CN110237646B - 用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压缩空气制备技术，旨在提供一种用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法。本发明针对双吸附筒或多吸附筒并联运行的吸附干燥系统，从再生吸附筒的上部向下进行热气流的气流组织以实现吸附剂的再生；包括压缩空气余热加热再生阶段、放压阶段、鼓风深入加热阶段、循环吹冷阶段。本发明的优点是：(1)低能耗，充分利用压缩余热和环境冷却能力；(2)多模块设计，实现多层次露点控制)；(3)多模式再生，保证干燥剂长期工作；(4)具有自适应调节能力；(5)数字化能效分析。本发明利用基于吸附筒湿高实时监测的干燥剂优化控制，确保吸附工艺整体长期顺行，保证干燥剂长期稳定工作，大幅降低其更换成本。

Description

用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法

技术领域

本发明涉及压缩空气制备技术，特别涉及一种用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法。

背景技术

压缩空气作为诸多流程工业主要的公用工程组成环节，在向主体工艺提供相应气体环境参数、确保生产顺行的同时，其自身又是流程工业中的能耗大户。用户除去对压缩空气流量、压力的要求之外，再有就是对压缩空气品质的要求，其中压缩空气的含湿量是一项非常重要的指标。体现为不同来流条件(环境工况)、生产荷载和工艺需求条件下，对压缩空气露点(常压露点或对应的压力露点)的要求上。

实际上，不同行业的主体工艺对压缩空气品质要求是有区别的。如汽车涂装流程要求压缩空气压力露点不高于-40℃，否则对于多层喷涂工艺会出现鼓泡现象，不利于产品质量的保证；又如电子行业要求压缩空气压力露点高达-70℃；对于发酵行业对压缩空气品质要求似乎不高，传统工艺基于冷干流程后处理，达到压力露点-10℃。(对于发酵行业而言，这里存在明显的问题，一是传统发酵工艺采用喷油螺杆机为主机，压缩空气带油带水，除油除尘过滤阻力大；冷干机换热必然受到压缩空气自身品质的影响；另外，由于冷干机处理能力有限，导致干燥工艺管道带水乃至主工艺高精度过滤器失效的问题常常出现。传统方法中为了避免经过冷干处理后系统带水的问题出现，往往采用基于蒸汽二次加热的方式，通过降低经过后处理压缩空气的相对湿度，来避免带水导致的高精度过滤器失效的问题。这就带来新的问题，一方面压缩过程本身的余热被浪费掉，另一方面要消耗高费用的蒸汽来二次处理。)对于钢铁行业而言压缩空气分为普气和净化气两部分，其中普气基本无露点要求。但是对于北方钢铁企业，为了防止普气管网出现带水冻胀及阻塞的风险，多采用多点带压排水的手法，直接问题是这种方法导致系统实际排气量激增，然而钢铁企业离心空压机对应的压缩热却通常被白白浪费。钢铁企业净化气体部分设计要求往往提出压力露点-40℃的要求，其实就钢铁生产本身而言，在大多数实际现场，并不需要这么高，如新余钢铁对现场的要求是只要管道不出现二次凝结的问题就可以应用。露点虚高必然带来后处理工艺能耗和设计余量偏大的问题。化纤行业净化气要求对应的压缩空气压力露点多为-40℃，另外还有各种不同工艺体系，会对压缩空气品质提出不同的要求。这些情况都表明，实际用户对于压缩空气的品质要求是多样性的。

当然，对于压缩空气后处理流程而言，即便是对于同一种品质的要求，在生产过程中，在给定的体系中压缩空气品质必然受到环境工况和生产荷载强度变化的影响。环境工况表现为：1)春夏秋冬条件下大气相对湿度和绝对湿度的差异；2)冷却水条件(水温和水质)及周边环境空气温度的变化，都会直接导致露点发生不同程度的变化。这些多变的因素，是导致实际生产过程中露点控制难度的根本诱因。

