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    由于世界船舶市場需求的迅速增長，我國船舶工業(yè)自2003年起開始進入高速發(fā)展期，截止2008年已先后建成中船長興造船基地、中船龍穴造船基地、青島海西灣造船基地等重大項目。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料，2007年我國造船完工量1892萬載重噸，占世界造船市場份額23%；新接定單9845萬載重噸，占世界造船市場份額42%。
    伴隨我國造船總量不斷上升的是造船企業(yè)能源消耗量。由于國家現(xiàn)行能源政策對造船企業(yè)提出的約束性指標(biāo)，因此必須對節(jié)能工作予以重視。根據(jù)我院對數(shù)家造船企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的分析，我國造船企業(yè)最主要的能源消耗是電力，約占船廠能耗的65%左右。造船企業(yè)進行生產(chǎn)需消耗大量無油、無水壓縮空氣。因此本文從空壓站這一耗能大戶人手，通過對余熱再生吸附式干燥機的研究，分析其在壓縮空氣系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性和節(jié)能效果。
1、造船企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀
    壓縮空氣是一種機械工廠內(nèi)廣泛使用的動力源，主要用于風(fēng)動工具、噴砂除銹、氣動設(shè)備和自動化儀表。在鋼鐵、汽車、化工和造船等行業(yè)，壓縮空氣用量都很大。不同的行業(yè)對壓縮空氣的質(zhì)量（露點、含塵量、含油量）都有特定要求。以造船工業(yè)為例，大型造船企業(yè)的壓縮機安裝容量多在2000～3500m3／nun，電力安裝容量達到12000KW～20000KW，這些空壓機和相關(guān)配套后處理設(shè)備的運行消耗了大量電能。我國造船企業(yè)廣泛采用壓縮空氣用于分段噴砂除銹和風(fēng)動工具。船廠對用于噴砂作業(yè)的壓縮空氣的壓力露點、含水量、含油量有一定要求，參照國家標(biāo)準(zhǔn)《-般用壓縮空氣質(zhì)量等級》(GB/T13277)中的規(guī)定，噴砂、噴漆作業(yè)壓縮空氣的壓力露點應(yīng)為-20℃。上世紀(jì)90年代造船企業(yè)供氣設(shè)備多采用活塞式壓縮機，隨著涂裝工藝要求的提升，此類備已難以滿足生產(chǎn)的需要。隨后多數(shù)造船企業(yè)開始采用離心式壓縮機，壓縮空氣的后處理則采用冷凍式干燥機，從使用來看可以滿足使用需要，但是經(jīng)過冷凍式干燥機處理后壓縮空氣的壓力露點為2～5℃，在部分使用單位出現(xiàn)過壓縮空氣帶水的情況。吸附式干燥機壓力露點可達-40～-20℃，因此使用吸附式干燥機可大幅度提高壓縮空氣質(zhì)量，降低壓縮空氣常溫下的絕對濕度，有利于提高涂裝質(zhì)量。然而吸附式干燥機需要消耗能量用于吸附劑的再生，無論是有熱再生、微熱再生和無熱再生方式都需要消耗大量能源，因此使得吸附式干燥機烘干機在造船企業(yè)中的應(yīng)用受到了一定限制。
2、空壓機余熱利用系統(tǒng)的引入
    離心式壓縮機近年廣泛應(yīng)用于船廠壓縮空氣系統(tǒng)，以下是某船廠空壓站采用離心式壓縮機和余熱再生吸附式干燥機工藝流程簡圖。
