20%壓縮空氣系統(tǒng)是電廠中非常重要的動力系統(tǒng)，為機組自動控制系統(tǒng)中的眾多氣動執(zhí)行機構提供儀用操作氣源，同時還提供雜用空氣。其工作的可靠性，直接影響電廠機組的安全運行，對安全生產極為重要。保證壓縮空氣系統(tǒng)的安全從某種程度上講也就是保證全廠生產的安全，因此該系統(tǒng)被喻為電廠的“神經系統(tǒng)”。壓縮空氣占電廠能耗近20% , 壓縮空氣是電力企業(yè)重要動力能源，品質要求高，需求量巨大。因此， 合理科學做好壓縮空氣的干燥凈化設備選型，做好壓縮空氣的品質達標和節(jié)能工作，對于節(jié)能減排和企業(yè)效益是十分重要的。

 

痛  點

      1）目前電廠壓縮空氣凈化系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的冷凍式干燥機（壓力露點2～10℃td以上）/雙塔吸附式干燥機（壓力露點不穩(wěn)定），壓縮空氣品質不達標，深受壓縮空氣帶水問題的困擾，卡住控制閥、損壞密封造成泄漏、致使執(zhí)行機構運行遲緩、儀器儀表工作失效、加劇元件磨損等，特別在冬季環(huán)境溫度下，壓縮空氣冷凝水量大大增加，壓縮空氣表管路及壓縮空氣主管理道結冰現象經常發(fā)生，氣源時斷時續(xù)，造成室外氣動控制系統(tǒng)基本陷于癱瘓狀態(tài)，嚴重影響到脫硫設備、儀表等運行和使用效果，直接危脅到正常的安全生產；

 

      2）用氣末端還含有一定的液態(tài)水，會腐蝕管道和氣動設備，給閥門、氣缸、儀表等氣動設備工具的故障率和壽命產生影響，更換成本偏高，實踐證明，壓縮空氣的合理的凈化處理費用要遠遠少于對壓縮空氣不處理或凈化處理不達標所導致設備損壞造成的經濟損失。

 

      3)輸灰系統(tǒng)壓縮空氣含水量過高，造成灰體流動性下降，灰體重量顯著增加，倉泵流化盤內進水，帶水的灰體由于重力作用沉積在輸灰管底部并板結，嚴重影響正常的系統(tǒng)運行。特別在冬天氣溫較低時，壓縮空氣中含水量較大時，壓縮空氣管路內結冰嚴重，且有部分析出的水份在節(jié)流孔板處凍結，影響到安全生產。

 

      4）壓縮空氣后處理系統(tǒng)運行能耗高，運行成本和維護成本高。

 

標  準

      現代工業(yè)使用壓縮空氣時都有一整套設備、設施，我們把由生產、處理和儲存壓縮空氣的設備所組成的系統(tǒng)稱為氣源系統(tǒng)。典型的氣源系統(tǒng)由下列幾部分組成：空氣壓縮機、后部冷卻器、緩沖罐、過濾器（包括油水分離器、預過濾器、除油過濾器、除臭過濾器、滅菌過濾器等等）、干燥機（冷凍式或吸附式）、穩(wěn)壓儲氣罐、自動排水排污器及輸氣管道、管路閥件、儀表等。上述設備根據工藝流程的不同需要，組成完整的氣源系統(tǒng)。 

 

      空壓機排出的壓縮空氣是不干凈的，除了含有水（包括水蒸氣、凝結水）和懸浮物外，還有油（包括油霧、油蒸氣）。這些污染物對提高生產效率、降低運行成本、提高產品質量是不利的，因此就需要進行干燥凈化處理。為了統(tǒng)一標準，國際標準組織（ISO）所屬壓縮機、氣動機械及工具委員會（TC118）在1986年提出了關于壓縮空氣干燥凈化設備和壓縮空氣品質的國際標準，其中壓縮空氣質量等級標準ISO8573.1把壓縮空氣中的污染物分為固體雜質、水和油三種（我國等同采用了ISO8573即國家標準GB/T13277－91《一般用壓縮空氣質量等級》），具體如表1-3。

