一種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法，包括濕空氣進口、干燥空氣出口和再生常壓空氣進口、出口，其特征在于，包括壓縮空氣溶液除濕干燥系統(tǒng)以及空壓機余熱回收溶液再生系統(tǒng)。該方法包括高壓除濕環(huán)境產(chǎn)生流程、高壓溶液循環(huán)流程和稀溶液余熱再生流程。濃溶液與壓縮空氣分別分布在中空纖維膜的內(nèi)腔與外側(cè)，不直接接觸，能夠有效避免除濕后干燥壓縮空氣的帶液問題，且能滿足工藝中對氣源要求嚴格場合的用氣要求；通過空氣壓縮機出口的高溫空氣對稀溶液進行加熱后利用室外空氣進行再生，在空氣干燥度滿足要求的前提下，有效降低壓縮空氣干燥系統(tǒng)的運行成本。
【專利說明】一種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于溶液除濕【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣廣泛應(yīng)用于制藥廠、食品廠、電解廠、飛機氣動系統(tǒng)、煉油廠、血漿制取等行業(yè)。干燥是壓縮空氣處理的重要環(huán)節(jié)，壓縮空氣干燥過程耗能巨大，在美國制造業(yè)消耗的總能量中，約12%用于壓縮空氣干燥，根據(jù)美國能源署的一項統(tǒng)計，壓縮機運行時消耗的電能中，用于增加空氣勢能的僅占總耗電量的15%，其余約85%的電能都轉(zhuǎn)化為熱量，這部分熱量通過風(fēng)冷或者水冷的方式排放到空氣或者土壤中，造成能源的極大浪費。若能改善干燥工藝或者提高干燥過程的能量利用效率，節(jié)能效益將非?？捎^。此外，由于傳統(tǒng)的填料塔型溶液除濕器中空氣與溶液直接接觸，干燥后的壓縮空氣會攜帶液滴，引起設(shè)備腐蝕和儀表損壞等問題，增加了企業(yè)生產(chǎn)成本。
[0003]隨著能源與環(huán)境問題的不斷加劇，節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟成為當今時代發(fā)展的主題，研究并提出新型的工業(yè)余熱回收技術(shù)對壓縮空氣干燥過程中空氣壓縮機的余熱進行利用，具有重要的實際意義和應(yīng)用價值。此外，為克服填料塔型溶液除濕器的弊端，改善空氣與溶液的傳質(zhì)方式顯得尤為關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法，通過余熱再生循環(huán)減少了排放，通過中空纖維膜使氣液不直接接觸，改進了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]技術(shù)方案:基于中空纖維膜的壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置，包括濕空氣進口、干燥空氣出口和再生空氣出口，其特征在于，包括壓縮空氣溶液干燥系統(tǒng)以及空壓機余熱回收溶液再生循環(huán)系統(tǒng)；
[0006]壓縮空氣溶液干燥系統(tǒng)包括空氣壓縮機、氣液換熱器、空氣冷卻器、儲氣罐、高壓除濕器和第一節(jié)流閥；
[0007]其中，高壓除濕器的內(nèi)部布置中空纖維膜；該高壓除濕器的側(cè)壁設(shè)有進氣口和排氣口 ；排氣口與第一節(jié)流閥連接；
[0008]空氣壓縮機的排氣口與氣液換熱器的第一輸入端連接，氣液換熱器的第一輸出端連接空氣冷卻器的進口，空氣冷卻器的出口連接儲氣罐的進口，儲氣罐出口與高壓除濕器的側(cè)壁的進氣口連接；
