CN110508107A - 一种组合式压缩空气干燥系统及其干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式压缩空气干燥系统及其干燥方法，所述系统包括第一干燥筒、第二干燥筒、换热器、鼓风机、冷干机、气液分离器和储气罐，其中压缩空气管路通过阀门分别连接至换热器入口、第一干燥筒顶部接口和第二干燥筒顶部接口，换热器出口和第一与第二干燥筒底部接口接入冷干机入口，冷干机出口连接气液分离器，第一与第二干燥筒顶部接口还连接储气罐入口，第一与第二干燥筒底部接口还连接气液分离器出口和鼓风机出口。本发明将冷冻干燥与吸附干燥相结合，提供一种利用压缩空气余热进行吸附剂再生，干燥后空气露点温度能低于‑20℃的高效节能的新型组合式压缩空气干燥系统及其干燥方法。

Description

一种组合式压缩空气干燥系统及其干燥方法

技术领域

本发明涉及空气压缩机压缩后的高温高压压缩空气的干燥，具体涉及一种冷冻干燥与吸附干燥组合式的压缩空气干燥系统及其干燥方法。

背景技术

在工业生产中，许多行业需要用到干燥的压缩空气。从空气压缩机出来的压缩空气含有大量水分，这些水分会对精密仪器、输送管道、仪表、使用设备等造成巨大损害。目前较为广泛使用的是冷冻式干燥器和吸附式干燥器。冷冻式干燥器其出口露点温度在2℃～10℃，一般用于对含水量要求不高的场合。吸附式干燥器其出口露点温度可达-20℃～-70℃，对于制取露点温度-40℃以下干燥压缩空气时几乎是唯一选择。

目前，我国吸附式干燥器再生方法大部分为无热再生、加热再生和微热再生。相关文献《浅谈压缩空气干燥设备选型》，表明无热再生法需要消耗15％～20％成品气源，加热再生法需要消耗0％～8％成品气源加额外电耗，微热再生法需要消耗4％～8％成品气源加额外电耗。对于一般工业生产企业，其压缩空气每小时用量几万立方属于十分常见，这造成的能源浪费不容小视。因此利用压缩机较高排气温度对吸附干燥剂进行再生的干燥系统是节能的大势所趋。

采用吸附式干燥器虽然能有效降低干燥后空气的露点温度，但在较大的压缩空气用量的情况下，吸附塔尺寸大，需要填充的吸附剂量大，吸附剂通常两年更换一次，其运行维护费用较冷冻干燥器高，且更换下来的吸附剂的运输和处理也存在对环境造成影响的风险。

因此，需要研发一种能实现较低露点温度，且吸附剂用量小的压缩空气干燥系统，且能利用压缩机余热对吸附剂进行再生。

发明内容

本发明的目的是针对吸附式压缩空气干燥方法的高再生能耗、高吸附剂用量和高运行和维护成本问题，提供一种将冷冻干燥与吸附干燥方法相结合，且采用压缩空气余热进行吸附剂再生的新型组合式压缩空气干燥系统及其工作方法。

本发明能减小干燥系统运行和维护成本，并能保障低于-20℃的干燥空气露点温度。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种组合式压缩空气干燥系统，包括内设有吸附干燥剂的第一干燥筒和第二干燥筒、换热器、冷干机、气液分离器、鼓风机、储气罐和过滤器，其中，所述第一干燥筒的顶部接口通过第一阀门连接至压缩空气管道，所述第二干燥筒的顶部接口通过第二阀门连接至压缩空气管道，所述第一干燥筒的顶部接口还通过第三阀门和第二干燥筒顶部接口还通过第四阀门共同连接至所述储气罐；所述第一干燥筒的底部接口通过第五阀门，和第二干燥筒底部接口通过第六阀门，共同连接至所述冷干机入口；所述冷干机出口连接所述气液分离器入口，所述气液分离器出口一路通过第七阀门连接所述第一干燥筒的底部接口，另一路通过第八阀门连接所述第二干燥筒的底部接口；

进一步，所述过滤器通过第九阀门连接所述鼓风机入口，所述鼓风机出口一路通过第十阀门连接至第一干燥筒底部接口，另一路通过第十一阀门连接第二干燥筒的底部接口，所述第一干燥筒的顶部接口还连接第一放空阀，所述第二干燥筒的顶部接口还连接第二放空阀；

