电转换器、5-蓄电池、6-加热控制器、7-电加热器、8-外接电源、9-冷却器A、10-气液分离器A、11-冷却器B、12-气液分离器B、13-粉尘过滤器、14-干燥压缩空气出口、15-截止阀A、16-截止阀B、17-截止阀C、18-截止阀D、19-自动排水阀A、20-手动排水阀A、21-自动排水阀B、22-手动排水阀B
图2是紫外线催化除油器的示意图。
图中：21-进气阀门、22-不锈钢外罩、23-紫外光发生器、24-三氧化钨催化网、25-固定支架、26-电控装置、27-连接导线、28-排气阀门。
具体实施方式
如图1所示，为了解决现有技术中的诸多不足，本发明提供了系统，该系统包括压缩空气入口1、紫外线催化除油器2、吸附塔3、热电转换器4、蓄电池5、加热控制器6、电加热器7、外接电源8、冷却器A9、气液分离器A10、冷却器B11、气液分离器B12、粉尘过滤器13、干燥压缩气体出口14、截止阀A15、截止阀B16、截止阀C17、截止阀D18、自动排水阀A19、手动排水阀A20、自动排水阀B21、手动排水阀B22等。其中，气体通过压缩空气入口1进入本系统后，首先进入紫外线催化除油器2，经过其脱油处理后的气体路径分为A、B两路，A路的连接方式为：气体依次通过截止阀A15、热电转换器4、截止阀C17，最终进入吸附塔3；B路的连接方式为：气体依次通过截止阀B16、冷却器B11、气液分离器B12、截止阀D18，最终进入吸附塔3。其中，压缩气体出气路径为一路，气体依次通过冷却器A9、气液分离器A10、粉尘过滤器13，最终由干燥压缩气体出口14送出，输送至用气设备处。其中，气液分离器A10和气液分离器B12分别设有自动排水阀A19、自动排水阀B21和手动排水阀A20、手动排水阀B22。其中，电能的输送路径为：热电转换器4所产生的电能和外接电源8提供的电能，均进入蓄电池5存储，并经加热控制器6调控后输送给位于吸附塔3内部的电加热器7。其中，紫外线催化除油器2外罩为不锈钢材质，其底部和顶部分别设有进气阀门21和排气阀门28，其内部设有1支紫外光发生器23，并通过4支固定支架25分别固定于设备四角，紫外光发生器23通过两段连接导线27与设备外部的电控装置26相连，紫外光发生器23外侧包裹有三氧化钨催化网24。含有矿物油的压缩气体通过位于紫外线催化除油器2底部的进气阀门21进入设备内部，气体与固定在反应装置内部的三氧化钨催化网24发生接触，此时，位于三氧化钨催化网24中间的紫外光发生器23在电控装置26的调控下开始工作，向整个设备中发射紫外线，当处于紫外波长照射条件下，三氧化钨中的钨原子会吸收紫外辐射，其低能级电子会被光激发，并发生能级跃迁，同时在原价带上产生相应的空穴，从而产生大量自由基，并将气体中的矿物油成分彻底氧化裂解，其主要产物为水蒸汽和二氧化碳，经过脱油处理后的压缩气体经设备顶部的排气阀门28排出，进入下一处理工序。
本系统的完整工作周期分为以下两个阶段：
（1）吸附剂吸水阶段：在本阶段中，截止阀A15和截止阀C17为开启状态，而截止阀B16和截止阀D18为关闭状态。经过气体压缩机压缩后的气体由压缩空气入口1进入本系统，经过紫外线催化除油器2的脱油处理后，通过开启的截止阀A15进入热电转换器4，气体在此将一部分热量转换为电能，并储存于蓄电池5中。经过热电转换后的气体明显降温，通过开启的截止阀C17进入吸附塔3，此时吸附塔3内的电加热器7为关闭状态，气体经过吸附塔3内的活性氧化铝吸附剂的脱水作用后，温度和水分含量均明显降低。经过吸附处理后的气体，从吸附塔3排出并进入冷却器A9，在此进行进一步的冷却降温，而后进入气液分离器A10，气体在此完成水分的分离，分离出的废液经自动排水阀A19排出气液分离器，当自动排水阀A19故障时也可人工操作手动排水阀A20进行紧急排水。经过气液分离处理后的干燥气体进入粉尘过滤器13，进一步除去各种粒径的粉尘杂质后，通过干燥压缩气体出口14排出本系统，由气体管路输送至用气设备处供给使用。
当吸附剂吸水接近饱和时，系统自动进入第二阶段，即吸附剂脱水再生阶段。
（2）吸附剂脱水再生阶段：在本阶段中，截止阀B16和截止阀D18为开启状态，而截止阀A15和截止阀C17为关闭状态。经过气体压缩机压缩后的气体由压缩空气入口1进入本系统，经过紫外线催化除油器2的脱油处理后，通过开启的截止阀B16进入冷却器B11，在此进行初步冷却降温，而后进入气液分离器B12，气体在此完成部分水分的分离，分离出的废液经自动排水阀B21排出气液分离器，当自动排水阀B21故障时也可人工操作手动排水阀B22进行紧急排水。经过气液分离处理后的半干燥气体通过开启的截止阀D18进入吸附塔3，此时吸附塔3内的电加热器7为开启状态，蓄电池5在上一个阶段所存储的电能经加热控制器6调控后，输送至电加热器7，对吸附塔3内的吸附剂进行加热，在加热和气体吹扫的双重作用下，吸附剂发生脱水干燥，脱出的水分由气体带出吸附塔3并进入冷却器A9，在此进行进一步的冷却降温，而后进入气液分离器A10，气体在此完成水分的分离，分离出的废液经自动排水阀A19排出气液分离器，当自动排水阀A19故障时也可人工操作手动排水阀A20进行紧急排水。