CN110538550A - 一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，该装置包括空压机、预冷器、除尘除油过滤器、吸附塔、汽水分离器、微波发生器、PLC控制器和储气罐，环境空气被吸入空压机，空压机排出来的热压缩空气先经预冷器初步降温后进入除尘除油过滤器，当吸附塔A进行吸附工作时，压缩空气经多孔板均流后经吸附剂脱除大量水分后，在保证露点合格的条件下送入到储气罐中；此时吸附塔B开始再生程序，微波发生器开始启动，对吸附塔B开始辐射加热，快速脱附出来的大量水分子会被加热、蒸发和干燥；同时干燥洁净的成品气会持续流入吸附塔B进行吹扫再生，即完成再生过程；吸附塔A、B轮流交换工作，连续提供干燥、洁净的压缩空气。

Description

一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置

技术领域

本发明涉及压缩空气系统干燥的技术领域，特别涉及一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置。

背景技术

电厂仪用压缩空气作为一种重要的空气控制系统、气动执行机构的动力来源，广泛地应用于火力发电生产过程中，高品质的压缩空气是保证气动系统可靠工作的关键。通过监测和调研电厂仪用压缩空气质量现状，其湿度经常性不达标已经成为困扰电厂安全生产的一个重要技术难题。目前，国内主要使用的干燥机的类型主要有冷冻式和吸附式。其中，冷冻式干燥器通过制冷设备来使得压缩空气的温度降低，确保能够在低温状态下促使压缩空气内水蒸气过饱和冷凝，最终达到干燥效果。由于冷冻式干燥器受到水结冰温度为0℃的限制，导致出口露点温度范围有限，且能耗较高；

而吸附式干燥器能够保证其出口常压露点温度在-20到-50℃范围内，同时兼具环保、节能的作用，因而迅速在火力发电行业占领了市场。吸附式干燥器是利用吸附剂（氧化铝、硅胶和分子筛）表面水蒸气分压比压缩空气中的水蒸气分压低的物理现象进行干燥的；吸附式干燥器也可分为无热再生式、加热再生式、微热再生式等几种，一般采用双塔式，一塔进行吸附脱水，另一塔则进行解吸再生。由于空气中含有一定量的气态水，且受季节、地理位置以及气候条件等因素的影响，因此空压机系统的气源含水量时刻在发生变化，当压缩空气含水量大，干燥器负载随之增大，造成干燥剂易达到吸附饱和；且干燥器吸入水分愈多，吸附剂所需的再生能量愈大；传统吸附式干燥器的运行及再生不够稳定可靠，易导致吸附剂的再生不彻底，因此，干燥剂的使用寿命很短，其运行维护和材料成本费用增加。

目前，电厂现有空压机系统干燥器中的吸附剂主要是采用常规的加热方式进行再生，一般是在吸附塔中持续通入热的洁净压缩空气来逆向吹扫吸附剂表面，但存在着再生次数频繁、再生时间长，热能利用率低，吸附剂损失率高及吸附性能恢复率低等问题；由于吸附剂其价格相对较高，因此，选择一种经济、方便、快捷的再生技术对于吸附剂的循环高效利用十分重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置。

具体内容如下：一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生装置，该装置包括空压机、预冷器、除尘除油过滤器、吸附塔、汽水分离器、微波发生器和储气罐，吸附塔包括吸附塔A和吸附塔B，其特征是：

所述的空压机上设有总进气管，在总进气管上串联有气源总阀，空压机通过空气导管与预冷器连通，预冷器通过空气导管分别与两个除尘除油过滤器接通，两个除尘除油过滤器通过空气导管与吸附塔A和吸附塔B的上端均连通，与吸附塔A上端连通的空气导管上串联有进气阀A，与吸附塔B上端连通的空气导管上串联有进气阀B，吸附塔A的下端与储气罐通过串联有流量计A、双向控制阀A和双向控制阀C的空气导管连通，吸附塔B的下端与储气罐通过串联有流量计B、双向控制阀B和双向控制阀D的空气导管连通；