传统吸附式干燥方法主要有复合干燥、无热、微热、微气耗余热、零气耗余热、鼓风、抽真空等等不同形式。其中复合干燥面向喷油机和高露点要求，存在的问题很明确，一是压缩余热完全无法考虑，还需要建立冷冻环境；二是为了确保吸附过程顺行，过滤器的设置会导致系统运行阻力激增；第三个局限性是配合吸附干燥多采用微热工艺，基本再生气耗在设计容量的5％以上。无热和微热的主要问题是再生气耗大，不适合可持续性发展的需求；微气耗虽然在气耗方面有所改进，并利用了压缩余热，但是在露点和压力漂移方面又存在明显的缺陷；零气耗余热是完全基于压缩余热进行再生的连续干燥过程，在气耗方面实现了无气耗再生。但是从目前大量的应用实践过程来看，零气耗余热干燥过程最大的问题是：余热受主机排气温度、冷却水温度影响严重，导致露点的精度无法适用于多种工艺；另外，由于整个处理过程中是空气的内循环，导致吸附筒湿负荷居高不下。目前正在制定的国家标准已经将零气耗余热的露点基本认定是常压-20℃。鼓风式吸附干燥过程存在的问题是压缩余热和常规冷却难以得到充分利用。抽真空吸附干燥从理论本身来讲具有相当的先进性，但是实际过程中，真空度的保持，及吸附剂的状态都是其难点所在。

综上，从当前所推行的各种吸附干燥过程来分析，缺乏一种充分利用余热且具有较广通用性的低能耗高精度后处理工艺体系。尤其是对于吸附干燥工艺，需要解决以下问题：1)如何充分利用压缩余热基础上保证不同露点要求的稳定性；2)如何充分利用环境冷却能力，并有效降低吸附筒在运行过程中的湿负荷；3)如何高效连续保证干燥剂本身吸附能力，有效延迟吸附剂吸附能力饱和，延长干燥剂使用寿命，有效避免吸附筒被“击穿”；4)如何在一种基本结构基础上，高精度高稳定性确保面向不同工艺流程提供不同压力露点成品气；5)如何提升干燥机智慧交互能力(湿高显示和阻力显示)；以及基于湿高和阻力特性，及时对干燥过程提出优化指导性建议等。这些从结构规划角度，都是必须要回答的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法，是针对双吸附筒或多吸附筒并联运行的吸附干燥系统，从再生吸附筒的上部向下进行热气流的气流组织以实现吸附剂的再生；该方法包括以下步骤：

(1)压缩空气余热加热再生阶段

利用空气压缩机组产出的压缩空气先对再生吸附筒进行第一级加热，利用压缩空气余热来加热吸附剂，直至与压缩空气温度相同(不再有热交互)；

从再生吸附筒流出的压缩空气经过一级冷却系统后进入吸附运行中的吸附筒，经吸附剂处理达到预定露点后对外供气；

(2)放压阶段

通过启闭阀门将吸附筒从压缩空气余热加热流程中解耦出来，将再生吸附筒泄压至常压；

(3)鼓风深入加热阶段

由鼓风机和模块式加热器组成鼓风系统，向再生吸附筒中送入热空气进行第二级加热，使吸附筒温度提升至设定温度，热空气将吸附剂中的剩余水分带出；

(4)循环吹冷阶段

停止模块式加热器运行，由鼓风机向再生吸附筒中送入环境空气进行吹冷；排出的空气被送至二级冷却系统进行降温，降温后的冷却气体再被鼓风机送入再生吸附筒中进行循环吹冷，直到吸附塔温度降至设定温度；停止吹冷后对再生吸附筒充压，等待进入下一个吸附使用周期。

本发明中，所述步骤(1)中进一步包括，通过模块式加热器对压缩空气进行预先加热，以提升压缩空气的热值。

本发明中，所述一级冷却系统和二级冷却系统均包括常温冷却器和冷冻冷却器。

本发明中，所述鼓风机配备了变频器或者软启动控制器。

本发明中，在所述步骤(1)中，基于对再生吸附筒中含水高度层的监测，引入湿高作为控制目标以自适应启动模块式加热器或冷冻冷却器，从而实现吸附剂的深度再生；具体包括：

(5.1)按设定的间距，沿再生吸附筒高度方向均匀布置若干组温湿度传感器；每组包括多个温度传感器和湿度传感器，每组内不同传感器均匀间隔布置在同一水平面上；

(5.2)假定任意两个高度层面的温度反馈分别为T_i和T_i+1，其中T_i<t且T_i+1>t；t为解析温度，温度反馈低于t时表示该高度层面以下的吸附剂未能得到充分再热；以再生吸附筒内干燥剂的底部平面作为参考平面，分别取两个高度层面对应的高度值为H_i和H_i+1，其中i表示传感器的组别序号；则，根据下式由传感器温度取值判定湿高(基于线性梯度的插值判定模型)：