    從工藝流程簡圖中看，空壓站的主要耗能設(shè)備是離心式空壓機和后處理設(shè)備（本項目為余熱再生吸附式干燥機）。當(dāng)前離心式空壓機已采取了如高效后彎式葉輪、進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)、高效換熱器和全自動雙模式控制等手段來提高機組效率，因此再進一步提高壓縮機效率較為困難。以上述空壓站為例，如采用冷凍式干燥機，冷凍式干燥機的制冷壓縮機每年需要消耗大量電能。從船廠的用氣需求來看，冷干機的供氣品質(zhì)并不能完全滿足特種涂裝的需要。因此筆者以此為切入點，在某船廠空壓站工程設(shè)計中引入余熱再生吸附式干燥機，和離心式壓縮機一起組成空壓機余熱利用系統(tǒng)，在利用離心式壓縮機末級排氣余熱方面進行嘗試。目前該工程已投用數(shù)年，各方反映良好。隨后筆者將以實際工程為例，通過對余熱利用系統(tǒng)中的核心設(shè)備——余熱再生吸附式干燥機工作原理的研究、分析應(yīng)用此設(shè)備的節(jié)能效果、經(jīng)濟效益和應(yīng)用價值。
3、余熱再生吸附式干燥機的工作原理
    根據(jù)工程熱力學(xué)原理，空氣被壓縮后溫度會升高，離心式壓縮機的末級排氣出口溫度一般可達110℃以上。當(dāng)配用冷凍干燥機時，壓縮空氣出口的高溫排氣必須經(jīng)過末級冷卻器冷卻到45℃。近年來國家能源政策出現(xiàn)重大調(diào)整，節(jié)能減排工作的地位日益突出。余熱再生吸附式干燥機作為一種新型的節(jié)能型產(chǎn)品開始受到關(guān)注，它既具有吸附式干燥機露點低，供氣品質(zhì)好的優(yōu)點，又充分利用了壓縮機末級高溫排氣用于吸附劑再生，大大降低了加熱用能耗和再生氣損耗。
    吸附法屬于固體除濕法，所采用的吸附劑一般有硅膠、鋁膠和分子篩。這些物質(zhì)本身具有大量孔隙，能產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象。當(dāng)材料表面上的蒸汽分壓力小于周圍空氣中的蒸汽分壓力時，在壓差作用下，壓縮空氣中的水蒸汽產(chǎn)生擴散運動，從而達到去濕效果。
    吸附式干燥主要由吸附、再生、吹冷和均壓四個過程組成，但不同型式的設(shè)備可能略有不同。余熱再生吸附式干燥機主要工作原理與其他類型吸附式干燥機類似，唯一區(qū)別在于再生過程。余熱再生吸附式干燥機是利用離心式空壓機產(chǎn)生的，滿足TSA（變溫吸附）所需要的高溫再生環(huán)境和高溫失飽和、吸水能力極強的再生氣體，對吸附塔內(nèi)的吸附劑進行加熱再生。這樣一方面充分利用了離心式壓縮機末級的熱量，可以節(jié)約用于再生的額外能量；另一方面可以取消空壓機末級冷卻器，降低離心式壓縮機的投資。
    因此筆者認(rèn)為對于造船企業(yè)這類對壓縮空氣品質(zhì)有一定要求、并且消耗量大的場合，余熱再生吸附式干燥機具有很大應(yīng)用空間。
4、余熱再生吸附式干燥機與常規(guī)后處理設(shè)
備的性能比較
    在以往的設(shè)計中，壓縮空氣系統(tǒng)后處理設(shè)備主要采用冷凍式干燥機，微熱再生和無熱再生型吸附式干燥機也有應(yīng)用。當(dāng)余熱再生吸附式干燥機引入壓縮空氣后處理流程后，我們組成了余熱利用系統(tǒng)。這套系統(tǒng)既提高了壓縮空氣的品質(zhì)，又可以降低壓縮空氣后處理系統(tǒng)的耗能，但是在造船企業(yè)中實際應(yīng)用較少�，F(xiàn)以我國造船企業(yè)中常用的200Nm3/min處理量設(shè)備為例，筆者將從性能和投資費用角度予以分析。
    從現(xiàn)階段壓縮空氣后處理系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)備來看，冷凍式干燥機，無熱再生吸附式干燥機、微熱再生吸附式干燥機在國內(nèi)造船企業(yè)都有應(yīng)用，其中冷凍式干燥機所占比例最大。余熱再生吸附式干燥機與以上設(shè)備性能比較可見表A:
    從上表比較可見，三種吸附式干燥機相比較，余熱再生吸附式干燥機直接電耗低，再生氣損耗最小，因此在達到同樣壓力露點的情況下耗能最低。余熱再生吸附式干燥機與冷凍式干燥機相比較，吸附式干燥機壓力露點低，性能參數(shù)比冷凍式干燥機具有突出的優(yōu)勢，而且直接電耗僅0.15KW，僅冷凍式干燥機直接能耗的0.5%，大大降低了設(shè)備運行能耗；只是初期投資余熱再生吸附式干燥機較大。從以上。分析可見，采用余熱再生吸附式干燥機不僅供氣質(zhì)-量高，而且能耗低。