进一步，所述换热器入口通过第十二阀门连接压缩空气管道，出口连接所述冷干机入口；

进一步，所述第一干燥筒和第二干燥筒内的吸附干燥剂为活性氧化铝，所述换热器为风冷式换热器；

本发明的一种组合式压缩空气干燥系统的干燥方法，包括如下步骤：

步骤一：第一干燥筒再生，第二干燥筒吸附干燥，具体为，打开第一阀门、第四阀门、第五阀门和第八阀门，其他阀门关闭，开启冷干机，压缩机排出的高温压缩空气经第一阀门进入第一干燥筒放热对第一干燥筒内干燥剂进行再生，温度降低后经第五阀门进入冷干机内冷却干燥，然后经气液分离器分离出液滴，之后通过第八阀门进入第二干燥筒内，继续被干燥筒内的吸附剂吸附干燥，干燥后的压缩空气经第四阀门流入储气罐内；

步骤二：第一干燥筒冷吹，第二干燥筒干燥，具体为，打开第四阀门、第十二阀门、第九阀门、第十阀门、第八阀门和第一放空阀，其他阀门关闭，同时打开鼓风机，压缩空气经第十二阀门进入换热器冷却降温，然后进入冷干机冷却干燥，干燥后的空气经气液分离器去除液滴后继续经第八阀门进入第二干燥筒内被吸附干燥，经第二干燥器干燥后的压缩空气经第四阀门流入储气罐内；环境空气经过滤器滤除杂质后经第九阀门、鼓风机和第十阀门进入再生后的第一干燥筒内对再生后的吸附干燥剂进行冷吹降温，然后经第一放空阀排出；

步骤三：第二干燥筒再生，第一干燥筒干燥，具体为，打开第二阀门、第三阀门、第六阀门和第七阀门，其他阀门关闭，开启冷干机，压缩机排出的高温压缩空气经第二阀门进入第二干燥筒放热对第二干燥筒内干燥剂的再生，温度降低后经第六阀门进入冷干机内冷却干燥，然后经气液分离器分离出液滴，之后通过第七阀门进入第一干燥筒内，继续被干燥筒内的吸附剂吸附干燥，干燥后的压缩空气经第三阀门流入储气罐内；

步骤四：第二干燥筒冷吹，第一干燥筒干燥，具体为，打开第三阀门、第十二阀门、第九阀门、第十一阀门、第七阀门和第二放空阀，其他阀门关闭，同时打开鼓风机，压缩空气经第十二阀门进入换热器冷却降温，然后进入冷干机冷却干燥，干燥后的空气经气液分离器去除液滴后继续经第七阀门进入第一干燥筒内被吸附干燥，经第一干燥器干燥后的压缩空气经第三阀门流入储气罐内；环境空气经过滤器滤除杂质后经第九阀门、鼓风机和第十一阀门进入再生后的第二干燥筒内对再生后的吸附干燥剂进行冷吹降温，然后经第二放空阀排出；步骤四结束后重复上述步骤一至步骤四，实现压缩空气的持续干燥；

上述所述第一阀门和第二阀门、第三阀门和第四阀门、第十阀门和第十一阀门、第五阀门和第六阀门、第七阀门和第八阀门分别构成五对阀组，每对阀组开关控制时，需实现其中一个阀门打开时另一阀门必须关闭的互锁控制。

本发明将冷冻干燥和吸附干燥相结合，同时利用压缩空气的余热对吸附剂进行加热再生，压缩空气干燥过程中，冷干机持续工作，第一干燥筒和第二干燥筒交替进行吸附和再生，吸附干燥时，压缩空气是至下而上进入干燥筒，再生时，高温压缩空气至上而下进入干燥筒。压缩空气首先放热对吸附剂进行再生，然后通过冷干机预干燥，露点温度可降低至2-10℃，然后继续进入吸附干燥筒进行吸附干燥，使最终干燥后的压缩空气露点温度能够低于-20℃。干燥后的压缩空气进入储气罐，储气罐能够进行压缩空气的储存和调压。此外，为了保障再生后的吸附剂能及时有效工作，引入鼓风机，利用环境空气对再生后的吸附剂进行冷吹，冷吹过程空气是至下而上进入干燥筒。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术效果：