H_D＝H_i+(t-T_i)/(T_i+1-T_i)

式中：H_D为湿高的具体取值，单位m；

(5.3)计算再生吸附筒的湿高上限值：

H_D/H_B≦δ_MAX

其中，H_B为再生吸附筒干燥剂整体给定高度，单位m；δ_MAX代表允许的湿高上限，其取值设定为30％(该取值可根据实际过程进一步调整优化)；

如果再生后的湿高满足上述条件，鼓风系统对再生吸附筒的加热才能停止，否则应继续加热。

本发明中，所述解析温度t的取值为55℃(实际运行过程中，解析温度t的取值可适当调整)。

本发明中，该方法还包括在吸附干燥过程中对再生吸附筒的阻力进行监测，具体包括：

(7.1)在吸附干燥系统中压缩空气进口和出口总管的直管段上分别设置压力传感器，用于实时反馈压缩空气的压力值；

(7.2)按下述公式计算再生吸附筒的绝对阻力：

ΔP＝P_out-P_in

其中：P_out为出口压力取值，MPa；P_in为进口压力取值，MPa；

(7.3)根据绝对阻力计算相对阻力：

ΔP_M＝ΔP/Q

式中：ΔP_M为流量比摩阻，即单位流量对应的压损，MPa/(m³/min)，用于标定再生吸附筒的相对阻力；Q为进入再生吸附筒的气体流量，单位m³/min(单位可以根据实际需求进行调整)；

(7.4)在鼓风深度再生持续进行的前提下，如果在相同的处理量条件下，各吸附筒运行的相对阻力持续高于对应的除湿取值基础上所的设定比例，且露点持续超出运行上限，则代表干燥剂需要彻底检查或者更换。

发明原理描述：

通过采用前述技术手段，本发明解决了背景技术部分提出的诸多问题：

1、如何充分利用压缩余热基础上保证不同露点要求的稳定性。

对于多变的环境工况，由于冷却水和冷却容量的变化，会直接导致给定压缩机末级排气温度的变化。考虑这种变化以及环境冷却能力和相对(绝对)湿度的变化，对于传统的零气耗余热干燥系统带来的问题是，单纯压缩余热的吸附再生会导致系统压力露点波动，甚至无法达到用户的需求而影响生产。单纯的鼓风零气耗干燥的主要问题是，压缩机余热难以达到充分利用。本发明所创新的流程，基于鼓风和余热体系的创新性配合，通过压缩空气余热进行再生的预热，并利用鼓风系统进行二次深度加热，确保再生温度和解析的彻底性得以达成。对于鼓风加热系统，其加热功率必然大幅度下降。在特殊的自然环境条件下，本发明引入配套的冷冻系统，确保吸附筒冷却过程达标。两个流程相配套，可全季后确保在压缩余热充分利用的基础上，成品气露点稳定。

2、如何充分利用环境冷却能力，并有效降低吸附筒在运行过程中的湿负荷。

在再生流程的吹冷过程中，先充分利用常规的冷却循环水系统确保吹冷过程的预冷，这样对于需要冷冻水深冷的工况，预冷的作用就是充分了利用环境冷却能力的基础上，降低冷冻水流量的消耗。

3、如何高效连续保证干燥剂本身吸附能力，有效延迟吸附剂吸附能力饱和，延长干燥剂使用寿命，有效避免吸附筒被“击穿”。

本发明中，鼓风流程配合合理的排水体系，一个作用在于可以根据湿高和比摩阻损失的取值，进行不定期利用传统鼓风干燥流程，对再生吸附筒进行充分干燥的同时，将吸附筒内存留的湿负荷，开放式解析进入大气环境，这样系统湿负荷必然可以明显降低。同时，这种自适应的不定期鼓风流程，必然可以调整干燥剂的吸附和解析能力，不会出现干燥剂长期泡水的问题，从而不存在被击穿的风险。同时干燥剂状态的调整，必然对气流的分布也会产生良好的影响，进一步保证干燥系统安全顺行。本发明流程除去能够确保露点精度之外，在上述体系下，干燥剂寿命的延长，必然可以大幅度降低吸附干燥系统的运行寿命。