所述的微波发生器上接通有微波切换阀，微波切换阀通过微波导管A与吸附塔A的下端接通，微波切换阀通过微波导管B与吸附塔B的下端接通，所述的汽水分离器通过串联有再生阀A的空气导管与吸附塔A的上端接通，所述的汽水分离器还通过串联有再生阀B的空气导管与吸附塔B的上端接通，且汽水分离器的下端设有自动排水器；

所述的吸附塔A和吸附塔B的结构完全相同，均包括金属外壳、保温层和多孔板，在金属外壳的内壁设有保温层，在金属外壳的内部设有两块平行的多孔板，在两块多孔板之间填充有吸附剂。

优选的，所述的吸附剂为3-5mm尺寸的圆球状，该吸附剂为分子筛、三氧化铝或者二者的混合物。

优选的，所述的多孔板包括多孔有机玻璃板和聚乙烯网，两块多孔有机玻璃板中间夹有聚乙烯网构成多孔板，其中聚乙烯网的孔径为0.5mm±0.05mm。

优选的，所有的空气导管均为不锈钢管。

优选的，所述的吸附塔A上设有压力表A，吸附塔B上设有压力表B。

优选的，所述的吸附塔A与汽水分离器连通的空气导管上设有监测点Z₁，监测点Z₁分别通过数据线与温度传感器A和湿度检测器A连接，所述的吸附塔B与汽水分离器连通的空气导管上设有监测点Z₂，监测点Z₂分别通过数据线与温度传感器B和湿度检测器B连接。

优选的，所述的吸附塔A与储气罐连通的空气导管上设有监测点K₁，监测点K₁分别通过数据线与温度传感器A和湿度检测器A连接，所述的吸附塔B与储气罐连通的空气导管上设有监测点K₂，监测点K₂分别通过数据线与温度传感器B和湿度检测器B连接。

优选的，所述的温度传感器A、温度传感器B湿度检测器A、湿度检测器B以及微波发生器均通过数据线与PLC控制器接通。

一种应用上述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生装置的方法，该方法包括如下步骤：

①检查整个装置气路的严密性，空压机开始启动时，依次开启各个阀门和流量计，监测吸附塔A和吸附塔B的工作压力和气体流量变化；

②气源总阀开启时，环境大气被吸入空压机，开始进行吸气-压缩-排气的工作循环，空压机排气口出来的热压缩空气先经预冷器初步降温后进入除尘除油过滤器，空压机的排气压力为0.7-0.8MPa；

③当吸附塔A进行吸附工作时，进气阀A开启且再生阀A维持关闭状态，压缩空气进入到吸附塔A中，经多孔板均流后通过吸附剂深度脱除大量水分后流出，成品气会通过双向控制阀A、C送入到储气罐中；

④B吸附塔开始再生程序时，则进气阀B关闭；微波发生器开始启动，切换微波阀门，通过微波导管B对吸附塔B开始辐射加热，温度迅速上升，温度控制在100-130℃左右，快速脱附出来的大量水分子会被加热、蒸发和干燥；同时再生阀B开启，通过双向控制阀B、D切换方向，干燥洁净的压缩空气则由储气罐排出，持续流入吸附塔B进行吹扫再生，当再生尾气含水量降低到与成品气露点所对应的含水量相等时，即完成再生过程；最终再生尾气会携带大量水分进入到汽水分离器中，由自动排水器排出凝聚的水分；吸附塔A、B轮流交换工作，循环往复，连续向用户提供合格露点的洁净压缩空气。

本发明的有益技术效果：

①本发明采用的微波加热技术可以解决传统加热再生能耗高，时间长且循环率低的问题；微波加热快速、均匀、效率高，能够实现对吸附剂的高效循环再生，满足吸附剂的快速再生需求。