 

表1-3 ISO8573.1-1

質量等級	固體顆粒最大直徑（μm）	水壓力露點℃ 0.7MPa g	油(包括蒸氣) mg/m3
1	0.1	-70	0.01
2	1	-40	0.1
3	5	-20	1.0
4	15	+3	5
5	40	+7	25
6	-	+10	-

 

除了上述標準外其他標準名稱如下： 

——ISO7183 壓縮空氣干燥器 規(guī)范與試驗 
——ISO8573-1 一般用壓縮空氣 第一部分：污染物和質量等級 
——ISO8573-2 一般用壓縮空氣 第二部分：懸浮油粒的測試方法 
——ISO8573-3 一般用壓縮空氣 第三部分：濕度測量 
——ISO8573-4 一般用壓縮空氣 第四部分：固體粒子的測量 
——ISO8573-5 一般用壓縮空氣 第五部分：油蒸汽的測量 
——ISO8573-6 一般用壓縮空氣 第六部分：氣體污染物的測量 
——ISO8573-7 一般用壓縮空氣 第七部分：微生物的測量 
    ISO標準組織已著手對ISO8573.1進行修改，其主要變化表現在對固體顆粒的要求上。新標準對固體顆粒的數量進行了規(guī)定，這一變化是結合了纖維過濾器的實際性能，而且比較容易檢測。具體內容見ISO8573.1-2001。

 

表1-4 ISO8573.1 ： 2001

QUALITY CLASS	SOLID PARTICLES maximum number of particles per m³			WATER Pressure Dewpoint °C (ppm.vol.) at 7 bar g	OIL (Including vapour) mg/m3
	0.1-0.5 micron	0.5-1.0 micron	1.0-5.0 micron
1	100	1	0	-70 (0.3)	0.01
2	100,000	1,000	10	-40 (16)	0.1
3	-	10,000	500	-20 (128)	1.0
4	-	-	1,000	+3 (940)	5
5	-	-	20,000	+7 (1240)	-
6	-	-	-	+10 (1500)	-

 

      壓縮空氣的凈化主要分干燥和過濾兩個部分，用過濾器去除油和塵，用干燥機去除壓縮空氣中的水分，但水分的去除是較難的技術。目前壓縮空氣干燥設備主要有：冷凍式干燥機、雙塔吸附式干燥機、組合式干燥機、模塊吸附式干燥機、模芯吸附式干燥機、干燥凈化一體機等，冷凍干燥機及雙塔吸附式干燥機由于技術和結構的缺陷，處理后的壓縮空氣品質不僅不能達標，而且含水值超出標準要求100-200倍，干燥設備自身運行能耗也較大，模塊吸附式干燥機是對雙塔吸附式干燥機的改良和升級。

 

電廠壓縮空氣標準要求：

      1、控制儀表用壓縮空氣系統(tǒng)：含水3級，油量2級，塵2級，火力發(fā)電機組的運行需要大量的控制儀表來支持操作。

      2、水處理壓縮空氣系統(tǒng)：含水3級，油量2級，塵2級

      3、輸灰壓縮空氣系統(tǒng)：含水3級，油量2級，塵2級

      4、工廠雜用氣壓縮空氣系統(tǒng)：含水6級，油量5級，塵4級，用于檢修機器，吹掃管道。

 

壓縮空氣質量現狀

我國發(fā)電廠的壓縮空系統(tǒng)的投資是非常重視空壓機，而忽略干燥凈化設備，空壓機大都選用業(yè)界知名的三大品牌，干燥凈化設備的選擇比較隨意，而且選型配置不合理，不完善，導致電廠壓縮空氣質量普遍不達標，重復技術改造，重復投資，造成巨大 

             

常見的壓縮空氣后處理系統(tǒng)

 

冷干機的使用往往是通過降溫除大量的液態(tài)水，起預冷作用，其工作原理是利用冷媒（氟利昂）通過換熱器對高溫壓縮空氣進行降溫，在降溫過程中水份會冷凝成液態(tài)水，再利用自動排水器排出機外，從而達到干燥目的。

 

