（化工过程机械专业论文）新型余热再生吸附干燥装置的研究.pdf

担。 下独立进行研究所取得 论文不包含任何其他个 出重要贡献的个人和集 明的法律后果由本人承 作者签名： 2 寻l 日期：多。口6 年6 月l ；ze i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权 保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被 查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位论文的全部或部分 内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： | 圈保密，在耋一年解密后适用本授权书。 口不保密。 学位论文全文电子版提交后： 口同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览。 ( 请在以上相应方框内打“) 本人签名： 导师签名： 日期：? 力占1 2 - 门，被认 设备和生 吸附再生 式干燥器是一种用压缩机出口空气的余热使吸附剂得到再生的干燥装置。与其它 压缩空气干燥器相比，余热吸附再生式干燥器具有节能、环保等优点，具有很大 的研究价值。 本文对肇庆化机厂提出的一种新型余热吸附再生式压缩空气干燥器进行了理 论与试验研究。对这种新型余热吸附再生式压缩空气干燥器进行了性能分析，能 耗计算和设备设计。并通过对一台加热吸附再生式压缩空气干燥器改造成新型余 热再生式干燥器来检验新工艺流程的工作情况。通过试验及与传统型余热再生吸 附干燥器和其它吸附式干燥器进行比较，说明新型余热再生吸附干燥器较其它吸 附式干燥器生产率更高，能耗更省，且完全堵截了气体泄漏的可能性，对用于其 它稀有和易燃、易爆、有毒的气体的干燥更具有重要意义。 新型余热再生式压缩空气干燥器的开发成功，主要依靠一种新型增压设备一 一磁力风机。本文对它进行了详细的介绍，材料选择和结构设计等，并在等效磁 荷理论的基础上，运用磁荷积分法对磁力风机设计中的关键参数一一磁力扭矩进 行数学建模，推导得出一个理论计算公式。该公式计算结果与试验值平均相对误 差约为1 0 ，比高斯定理求解法适用性更广，比常用的经验公式误差更小。 本文实验部分是采用逐因素比较法，选定几种型号磁子组，并测定它们的磁 力扭矩。实验主要目的是通过磁力扭矩实测值与用本文中推导出来的公式计算得 到的理论值进行比较，以确定本文公式的准确性。此外，通过实验，还得到磁子 的各个几何尺寸对磁力扭矩的影响，磁扭矩随磁子厚度、磁子对数、磁子角度的 增加而增加，而磁力风机转速对磁扭矩的影响不大。 本文还就实际运行中风机温度过高问题，提出了“热管轴 概念，并对其进 行了强度和传热量校核。初步证明了热管轴在理论上实现的可能性和具有解决磁 力风机运行中温度过高的问题。 通过改造制成的新型余热吸附再生式压缩空气干燥器的实际运行测定，证明 了新工艺流程取得了成功，并且比以前的压缩空气干燥器均要节能，还带有无泄 漏功能，具有极高的环保价值。 关键词：压缩空气；余热再生式；干燥器：磁力风机；热管轴 a bs t r a c t c o m p r e s s e da i ri sak i n do fh i g hq u a l i t yp o w e ra n di su s e di n k i n d so fn a t i o n a l e c o n o m vd e p a r t m e n t s i t sd e e m e dt ot h eb i g g e s tp o w e re x c e p te l e c t r i c i t y w h e n c o r e p r e s s e da i rh a sl o t so fi m p u r i t i e s ，s u c ha sm o i s t u r e ，i t 1 1h a r m t h ee q u i p m e n t sa n d p r o d u c t i o nh e a v i l y i t 1 1r e d u c eb e n e f i ta l s o t h ec o m p r e s s e da i rd r y e ro fw a s t e h e a t r e g e n e r a t i o ni sak i n do fd r yw h i c hu s ec o m p r e s s o rw a s t e h e a tt or e g e n e r a t es o r b e n t t h ec o m p r e s s e da i rd r y e ro fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o