[0009]空壓機余熱回收溶液再生循環(huán)系統(tǒng)包括氣液換熱器、高壓除濕器、高壓儲液罐、第二節(jié)流閥、回?zé)崞?、常壓再生器、常壓儲液罐、增壓溶液泵、溶液冷卻器、第一調(diào)節(jié)閥和風(fēng)機；
[0010]其中，常壓再生器內(nèi)部布置填料，頂部設(shè)有噴淋器，底部設(shè)有排液口，側(cè)面設(shè)有再生空氣進氣口和排氣口；
[0011]高壓除濕器的排液口與高壓儲液罐的進口連接，高壓儲液罐的出口通過第二節(jié)流閥與回?zé)崞鞯牡谝惠斎攵诉B接，回?zé)崞鞯牡谝惠敵龆送ㄟ^管道與氣液換熱器的第二輸入端連接，氣液換熱器的第二輸出端通過管道連接常壓再生器的頂部噴淋器；常壓再生器的排液口通過管道與回?zé)崞鞯牡诙斎攵诉B接，回?zé)崞鞯牡诙敵龆伺c常壓儲液罐的進口連接，常壓儲液罐的出口先后通過增壓溶液泵、溶液冷卻器、第一調(diào)節(jié)閥與高壓除濕器的頂部噴淋器相連接；再生空氣經(jīng)常壓再生器的側(cè)面進氣口經(jīng)風(fēng)機送入，最后經(jīng)常壓再生器的側(cè)面再生空氣出口排出。
[0012]常壓再生器所需熱源由空氣壓縮機產(chǎn)生的余熱提供。
[0013]該方法包括高壓除濕環(huán)境產(chǎn)生流程、高壓溶液循環(huán)流程和稀溶液余熱再生流程；高壓除濕環(huán)境產(chǎn)生流程為:待干燥空氣由濕空氣進口進入空氣壓縮機壓縮，壓縮后的空氣經(jīng)氣液換熱器降溫后進入空氣冷卻器進一步冷卻至露點溫度以下析出部分水分；然后經(jīng)儲氣罐進入高壓除濕器；同時，常壓儲液罐中的濃溶液依次經(jīng)增壓溶液泵、溶液冷卻器增壓冷卻后進入高壓除濕器，高壓濃溶液在中空纖維膜內(nèi)流動，壓縮空氣在中空纖維膜外流動，兩種介質(zhì)通過中空纖維膜進行傳熱傳質(zhì)，獲得低濕度的干燥空氣，經(jīng)第一節(jié)流閥節(jié)流后由干燥空氣出口排出；
[0014]高壓溶液循環(huán)流程為:通過增壓溶液泵、溶液冷卻器增壓冷卻后進入高壓除濕器的濃溶液吸收壓縮空氣中水分后變成稀溶液，除濕后的稀溶液進入高壓儲液罐，經(jīng)第二節(jié)流閥節(jié)流至常壓后進入回?zé)崞骷訜岷?，加熱后的稀溶液進入氣液換熱器，然后經(jīng)溶液管道通入常壓再生器，稀溶液與來自風(fēng)機的室外空氣通過填料直接接觸，稀溶液中的水分向空氣中擴散，變?yōu)闈馊芤?，濃溶液通過常壓再生器的排液口進入回?zé)崞鬟M行冷卻，冷卻后進入常壓儲液罐，從常壓儲液罐流出后，依次經(jīng)增壓溶液泵加壓、溶液冷卻器冷卻，再進入高壓除濕器，形成高壓溶液循環(huán)回路；
[0015]稀溶液余熱再生流程為:除濕后的稀溶液與濃溶液在回?zé)崞髦袚Q熱后，由氣液換熱器的第二輸入端進入氣液換熱器，與空氣壓縮機出口的高溫高壓空氣進行換熱，稀溶液被加熱至再生溫度后經(jīng)氣液換熱器的第二輸出端通過溶液管道進入常壓再生器，與風(fēng)機送入的室外空氣進行擴散傳遞，獲得濃溶液，再生后的空氣經(jīng)再生空氣出口排出。
[0016]有益效果:
[0017](I)本發(fā)明對壓縮空氣除濕后的稀溶液再生過程不再需要額外輸入熱能，而是通過空氣壓縮機出口的高溫空氣對稀溶液進行加熱后利用室外空氣進行再生，在空氣干燥度滿足要求的前提下，有效降低壓縮空氣干燥系統(tǒng)的運行成本。比傳統(tǒng)系統(tǒng)節(jié)能10%以上具有良好的節(jié)能效果，實現(xiàn)壓縮空氣干燥過程中空氣壓縮機余熱的高效回收利用。
