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低温与超导 2021年第12期49卷 48-51页

作者：沈九兵李志超谭牛高肖艳萍蒋庆峰江苏科技大学能源与动力学院镇江212100

针对变温吸附压缩空气干燥系统再生过程能耗高、耗气量大等问题,将吸附干燥与冷冻干燥相结合,提出了一种组合式压缩空气干燥系统。建立了系统热力学计算模型,依据计算结果得知:不同压缩空气流量下,组合式干燥系统的吸附剂用量小于变温... 详细信息

针对变温吸附压缩空气干燥系统再生过程能耗高、耗气量大等问题,将吸附干燥与冷冻干燥相结合,提出了一种组合式压缩空气干燥系统。建立了系统热力学计算模型,依据计算结果得知:不同压缩空气流量下,组合式干燥系统的吸附剂用量小于变温吸附系统,且所处理的压缩空气流量越大,组合式系统优势越明显,再生气温度对系统功率影响是很小的,表明组合式压缩空气干燥系统有着良好的节能特性与应用前景。

关键词：压缩空气干燥压缩热再生干燥系统组合式系统

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空压机废热驱动溶液再生的溶液式压缩空气干燥系统实验研究与优化

空压机废热驱动溶液再生的溶液式压缩空气干燥系统实验研究与优化

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作者：湛长丰东南大学

学位级别：硕士

相对于传统的冷冻式和固体吸附式压缩空气干燥技术,溶液式压缩空气干燥技术有着体积小、易操作且可以回收空压机余热驱动溶液再生的优点。在降低能耗的基础上,可以有效替代传统的冷冻式干燥技术,实现压力露点的可靠控制并对压力露点-20... 详细信息

相对于传统的冷冻式和固体吸附式压缩空气干燥技术,溶液式压缩空气干燥技术有着体积小、易操作且可以回收空压机余热驱动溶液再生的优点。在降低能耗的基础上,可以有效替代传统的冷冻式干燥技术,实现压力露点的可靠控制并对压力露点-20～10℃的市场空白区进行覆盖。本课题组前期对压缩空气溶液干燥方法的除湿性能进行了实验与理论研究。为了进一步验证利用空压机废热驱动溶液循环,本文将建立空压机废热驱动溶液再生的溶液式压缩空气干燥系统样机,包括除湿器、再生器、空压机余热回收系统,采用理论和实验相结合的方式探究整个系统的性能并对系统的流程进行优化。主要的研究内容及成果如下:首先,对溶液式压缩空气干燥系统的工作流程进行了阐述,建立了系统的模型样机。对样机的主要部件,如空压机、填料塔（除湿器及再生器）、溶液泵、测量装置等进行了介绍,并对系统实验下的实验数据进行了误差分析,分析结果显示主要参数的最大相对误差在9%以内,由此可知实验数据具有一定的可靠性。其次,在建立的溶液式压缩空气干燥系统样机上,采用实验和理论方法对系统性能进行了验证与模拟分析。实验探究得到0.8MPa下的压力露点可以达到0℃以下（最低为-7.7℃）,表明溶液式压缩空气干燥系统可以替代传统的用电能驱动的冷冻式干燥技术,并拓宽了干燥范围。此外,经过空压机余热加热后的溶液温度可达70 ℃,溶液再生耗热量占理论余热回收量的比例在30%至35%之间,由此可知利用空压机余热驱动压缩空气溶液除湿再生循环是可行的。理论分析发现较高的除湿器进口溶液流量、较低的除湿器进口溶液温度及较高的再生溶液温度（保证溶液不结晶的前提下）有助于压缩空气的干燥。此外,在保证系统除湿性能的前提下,考虑系统的稳定运行,选择夏季工况下的再生温度为70 ℃,冬季工况下的再生温度为39 ℃,过渡季节工况下的再生温度为60 ℃。建立了系统数学模型,从两个方面对除湿过程中的传热传质特性进行了探究,分别为高压下LiCl和LiBr除湿过程传热传质的对比、LiCl溶液在高压和常压下除湿过程传热传质的对比。对于LiCl和LiBr来说,不同关键参数（压缩空气压力、压缩空气流速、除湿器进口溶液浓度、除湿器进口溶液温度、除湿器进口溶液流量）对除湿过程传热传质的影响趋势一致。探究发现压缩空气流速的大小对除湿过程中的传质系数影响较大,流速的增大可以显著增强除湿过程中的传质能力。对比分析高压和常压除湿过程的传热传质特性时发现,对于常压除湿,空气流速的增大并不能显著增强传质能力。选择LiCl溶液作为除湿剂的相关实验数据,耦合得到高压除湿过程中的传热传质关联式,并对其进行验证。验证结果表明,压缩空气出口含湿量实验值与计算值的偏差在±10%以内,压缩空气出口温度及除湿器出口溶液温度实验值与计算值的偏差在±5%以内,表明模型可靠。接着,基于系统数学模型,理论分析了溶液式压缩空气干燥系统的压力露点范围。理论分析时选择LiCl溶液作为除湿剂,压缩空气的压力为0.8MPa。溶液式压缩空气干燥系统在常温下,可以将压缩空气干燥到压力露点0℃,表明在常温下可以替代传统的冷冻式干燥系统。对于干燥程度要求更高的区域,需要额外提供冷源,增强溶液式干燥系统的除湿能力。对于压力露点要求高于-10℃的干燥场所,选择与冷水机组结合即可;对于压力露点要求在-20℃至-10℃的干燥场所,选择与制冷系统（提供低于0℃的冷源）进行结合。最后,利用系统稳态模型设计了一个气量为10 Nm/min的溶液式压缩空气干燥系统,从理论层面对系统流程进行优化。研究发现系统加入自循环后,相对没有自循环的系统,处理后的压缩空气出口含湿量几乎相同;但是系统的再生能耗和溶液冷却器的冷负荷大幅度减少,对应的降幅百分比分别为53.5%和43.7%。此外,湿空气的压缩功耗要大于干空气的压缩功耗。对于预除湿模块,我国南部地区有必要设置预除湿模块,其次是我国东部及中部,至于北部和西部不用设置预除湿模块;月份的选择上,对于我国南部地区,4至9月份有必要进行预除湿。对于我国东部及中部,6至8月有必要进行预除湿。增加预除湿模块后,能耗节约的百分比在2%左右。