nc a ns a v ee n e r g ya n dp r o t e c t e n v i r o n m e n t i th a sh i g hv a l u ef o rr e s e a r c h t h i sp a p e rh a sd i dt h e o r e t i ca n dt e s t i n gr e s e a r c ha b o u tan e w k i n dc o m p r e s s e d a i rd r y e ro fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o nw h i c hi sb r o u g h t o u tf i r s t l yi nz h a oq i n g c h e m i c a lm a c h i n ep l a n t t h i sp a p e ra l s oh a sa n a l y s e di t sc a p a b i l i t i e s ，e n e r g yu s i n g ， p a r t sa n dr e c o n s t r u c t e dac o m p r e s s e d a i r d r y e r o fc a l e f a c t i o nr e g e n e r a t i o nt o c o m p r e s s e da i rd r y e r o fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o nf o rc h e c k i n gu p t oc o m p a r et h e n e wk i n do fa i r e ro fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o nw i t ho t h e r sa n dt e s t ，i ts h o w e dt h a t th e n e wo n e c a nh a v eh i g h e rp r o d u c t i v i t y ，s a v em o r ee n e r g ya n ds t o pl e a k i n gc o m p l e t e l y s ot h en e wk i n do fc o m p r e s s e da i rd r y e ro fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o ni sv e r yu s e f u lf o r d r y i n gr a r eg a so rf l a m m a b l eg a so re x p l o s i v eg a s o rp o i s o n o u sg a s t op r o d u c et h en e wk i n do fc o m p r e s s e da i rd r y e ro fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o n s u c c e s s f u l l y ，i tm o s t l yd e p e n d an e wt y p ei n c r e a s i n gp r e s s u r ee q u i p m e n t 一一 m a g n e t i cb l o w e r t h i sp a p e ri n t r o d u c e di t i nd e t a i la n dg o tat h e o r e t i cf o r m u l af o r c a l c u l a t i n gm a g n e t i ct o r q u e ，w h i c hi sb a s e do nt h ee q u i v a l e n tm a g n e t i ce n e r g yt h e o r y t h er e l a t i v ee r r o r w h i c hi sa b o u tt h ef o r m u l aa n dt e s t i n gr e s u l t s ，i sa b o u t1 0 i ti s w i d e ra p p l i c a b i l i t yt h a ng a u s st h e o r e ma n dl e s se r r o rt h a ne x p e r i e n c ef o r m u l a t h ee x p e r i m e n tp a r to ft h i