②本发明所需设备占地面积小，操作简单、快捷和安全，有利于实现高精度、自动化的控制方式；

③本发明可以确保吸附式干燥装置工作的稳定性和连续性；提高了干燥装置的工作效率，且无需更换吸附剂，避免了人力和材料浪费。

附图说明

图1为一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置连接关系示意图；

图2为吸附塔的内部结构示意图；

图3为图2中A的放大示意图；

图中：11.空压机、12.气源总阀、13.总进气管、14.预冷器、15.除尘除油过滤器、17.进气阀A、18.进气阀B、21.吸附塔A、22.压力表A、23.流量计A、24.双向控制阀A、25.湿度检测器A、26.双向控制阀C、31.吸附塔B、32.压力表B、33.流量计B、34.双向控制阀B、35.湿度检测器B、36.双向控制阀D、41.汽水分离器、42.再生阀A、43.温度传感器A、44.再生阀B、45.温度传感器B、46.自动排水器、51.微波发生器、52.微波切换阀、53.微波导管A、54.微波导管B、61.PLC控制器、71.储气罐、211.金属外壳、212.多孔板、213.保温层、214.吸附剂、2121.多孔有机玻璃板、2122.聚乙烯网。

图中带箭头的实线表示空气导管，带箭头的虚线表示数据线。

具体实施方式

实施例一，参见图1-3，一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，该装置包括空压机、预冷器、除尘除油过滤器、吸附塔、汽水分离器、微波发生器、PLC控制器和储气罐，吸附塔包括吸附塔A和吸附塔B，

所述的空压机上设有总进气管，在总进气管上串联有气源总阀，空压机通过空气导管与预冷器连通，预冷器通过空气导管分别与两个除尘除油过滤器接通，两个除尘除油过滤器通过空气导管与吸附塔A和吸附塔B的上端均连通，与吸附塔A上端连通的空气导管上串联有进气阀A，与吸附塔B上端连通的空气导管上串联有进气阀B，吸附塔A的下端与储气罐通过串联有流量计A、双向控制阀A和双向控制阀C的空气导管连通，吸附塔B的下端与储气罐通过串联有流量计B、双向控制阀B和双向控制阀D的空气导管连通；

所述的微波发生器上接通有微波切换阀，微波切换阀通过微波导管A与吸附塔A的下端接通，微波切换阀通过微波导管B与吸附塔B的下端接通；微波发生器可实现变频控制，微波导管直接把能量辐射传输至吸附塔内部且无泄漏，对再生吸附剂由内而外均匀且快速地加热；

所述的汽水分离器通过串联有再生阀A的空气导管与吸附塔A的上端接通，所述的汽水分离器还通过串联有再生阀B的空气导管与吸附塔B的上端接通，且汽水分离器的下端设有自动排水器；汽水分离器将含有大量水蒸气的再生压缩空气进行蒸发冷却，使水蒸气完成气-液的相变过程，经自动排水器排出凝聚的水分；

所述的吸附塔A和吸附塔B的结构完全相同，均包括金属外壳、保温层和多孔板，在金属外壳的内壁设有保温层，在金属外壳的内部设有两块平行的多孔板，在两块多孔板之间填充有吸附剂，金属外壳及保温层可以防止微波泄漏。

所述的吸附剂为3-5mm尺寸的圆球状，使其有足够的机械强度和高比表面积，该吸附剂为分子筛、三氧化铝或者二者的混合物。

所述的多孔板包括多孔有机玻璃板和聚乙烯网，两块多孔有机玻璃板中间夹有聚乙烯网构成多孔板，其中聚乙烯网的孔径为0.5mm±0.05mm，多孔板用来均匀气流分布，固定支撑吸附剂材料，所有的空气导管均为不锈钢管，所述的吸附塔A上设有压力表A，吸附塔B上设有压力表B。

所述的吸附塔A与汽水分离器连通的空气导管上设有监测点Z₁，监测点Z₁分别通过数据线与温度传感器A和湿度检测器A连接，所述的吸附塔B与汽水分离器连通的空气导管上设有监测点Z₂，监测点Z₂分别通过数据线与温度传感器B和湿度检测器B连接。