[0018](2)本發(fā)明中高壓溶液和壓縮空氣分別在中空纖維膜的內(nèi)腔和外側(cè)，而非直接接觸，能夠避免因干燥空氣攜帶液滴而引起的設(shè)備腐蝕和儀表損壞等問題的產(chǎn)生，且對空氣加壓后空氣的水蒸氣分壓力與溶液表面水蒸氣分壓力之差更大，除濕效率更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明示意圖?！揪唧w實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明是一種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法，包括壓縮空氣溶液干燥系統(tǒng)以及空壓機余熱回收溶液再生循環(huán)系統(tǒng)。
[0022]壓縮空氣溶液干燥系統(tǒng)包括空氣壓縮機2、氣液換熱器3、空氣冷卻器4、儲氣罐5、中空纖維膜型高壓除濕器6和第一節(jié)流閥7。中空纖維膜型高壓除濕器6的內(nèi)部布置中空纖維膜，管內(nèi)流動介質(zhì)為高壓溶液，管外流動介質(zhì)為壓縮空氣，中空纖維膜型高壓除濕器6的頂端和底部分別設(shè)有噴淋器和排液口，中空纖維膜型高壓除濕器6的側(cè)面設(shè)有進氣口和排氣口，排氣口與中空纖維膜型高壓除濕器6外側(cè)的第一節(jié)流閥7連接；空氣壓縮機2的排氣口與氣液換熱器3的第一輸入端連接，氣液換熱器3的第一輸出端連接空氣冷卻器4的進口，空氣冷卻器4的出口連接儲氣罐5的進口，儲氣罐5出口與中空纖維膜型高壓除濕器6的側(cè)面進氣口連接。
[0023]空壓機余熱回收溶液再生循環(huán)系統(tǒng)包括氣液換熱器3、中空纖維膜型高壓除濕器
6、高壓儲液罐9、第二節(jié)流閥10、回?zé)崞?1、填料塔型常壓再生器12、常壓儲液罐13、增壓溶液泵14、溶液冷卻器15、第一調(diào)節(jié)閥16、風(fēng)機17。填料塔型常壓再生器12內(nèi)部布置填料，頂部設(shè)有噴淋器，底部設(shè)有排液口，側(cè)面設(shè)有再生空氣進氣口和排氣口。
[0024]中空纖維膜型高壓除濕器6的排液口與高壓儲液罐9的進口連接，高壓儲液罐9的出口通過第二節(jié)流閥10與回?zé)崞?1的第一輸入端連接，回?zé)崞?1的第一輸出端通過管道與氣液換熱器3的第二輸入端連接，氣液換熱器3的第二輸出端通過管道連接填料塔型常壓再生器12的頂部噴淋器；填料塔型常壓再生器12的排液口通過管道與回?zé)崞?1的第二輸入端連接，回?zé)崞?1的第二輸出端與常壓儲液罐13的進口連接，常壓儲液罐13的出口先后通過增壓溶液泵14、溶液冷卻器15、第一調(diào)節(jié)閥16與中空纖維膜型高壓除濕器6的頂部噴淋器相連接；再生空氣經(jīng)填料塔型常壓再生器12的側(cè)面進氣口經(jīng)風(fēng)機17送入，最后經(jīng)填料塔型常壓再生器12的側(cè)面排氣口 18排出。
[0025]其中，壓縮空氣干燥系統(tǒng)和空壓機余熱回收溶液再生循環(huán)系統(tǒng)中涉及的氣液換熱器3以及中空纖維膜型高壓除濕器6均為同一部件。
[0026]常壓再生器12不限為填料塔型，還可能是其他類型，如內(nèi)熱型等。所需熱源由空氣壓縮機產(chǎn)生的余熱提供。
[0027]該干燥裝置及余熱再生方法包括高壓除濕環(huán)境產(chǎn)生流程、高壓溶液循環(huán)流程和稀溶液余熱再生流程。