sp a p e ra d o p t e df a c t o r f o r - f a c t o rc o m p a r em e t h o d s ， c h o s es e v e r a lk i n d so fm a g n e t o nt e a ma n dm e n s u r a t e dt h e i rm a g n e t i ct o r q u e t h e m a i na i mo ft h ee x p e r i m e n ti st ot e s tm a g n e t i ct o r q u ea n dc o m p a r ei tw i t ht h e o r e t i c r e s u l tt oc o n f i r mv e r a c i t yo ft h ef o r m u l a f u r t h e r m o r e ，i ta l s o c a ng e tt h er e l a t i o n b e t w e e ng e o m e t r yd i m e n s i o n sa n dt h em a g n e t i ct o r q u e ：w h e nt h i c k n e s s ，n u m b e ra n d a n g l eo fm a g n e t o ni n c r e a s e ，m a g n e t i ct o r q u ew i l li n c r e a s e ；b u t t h er o t a t es p e e do f m a g n e t i cb l o w e ri n f l u e n c et h em a g n e t i ct o r q u er a r e l y i tb r o u g h to u t “h e a tp i p e a x l e ”，d ot h ei n t e n s i t ya n dd i a t h e r m a n c yc h e c k o u t t h e h e a tp i p e a x e sc a nr e s o l v et h ep r o b l e mt h a tm a g n e t i cb l o w e rg e th i g ht e m p e r a t u r e w h e ni tr u a s p r e l i m i n a r ye v i d e n c eo fh e a tp i p e - a x l ei nt h e o r ya n dt h ep o s s i b i l i t yo f - l【lllllllllllilillllilillililillllililili a b s t r a c t a c h i e v i n gas e t t l e m e n tm a g n e t i ca i r - c o m p r e s s o r so p e r a t i o nt e m p e r a t u r ei st o oh i g h t h r o u g ht r a n s f o r m a t i o ni n t on e wr e s i d u a lh e a ta d s o r p t i o nc o m p r e s s e da i rd r y e r s t ot h ea c t u a lo p e r a t i o n ，i tp r o v e dt h a tt h es u c c e s so ft h en e wp r o c e s s e s ，a n dt h en e w c o m p r e s s e da i rd r y e rh a v et ob ec o m p a r e dw i t ho t h e r st op r o v et h a ti tc a ns a v em o r e e n e r g ya n db en ol e a k a g ef u n c t i o n sw i t hv e r yh i g he n v i r o n m e n t a lv a l u e s k e y w o r d sc o m p r e s s e da i r ；w a s t e h e a tr e g e n e r a t i o n ；d r y e r ；m a g n e t i cb l o w e r ；h e a t p i p e - a x l e - 华南理t 大学丁学硕十学位论文 符号 a b f d i ，d i d o ，d o e g h h c b k m m t n 5 p q q v r s