利用压缩空气余热对吸附剂进行再生，较常规无热再生和微热再生方法相比，能实现压缩空气的零损耗，同时还省去了压缩空气冷却装置，能有效降低设备投资和运行成本。在吸附干燥的基础上引入冷冻干燥技术，将冷冻干燥作为压缩空气干燥的预处理，能将压缩空气的露点温度先降低至2-10℃，因而可先行后续吸附干燥用干燥筒的负荷，进而可减小干燥筒的尺寸和干燥剂的用量，加上冷冻干燥运行效率高的节能特点，能进一步通过压缩空气干燥的系统能源效率。降低设备尺寸、投资成本和运行能耗，加上鼓风机的采用，能及时对再生后的吸附剂进行有效冷吹，保障吸附剂对压缩空气的干燥效果，进而保障低于-20℃的压缩空气露点温度。

附图说明

图1是本发明实施例的系统构造示意图；

图中：1为第一干燥筒，2为第二干燥筒，3为换热器，4为冷干机，5为气液分离器，6为鼓风机，7为储气罐，8为过滤器，9为第一阀门，10为第二阀门，11为第三阀门，12为第四阀门，13为第十二阀门，14为第九阀门，15为第十阀门，16为十一阀门，17为第五阀门，18为第六阀门，19为第七阀门，20为第八阀门，21为第一放空阀，22为第二放空阀。

图2为第一干燥筒再生，第二干燥筒干燥的具体实施例示意图；

图3为第一干燥筒冷吹，第二干燥筒干燥的具体实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示：一种新型组合式压缩空气干燥系统，包括内设有吸附干燥剂的第一干燥筒1和第二干燥筒2、换热器3、冷干机4、气液分离器5、鼓风机6、储气罐7和过滤器8，其中，压缩空气管道分别通过第一阀门9连接第一干燥筒1的顶部接口a，和通过第二阀门10连接第二干燥筒2的顶部接口b，压缩空气从干燥筒顶部接口进入干燥筒是为了利用压缩机余热对吸附剂进行再生，通过第一阀门9和第二阀门10的开关控制，实现第一干燥筒1和第二干燥筒交替再生；

所述第一干燥筒1的顶部接口a还通过第三阀门11和第二干燥筒2顶部接口b还通过第四阀门12分别连接至储气罐7，需要被干燥的压缩空气是至下而上进入干燥筒的，所以干燥后的压缩空气从干燥筒顶部接口排出进入储气罐7，储气罐7能起到缓冲和稳压的作用；当高温压缩空气进入两个干燥筒中一个时，另一个干燥筒顶部接口则为干燥后压缩空气出气口；

所述第一干燥筒1的底部接口c经第五阀门17，和第二干燥筒2底部接口d经第六阀门18，共同连接至所述冷干机4入口；这是为了让高温压缩空气在干燥筒内发热再生吸附剂后从干燥筒底部排出，进入冷干机4进行第一次干燥，通过冷干机4的干燥，压缩空气露点温度能降低到2-10℃；

所述冷干机4出口连接气液分离器5入口，所述气液分离器5出口一路经第七阀门19连接第一干燥筒1的底部接口c，另一路经第八阀门20连接第二干燥筒2的底部接口d；冷干机4预干燥后的压缩空气在气液分离器5内去除液滴，然后通过阀门继续进入干燥筒内被吸附剂吸附干燥；

所述过滤器8经第九阀门14连接所述鼓风机6入口，所述鼓风机6出口一路经第十阀门15连接至第一干燥筒1底部接口c，另一路经第十一阀门16连接第二干燥筒2的底部接口d，所述第一干燥筒1的顶部接口a还连接第一放空阀21，所述第二干燥筒2的顶部接口b还连接第二放空阀22；从过滤器8到鼓风机6再到两个干燥筒和放空阀，为干燥筒内吸附剂再生后的冷吹流程；

所述换热器3入口通过第十二阀门13连接压缩空气管道，出口连接所述冷干机4入口；冷吹时，用不到压缩空气的余热，所以需要通过换热器3冷却降温后再进入冷干机4内；

所述第一干燥筒1和第二干燥筒2内的吸附干燥剂为活性氧化铝，所述换热器3为风冷式换热器；采用活性氧化铝是为了使干燥筒干燥后的压缩空气露点温度能够低于-20℃，采用风冷换热器是因为换热器结构形式简单，使用方便。

一种新型组合式压缩空气干燥系统的干燥方法，包括如下步骤：

步骤一：第一干燥筒1再生，第二干燥筒2吸附干燥，如图2所示，具体为，打开第一阀门9、第四阀门12、第五阀门17和第八阀门20，其他阀门关闭，开启冷干机4，压缩机排出的高温压缩空气经第一阀门9进入第一干燥筒1放热对第一干燥筒1内干燥剂进行再生，温度降低后经第五阀门17进入冷干机4内冷却干燥，然后经气液分离器5分离出液滴，之后通过第八阀门20进入第二干燥筒2内，继续被干燥筒内的吸附剂吸附干燥，干燥后的压缩空气经第四阀门12流入储气罐7内；

