“零氣耗干燥器”是不消耗本機(jī)產(chǎn)品氣的加熱型吸附干燥器。

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是典型的變溫吸附（TSA）裝置——吸附劑利用空壓機(jī)末級排氣溫度（“壓縮熱”）在高溫高壓下脫附凝聚水，繼而循環(huán)利用本機(jī)產(chǎn)品氣冷卻以獲得活性“再生”。

其實(shí)任何工廠“余熱”都可用來作再生能源，空壓系統(tǒng)中最方便的就是空壓機(jī)的末級排氣溫度——即使溫度不夠高也可方便地利用外加熱裝置來提高。

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下圖是“壓縮熱零氣耗”干燥器的一個(gè)實(shí)用流程（不排除還有其它流程）。

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圖1壓縮熱零氣耗干燥器再生流程模擬圖

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一、流程分析：

1、空壓機(jī)（M）吸入溫度t₀（℃）、壓力P₀（MPa）、含水量M₀（kg）的環(huán)境濕空氣。壓縮后，溫度升至t₁、壓力升至P₁，水量M₀不變。

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2、空壓機(jī)出口壓力（P₁）0.7MPa（表壓），二級排氣溫度（t₁）120℃上下，該溫度低于TSA解吸溫度，要借電加熱器E來提升。

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3、B塔再生氣量既可全流量也可用部分排氣流量（進(jìn)入塔間冷卻器L₁前兩股混流）。經(jīng)加熱后進(jìn)入B塔，再生氣溫升至t₂，壓力上升至P₂，含水量M₀仍不變——相對濕度大大降低——成為脫附水的載體。

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4、解吸前再生塔（B）狀態(tài)：

①吸附柱初溫（t_B）略等于前道吹冷終溫（≈40℃）；

②塔內(nèi)壓力（P_B）略低于工壓（0.7MPa）；

③吸附柱含水量（M_B）等于前道A塔進(jìn)氣壓力露點(diǎn)溫度所對應(yīng)的含水量（kg）。

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5、解吸時(shí)再生塔（B）狀態(tài)：

①吸附柱平均溫度升高至再生氣進(jìn)、出口溫度平均值（t_P）；

②再生尾氣離塔溫度t₃高于汽化點(diǎn)（100℃）——不然塔內(nèi)會(huì)潴留液態(tài)水；

③再生尾氣離塔總水量M₃＝M₀+M_B；（且M₀＞M_B）；

④塔內(nèi)壓力高于空壓機(jī)排氣壓力（P₂＞P₁）——導(dǎo)致解吸溫度更趨上升——該“正反饋”循環(huán)是“零氣耗”干燥器所獨(dú)有的。

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6、吸附塔（A）進(jìn)氣溫度t₄≤40℃，兩塔間必須設(shè)置水冷器L₁。它是兩塔連接通道——這與其他吸附干燥器下管系結(jié)構(gòu)形成明顯區(qū)別。

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7、高溫高壓再生尾氣在L₁里冷卻并排出大量液態(tài)水，溫度降到t₄后進(jìn)入A塔吸附干燥。A塔出口氣（t₅≥t₄）其中一股進(jìn)入B塔作“吹冷氣”用。該股氣流離開B塔后t₆＞t₅，經(jīng)“第二冷卻器”L₂冷卻到t₇（≈40℃）作為“產(chǎn)品氣”進(jìn)入用氣管網(wǎng)。由于P₇＜P₆＜P₅，在管網(wǎng)入口端兩氣流混流導(dǎo)致P₅降低，下降幅值由吹冷氣占比而定。

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二、能耗分析

零氣耗干燥器能耗分“熱量損耗”和“功率損耗”兩部分。前者除了“壓縮熱”外主要由電加熱器補(bǔ)充提供，后者則全部加在空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)“軸功率”上。

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按GB/T2589-2008《綜合能耗計(jì)算通則》，動(dòng)力設(shè)備所消耗的各種能源（電、水、氣等）都要按規(guī)定“折標(biāo)系數(shù)”折算為“標(biāo)準(zhǔn)煤”。由壓力降產(chǎn)生的“功率損耗”則由壓縮空氣“活動(dòng)能”降低來計(jì)算。

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1、熱量損耗

“壓縮熱零氣耗”干燥器采用全流程高壓解吸。吸附凝聚水的汽化溫度隨塔內(nèi)壓力升高而升高。工作壓力7bar下要求再生氣進(jìn)塔溫度250℃～280℃以上，離塔溫度則不低于100℃～120℃（郁永章教授主張進(jìn)氣溫度為300℃）。這與低壓下汽化溫度降低——例如眾所周知的珠峰氣壓0.3bar，水汽化溫度（沸騰）75℃是同一個(gè)道理。

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可用安托尼（Antoine）公式來求取不同壓力下各種物質(zhì)飽和蒸汽的相變溫度。其通式是：ln(P)=A-B/（T-C）。不同物質(zhì)的“壓力—相變溫度”差別在于系數(shù)A、B、C不同。對于水蒸氣Antoine公式具體表達(dá)為：ln(P)=9.3876-3826.36/（T-45.47），式中壓力P單位是MPa（絕壓），溫度T的適用區(qū)間為290K～500K。按上式計(jì)算0.8MPa下水的汽化溫度T≈175℃——即在0.8MPa下解吸凝聚水，吸附床溫度不能低于175℃。且為防止液態(tài)水在塔底聚集，解吸氣離塔溫度要高于100℃，進(jìn)塔溫度高于250℃才能保證吸附柱平均溫度達(dá)到175℃——兩級壓縮空壓機(jī)末級排氣溫度是沒有這么高的。