t t g “ l a o g s 6 p p 九 物理名称及符号说明 含 义 动吸附量 剩余磁感应强度( o e ) 内直径( m ) 外直径( m ) 能耗( k j ) 重力加速度( m s 2 ) 磁场强度( o e ) 磁感矫顽力( k a m ) 传热系数( w ( m 2 目) 磁化强度( g s ) 吸附剂量( k g ) 安全系数 压力( m p a ) 热量( k w ) 体积流量( m 3 s ) 热阻( w ) 磁极面积( m 2 ) 扭矩( n m ) 工作气隙( m ) 相对转角( r a d ) 粘度( p a s ) 真空磁导率 屈服点( m p a ) 壁厚( m ) 焊缝系数 密度( k g m 3 ) 汽化潜热( k j k g ) 目录 目录 i i i 1 1 0 r 第1 章绪论1 1 1 本课题研究意义1 1 2 余热吸附再生式干燥器简介。2 1 3 国内外压缩空气干燥器发展进展4 1 4 本课题的来源及研究内容。5 1 5 本章小结5 第2 章新型与传统型余热吸附再生干燥器的比较6 2 1 传统型余热吸附再生干燥器的工作流程简介6 2 2 新型余热吸附再生干燥器的工作流程简介。7 2 3 两种余热再生吸附干燥器的比较9 2 3 1 结构特点比较9 2 3 2 功率、能耗比较9 2 4 本章小结1 1 第3 章磁力风机的研究。1 2 3 1 磁力传动型式的选择1 3 3 1 1 磁力传动的特点1 3 3 1 2 磁力传动的分类1 3 3 1 3 磁力传动器的选择1 5 3 2 圆筒式磁力传动器设计1 6 3 2 1 磁力风机的磁扭矩计算1 6 3 2 2 基于等效磁荷理论的磁扭矩公式的推导2 0 3 2 3 磁力传动器的其它设计2 2 3 3 风机的选择计算2 8 3 3 1 风机的选型2 8 3 3 2 风机功率计算2 9 3 4 设计中碰到的问题及解决方法2 9 3 4 1 设计中碰到的问题。2 9 3 4 2 解决方法3 0 3 5 本章小结3 0 第4 章试验研究3 1 4 1 干燥器试验装置的设计3 1 4 1 1 装置的结构设计3 1 华南理丁大学t 学硕士学位论文 4 1 2 再生能耗计算3 6 4 2 新型余热吸附再生干燥器的实际运行测试。3 8 4 3 磁力风机的磁力扭矩试验4 1 4 3 1 试验目的4 1 4 3 2 试验装置4 1 4 3 3 试验过程4 4 4 3 4 试验记录与分析4 5 4 3 5 磁力扭矩公式的校核。4 7 4 3 6 磁转子参数与扭矩的关系分析4 8 4 4 本章小结5 1 第5 章磁力风机的探讨5 2 5 1 热管轴的构思。5 2 5 2 热管轴的散热原理。5 3 5 3 热管轴的设计计算5 5 5 3 1 工作条件5 5 5 3 2 工质选择5 5 5 3 3 轴体设计5 5 5 3 4 吸液芯选择及充液量计算5 6 5 3 5 最大传热量校核5 7 5 3 6 工作极限校核5 9 5 4 本章小结6 1 总结与建议6 2 参考文献6 3 附录6 8 攻读学位期间发表的学术论文6 9 致 射7 0 其具有易储存、易控制、 益广泛地用于国民经济各 。尤其对提高产品质量和 起着越来越重要的作用。 因此，压缩空气也被认为是仅次于电力的第二动力源【1 。钔。 但由于压缩空气中所含的水分、油分和粉尘等对其使用设备和生产产品的危 害极大，因此，大大降低了使用压缩空气带来的效益。例如，对气动系统来说， 压缩空气中的水分会造成部件锈蚀，冬季会结冰，造成冰堵；油分能使橡胶密封 件老化失效；粉尘会造成部件的磨损和通道的堵塞。据分析，气动系统的故障停 机8 0 以上是由此而引起的。在气力输送时，密封式的管道输送具有安全、环 保及节能的特点。但是，如果压缩空气中的含水量过大，会造成透气层堵塞，压 降增加，影响输送功率。更有甚者，如果输送的是粉煤灰，压缩空气中的水和飞 灰结合，增加了单位长度的压力损失，受潮的粉煤灰还会产生颗粒间的互相凝 结，最终导致管堵塞的事故。 对工艺上应用压缩空气的其它各行业，如化工、医药、食品、橡胶、纺织、 喷漆、通信等，气体污染的危害更不可低估。现代通信电缆必须充入干燥的压缩 空气，否则在高频下绝缘无法保证，信号的输送会受到严重影响。压缩空气的水 和油会使喷漆、喷涂的质量下降，它还会使许多化工流程无法实行。至于医药食 品行业对压缩空气进行净化处理就更有必要了。 压缩空气的净化是指除去水分、油分和粉尘，使之达到一定的质量等级。 7 0 年代我国尚没有压缩空气净化的标准、规范和试验方法，直到8 0 年代后 期，开始制定国家标准，目前已有g b 4 8 3 0 8 4 工业自动化仪表气源压力范围的 质量、g b l 0 8 9 3 8 9 压缩空气干燥规范与试验、g b t 1 3 2 7 7 9 1 一般用压缩 空气质量等级等，对压缩空气品质的控制起到了规范和指导的作用。