冷凍式干燥機因其工作原理所限，冷媒溫度不允許設定在2℃以下，否則冷凝后的水會結冰而堵塞冷干機內部管道，導致壓縮空氣無法通過，且冷干機的換熱器效率與分水效率決定了其干燥能力不可能達到設定值，也就是說，通過冷干機處理后，壓縮空氣內還含有大量氣態(tài)水分，壓縮空氣品質很難達標。

 

雙塔吸附式干燥機在處理效果優(yōu)于冷凍式干燥機。新設備處理效果可滿足行業(yè)要求，但干燥效果不穩(wěn)定，在正常使用半年（或一年）后，露點大幅提升，遠高于生產要求；綜合能耗比（再生耗氣量和加熱器功率）高，折合耗能可達空壓機設備總運行成本的14%~18%；

 

 

模塊吸附式干燥機主要以國外品牌為主導，價格高昂，處理效果可達到行業(yè)要求， 但后期吸附劑更換難度大，且更換效果不穩(wěn)定，維護費用高，綜合能耗占空壓機設備總運行成本的7%～10%；

模芯干燥機是基于全球最新的吸附模芯干燥技術為主導研發(fā)出的新型吸附式干燥機，該技術徹底解決了原有吸附式干燥機的諸多隱患；具有干燥露點低（-20~-70℃），效果穩(wěn)定，后期維護簡單，維修成本低等優(yōu)點。工作原理圖如下：

 

 

① 吸附階段

濕壓縮空氣自入口進入進氣緩沖腔，自下而上均勻通過各模芯吸附腔體；內分子篩利用自身毛細作用吸取壓縮空氣中的水分，達到干燥效果。

 

② 再生階段

無熱再生：再生干空氣經再生氣流調節(jié)閥進入再生組出氣緩沖腔，干氣體在再生組模芯吸附腔內膨脹減壓至大氣壓后，自上而下對再生組分子篩進行吹掃，吸附劑體內水分與吸附劑分離，解析于干空氣中，同再生氣體一起自消音器排出。

微熱再生：出氣緩沖腔內加熱后，進入再生模芯吸附腔內，吸附劑內水分在高溫環(huán)境下加快解析速度，大大降低了再生吹掃氣量。

干燥凈化一體機為貝騰第八代產品，在模芯干燥機（深度除水分子）的基礎上集成了貝騰獨特的制冷系統(tǒng)（預降溫除液態(tài)水）和貝騰高效精密過濾系統(tǒng)（深度除油除塵），可一站式解決壓縮空氣品質達標問題，體積小，壓降小，安裝簡單。

影響吸附式干燥機效果的主要因素：

 

1、吸附劑：

在常用的三種吸附劑中，硅膠使用較少，活性氧化鋁最常使用，而分子篩常用在要求較高的場合。 這三種吸附劑的主要性能已列在表2-2中。表2-3列出了三種吸附劑的使用條件。在使用條件欄中指的是壓縮空氣中含有的某些雜質。

表2-3 各種吸附劑使用條件

使用環(huán)境	硅膠	活性氧化鋁	分子篩
堿性	不可	良	良
酸性	良	不可	不可

 

三種吸附劑的吸附性能曲線列于圖2-19、圖2-20和圖2-21。  

 

圖2-19

 

圖2-19表示了吸附劑在不同相對濕度下吸附量，常用的三種吸附劑具有共同的一個性質：吸附量隨著壓縮空氣相對濕度的增高而上升；與之相對，三種吸附劑的吸附能力隨著壓縮空氣相對濕度的降低而減小。但是我們發(fā)現分子篩在低濕度下仍然具有較強的吸附能力，我們常在吸附劑雙層床中利用分子篩的這一特點。

 

圖2-20

不同水蒸氣分壓下吸附容量（等溫線）

 

圖2-21

 不同吸附溫度下吸附能力（等壓線）

 

                                                 

圖2-20告訴我們，吸附劑的吸附能力隨著水蒸氣分壓的降低而降低，在水蒸氣分壓很低的情況下，分子篩仍然具有吸附能力。 

圖2-21說明了吸附劑在不同溫度下的吸附能力變化情況：吸附溫度越低，吸附劑吸附能力越強。

 