[0028]高壓除濕環(huán)境由以下流程產(chǎn)生:需要干燥的空氣由濕空氣進口 I進入空氣壓縮機2壓縮后經(jīng)氣液換熱器3降溫后進入空氣冷卻器4進一步冷卻至露點溫度以下析出部分水分，然后經(jīng)儲氣罐5進入中空纖維膜型高壓除濕器6，同時濃溶液也依次經(jīng)增壓溶液泵14、溶液冷卻器15增壓冷卻后進入中空纖維膜型高壓除濕器6，高壓濃溶液在中空纖維膜內(nèi)腔流動，壓縮空氣在中空纖維膜外側(cè)流動，兩種介質(zhì)通過中空纖維膜進行傳熱傳質(zhì)，獲得含濕量比較低的干燥空氣，經(jīng)第一節(jié)流閥7節(jié)流后由干燥空氣出口 8排出。
[0029]高壓溶液循環(huán)流程:通過增壓溶液泵14、溶液冷卻器15增壓冷卻后進入中空纖維膜型高壓除濕器6的濃溶液吸收壓縮空氣中水分后變成稀溶液，除濕后的稀溶液進入高壓儲液罐9，經(jīng)第二節(jié)流閥10節(jié)流至常壓后進入回?zé)崞?1加熱后進入氣液換熱器3，然后經(jīng)溶液管道通入填料塔型常壓再生器12，稀溶液與風(fēng)機17送入的室外空氣通過填料直接接觸，稀溶液中的水分向空氣中擴散，變?yōu)闈馊芤?，濃溶液通過填料塔型常壓再生器12的排液口進入回?zé)崞?1冷卻后進入常壓儲液罐13，從常壓儲液罐13流出后依次經(jīng)增壓溶液泵14、溶液冷卻器15加壓冷卻后進入中空纖維膜型高壓除濕器6，構(gòu)成高壓溶液循環(huán)回路。
[0030]稀溶液余熱再生流程:除濕后的稀溶液與濃溶液在回?zé)崞?1中換熱后由氣液換熱器3的第二輸入端進入氣液換熱器3與空氣壓縮機2出口的高溫高壓空氣進行換熱，稀溶液被加熱至再生溫度后經(jīng)氣液換熱器3的第二輸出端通過溶液管道進入填料塔型常壓再生器12與風(fēng)機17送入的室外空氣進行擴散傳遞，獲得濃溶液，再生后的空氣經(jīng)再生空氣出口 18排出。
[0031]本發(fā)明的除濕過程在中空纖維膜型高壓除濕器中進行，空氣處于加壓狀態(tài)，空氣與溶液表面水蒸氣分壓力差更大，除濕效果更好，濃溶液與壓縮空氣分別分布在中空纖維膜的內(nèi)腔與外側(cè)，不直接接觸，能夠有效避免除濕后干燥壓縮空氣的帶液問題，且能滿足工藝中對氣源要求嚴格場合的用氣要求；再生過程不再需要提供額外的熱源，而是通過空氣壓縮機出口高溫空氣將稀溶液加熱至再生溫度后送入填料塔型常壓再生器，利用室外空氣進行再生，實現(xiàn)溶液的循環(huán)利用，此過程有效利用了空壓機的余熱，減少能源的浪費，提高能源利用效率。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法，包括濕空氣進口( I )、干燥空氣出口(8)和再生空氣出口( 18)，其特征在于，包括壓縮空氣溶液干燥系統(tǒng)以及空壓機余熱回收溶液再生循環(huán)系統(tǒng)； 壓縮空氣溶液干燥系統(tǒng)包括空氣壓縮機(2)、氣液換熱器(3)、空氣冷卻器(4)、儲氣罐(5)、高壓除濕器(6)和第一節(jié)流閥(7)； 其中，高壓除濕器(6)的內(nèi)部布置中空纖維膜；該高壓除濕器(6)的側(cè)壁設(shè)有進氣口和排氣口 ；排氣口與第一節(jié)流閥(7)連接； 空氣壓縮機(2 )的排氣口與氣液換熱器(3 )的第一輸入端連接，氣液換熱器(3 )的第一輸出端連接空氣冷卻器(4)的進口，空氣冷卻器(4)的出口連接儲氣罐(5)的進口，儲氣罐(5)出口與高壓除濕器(6)的側(cè)壁的進氣口連接； 空壓機余熱回收溶液再生循環(huán)系統(tǒng)包括氣液換熱器(3)、高壓除濕器(6)、高壓儲液罐(9)、第二節(jié)流閥(10)、回?zé)崞?11)、常壓再生器(12)、常壓儲液罐(13)、增壓溶液泵(14)、溶液冷卻器(15)、第一調(diào) 節(jié)閥(16)和風(fēng)機(17);其中，常壓再生器(12)內(nèi)部布置填料，頂部設(shè)有噴淋器，底部設(shè)有排液口，側(cè)面設(shè)有再生空氣進氣口和排氣口 ； 高壓除濕器(6 )的排液口與高壓儲液罐(9 )的進口連接，高壓儲液罐(9 )的出口通過第二節(jié)流閥(10)與回?zé)崞?11)的第一輸入端連接，回?zé)崞?11)的第一輸出端通過管道與氣液換熱器(3)的第二輸入端連接，氣液換熱器(3)的第二輸出端通過管道連接常壓再生器(12)的頂部噴淋器；常壓再生器(12)的排液口通過管道與回?zé)崞?11)的第二輸入端連接，回?zé)崞?11)的第二輸出端與常壓儲液罐(13)的進口連接，常壓儲液罐(13)的出口先后通過增壓溶液泵(14)、溶液冷卻器(15)、第一調(diào)節(jié)閥(16)與高壓除濕器(6)的頂部噴淋器相連接；再生空氣經(jīng)常壓再生器(12)的側(cè)面進氣口經(jīng)風(fēng)機(17)送入，最后經(jīng)常壓再生器(12)的側(cè)面再生空氣出口(18)排出。
2.如權(quán)利要求1所述一種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法，其特征在于，所述常壓再生器(12)所需熱源由空氣壓縮機產(chǎn)生的余熱提供。
3.—種壓縮空氣溶液干燥和余熱再生裝置及方法:其特征在于，該方法包括高壓除濕環(huán)境產(chǎn)生流程、高壓溶液循環(huán)流程和稀溶液余熱再生流程；高壓除濕環(huán)境產(chǎn)生流程為:待干燥空氣由濕空氣進口(I)進入空氣壓縮機(2)壓縮，壓縮后的空氣經(jīng)氣液換熱器(3)降溫后進入空氣冷卻器(4)進一步冷卻至露點溫度以下析出部分水分；然后經(jīng)儲氣罐(5)進入高壓除濕器(6);同時，常壓儲液罐(13)中的濃溶液依次經(jīng)增壓溶液泵(14)、溶液冷卻器(15)增壓冷卻后進入高壓除濕器(6)，高壓濃溶液在中空纖維膜內(nèi)流動，壓縮空氣在中空纖維膜外流動，兩種介質(zhì)通過中空纖維膜進行傳熱傳質(zhì)，獲得低濕度的干燥空氣，經(jīng)第一節(jié)流閥(7)節(jié)流后由干燥空氣出口(8)排出； 高壓溶液循環(huán)流程為:通過增壓溶液泵(14)、溶液冷卻器(15)增壓冷卻后進入高壓除濕器(6)的濃溶液吸收壓縮空氣中水分后變成稀溶液，除濕后的稀溶液進入高壓儲液罐(9)，經(jīng)第二節(jié)流閥(10)節(jié)流至常壓后進入回?zé)崞?11)加熱后，加熱后的稀溶液進入氣液換熱器(3)，然后經(jīng)溶液管道通入常壓再生器(12)，稀溶液與來自風(fēng)機(17)的室外空氣通過填料直接接觸，稀溶液中的水分向空氣中擴散，變?yōu)闈馊芤?，濃溶液通過常壓再生器(12 )的排液口進入回?zé)崞?11)進行冷卻，冷卻后進入常壓儲液罐(13)，從常壓儲液罐(13)流出后，依次經(jīng)增壓溶液泵(14)加壓、溶液冷卻器(15)冷卻，再進入高壓除濕器(6)，形成高壓溶液循環(huán)回路； 稀溶液余熱再生流程為:除濕后的稀溶液與濃溶液在回?zé)崞?11)中換熱后，由氣液換熱器(3 )的第二輸入端進入氣液換熱器(3 )，與空氣壓縮機(2 )出口的高溫高壓空氣進行換熱，稀溶液被加熱至再生溫度后經(jīng)氣液換熱器(3)的第二輸出端通過溶液管道進入常壓再生器(12)，與風(fēng)機(17)送入 的室外空氣進行擴散傳遞，獲得濃溶液，再生后的空氣經(jīng)再生空氣出口(18)排出。
【文檔編號】B01D53/26GK103920374SQ201410161814
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】殷勇高, 鄭寶軍, 張小松 申請人:東南大學(xué)