其中， g b t 1 3 2 7 7 9 1 一般用压缩空气质量等级的规定，空气中以水蒸汽的压力露 点衡量的等级如下： 4 03 最高压力露点 7 0 2 0 l 71 0 净化的关键是进行干燥处理，因为油分、粉尘可用油分离器和各种过滤器清 除，而空气中的水蒸汽常以过热方式存在，用一般机械方法无法清除。 因此，虽然一个完善的净化系统应由许多部件组成，但关键的设备是压缩空 华南理工大学工学硕士学位论文 气干燥机。 1 2 余热吸附再生式干燥器简介 压缩空气有许多种干燥方式，按其工艺的不同，可分为：吸收式、吸附 式、冷冻式和膜分离式等【5 d 2 1 。 吸收式干燥法属固体除湿法。是从压缩空气中抽取水蒸汽，用吸收剂r 可溶 性固体材料吸收水分后自发地变成液体) 与水蒸汽化合变成溶液，然后将水溶液 排除。采用的吸收剂是某些强亲水性化学物质( 所以又叫化学法) ，这类干燥装置 可以达到3 8 左右的露点，但是这些水溶液的排放将严重污染环境，而对本身 价值低廉的吸收剂进行再生处理费用太高，因此，吸收式干燥法已越来越少用 了。 渗膜式干燥器是利用膜分离技术，压缩空气在通过一束特殊的中空纤维薄 膜时，利用内部水蒸气的不同渗透压，使两者分离获得干燥的压缩空气。这类干 燥器在工作时完全不耗能，无任何运动部件，无任何控制、调节装置，可以像过 滤器那洋直接装在管线上并且既可垂直安装也可水平安装，使用十分方便，具有 很大的发展i j f 途。但是渗透膜对油极为敏感，因而需对被处理气源进行精密的除 油处理，并且其负荷小，价格昂贵成了目前推广使用的主要障碍。 冷冻式干燥法是利用冷冻技术，将含有大量水蒸气的压缩空气强制冷却到露 点以下，使之凝结成液态水与压缩空气分开，以获得干燥的压缩空气。压缩空气 中的油雾、固体微粒也在水雾凝聚的作用下大部分得以清除，从而得到干燥纯净 的压缩空气。这种干燥设备可达到常压露点2 3 ，冷冻法设备成本低，运行费 用小，使用时也不受压缩空气进气温度、压力的严格限制，而且冷冻干燥的同 时，还能除去油、尘等各种杂质。但冷干机不宜用于高寒或缺水地区，同时，当 需要制取较高干燥度的压缩空气时，冷干机是不能胜任的。 吸附式干燥法也属于固体除湿法。它是利用吸附剂对水分的吸附能力，如 硅胶、活性氧化铝和分子筛等。这些物质本身具有大量空隙，能产生毛细现象。 而且材料表面上的水蒸气分压低于周围空气中的水蒸气分压，在这个分压力差的 作用下，压缩空气中的水蒸气被吸附了。但吸附了足够多水蒸气的吸附剂必须进 行脱湿处理一一即所谓的“再生，材料才能再次获得吸附活性。为了维持工作 的连续性，吸附式干燥器必须做成双塔并且交替工作。在高压下吸附，低压下解 吸，即变压吸附( p s a ) ：也可以常压下吸附，加热时再生，即变温吸附 ( t s a ) ；或者是在高压常温下吸附，在常压高温下解吸，即变温变压吸附 ( p t c ) 。这类吸附干燥的干燥度可以达到常压露点的7 0 。 吸附式干燥技术的发展较为成熟，在制取4 0 * ( 2 以下常压露点的干燥压缩空 气时，它几乎是唯一可供选择的设备，它运行时不需要冷却水，设备的投入成本 第1 章绪论 流程简洁，工作可靠，所以很受用户欢迎。 局限性在于运行费用较高。这对极大部分不需极端干燥 气源的用户来说尤其如此，即使以比较节能的无热再生式而言，用于再生的干燥 风量占整个处理风量的1 5 左右，这直接减少了系统有效风量( 即成品气) 的 供应，因此在选择配套空气压缩机时，必须留有足够的排气裕量。这实际上是增 加了投资及能源能耗。 吸附干燥器按吸附剂再生方法进行分类可分为加热再生吸附式干燥器、无热 再生吸附式干燥器和微热再生吸附式干燥器。加热再生吸附式干燥器( t s a ) 利用 吸附剂在低温时吸附水分，在高温下将所吸附水分脱附返回气相的特点使吸附剂 获得活性再生；无热再生干燥器以变压吸附( p s a ) 为基础，在气体混合组分中高 水分分压时吸附水分，低水分分压时将所吸附的水分脱附返回气相使吸附剂获得 活性再生。微热再生吸附式干燥器取上述两种干燥器的某些特点，即再生气取自 本身制备的低水分压的干燥空气( 如同无热再生干燥器) ，又用外加热器对再生 气进行微加热( 即加热温度低于吸附剂脱附所需的最低温度) ，其目的旨在节约 再生气消耗。 余热吸附再生干燥装置属于一种较新的吸附干燥器，它属于有热再生式，但 它是利用压缩机出来的具有高温的压缩空气来完成水汽的脱附过程。吸附和解析 过程的时间比无热再生干燥器短，但脱附过程所需的热量无须外加热源，而是利 用压缩机气体的余热，对吸附剂进行加热再生。即使在0 3 5 m p a 的低压工况使 用，只要压缩机的负载率不低于7 0 ，干燥装置就能可靠地工作，成品气的露 点也能达到4 0 以下，因此充分利用了压缩余热，具有节能效用。同时也减少 了冷却器中冷却水的消耗以及电加热器和水泵的能耗及噪音，是一个值得推广的 压缩空气干燥设备 1 3 - 1 5 】。 