4、如何在一种基本结构基础上，高精度高稳定性确保面向不同工艺流程提供不同压力露点成品气。

本发明采用一种固定的拓扑结构，基于设定的指标，采用余热+鼓风+常温冷却+深度冷却的有机调控，可以在不同的工况下，面对用户的需求和条件的变化，确保成品气露点持续稳定达标。当然如果考虑引入分子筛，本发明所设计的全新流程，可以在充分利用压缩机余热的基础上，成品气露点可以高精度稳定达成：常压-20℃-压力-40℃(配合分子筛和加热及鼓风体系和深冷体系，可以达成压力-70℃的特殊需求)。

5、如何提升干燥机智慧交互能力(湿高显示和阻力显示)；以及基于湿高和阻力特性，及时对干燥过程提出优化指导性建议等。

本发明的一个重要性在于干燥运行关键参数的可视化方面，设计并创新提出湿高的概念，并配合比摩阻的设计思路，实际多变的工况下，可以直观显示运行吸附筒的工作状态，这是传统方式所无法提供的。基于湿高和比摩阻的取值变化规律，结合本发明的流程，可以确保吸附干燥流程的高精度、高品质、多模式和多露点特征下高效稳定的运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出的多模式吸附干燥工艺体系，具备以下特点：(1)低能耗，充分利用压缩余热和环境冷却能力；(2)多模块设计，实现多层次露点控制(从常压-20℃至压力-40℃(对于特殊行业要求成品气压力露点-70℃的要求，需要配合分子筛和加热及深冷流程的特殊设计))；(3)多模式再生，保证干燥剂长期工作；(4)具有自适应调节能力；(5)数字化能效分析。

2、基于投资和运行费用的角度，本发明可采用标准模块，在相同系列内针对用户的需求进行搭配。但是有别于现有其它模式吸附干燥体系，鼓风段工艺作为标配，在每中模式中都需要严格配备，目标是利用基于吸附筒湿高实时监测的干燥剂优化控制，确保吸附工艺整体长期顺行，保证干燥剂长期稳定工作，大幅降低其更换成本。

附图说明

图1为本发明实现流程示意图。

图中的附图标记：

图中的附图标记：D为蝶阀；J为截止阀；T101为吸附筒A；T102为吸附筒B；

1鼓风机；2单向阀；3加热器；4压缩空气出口；5压缩空气入口；6一级冷却系统；7一级分离器；8二级分离器；9二级冷却系统；10冷却水入口；11冷却水出口；12冷却水出口；13冷却水入口。

具体实施方式

本发明的具体实施例如图1所示。整体结构采用双吸附筒结构，一吸附筒再生，一吸附筒吸附。为了阐明基本流程，分别命名为吸附筒A和吸附筒B。两吸附筒交互吸附再生，流程从整体上采用对称的设计结构。以吸附筒A再生，吸附筒B吸附为例，进行流程运行说明。整个流程分为：1)压缩空气余热加热阶段；2)放压阶段；3)鼓风深度加热阶段；4)循环吹冷阶段。吸附筒A再生完成后，两吸附筒工作流程互换，到下一次互换时为一个整体工作周期。现根据所设计管路及结构对上述流程逐一进行说明如下：

(1)压缩空气余热加热再生阶段

该阶段的目标是无论面向多级离心机或者无油螺杆机，充分利用压缩空气余热来进行再生吸附筒的第一级加热，使吸附剂吸附的相当部分水分得到解析。这一阶段，压缩空气余热可以得到充分利用。当然，来自压缩机无油高温的压缩空气，温度取决于离心压缩机(二级、三级或四级，不同厂家机器的末级压比对应的排气温度)或者无油螺杆机本身的特征和环境工况(进气特性和冷却特性)，充分利用余热，将等待再生的吸附筒进行加热，吸附剂中吸附的水分在余热条件下充分解析至相应时段。理论上，这一阶段的控制目标是吸附筒温度稳定在与压缩空气相同的温度取值下，不再有热交互。在该阶段中，可以考虑根据压缩机排气温度，进行模块化加热的方式和部分气体加热的方式，进一步提升压缩空气的热值，达成对应的解析目标(湿高的控制)。这一步可以适当降低鼓风系统需要补充的热耗值，是否用如何用，需要根据整体露点目标和能耗来适应性运行。