经过气液分离处理后的干燥气体进入粉尘过滤器13，进一步除去各种粒径的粉尘杂质后，通过干燥压缩气体出口14排出本系统，由气体管路输送至用气设备处供给使用。当吸附剂脱水干燥后，系统自动进入第一阶段，即吸附剂吸水阶段。其中，吸附塔2的有效容积为230m3，其内部填充的吸附剂为球状活性氧化铝（Al2O3），其直径为4~6mm，堆密度为0.80g/m3，比表面积为340m2/g，强度大于130N/粒；其中，热电转换器3为碱金属热电转换方式，其温度适应范围为105~900℃，转换效率可达到40%左右，连续发电时间可达到14000小时；其中，紫外线催化除油器2的工作压力范围为0.06~0.95MPa，有效容积为15m3，其紫外光发生器23的工作电压为35V，功率为100W，其发光光谱能量主要集中于320nm波长处，平均使用寿命可达8000小时。
通过本系统处理后的压缩空气，其水分去除效率可达99.2%。

Claims (1)

1.一种零气耗余热再生压缩空气干燥系统，其特征在于，该系统包括压缩空气入口、紫外线催化除油器、吸附塔、热电转换器、蓄电池、加热控制器、电加热器、外接电源、冷却器A、气液分离器A、冷却器B、气液分离器B、粉尘过滤器、干燥压缩气体出口、以及5套截止阀等；其中，气体通过压缩空气入口进入紫外线催化除油器，经过其脱油处理后的气体路径分为A、B两路，A路的连接方式为：气体依次通过截止阀A、热电转换器、截止阀C，最终进入吸附塔；B路的连接方式为：气体依次通过截止阀B、冷却器B、气液分离器B、截止阀D，最终进入吸附塔；其中，压缩气体出气路径为一路，气体依次通过冷却器A、气液分离器A、粉尘过滤器，最终由干燥压缩气体出口送出，输送至用气设备处；其中，气液分离器A和气液分离器B分别设有自动排水阀和手动排水阀；其中，电能的输送路径为：热电转换器所产生的电能和外接电源提供的电能，均进入蓄电池存储，并经加热控制器调控后输送给位于吸附塔内部的电加热器；
本系统的完整工作周期分为以下两个阶段：
（1）吸附剂吸水阶段：在本阶段中，截止阀A和截止阀C为开启状态，而截止阀B和截止阀D为关闭状态，经过气体压缩机压缩后的气体由压缩空气入口进入本系统，经过紫外线催化除油器的脱油处理后，通过开启的截止阀A进入热电转换器，气体在此将一部分热量转换为电能，并储存于蓄电池中，经过热电转换后的气体明显降温，通过开启的截止阀C进入吸附塔，此时吸附塔内的电加热器为关闭状态，气体经过吸附塔内的活性氧化铝吸附剂的脱水作用后，温度和水分含量均明显降低，经过吸附处理后的气体，从吸附塔排出并进入冷却器A，在此进一步的冷却降温，而后进入气液分离器A，气体在此完成水分的分离，分离出的废液经自动排水阀A排出气液分离器，当自动排水阀A故障时人工操作手动排水阀A进行紧急排水，经过气液分离处理后的干燥气体进入粉尘过滤器，进一步除去各种粒径的粉尘杂质后，通过干燥压缩气体出口排出本系统，由气体管路输送至用气设备处供给使用；
（2）吸附剂脱水再生阶段：当吸附剂吸水接近饱和时，系统自动进入第二阶段，即吸附剂脱水再生阶段，截止阀B和截止阀D为开启状态，而截止阀A和截止阀C为关闭状态，经过气体压缩机压缩后的气体由压缩空气入口进入本系统，经过紫外线催化除油器的脱油处理后，通过开启的截止阀B进入冷却器B，在此进行初步冷却降温，而后进入气液分离器B，气体在此完成部分水分的分离，分离出的废液经自动排水阀B排出气液分离器，当自动排水阀B故障时人工操作手动排水阀B进行紧急排水，经过气液分离处理后的半干燥气体通过开启的截止阀D进入吸附塔，此时吸附塔内的电加热器为开启状态，蓄电池在上一个阶段所存储的电能经加热控制器调控后，输送至电加热器，对吸附塔内的吸附剂进行加热，在加热和气体吹扫的双重作用下，吸附剂发生脱水干燥，脱出的水分由气体带出吸附塔并进入冷却器A，在此进行进一步的冷却降温，而后进入气液分离器A，气体在此完成水分的分离，分离出的废液经自动排水阀A排出气液分离器，当自动排水阀A故障时人工操作手动排水阀A进行紧急排水，经过气液分离处理后的干燥气体进入粉尘过滤器，进一步除去各种粒径的粉尘杂质后，通过干燥压缩气体出口排出本系统，由气体管路输送至用气设备处供给使用；当吸附剂脱水干燥后，系统自动进入第一阶段，即吸附剂吸水阶段；
热电转换器为碱金属热电转换方式，其温度适应范围为105~900℃；
吸附塔的有效容积为230m3，其内部填充的吸附剂为球状活性氧化铝（Al2O3），其直径为4~6mm，堆密度为0.80g/m3，比表面积为340m2/g，强度大于130N/粒。
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