所述的吸附塔A与储气罐连通的空气导管上设有监测点K₁，监测点K₁分别通过数据线与温度传感器A和湿度检测器A连接，所述的吸附塔B与储气罐连通的空气导管上设有监测点K₂，监测点K₂分别通过数据线与温度传感器B和湿度检测器B连接。

所述的温度传感器A、温度传感器B湿度检测器A、湿度检测器B以及微波发生器均通过数据线与PLC控制器接通，基于上述结构本发明还能够采用PLC控制系统。

实施例二，参见图1-3，一种应用实施例一所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生装置的方法，该方法包括如下步骤：

①检查整个装置气路的严密性，空压机开始启动时，依次开启各个阀门和流量计，监测吸附塔A、吸附塔B的工作压力和气体流量变化。

②气源总阀开启时，环境大气按照如图1所示的箭头方向吸入空压机，开始进行吸气-压缩-排气的工作循环，空压机排气口出来的热压缩空气（排气压力为0.7-0.8MPa）先经预冷器初步降温后进入除尘除油过滤器，以去除压缩空气携带的油类和尘粒等杂质。

③当吸附塔A进行吸附工作时，进气阀A开启且再生阀A维持关闭状态，压缩空气进入到吸附塔A中，经多孔板均流后通过吸附剂深度脱除大量水分后流出，成品气会通过双向控制阀A、C送入到储气罐中。

④B吸附塔开始再生程序时，则进气阀B关闭；微波发生器开始启动，切换微波阀门，通过微波导管B对吸附塔B开始辐射加热，温度迅速上升，温度控制在100-130℃左右，快速脱附出来的大量水分子会被加热、蒸发和干燥；同时再生阀B开启，通过双向控制阀B、D切换方向，干燥洁净的压缩空气则由储气罐排出，持续流入吸附塔B进行吹扫再生，当再生尾气含水量降低到与成品气露点所对应的含水量相等时，即完成再生过程；最终再生尾气会携带大量水分进入到汽水分离器中，由自动排水器排出凝聚的水分；吸附塔A、B轮流交换工作，循环往复，连续向用户提供合格露点的洁净压缩空气。

在A、B吸附塔成品气出口设置露点监测点K₁和K₂，在再生气出口设置露点监测点Z₁和Z₂，且通过PLC控制器、湿度检测器和温度传感器，来全天候动态监控成品气和再生尾气的露点；PLC控制器作为该装置的中央处理单元，能够采集和评估环境温度和湿度数据，在安全、稳定和节能优先的原则下，考虑当前吸附塔的状态及负载，按照吸附剂实际吸水量的多少来自动化调整“吸附/再生”时间比以达到再生耗能的“阈值”； 在不同地区、不同季节（温湿度不同）甚至不同时间里吸附干燥器水分负载都处于变动之中，因此，吸附干燥器运行气耗及能耗存在一个随吸附水量而变化的“阈值”，当再生能耗等于“阈值”时，吸附干燥器处于最小耗能状态；

实际吸水量就是干燥器入口和出口压缩空气中的水分含量（mg/m3）与气体流量（m3/min）和吸附时间（min）三者的乘积值；阈值是在当前环境湿度和温度条件，在保证干燥器中的干燥剂再生彻底的前提下，由PLC控制器模拟计算出的满足干燥器出口成品气露点合格的最低再生气耗和能耗。

根据干燥器实际吸附水量的变化，PLC控制系统会自动跟踪并采集干燥器出口成品气和再生尾气含水量数据，快速计算及优化吸附塔运行状态和再生程度，以保证吸附干燥器处于最低耗能状态，还可根据用户实际工艺需求来量产“指定压力露点”的合格压缩空气。

Claims (9)

1.一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生装置，该装置包括空压机、预冷器、除尘除油过滤器、吸附塔、汽水分离器、微波发生器和储气罐，吸附塔包括吸附塔A和吸附塔B，其特征是：