从再生吸附筒流出的压缩空气，首先经过一级冷却系统降温除湿。其中一级冷却系统由常温冷却器和冷冻冷却两部分组成。常温冷却器的主要作用是充分利用循环水的冷却能力，将是空气中的水分尽量分离出来，这一点可与环境匹配，如季节的变化，冬季必然具有良好的冷却条件，又或是北方冬季的冷却水温度可以达到冷冻除湿的效果，从而可以降低冷冻冷却过程的能耗。经过一级冷却系统，压缩空气的温度取决于现场露点的要求，如果要求是压力露点-40℃以下，一级冷却压缩空气出口温度可以冷却至20℃，以尽量降低该部分压缩空气带入吸附筒B内的湿负荷；如果是压力露点要求-20℃，则可冷却至40℃，以满足要求(同时节省能量)。这样压缩空气余热和环境的冷却能力均得到了充分的利用，为再生能耗的极小化奠定了基础。这是有别于其它传统干燥工艺的创新点之一。经过一级冷却系统后，压缩空气进入吸附筒B后，达到相应的露点，进入压缩空气系统对外提供压缩空气产品。

(2)放压阶段

为了使鼓风流程得以开展，需要将吸附筒从压缩空气的循环流程中先行解耦出来，通过阀门的控制，使再生吸附筒压力在该阶段达到常压。这个过程中，湿负荷会随着压力的释放，进一步降低。

(3)鼓风深入加热阶段

在压缩空气余热充分利用之后，为了确保干燥流程的高露点，一般解析温度必须达到相应的取值，比如160℃或者180℃(甚至更高)，这一步可通过所设计的鼓风系统来实现，也可通过部分加热压缩空气来实现。先考虑基于鼓风体系的深度加热。放压阶段结束后，通过鼓风机(配备变频器或者软启动控制器)与模块式加热器的配合，在相应的时间范围内，将吸附筒温度加热至对应高温。同时，鼓风加热过程将湿负荷充分带出系统，整体运行的湿负荷会大幅下降，有利于后续再生阶段的顺行。

(4)循环吹冷阶段

高温条件下，吸附筒A内吸附剂水分得到充分解析释放，当再生状态吸附器吸附剂加热到一定时间，吸附剂已经升至一定温度时，停止加热，进行吹冷。吹冷时，来自鼓风机吸入的环境空气进入加热后的吸附塔、再进入二级冷却系统(依然采用常温冷却+冷冻冷却的可调节模式)，鼓风机、吸附塔、二级冷却系统构成的循环吹冷闭环，直到吸附塔温度降到相应的温度后(该温度最终取决于整体干燥成品气的压力露点取值情况)，后停止吹冷，充压等待进入下一个循环周期。鼓风机和冷冻水均来自与同一设备，在不同周期通过管路在温度控制的理念下，向两个吸附筒提供相应的介质。

对于露点要求在压力-70℃的工艺流程，在上述结构可流程不变的基础上，引入分子筛层和调整再生温度为200℃以上，同时利用冷冻水系统，完全可以实现。

在露点温度要求相对较低的条件下，本发明所设计的鼓风系统可以具有另一项创新性作用：定期深度再生，目的是避免系统干燥剂出现饱和和击穿的风险，同时基于对吸附筒含水高度层的监测，可以自适应对鼓风(加热)和冷冻系统进行适应性开启，在最低能耗下，延长干燥剂的整体使用寿命，降低流程运行费用。

本发明中强调智慧的意义在于：1)设备运行基于设定露点高精度稳定控制；2)对环境工况具有自适应调节能力；3)实时反馈压力露点的运行特征，作为交互优化控制的依据；4)具有阻力损失实时监测功能，配合湿高的参数，进行吸附筒健康分析。

