一种空压机余热回收用于切片干燥的方法

时间：2024-07-28

梁铁贤

（中山市星火实业有限公司，广东中山 528400）

中山市星火实业有限公司扩建12部位的聚酯切片纺POY车间，螺杆式压缩空气机及切片干燥线都是独立扩建的，在系统设计规划时，可以考虑进行节能回收。螺杆空气压缩机与充填式切片干燥塔的运行是同时的，一方面，螺杆空压机正常运行时，机油油温需要保持在70～90 ℃，随着大量空气被压缩放热，压缩机油需要水冷或风冷换热器进行冷却，以保持油温平稳；另一方面，充填干燥塔的下进气口需要输入150 ℃的绝干空气，与切片流动方向相反，从顶部排向结晶器，以达到最佳干燥效果[1]。考虑到空压机及干燥塔均是工况稳定的设备，所以规划时将螺杆式空压机布置在距离干燥塔几米的地方，以便将空压机的热量回收，用于切片干燥。

充填干燥塔的下进气温度为150 ℃，比正常运行的螺杆空压机的油温还要高，绝干空气是气从冷冻除湿机除去大部分油水，再由有源变压吸附式干燥机降低露点，温度较低（不高于30 ℃）。如果绝干空气被空压机的回收热量先预热至尽可能高的温度，再由电加热器加热至工艺温度，可以减少电加热消耗的电能，达到节能的目的。

1 回收压缩空气热量方案

回收压缩空气热量流程如图1所示。

图1 回收压缩空气热量流程

1.1 螺杆空气压缩机

本项目总用气量约为10 m3/min，其中干燥塔用气约为4 m3/min，选用16 m3的永磁变频驱动螺杆式压缩机既能适应无断头（吸丝枪用气）、无送料、仅剩干燥用气的低用气状态，也能适应生头及送料的高峰用气状态，这种新型螺杆压缩机可以自动恒压供气，无需干预。压缩机油与空气从螺杆机头进入油气分离器，分离后先进入钎焊板式换热器内，与有源变压吸附式干燥机送来的绝干空气进行热交换，再进入水冷换热器进行最终冷却，经过滤器过滤后再进入螺杆机头循环。

压缩机基本技术参数如下：

机型：永磁电机双变频二级压缩；

排气压力：0.8 MPa；

排气量：16.5 m3/min；

电机功率：75 kW；

电机防护/绝缘等级：IP54/F级；

电压/频率：380 V/50 Hz；

启动方式：永磁变频；

冷却方式：水冷；

传动方式：同轴一体传动；

其他说明：转子转速小于1 800 r/min。

1.2 一级除油除水装置

从螺杆压缩机出来的空气仍带有大量的油及水气，一级除油除水装置捕集大部分油与水，由电子排水阀排走，一部分压缩空气直接输送给生头吸枪使用，另一部分送至冷冻式干燥机再次除去油水。

1.3 冷冻式干燥机

压缩空气由一级除油除水装置除水以后，还有部分油气存在，为了避免有源干燥器内的分子筛被油污染中毒，减轻分子筛干燥机的负荷，在一级除油除水装置和有源变压式干燥机之间加入冷冻式干燥机，再次除去油水，此时压缩空气的露点大约在-12～-5 ℃。

1.4 精过滤器

此装置为进入有源变压式吸附干燥机前过滤掉油与水，保护干燥机内的分子筛。

1.5 有源变压式吸附空气干燥机

聚酯切片纺丝中切片的含水率越低，可纺性越好，最好能小于20×10-6。现在，大部分切片干燥线已经采用压缩空气为干燥气源，通过在较高气压（通常是0.8 MPa）下用多孔硅藻土制成的分子筛对水分子进行选择性吸附，吸附充分后的分子筛，被降压了的干热空气下解吸附、降温，再切换循环使用，压缩空气在这种干燥机的作用下，露点会大幅度降低，由-12 ℃降至-50 ℃，冬季甚至降至-55℃。经过过滤后的压缩空气在有源变压式吸附空气干燥机除水后一路去作仪表器，另一路送回空压机内的钎焊板式换热器，回收压缩机油的热量。