所述的空压机上设有总进气管，在总进气管上串联有气源总阀，空压机通过空气导管与预冷器连通，预冷器通过空气导管分别与两个除尘除油过滤器接通，两个除尘除油过滤器通过空气导管与吸附塔A和吸附塔B的上端均连通，与吸附塔A上端连通的空气导管上串联有进气阀A，与吸附塔B上端连通的空气导管上串联有进气阀B，吸附塔A的下端与储气罐通过串联有流量计A、双向控制阀A和双向控制阀C的空气导管连通，吸附塔B的下端与储气罐通过串联有流量计B、双向控制阀B和双向控制阀D的空气导管连通；

所述的微波发生器上接通有微波切换阀，微波切换阀通过微波导管A与吸附塔A的下端接通，微波切换阀通过微波导管B与吸附塔B的下端接通，所述的汽水分离器通过串联有再生阀A的空气导管与吸附塔A的上端接通，所述的汽水分离器还通过串联有再生阀B的空气导管与吸附塔B的上端接通，且汽水分离器的下端设有自动排水器；

所述的吸附塔A和吸附塔B的结构完全相同，均包括金属外壳、保温层和多孔板，在金属外壳的内壁设有保温层，在金属外壳的内部设有两块平行的多孔板，在两块多孔板之间填充有吸附剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，其特征是：所述的吸附剂为3-5mm尺寸的圆球状，该吸附剂为分子筛、三氧化铝或者二者的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，其特征是：所述的多孔板包括多孔有机玻璃板和聚乙烯网，两块多孔有机玻璃板中间夹有聚乙烯网构成多孔板，其中聚乙烯网的孔径为0.5mm±0.05mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，其特征是：所有的空气导管均为不锈钢管。

5.根据权利要求1所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，其特征是：所述的吸附塔A上设有压力表A，吸附塔B上设有压力表B。

6.根据权利要求1所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，其特征是：所述的吸附塔A与汽水分离器连通的空气导管上设有监测点Z₁，监测点Z₁分别通过数据线与温度传感器A和湿度检测器A连接，所述的吸附塔B与汽水分离器连通的空气导管上设有监测点Z₂，监测点Z₂分别通过数据线与温度传感器B和湿度检测器B连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，其特征是：所述的吸附塔A与储气罐连通的空气导管上设有监测点K₁，监测点K₁分别通过数据线与温度传感器A和湿度检测器A连接，所述的吸附塔B与储气罐连通的空气导管上设有监测点K₂，监测点K₂分别通过数据线与温度传感器B和湿度检测器B连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生方法及装置，其特征是：所述的温度传感器A、温度传感器B湿度检测器A、湿度检测器B以及微波发生器均通过数据线与PLC控制器接通。

9.一种应用权利要求1所述的一种用于电厂压缩空气干燥吸附剂的循环再生装置的方法，该方法包括如下步骤：

①检查整个装置气路的严密性，空压机开始启动时，依次开启各个阀门和流量计，监测吸附塔A和吸附塔B的工作压力和气体流量变化；

②气源总阀开启时，环境大气被吸入空压机，开始进行吸气-压缩-排气的工作循环，空压机排气口出来的热压缩空气先经预冷器初步降温后进入除尘除油过滤器，空压机的排气压力为0.7-0.8MPa；

③当吸附塔A进行吸附工作时，进气阀A开启且再生阀A维持关闭状态，压缩空气进入到吸附塔A中，经多孔板均流后通过吸附剂深度脱除大量水分后流出，成品气会通过双向控制阀A、C送入到储气罐中；

④B吸附塔开始再生程序时，则进气阀B关闭；微波发生器开始启动，切换微波阀门，通过微波导管B对吸附塔B开始辐射加热，温度迅速上升，温度控制在100-130℃左右，快速脱附出来的大量水分子会被加热、蒸发和干燥；同时再生阀B开启，通过双向控制阀B、D切换方向，干燥洁净的压缩空气则由储气罐排出，持续流入吸附塔B进行吹扫再生，当再生尾气含水量降低到与成品气露点所对应的含水量相等时，即完成再生过程；最终再生尾气会携带大量水分进入到汽水分离器中，由自动排水器排出凝聚的水分；吸附塔A、B轮流交换工作，循环往复，连续向用户提供合格露点的洁净压缩空气。