2、隧道效應：

1）隧道一旦形成，壓縮空氣通過速度加快，水分還來不及被徹底吸附，壓縮空氣就已經通過，致使吸附效果明顯降低，露點升高；

2）吸附劑之間的碰撞摩擦加劇，吸附劑粉化嚴重，吸水性能降低；

3）吸附劑粉塵易堵塞吸干機的消聲器及后置管道過濾器，造成過濾器吸附作用降低。

 

3、氣流分布不均勻：

在一般情況下，吸干機進氣管道比吸附筒直徑小很多，壓縮空氣在初始壓力及速度的共同作用下，氣流往往呈匯集撞他通過容器內的填料，氣體分配不均衡。

有相當一部分填料無法得到充分的利用，也就形成了吸附死角，從而造成吸附劑利用率大大降低，吸附效率降低。

 

4、吸干機填充不緊密：

雙塔吸干機進氣管與吸附塔塔體體積比很大，從氣體流動特性來說，會造成氣體流體分配不均衡，使得塔體中部吸附劑被長期急劇沖刷，塔體內外圍部分吸附劑利用較差，這樣會導致中部吸附劑過早粉化失效，造成疊加的隧道效應，導致吸干機在短時間內失去吸附效果，這是導致雙塔吸干機露點漂移嚴重的主要原因。

針對雙塔吸干機的這幾點不足，貝騰模芯吸附干燥機在相關的技術上做出了重大的突破，解決了雙塔機“隧道效應”、氣流分布不均勻、填充不緊密的問題，從而很好的改善了吸附式干燥機的深度的干燥效果。

 

5、吸干機結構及運行特點：

1）由于模芯式干燥機每個進氣腔體橫截面都與壓縮空氣成90°，保證了壓縮空氣與吸附劑可以做到充分接觸，不會形成隧道效應，同時也降低了對吸附劑的沖刷，所以模芯式干燥機的吸附劑采用全分子篩填充，同樣的介質再通過工廠機器有序的填充，使過濾的壓縮空氣不會存在吸附死角，這是模芯式干燥機露點可以做到更低的技術保證。

2）為了提高露點，雙塔式干燥機廠商會采取增高塔體，增加吸附劑填充量，并且有的雙塔吸干機廠商，會在吸附塔內增加擴散孔板，以使氣流可以分配的均勻。而增加吸附塔高度，增加吸附劑填充量，使得脫附的時候水分通過的距離增加，擴上孔板的存在，又會阻礙水份的排出，塔體和排氣管的體積差，也會造成水份排出的困難，為了解決脫附排水，雙塔干燥機只能加到氣耗來對水分吹掃，傳統(tǒng)干燥機氣耗過大和吸附劑填充過多的原因。

由于模芯式干燥機可以做到吸附劑與壓縮空氣充分接觸，而且分析篩的吸附效率又遠遠強于氧化鋁，所以不需要填充太多的吸附劑，也不需要添加擴散孔板，并且在排氣的時候每一根吸附腔體的截面積又遠遠小于進氣腔體，更加有利于水份的排出，模芯式干燥機只需要很少的氣體就可以做到瞬時排放，吸附劑填充又少，減少了運行成本。

1）由于隧道效應的存在，傳統(tǒng)式干燥機的耗材使用周期較短，更換吸附劑的時候，只能現場人工更換，人工更換吸附劑又會出現填充不緊密的現象，（經過多年技術跟蹤發(fā)現，傳統(tǒng)式干燥機在跟換吸附劑三個月左右，塔體會出現1/3的左右的空體），而這又會產生更嚴重的溝流效應，使得吸附效果急劇變差甚至失效。為了降低吸附劑更換后露點變差，傳統(tǒng)式干燥機在吸附劑跟換后，只能加大再生耗氣，如此進入一個惡性循環(huán)的過程，就使得傳統(tǒng)式干燥機更換吸附劑后露點變得更差以及耗氣更大。