其中湿高的设计模型采用如下模式：

首先湿高基于温度和湿度的取值反应，干燥剂的基本解析温度要达到55℃以上。热再生是从吸附筒上部向下，进行热气流的气流组织设计。这样，在再生过程中加热阶段，不同高度的干燥剂温度不同，从上到下依次降低。本实施例中拟采用温度低于55℃(实际过程中，解析温度的取值，可适当调节)以下，即代表该高度以下未能得到充分再热。为了明确湿高情况，沿着吸附筒的高度方向按照固定的距离均匀布置温湿度传感器各若干组(每20公分高度布置一组，组数与吸附筒高度有关)，每组温度传感器和湿度传感器个三个，布置在统一高度平面上的不同位置，共六个传感器，每两个传感器圆心间隔角度60°。每个层面上的温度和湿度，分别为三个温湿度传感器的平均取值。这样一方面可以避免单一传感器损坏，数据无法传输的问题，另一方面又可以通过温度湿度的分布取值，判定同一高度上，干燥剂再生程度的均匀情况。当然这种布置是考虑了运行成本的方法，基于这种思路，可以根据需求实际调节传感器的数量和布置角度及密度(同一高度层面上布置方式可以调整)。但是由于传感器无法连续布置，会导致数据的离散性，即湿高无法连续实时测定，为了更高精度的分析湿高，本发明提供基于线性梯度的插值判定模型：

任意两个高度层面温度反馈分别为T_i和T_i+1(设其中T_i<55℃且T_i+1>55℃)，对应的高度取值(干燥剂底部平面为参考平面)H_i和H_i+1，其中i——表示第几组传感器，根据传感器温度取值判定湿高的模型为：

H_D＝H_i+(55-T_i)/(T_i+1-T_i)

式中：H_D——为湿高的具体取值，单位m。基于此模型的基础，可以在界面程序中实现再生湿高的可视化显示，虽然存在一定的误差(表现为上述模型中，湿高的取值采用的是基于温差的线性插值，但是由于本发明设计的两组传感器间距为20公分(需要保护，这个距离可以根据测定方式调整)，误差应该有限，实际过程中可以摸索调整具体插值模型)。根据行业经验，设计允许湿高上限取值如下：

H_D/H_B≦δ_MAX

其中，H_B为再生吸附筒干燥剂整体给定高度，单位m；δ_MAX代表允许的湿高上限，其取值基本设定为30％。

δ_MAX代表允许的湿高上限，也可以说存在对应的具体湿高取值上限H_DMAX)，或者说，如果再生后湿高满足这个条件，加热才能结束，否则应继续加热。湿高的取值可作为深度鼓风再生的基准取值，如果湿高取值比例持续超出上限取值，则鼓风机开启彻底再生。

对于智慧化的另一个显示在于：吸附干燥整体流程中吸附筒阻力的监测，设计模型如下：首先在合理的直管段前提下，在吸附干燥系统中压缩空气进口和出口总管设置压力传感器，实时反馈压缩空气的压力取值。阻力模型为：

ΔP＝P_out-P_in

其中：

P_out——出口压力取值，MPa

P_in——进口压力取值，MPa

上述取值实际上为运行过程中，在对应流量负荷条件下的绝对阻力。实际运行过程中，压缩空气后处理系统往往采用多组干燥机并行运行的方式(或者与压缩机一对一，或者总管制)，各组干燥机实际的运行负荷会受到管网水力特性的影响。也就是说，由于管网水力特征的变化，各干燥机实际处理的空气流量往往与设计条件不匹配。这必然导致的问题是，对于给定的吸附筒而言，流量直接影响对应的阻力的取值大小。所以将上式中的阻力成为绝对阻力，这是常规监测可以实现的。为了清楚表明实际上各干燥机的阻力特性，本发明在绝对阻力的基础上引入了相对阻力的概念。基于压差式流量计对干燥机处理的流量进行实时监测和显示，并令：