步骤二：第一干燥筒1冷吹，第二干燥筒2干燥，如图3所示，具体为，打开第四阀门12、第十二阀门13、第九阀门14、第十阀门15、第八阀门20和第一放空阀21，其他阀门关闭，同时打开鼓风机6，压缩空气经第十二阀门13进入换热器3冷却降温，然后进入冷干机4冷却干燥，干燥后的空气经气液分离器5去除液滴后继续经第八阀门20进入第二干燥筒2内被吸附干燥，经第二干燥器2干燥后的压缩空气经第四阀门12流入储气罐7内；环境空气经过滤器8滤除杂质后经第九阀门14、鼓风机6和第十阀门15进入再生后的第一干燥筒1内对再生后的吸附干燥剂进行冷吹降温，然后经第一放空阀21排出；

步骤三：第二干燥筒2再生，第一干燥筒1干燥，具体为，打开第二阀门10、第三阀门11、第六阀门18和第七阀门19，其他阀门关闭，开启冷干机4，压缩机排出的高温压缩空气经第二阀门10进入第二干燥筒2放热对第二干燥筒2内干燥剂的再生，温度降低后经第六阀门18进入冷干机4内冷却干燥，然后经气液分离器5分离出液滴，之后通过第七阀门19进入第一干燥筒1内，继续被干燥筒内的吸附剂吸附干燥，干燥后的压缩空气经第三阀门11流入储气罐7内；

步骤四：第二干燥筒2冷吹，第一干燥筒1干燥，具体为，打开第三阀门11、第十二阀门13、第九阀门14、第十一阀门16、第七阀门19和第二放空阀22，其他阀门关闭，同时打开鼓风机6，压缩空气经第十二阀门13进入换热器3冷却降温，然后进入冷干机4冷却干燥，干燥后的空气经气液分离器5去除液滴后继续经第七阀门19进入第一干燥筒1内被吸附干燥，经第一干燥器1干燥后的压缩空气经第三阀门11流入储气罐7内；环境空气经过滤器8滤除杂质后经第九阀门14、鼓风机6和第十一阀门16进入再生后的第二干燥筒2内对再生后的吸附干燥剂进行冷吹降温，然后经第二放空阀22排出；

步骤四结束后重复上述步骤一至步骤四，实现压缩空气的持续干燥。

其中，所述第一阀门9和第二阀门10、第三阀门11和第四阀门12、第十阀门15和第十一阀门16、第五阀门17和第六阀门18、第七阀门19和第八阀门20分别构成五对阀组，每对阀组开关控制时，需实现其中一个阀门打开时另一阀门必须关闭的互锁控制，如此来保障当两个干燥筒其中一个在再生和冷吹时，另一个干燥筒能对压缩空气进行吸附干燥。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种变更与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种组合式压缩空气干燥系统，其特征在于，包括内设有吸附干燥剂的第一干燥筒(1)和第二干燥筒(2)、换热器(3)、冷干机(4)、气液分离器(5)、鼓风机(6)、储气罐(7)和过滤器(8)，其中，所述第一干燥筒(1)的顶部接口(a)通过第一阀门(9)连接至压缩空气管道，所述第二干燥筒(2)的顶部接口(b)通过第二阀门(10)连接至压缩空气管道，所述第一干燥筒(1)的顶部接口(a)还通过第三阀门(11)和第二干燥筒(2)顶部接口(b)还通过第四阀门(12)共同连接至所述储气罐(7)；所述第一干燥筒(1)的底部接口(c)通过第五阀门(17)，和第二干燥筒(2)底部接口(d)通过第六阀门(18)，共同连接至所述冷干机(4)入口；所述冷干机(4)出口连接所述气液分离器(5)入口，所述气液分离器(5)出口一路通过第七阀门(19)连接所述第一干燥筒(1)的底部接口(c)，另一路通过第八阀门(20)连接所述第二干燥筒(2)的底部接口(d)；所述过滤器(8)通过第九阀门(14)连接所述鼓风机(6)入口，所述鼓风机(6)出口一路通过第十阀门(15)连接至第一干燥筒(1)底部接口(c)，另一路通过第十一阀门(16)连接第二干燥筒(2)的底部接口(d)；所述换热器(3)入口通过第十二阀门(13)连接压缩空气管道，出口连接所述冷干机(4)入口。