关键词：压缩空气干燥溶液除湿压力露点流程优化余热回收

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溶液式压缩空气干燥系统运行特性及调控策略研究

溶液式压缩空气干燥系统运行特性及调控策略研究

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作者：王泽印东南大学

学位级别：硕士

将溶液除湿技术与压缩空气干燥的需求相结合,利用空压机余热驱动溶液再生,在完成压缩空气干燥的同时节省传统冷冻式干燥所需的能源消耗,从而大幅提升空压机组运行能效。分析研究表明,理论上利用溶液除湿技术可以将压缩空气干燥至-20℃... 详细信息

将溶液除湿技术与压缩空气干燥的需求相结合,利用空压机余热驱动溶液再生,在完成压缩空气干燥的同时节省传统冷冻式干燥所需的能源消耗,从而大幅提升空压机组运行能效。分析研究表明,理论上利用溶液除湿技术可以将压缩空气干燥至-20℃的压力露点,从而替代传统冷冻式干燥方法,实现对-20℃～0℃压力露点技术空白的覆盖。在课题组之前的研究工作中已经搭建了包含除湿器、再生器以及空压机余热回收装置在内的压缩空气溶液干燥系统样机,并初步探究了系统的干燥性能。本文将在现有研究内容的基础上加以完善与补充,主要研究内容与成果如下:首先对比甲酸钾(KCOOH)这一新型除湿溶液与目前溶液除湿机组中应用较多的卤素无机盐溶液在腐蚀性方面的强弱,之后基于溶液自身理化性质对系统干燥性能的影响,从蒸气压、密度/粘度等角度对比KCOOH与无机盐溶液的差异,并以除湿/再生性能、溶液成本等指标对溶液的综合性能进行评价:实验结果表明等效浓度下KCOOH溶液在除湿性能上比Li Cl溶液差,压缩空气出口含湿量比Li Cl溶液平均高0.2g/kg,但结合腐蚀性、再生性能以及溶液成本等指标可知KCOOH溶液的综合性能远远优于Li Cl。综上可知KCOOH溶液在溶液除湿装置中的应用具有较大优势。其次,建立压缩空气溶液干燥系统的动态数学模型,并结合实验数据进行对比验证:在启动阶段压缩空气出口含湿量/温度与溶液温度的变化趋势与实验数据一致,稳态时压缩空气出口含湿量的模拟值与实验值的相对误差在±5%以内,空气温度与溶液温度的相对误差小于±3%;而在溶液流量阶跃增加与溶液温度降低的参数调节工况下,动态模型的模拟结果与实验数据的相对误差均在±7%以内。据此表明本文建立的动态数学模型有较高的预测精度,可靠性高。随后,基于搭建的压缩空气溶液干燥系统样机分析了系统的运行特性,在系统启动时间方面,运行参数的变化对其有较大影响,启动时间随压缩空气压力与溶液浓度的升高而增加,随溶液流量与储液槽内溶液质量的增加而减小;在空压机启停对系统运行特性的影响方面,空压机受压力保护模块影响,其压力呈周期性变化,当系统处于稳态时,压缩空气出口含湿量的变化周期与压力变化相同,整体波动范围在0.1g/kg内;空压机产热受其间歇性运行的影响,导致吸热后的溶液温度亦呈周期性变化,在一个启停周期内,夏季溶液再生温度介于42℃～67℃,基本满足再生的需求。在系统调控方面,通过调节空气侧与溶液侧参数可以实现对压缩空气含湿量的调控。分析结果表明压缩空气流速通常受终端用气量的影响,且需尽量维持稳定,故不能作为主动调节手段;而溶液流量仅在较小流量工况下调节才能起到一定效果,具有一定的局限性;溶液浓度与温度是影响溶液性质的决定性参数,二者可以分别通过设置溶液缓冲罐与调节溶液冷却器冷却强度的方式加以控制。当压缩空气出口含湿量大于设定上限时,通过降低溶液温度或提升溶液浓度的方法来达到降低含湿量的目的;反之当监测到出口含湿量低于下限值时,出于经济性考虑可提升溶液温度来升高含湿量。最后对空压机耗功与溶液再生热占比进行分析。以南京地区为例,7月份空压机耗功最大,可回收的空压机余热也最多,根据建立的换热器效率模型计算得到夏季时KCOOH溶液吸收余热后温度可达68℃～73℃,溶液再生热占比可达60%～80%,冬季时的再生温度为46℃～51℃,溶液再生热占比为34%～55%,无论是夏季还是冬季经空压机加热后的溶液温度均能满足溶液再生的要求。

关键词：压缩空气干燥溶液除湿腐蚀性动态模型调控策略

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