ΔP_M＝ΔP/Q

式中：ΔP_M为流量比摩阻，即单位流量对应的压损，MPa/(m³/min)，用于标定再生吸附筒的相对阻力；Q为进入再生吸附筒的气体流量，单位m³/min(单位可以根据实际需求进行调整)。这样实际上，对于压缩空气管网水力特性已经确定的条件下，可以利用绝对阻力和相对阻力的双重作用，分析制定干燥机处理过程中阻力特性的变化趋势。为了完整分析的特征，以干燥机投入运行的第一个完整周期的绝对和相对阻力的取值，作为整个分析的基础。须同时比较绝对阻力和相对阻力取值的变化情况，作为干燥机整体处理的建议。如果在鼓风深度再生持续进行的前提下，如果在相同的处理量条件下，各吸附筒运行的相对阻力持续高于对应的除湿取值基础上所的设定比例(在实际过程中，该取值必然受到环境工况和荷载强度的双重影响，在现场实测确定)，且露点持续超出运行上限，则代表干燥剂需要彻底检查或者更换。

这样结合传统的露点显示功能，智慧干燥体系可以显示不同冷却水温度条件下：(1)露点的取值及变化规律；(2)湿高的变化规律及取值；(3)阻力的变化规律及取值；(4)各阶周期调整对露点及上述参数影响的规律进行监测和分析，这是传统干燥剂目前无法实现的。以露点取值的稳定控制为目标，基于配合各个阶段运行时间比例和加热功率、鼓风频率的调整，在最大程度利用余热的前提下，配合环境供水温度，提升干燥系统能效，确保其对应能耗极小化，是本发明的直接效益体现。具体取值须在实际运行中调节。

本发明中，用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥装置的具体实施方式如图1所示。该装置包括两个吸附筒(T101为吸附筒A，T102为吸附筒B)，各吸附筒之间通过顶部和底部的互通管路实现并联运行；，该装置还包括鼓风机1、加热器3、一级冷却系统6和二级冷却系统9；鼓风机1(配备了变频器和/或软启动控制器)通过管路分别与吸附筒顶部和底部的互通管路相连，其中连接顶部的管路上设加热器3(可选模块式加热器)；一级冷却系统6和二级冷却系统8通过管路分别与吸附筒顶部和底部的互通管路相连；一级冷却系统6和二级冷却系统9均包括常温冷却器和冷冻冷却器。在一级冷却系统6的管路上设有一级分离器7；在二级冷却系统9后的管路上设有二级分离器8。在连接各设备的管路上，分别设置阀门(可选电控蝶阀)。

沿吸附筒高度方向按设定间距均匀布置若干组温湿度传感器，每组均包括多个温度传感器和湿度传感器，每组内不同传感器均匀间隔布置在同一水平面上；在吸附筒顶部和底部互通管路的直管段上分别设置压力传感器；所述温度传感器、湿度传感器和压力传感器分别通过信号线连接至上位计算机。

本实施例中再生操作时各设备的动作顺序说明如下：

预加热流程：末级压缩空气经蝶阀D0106、蝶阀D0104、吸附筒T101、一级冷却系统6、一级分离器7、蝶阀D0112、吸附筒T102、蝶阀D0103，成品气外供。

放压流程：末级压缩空气经蝶阀D0101、一级冷却系统6、一级分离器7、蝶阀D0112、吸附筒T102、蝶阀D0103，成品气外供；同时，蝶阀D0106、蝶阀D0104、蝶阀D0107关闭；蝶阀D0109、截止阀J0101打开，吸附筒T101放压。

深度加热流程：末级压缩空气经蝶阀D0101、一级冷却系统6、一级分离器7、蝶阀D0112、吸附筒T102、蝶阀D0103，成品气外供；同时，环境空气经鼓风机1、加热器3、蝶阀D0104、吸附筒T101、蝶阀D0109、蝶阀D0116，完成吸附筒T101深度加热，湿负荷外放。

冲压阶段流程：末级压缩空气经蝶阀D0101、一级冷却系统6、一级分离器7、蝶阀D0112、吸附筒T102、蝶阀D0103，成品气外供；同时，部分成品气经截止阀J0102冲入吸附筒T101，蝶阀D0109关闭，直到吸附筒T101压力达到设定取值；

吹冷阶段流程：末级压缩空气经蝶阀D0101、一级冷却系统6、一级分离器7、蝶阀D0111、吸附筒T101、蝶阀D0104、二级冷却系统器9、二级分离器8、蝶阀D0108、蝶阀D0110、吸附筒T102、蝶阀D0103，成品气外供。