5、余熱再生吸附式干燥機與常規(guī)后處理設(shè)備的能耗、經(jīng)濟比較
    從性能比較上，余熱再生吸附式干燥機應(yīng)具有很好節(jié)能效果。在此我們?nèi)砸砸慌_200Nm3／min處理量設(shè)備為例，各種不同類型設(shè)備年運行耗電量及運行費用可參見附圖1和附圖2。
    從附圖1可見，余熱再生吸附式干燥機年運行總耗電最低，無熱再生吸附式干燥機年運總耗電最大。余熱再生吸附式干燥機問世之前，冷凍式干燥機的用電量遠(yuǎn)小于其余兩種設(shè)備，因此多數(shù)船廠選擇冷凍式干燥機用于壓縮空氣后處理是合理的。余熱再生吸附式干燥機與冷凍式干燥機相比年運行耗電量降低52114度，約合18604. 7kg標(biāo)準(zhǔn)煤，在冷凍式干燥機的基礎(chǔ)上進一步大幅度降低了能耗，具有明顯的節(jié)能效果。
    后處理設(shè)備的年運行費用主要由運行電費和運行維護費用組成。由附圖1我們可以看到余熱再生吸附式干燥機的年運行耗電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他三種設(shè)備，因此從附圖2中可以看到它的年運行費用最低，而另兩種吸附式干燥機運行費用太高，大約是冷凍式干燥機的6倍左右，余熱再生吸附式干燥機的10倍。余熱再生吸附式干燥機與最常用的冷凍式干燥機相比，運行一年可節(jié)省37114元，考慮到兩種設(shè)備之間的初期投資差價20萬，經(jīng)過6年左右可回收設(shè)備差價。
6、總結(jié)與展望
    通過以上的技術(shù)經(jīng)濟和能耗分析比較，筆者認(rèn)為造船企業(yè)的壓縮空氣后處理系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選擇余熱再生吸附式干燥機，次選冷凍式干燥烘干機，除特殊情況外，不宜選用微熱再生式和無熱再生吸附式干燥機．余熱利用系統(tǒng)充分利用壓縮機排氣余熱，不僅可以提高空氣品質(zhì)，更好滿足特種涂裝的工藝要求，而且符合國家“節(jié)能減排”精神。以前述實際工程為例，該空壓站安裝4臺200m3／min和1臺100m3／min設(shè)備，與冷凍式干燥機相比運行一年可節(jié)電234513度，折合83721. 14kg標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)約電費18. 99萬元，減少CO?排放225. 13×103kg．SO2排放18 76.14kg�？梢�，余熱再生吸附式干燥機在船廠的應(yīng)用是完全可行的，并且節(jié)能效果明顯，具有很好經(jīng)濟和社會效益。
    壓縮空氣的干燥處理是許多生產(chǎn)工藝的要求，其處理的方式也較多。通過上述的比較分析，無疑余熱再生吸附式干燥機出現(xiàn)為我們提高壓縮空氣系統(tǒng)供氣品質(zhì)，降低系統(tǒng)能耗提供新的解決方案。船舶工業(yè)壓縮空氣消耗量大，壓縮空氣能耗約占企業(yè)能耗量1／3多。壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能是企業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵之一。隨著船舶工業(yè)的發(fā)展，我國造船業(yè)已逐步向數(shù)字化、綠色化造船方向發(fā)展。如今我國的能源問題日益突現(xiàn)，節(jié)能減排的工作形勢十分嚴(yán)峻，大力發(fā)展節(jié)能型造船已是大勢所趨。因此我們務(wù)必積極認(rèn)真開展對大型造船企業(yè)節(jié)能問題的研究，為我國船舶工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。
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