下表是对余热吸附再生式、无热吸附再生式、微热吸附再生式和冷冻式压缩 空气干燥器的技术分析对比。 表卜1 各种干燥装置的综合性能比较 t a b 1 1c o m p a r i s o nb e t w e e nk i n d so fa i rd r y e r s f 品类型 余热再生干无热再生干 微热再生干加热再生干冷冻式干 项目 燥器燥器 燥器燥器燥器 再生耗气，m s m i n5 1 5 75无 相当损耗功率，k w 4 01 2 05 64 0 无 再生耗电，k w无无 5 01 2 05 0 折合费用，元h 3 29 68 4 81 2 84 0 供气露点( 常压) ， - 4 0- 4 0一4 0- 4 0一2 1 注：( a ) 表中折合费用按电价0 8 元度计算；( b ) 工况条件：气体流量1 0 0 m 3 m i n ，压力 0 7 m p a ，排气温度1 3 0 | 【2 。 由表卜1 可知，与其它吸附干燥器相比，余热吸附再生干燥器具有显著的节 华南理f 大学工学硕士学位论文 能功效。它将压缩机出来的压缩空气热能充分利用，无需外界再对压缩空气加 热，极大地节约了能源。 1 3 国内外压缩空气干燥器发展进展 国外在五十年代就使用了加热再生式吸附干燥器，这类干燥器基本满足了 当时气动仪表及其它气动系统的要求。六十年代起，无热再生式吸附干燥器问 世，由于避开了复杂的加热设备，吸附剂又可再生，大大降低了成本和运行费 用，因此，一经出现，就在工业发达国家得到广泛应用。 七十年代后期，因制冷机的成本降低，而可靠性得到提高，使冷干机的应用 日益增多。进入八十年代，法、英与美国相继对冷干机的空气换热器与蒸发器进 行了改进，使机组在体积上大大减小，性能进一步提高。当今，国外与空压机配 套的冷干机组配套率已达到3 0 ，并且空气净化已形成系列。 国内在这方面大约晚起步了十年。六十年代加热再生式吸附干燥器才开始在 我国应用，七十年代末，开始研制无热再生式吸附干燥器，八十年代初，长春气 动元件厂生产出第一台冷干机，八个月后，无锡气源净化设备厂也研制成功。而 压缩余热利用技术则是近几年提出的一种新的干燥器节能方案，不少余热型干燥 器也应运而生【1 4 , 1 5 l 。 其中，冷冻干燥器应用前景广阔。国内发展很快，市场活跃，杭州是最具有 代表性的地方。当前存在的主要问题是，市场上产品良莠不齐，有的企业为了降 低价格，往往牺牲质量；不注重气水分离器效果等。注重产品质量，加强人员培 训，当好用户参谋是努力方向。目前行业内正在抓紧组织制定产品标准，以利该 产品更好地发展1 1 6 】。 而在吸附式干燥器方面，目前国内外同类产品的差距主要表现在吸附剂方 面。当用国产氧化铝时，一般可达到常压露点4 0 。c 。需要更低露点时，需选用 分子筛或复合吸附床或采用冷冻式干燥器与其组合。国外还出现了一种转轮式吸 附式干燥器，可以不用消耗压缩空气，与中等容量和大容量无油螺杆配套是理想 的选择【17 1 。 目前，干燥器的发展趋势主要有以下几方面【1 8 , 1 9 1 ： ( 1 ) 在线露点分析仪自动控制：净化空气质量的优劣，关键在于露点检测 监督。如果不能把露点检测工作正常开展起来，就无法保证净化空气质量的可靠 和稳定。目前，新出的净化设备都采用了在线电子露点仪自控装置，可根据出风 露点情况对干燥工艺进行自动化控制，从而保证净化空气质量，大大降低能耗。 ( 2 ) 冷冻干燥法和吸附干燥法相结合：冷冻干燥法和吸附式干燥法的最大 差异在于：( a ) 冷冻法节能显著，但压力露点必须在冰点以上，即o 。c 以上，无法 满足石油化工生产的需要；( b ) 吸附法能达到较高的干燥度，压力露点可达2 0 。c 第1 章绪论 一4 0 ，甚至更低，但耗能较大，再生耗气量达1 5 一1 7 ( 无热再生式) 。怎样将 冷冻式干燥器节能的特点和吸附式干燥器具有更高干燥度的特点结合起来，成了 当今压缩空气干燥器研制者的热门课题。 1 4 本课题的来源及研究内容 本课题来源于广东省肇庆市化工机械厂，对肇庆化机厂提出的一种的新型 余热再生吸附式干燥器进行系统的理论分析和试验研究。 本文主要研究内容有： 1 新型与传统型余热再生吸附干燥装置的比较，综合国内外压缩空气干燥 装置的研究现状，本文重点对新型余热吸附再生干燥装置进行研究。进行新型与 传统型余热再生吸附干燥器的结构性能，功率和能耗的比较；进行新型余热再生 干燥器与其它吸附式干燥器的综合性能比较。 2 磁力风机的研究，磁力风机是实现新型余热吸附再生干燥系统的关键装 置，也是本课题的研究重点之一。本文将对磁力风机进行设计计算，对磁力传动 器的磁力扭矩进行了理论分析与推导，试图得到一个应用范围较广，准确度较高 的磁力扭矩的计算式。 3 新型余热再生吸附干燥装置和磁力风机的试验研究，进行新型余热再生 干燥器的设计计算，试验干燥装置的设计；进行磁力风机中磁子对的设计及其磁 扭矩的测定。 