等待阶段流程：末级压缩空气经蝶阀D0101、一级冷却系统6、一级分离器7、蝶阀D0112、吸附筒T102、蝶阀D0103，成品气外供。

Claims (6)

1.一种用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法，是针对双吸附筒或多吸附筒并联运行的吸附干燥系统，从再生吸附筒的上部向下进行热气流的气流组织以实现吸附剂的再生；其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）压缩空气余热加热再生阶段

利用空气压缩机组产出的压缩空气先对再生吸附筒进行第一级加热，利用压缩空气余热来加热吸附剂，直至与压缩空气温度相同；

从再生吸附筒流出的压缩空气经过一级冷却系统后进入吸附运行中的吸附筒，经吸附剂处理达到预定露点后对外供气；

在该步骤中，基于对再生吸附筒中含水高度层的监测，引入湿高作为控制目标以自适应启动模块式加热器或冷冻冷却器，从而实现吸附剂的深度再生；具体包括：

（1.1）按设定的间距，沿再生吸附筒高度方向均匀布置若干组温湿度传感器；每组包括多个温度传感器和湿度传感器，每组内不同传感器均匀间隔布置在同一水平面上；

（1.2）假定任意两个高度层面的温度反馈分别为T_i和T_i+1，其中T_i<t且T_i+1>t；t为解析温度，温度反馈低于t时表示该高度层面以下的吸附剂未能得到充分再热；以再生吸附筒内干燥剂的底部平面作为参考平面，分别取两个高度层面对应的高度值为H_i和H_i+1，其中i表示传感器的组别序号；则，根据下式由传感器温度取值判定湿高：

H_D=H_i+(t-T_i)/(T_i+1-T_i)

式中：H_D为湿高的具体取值，单位m；

（1.3）计算再生吸附筒的湿高上限值：

H_D/H_B≦δ_MAX

其中，H_B为再生吸附筒干燥剂整体给定高度，单位m；δ_MAX代表允许的湿高上限，其取值设定为30%；

如果再生后的湿高满足上述条件，鼓风系统对再生吸附筒的加热才能停止，否则应继续加热；

（2）放压阶段

通过启闭阀门将吸附筒从压缩空气余热加热流程中解耦出来，将再生吸附筒泄压至常压；

（3）鼓风深入加热阶段

由鼓风机和模块式加热器组成鼓风系统，向再生吸附筒中送入热空气进行第二级加热，使吸附筒温度提升至设定温度，热空气将吸附剂中的剩余水分带出；

（4）循环吹冷阶段

停止模块式加热器运行，由鼓风机向再生吸附筒中送入环境空气进行吹冷；排出的空气被送至二级冷却系统进行降温，降温后的冷却气体再被鼓风机送入再生吸附筒中进行循环吹冷，直到吸附塔温度降至设定温度；停止吹冷后对再生吸附筒充压，等待进入下一个吸附使用周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中进一步包括，通过模块式加热器对压缩空气进行预先加热，以提升压缩空气的热值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一级冷却系统和二级冷却系统均包括常温冷却器和冷冻冷却器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鼓风机配备了变频器或者软启动控制器。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解析温度t的取值为55℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在吸附干燥过程中对再生吸附筒的阻力进行监测，具体包括：

（6.1）在吸附干燥系统中压缩空气进口和出口总管的直管段上分别设置压力传感器，用于实时反馈压缩空气的压力值；

（6.2）按下述公式计算再生吸附筒的绝对阻力：

ΔP=P_out-P_in

其中：P_out为出口压力取值，MPa；P_in为进口压力取值，MPa；

（6.3）根据绝对阻力计算相对阻力：

ΔP_M=ΔP/Q

式中：ΔP_M为流量比摩阻，即单位流量对应的压损，MPa/(m³/min)，用于标定再生吸附筒的相对阻力；Q为进入再生吸附筒的气体流量，单位m³/min；

（6.4）在鼓风深度再生持续进行的前提下，如果在相同的处理量条件下，各吸附筒运行的相对阻力持续高于对应的除湿取值基础上所设定的 比例，且露点持续超出运行上限，则代表干燥剂需要彻底检查或者更换。

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