1.6 钎焊板式换热器

螺杆式空压机是有油压缩机，压缩机油除了润滑螺杆，还起着带走热量的作用。随着空气被压缩，产生大量热量，而压缩机油又必须保持在70～90 ℃，维持合适的运动黏度，以保护螺杆的润滑膜不被破坏。若压缩机油温度高，则运动黏度低，润滑膜不稳定，螺杆容易磨损，而且压缩机油降解；若压缩机油温低，则运动黏度高，电机负荷大，电耗高。通常压缩机油是用气冷或水冷换热器散热，以保持正常工况，这部分热量是稳定且可回收的。

常用的换热器有盘卷式换热器、列管式换热器，钎焊板式换热器。因为钎焊板式换热器体积小，换热面积大，换热效率高，所以在气-液热交换体系用途广泛[2]。对于本项目，由于气、液均无腐蚀，且压力较低，流速低，但要求冷端温升大，所以选用体积小、高效的钎焊板式换热器，并计算换热器参数，以便选型，如表1所示。

1.7 文丘里管

经过钎焊板式换热器升温后的压缩空气要减压增速，进入电加热器。文丘里管也叫扩压管，类似火箭发动机的喷管，将压力能转化为动能，提高换热效率。

1.8 干燥塔下加热器

由于回收热量的压缩空气温度不可能超过压缩机油的温度，而压缩机油的油温要小于90 ℃，所以压缩空气应该接近这个温度，因此仍然需要电加热器将其提升至工艺温度（一般是150 ℃），以满足生产需要。

2 钎焊板式换热器参数计算

最终根据交换热量7 792 kcal/hr=32.7 kW及要处理的压缩空气2 000 L/min，选用了江苏远卓设备制造有限公司的钎焊板式换热器（ZL200B-42H），具体参数如表2所示。

3 操作方法

（1）从停止状态下启动，需要先检查油位及水压正常后，开启冷却水进出阀，再依次启动空压机、冷冻式干燥机、有源变压吸附式干燥机，待空气露点满足工艺要求（一般为-50 ℃以下），打开加热器前球阀，即可启动干燥塔。由于钎焊板式换热器内置于螺杆式空气压缩机内，气、液路均设有旁路。正常运动时不需人工干预，仅在换热器发生堵塞、泄漏时，才需打开旁路，关闭主路维修或更换。

表1 空气压缩机及绝干空气的换热工况

表2 钎焊板式换热器（ZL200B-42H）设计参数

（2）正常运行时，应该每小时巡查一次螺杆压缩机、冷冻式干燥机、有源变压吸附式干燥机及干燥塔下加热器，检查螺杆油温、水温、气压，冷冻式干燥机冷媒高低压力，有源变压吸附式干燥机露点温度，干燥塔下加热器前后温度、压力等是否正常。

（3）保养维护。钎焊板式换热器由螺杆式空压机厂家改造，包合在保养合同内，在保养螺杆空压机时一并检查保养。但日常巡检时，应注意在干燥塔下加热入口检查点试排气，以便检查有无漏油，如有，即打开旁路，停止运行换热器。

4 实施效果与成本分析

通过打开和关闭钎焊板式换热器旁路，在相同用气量下，对比干燥塔下加热器的进气温度，比较回收热量的效果[3]，结果如表3所示。

表3 在相同用气量下回收热量的效果

加装钎焊板式换热器的价格为11 000元，加上空气机外管道材料及施工费用约10 000元，共26 000元。按照综合电费费率为0.7元/（kW·h-1）计算，则改造后每月的节能效益为7.518×0.7×24×30≈3 789（元），26 000/3 789≈6.86（月），7个月即可收回成本，每年节约3 789×12=45 468（元）。