1 5 本章小结 这一章详细介绍了本课题的研究背景和意义，阐述了本课题的研究内容；在 阅读大量文献的基础上，对国内外相关的研究工作进行综述，并简单介绍了本课 题的研究对象一一余热吸附再生式干燥装置；提出了本课题的研究具体目标和本 人的具体工作，确定了论文接下来所要进行的内容，为后面的工作打下基础。 华南理下大学丁学硕+ 学位论文 第2 章新型与传统型余热吸附再生干燥器的比较 2 1 传统型余热吸附再生干燥器的工作流程简介 为了对下游用气设备实现不问断供气，几乎所有的吸附干燥器都设计成双塔 结构。即其中一个塔在进行吸附操作时，另一个塔同时对吸附剂进行再生操作， 经过一定时间后双塔工况进行自动切换，一个塔从吸附操作开始，经过再生、均 压等工序，到下一次吸附操作开始，时间的间隔称为干燥器的工作周期。无热再 生干燥器工作周期很短，一般仅几分钟到1 0 分钟。加热再生干燥器由于吸附剂 升温和降温时间很长，工作周期往往长达几个小时以上。而微热再生干燥器和余 热再生干燥器的工作周期则在前两种干燥器之间【2 们。 而余热再生吸附式干燥器也是采用双塔设计，其完整的工作过程由吸附、再 生、吹冷、均压四个阶段构成。其中，再生、吹冷、均压三个阶段通常被统一归 于再生阶段，所耗费的周期时间与吸附阶段是相等的。 图2 - 1 是目前用得比较广泛的余热再生吸附式干燥器的工作流程示意图。 图2 1 传统型余热再生干燥装置流程图 f i g 2 1t h ef l o wc h a r to ft r a d i t i o n a lc o m p r e s s e da i rd r y e ro fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o n 具体工作流程如下： ( 1 ) 干燥器a 工作、干燥器b 再生 a 加热阶段 压缩机输出的热气流经阀2 进入干燥器b ，加热干燥器b 的吸附剂后，经阀 第2 章新型与传统型余热吸附再生干燥器的比较 4 进入冷却器，冷却后气体析出的水分经排污阀排出。而气体则由阀5 进入干燥 器a ，在干燥剂的吸附作用下，使气体进一步脱水干燥。然后，成品气体经阀1 0 输出。 b 冷却阶段 干燥器b 经过一定时间加热后( 加热时间视压缩机输出的气体温度及环境温 度而定) ，干燥器b 内的吸附剂得到再生，此时开启阀1 2 ，关闭阀2 ，压缩机输 出的热气流不再经干燥器b ，而直接经阀1 2 进入冷却器。然后，由阀5 进入干 燥器a ，再经阀1 0 输出。 与此同时，阀8 ，9 相应开启，让经干燥器a 干燥后的气体通过限流孔板， 在降压、膨胀后，流经干燥器b ，使干燥器b 的吸附床层降温( 以备下周期使 用) ，再经消音器排除大气中。 当干燥器a 工作二分之一周期时，将阀9 关闭，同时开启阀6 ，1 1 ，干燥装 置上半周期工作结束。 ( 2 ) 干燥器b 工作、干燥器a 再生 下半周期工作开始时，阀6 ，儿同时开启，阀5 ，1 0 也同时关闭，干燥器b 开始工作、而干燥器a 开始再生。其流程与上半周期相似。 这种余热吸附再生式干燥器虽然具有明显的节能功效，但从其再生工艺流程 可见：当干燥塔内的吸附剂需要脱水再生的时候，需要用一部分成品气来降压， 吹冷吸附剂，然后被当作废气而排空。这样势必要浪费较多的干燥空气，既减少 了干燥器的有效供气量，又造成了部分能量的损失。 2 2 新型余热吸附再生干燥器的工作流程简介 由于传统型余热吸附再生干燥器需要用5 1 0 左右干燥后的气体通过降压 后，用于再生干燥器吸附剂的降温，然后这部分气体不再回流而被直接放空。因 此，本课题提出了余热再生吸附式干燥器的一种新流程。这种新型余热吸附再生 式干燥器是在普通余热吸附再生干燥器的工艺流程基础上改进而成。改进后，通 过再生塔降压和吹冷吸附剂后的气体，不再排空，而是经一个小型风机增压，再 送回进气口与热气流汇合后循环使用。下图是改进后的余热吸附再生式干燥器的 工艺流程图。 华南理工大学工学硕+ 学位论文 风 机 图2 2 新型余热再生干燥装置流程图 f i g 2 - 2t h ef l o wc h a r to fan e wk i n do fc o m p r e s s e da i rd r y e ro fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o n 其具体工作过程如下： ( 1 ) 干燥器a 工作，干燥器b 再生： a 加热阶段 压缩机输出的热气流经阀1 ，分成两部分：一部分气体经过阀7 进入干燥器 b ，对其内的吸附剂进行加热再生，然后经阀3 和阀4 流回热进气口；另一部分 气体和返回的气体汇合，经冷却器冷却，再经阀2 ，进入干燥器a 被干燥。然后 经阀5 输出。 b 冷却阶段 ：， 干燥器b 经过一定时间加热后( 加热时间视压缩机输出的气体温度及环境温 度而定) ，其内的吸附剂得到再生。