2.根据权利要求1所述的组合式压缩空气干燥系统，其特征在于，所述第一干燥筒(1)和第二干燥筒(2)内设有的吸附干燥剂为活性氧化铝。

3.根据权利要求1所述的组合式压缩空气干燥系统，其特征在于，所述换热器(3)为风冷式换热器。

4.根据权利要求1所述的组合式压缩空气干燥系统，其特征在于，所述所述第一干燥筒(1)的顶部接口(a)还连接有第一放空阀(21)。

5.根据权利要求1所述的组合式压缩空气干燥系统，其特征在于，所述第二干燥筒(2)的顶部接口(b)还连接有第二放空阀(22)。

6.一种组合式压缩空气干燥系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：第一干燥筒(1)再生，第二干燥筒(2)吸附干燥，具体为，打开第一阀门(9)、第四阀门(12)、第五阀门(17)和第八阀门(20)，其他阀门关闭，开启冷干机(4)，压缩机排出的高温压缩空气经第一阀门(9)进入第一干燥筒(1)放热对第一干燥筒(1)内干燥剂进行再生，温度降低后经第五阀门(17)进入冷干机(4)内冷却干燥，然后经气液分离器(5)分离出液滴，之后通过第八阀门(20)进入第二干燥筒(2)内，继续被干燥筒内的吸附剂吸附干燥，干燥后的压缩空气经第四阀门(12)流入储气罐(7)内；

步骤二：第一干燥筒(1)冷吹，第二干燥筒(2)干燥，具体为，打开第四阀门(12)、第十二阀门(13)、第九阀门(14)、第十阀门(15)、第八阀门(20)和第一放空阀(21)，其他阀门关闭，同时打开鼓风机(6)，压缩空气经第十二阀门(13)进入换热器(3)冷却降温，然后进入冷干机(4)冷却干燥，干燥后的空气经气液分离器(5)去除液滴后继续经第八阀门(20)进入第二干燥筒(2)内被吸附干燥，经第二干燥器(2)干燥后的压缩空气经第四阀门(12)流入储气罐(7)内；环境空气经过滤器(8)滤除杂质后经第九阀门(14)、鼓风机(6)和第十阀门(15)进入再生后的第一干燥筒(1)内对再生后的吸附干燥剂进行冷吹降温，然后经第一放空阀(21)排出；

步骤三：第二干燥筒(2)再生，第一干燥筒(1)干燥，具体为，打开第二阀门(10)、第三阀门(11)、第六阀门(18)和第七阀门(19)，其他阀门关闭，开启冷干机(4)，压缩机排出的高温压缩空气经第二阀门(10)进入第二干燥筒(2)放热对第二干燥筒(2)内干燥剂的再生，温度降低后经第六阀门(18)进入冷干机(4)内冷却干燥，然后经气液分离器(5)分离出液滴，之后通过第七阀门(19)进入第一干燥筒(1)内，继续被干燥筒内的吸附剂吸附干燥，干燥后的压缩空气经第三阀门(11)流入储气罐(7)内；

步骤四：第二干燥筒(2)冷吹，第一干燥筒(1)干燥，具体为，打开第三阀门(11)、第十二阀门(13)、第九阀门(14)、第十一阀门(16)、第七阀门(19)和第二放空阀(22)，其他阀门关闭，同时打开鼓风机(6)，压缩空气经第十二阀门(13)进入换热器(3)冷却降温，然后进入冷干机(4)冷却干燥，干燥后的空气经气液分离器(5)去除液滴后继续经第七阀门(19)进入第一干燥筒(1)内被吸附干燥，经第一干燥器(1)干燥后的压缩空气经第三阀门(11)流入储气罐(7)内；环境空气经过滤器(8)滤除杂质后经第九阀门(14)、鼓风机(6)和第十一阀门(16)进入再生后的第二干燥筒(2)内对再生后的吸附干燥剂进行冷吹降温，然后经第二放空阀(22)排出；步骤四结束后重复上述步骤一至步骤四，实现压缩空气的持续干燥。

7.根据权利要求6所述的组合式压缩空气干燥系统的工作方法，其特征在于：所述第一阀门(9)和第二阀门(10)、第三阀门(11)和第四阀门(12)、第十阀门(15)和第十一阀门(16)、第五阀门(17)和第六阀门(18)、第七阀门(19)和第八阀门(20)分别构成五对阀组，每对阀组开关控制时，需实现其中一个阀门打开时另一阀门必须关闭的互锁控制。