模芯式干燥機采取自主研發(fā)自主專利的模芯管可拆卸技術，在吸附劑跟換的時候，只需要跟換裝有工廠機器填充好的模芯管就可以，這樣就完全保證了所更換的吸附劑和新機器具有同樣的吸附效果，并且采取采用非焊接，拆卸維護方便。

 

設備投資關注點

4.1投資目的要有利于生產：設備技術指標完全符合行業(yè)標準，設備運行效果穩(wěn)定、可靠，設備維護保養(yǎng)方便，設備可實時監(jiān)控管理等。

4.2綜合成本低：設備成本、系統(tǒng)搭建成本、運行成本、維護成本等綜合成本低。

 

設備選擇原則 

壓縮空氣干燥凈化工藝因供氣氣源、用戶使用特點、干燥裝置的形式、凈化方法及其設備配置方式的不同而有較大的差異，其中干燥裝置、凈化單體的選用和設置、輸送管道的設計，將直接影響到干燥凈化效果和壓縮空氣的供氣質量。 

因此，壓縮空氣干燥凈化工藝應根據所使用的氣源參數——壓力、溫度、濕度及雜質的組成、含量等，需處理的空氣量以及用戶對壓縮空氣的要求——允許的阻力損失、露點、過濾精度、殘余油分等，經技術經濟綜合比較后進行確定，選用適宜的干燥凈化工藝及其設備，以達到技術可靠，經濟合理的目的。 

 

選擇壓縮空氣的干燥工藝，往往需要和應用的實際情況結合，以下只是建議，供參考： 

5.1對空氣壓力露點要求大于等于10℃的系統(tǒng)，通常采用冷凍干燥工藝，反之，則采用吸附干燥工藝；

5.2對空氣處理量大，且含濕量高的系統(tǒng)，結合用戶要求，進行能耗、設備一次費用等技術經濟比較后確定是采用冷凍干燥工藝，還是采用吸附干燥工藝或冷凍、吸附干燥組合工藝；

5.3無熱再生吸附干燥工藝運行壓力不宜低于0.5MPa，當壓力過低時會導致再生氣量增大，從而增加電耗和運行費用，不經濟。當干燥空氣露點低于-60℃時，宜采用冷凍干燥與吸附干燥有機組合的工藝，以減少能量消耗且運行管理方便；

5.4當采用無熱再生吸附干燥工藝時，待處理壓縮空氣進入吸附塔前應是無油和液體水的，因此，須在進入吸附干燥裝置前采取有效的除油措施；

5.5壓力露點持續(xù)穩(wěn)定達標，滿足ISO8573國際行業(yè)標準和JB-T 5967—2007標準中要求：-40℃，滿足發(fā)電行業(yè)生產工藝要求；

5.6設備數字化、自動化、智能化程度高，確保設備選型5到10年技術不落后；

5.7設備具備壓力露點檢測功能，實時監(jiān)測壓縮空氣壓力露點數據，可實現壓縮空氣品質有效管控（選配）；

5.8設備具有再生氣耗自動調節(jié)功能，保證機器運行在最佳狀態(tài)，實現更低的運行成本；

5.9具有獨立的模芯結構，模芯耗材整體更換（3年一換），實現更低的維護成本；

5.10充分考慮極端條件下的工況，系統(tǒng)配置有充分的冗余，設備性能穩(wěn)定可靠；

5.11采用并機運行方式，以更低的成本實現備用機，且方便實現系統(tǒng)擴容；

5.12具備物聯(lián)網+大數據，可提供更多的增值服務。

 

能耗成本分析

背景：處理流量100m³/min ，年運行時間8000h，電價0.8元/kwh，冷卻水運行費用0.15元/T

 

 

通過上表數據分析，干燥凈化一體機和模芯干燥機屬于綠色低碳環(huán)保的工業(yè)產品，引領行業(yè)的發(fā)展趨勢，與冷干機+雙塔吸附式干燥機方案相比，既可持續(xù)穩(wěn)定地解決了壓縮空氣品質達標問題，又可每年可節(jié)能運行費用約35萬元運行成本，1年左右將可收回投資成本，具備非常強的產品綜合成本優(yōu)勢，十分適合發(fā)電行業(yè)普及應用。