此时，调节各阀门，使得热进口气全部经阀 1 ，进入冷却器冷却，再经阀2 进入干燥器a 被干燥，得到成品气后，由阀5 分 成两部分：一部分直接输出；另一部分经阀7 ，进入干燥器b ，对其内的吸附剂 进行冷却降温，然后经阀3 和风机增压，再送回进气口与热气流汇合。 ( 2 ) 干燥器b 工作，干燥器a 再生： 流程与( 1 ) 类似，需注意对阀门的调节控制。 第2 章新型与传统氆余热吸附再生干燥器的比较 从以上压缩空气的干燥与再生流程可见，这种新型余热吸附再生式干燥器 与普通的余热吸附再生式干燥器不同的是增加了一台小风机，将原来用于再生塔 中降压和吹冷吸附剂后，排入大气的成品气不再排空，而是经小风机增压后，返 回进气口与热气流汇合以循环使用。与普通余热再生干燥器相比，改进的余热再 生干燥器增加了有效供气量，提高了压缩空气的产气量，节能效果更显著。 2 3 两种余热再生吸附干燥器的比较 2 3 1 结构特点比较 传统型和新型干燥器在结构上大致相同，如均采用两个干燥塔轮流对压缩空 气进行吸附干燥；均需要采用冷却器对压缩机出来的高温气体进行冷却；需要一 定数量的阀门控制压缩空气的流动等【2 1 1 。 但如图2 - 1 、2 - 2 所示，传统型余热再生吸附干燥器是将已被冷却、干燥后 的压缩空气降压，再吹冷高温吸附剂，然后排空；而新型余热再生吸附干燥器却 并不对压缩空气降压，并用它吹冷高温吸附剂后，对其加压回收。因此，这两种 余热再生吸附干燥器的结构也有所不同： 1 管系结构吸附干燥器的进出气管路可分为两部分，上管系和下管系。 上管系一般包括压缩空气成品气排出阀和再生气量调节阀。下管系一般包括压缩 空气通气阀、再生气排气阀及消声器。对于两种余热再生吸附干燥器，压缩空气 成品气排出阀、再生气量调节阀、压缩空气通气阀均是必需设备，且其使用场合 相同，可选择同类产品。而在传统型余热再生吸附干燥器中作为必需品的再生气 调节阀及消声器对新型余热再生吸附干燥器则是不需要的。同时，由于新型余热 再生吸附干燥器的阀门、管道布置比传统型的更为合理，因此新型余热再生吸附 干燥器所需要的压缩空气通气阀数量比传统型的少得多。 2 风机如前所述，在新型余热再生吸附干燥器中，低温、干燥的压缩空 气对高温吸附剂吹冷后，压强有所下降，因此需要一小型风机对其加压，以便回 收利用。所以，新型余热再生吸附干燥器比传统型的多了一个小风机，其管道也 要做相应的改变。 2 3 2 功率、能耗比较 余热吸附再生干燥器的再生过程包括加热、吹冷、均压三个过程。其中，加 热过程是用高温压缩空气对待再生的吸附剂加热；而吹冷和均压过程均是由低 温、干燥的压缩空气对吸附剂作用完成的。 在加热过程中，高温压缩空气所需提供的热量，即加热再生过程的耗能包括 四部分：加热吸附剂的能量，加热吸附干燥器本体及管系所需的能量，水的解析 热，吸附干燥器的散热。 华南理丁大学t 学硕十学位论文 而在吹冷、均压过程中，需被吹冷的热负荷只包括两部分：吹冷吸附剂的能 量和吹冷吸附干燥器本体及管系所需的能量。而此时，吸附干燥器的散热也能带 走一部分热量。因此，低温、干燥的压缩空气所需带走的热量为吹冷吸附剂的能 量和吹冷吸附干燥器本体及管系所需的能量与吸附干燥器的散热量之差。 在处理同等条件下，同体积流量的压缩空气时，与传统型相比，新型余热吸 附再生干燥器由于要将吹冷吸附剂后的压缩空气回收利用，需重新对这部分气体 冷却、干燥，因此其塔内实际的压缩空气流量应为新进压缩空气加上这部分回收 的压缩空气。故新型余热再生吸附干燥器所需的吸附剂量、耗能，吹冷气体量等 要比传统型的大。但是，同样由于新型余热再生吸附干燥器将吹冷吸附剂的压缩 空气回收，无需向外界排放，故其低温、干燥的压缩空气产品的出口流量要大于 传统型。同时，按照效率或单位质量压缩空气产品的能耗比较，新型余热再生吸 附干燥器比传统型更好。表2 1 是新型余热再生吸附干燥器与各种吸附干燥器的 性能比较【2 2 - 2 5 1 。 表2 1 新型余热干燥器与其它吸附干燥器的比较 t a b 2 1c o m p a r et h en e wk i n do fa i r e ro fw a s t e h e a tr e g e n e r a t i o nw i t ho t h e r s 类型 传统型余热新型余热再 技术捂狳 加热再生无热再生微热再生 再生生 平均耗气量 51 57 5o 冷却器耗电 量( 1 0 q 度 1 0 2 9 92 9 2 9 8 0 9 37 9 2 27 5 2 6 k g 成品气) 小风机耗电 量( 1 03 度 o 0000 2 5 9 k g 成品气) 加热器耗电 量( 1 03 度3 4 0 3 9o1 4 5 3 300 k g 成品气) 供气露点一1 0 一7 0一4 0一4 0- 4 0 一4 0 工作周期 1 2 1 6 h 5 1 0 m i no 5 l h4 8 h4 8 h 加热器大无小 无无