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因此必須增設(shè)外加熱裝置——加熱器功率要滿足凝聚水所需的汽化熱量和伴隨而生的各項(xiàng)“剛性”消耗。所謂“剛耗”是指除汽化熱外的其他一切不可省卻的無效消耗，包括加熱吸附劑、加熱塔體及附件、塔體外壁對環(huán)境輻射和對流損耗及不可回收利用的再生尾氣熱量等，這類損耗不隨負(fù)荷大小而變，在“固定時(shí)序控制”下都要按量支付——只是各項(xiàng)比例有所變動(dòng)而已。

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按氣體狀態(tài)方程，等容過程壓力與溫度同步變化，空壓機(jī)排氣溫度從t₁提高到t₂將使進(jìn)入B塔氣體壓力提高（P₂＞P₁）。按Antoine公式凝聚水的汽化溫度還將提高——此正反饋過程直到223℃（500K）才能停下來，該理論對“零氣耗”解吸極為不利。

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“熱平衡”計(jì)算用來確定所需外加熱器的最小功率。計(jì)算基礎(chǔ)建立在設(shè)備所允許的極限工況條件（溫度、壓力、流量）下，嚴(yán)格遵守物理定律，采用通用工程數(shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算?！盁崞胶狻惫こ逃?jì)算并不積極謀求結(jié)果的精確性，但計(jì)算過程必須要清晰反映設(shè)備邊界范圍內(nèi)能量收入和支出的來龍去脈：系統(tǒng)能量總收入=系統(tǒng)能量總支出——這是“熱力學(xué)第一定律”的普適原理。

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在GB/T2589-2008《綜合能耗計(jì)算通則》中，壓縮空氣在能源屬性上屬于“耗能工質(zhì)”。

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耗能工質(zhì)的定義是：在生產(chǎn)過程中所消耗的不作為原料使用，也不進(jìn)入產(chǎn)品，在生產(chǎn)或制取時(shí)需要直接消耗能源的工作物質(zhì)。主要有新水、軟化水、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)?/span>…等。壓縮空氣是“折標(biāo)系數(shù)”最小，能量密度最低的耗能工質(zhì)。

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2、功率損耗

空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將主軸動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣勢能（壓縮能），使之具有對外做功的能力。

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以大氣溫度和壓力為外界基準(zhǔn)，壓縮空氣對外做功的能力稱為有效能E。其表達(dá)式為：

E=pV ln（P/P_a）

式中：V—體積，p—空氣絕對壓力，P_a—大氣絕對壓力（0.1MPa）。

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有效能E取決于壓縮空氣的壓力和體積；當(dāng)壓力與外界壓力相等時(shí)有效能為零，壓力越高有效能值越大?？諝饬鲃?dòng)時(shí)有效能表現(xiàn)為動(dòng)力形式，稱為“氣動(dòng)功率”P。

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注：參見北京航空航天大學(xué)蔡茂林：“壓縮空氣的能量”，《液壓與氣動(dòng)密封》2007年第5期

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氣動(dòng)功率的意義：

①????氣動(dòng)功率單位與電力單位相同，都是W，便于對整機(jī)能量消耗實(shí)行統(tǒng)一計(jì)算；

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②???氣動(dòng)功率是供給終端用氣設(shè)備的純能量，已將產(chǎn)氣、輸氣過程中能量損耗排除在外；

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③???一定流量下，氣動(dòng)管路各類設(shè)備的功率與進(jìn)出空氣壓力密切相關(guān)，動(dòng)力系統(tǒng)對氣源質(zhì)量要求并不僅僅局限為清潔度（水、塵、油含量），壓力降也是重要的技術(shù)指標(biāo)。許多氣動(dòng)執(zhí)行設(shè)備對氣源壓力要求甚至比“清潔度”還高，沒有足夠的壓力，氣動(dòng)終端作功能力下降，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)導(dǎo)致設(shè)備“癱瘓”！

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④???“零氣耗干燥器”再生路徑很長，進(jìn)出氣端壓力差最大（見圖1），以大氣壓力為背景的氣動(dòng)功率損耗也最大。

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“零氣耗”干燥器能量恒算時(shí)必須計(jì)入氣動(dòng)功率損耗。

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三、“零氣耗”干燥器評價(jià)

1、“零氣耗”概念來自環(huán)保領(lǐng)域的“零排放”（“碳排放”逼近“零”）。壓縮空氣是無毒無害且最為低廉的“耗能工質(zhì)”。原料無償取自于環(huán)境，除電成本外，凈化成本極低。在排放的“質(zhì)”和“量”上沒有法規(guī)性限制和成本性障礙。

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2、“零氣耗”干燥器破壞了氣源系統(tǒng)設(shè)置秩序——后部冷卻器和油水過濾器的缺位使下游設(shè)備、材料遭受高溫高壓高濃度“臟氣”（水分、油霧與固體粒子等）的直接沖刷，完全顛覆了凈化設(shè)備存在的意義；

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3、未經(jīng)處理的“臟氣”首先進(jìn)入電加熱器——這是一個(gè)承壓容器。高溫高壓高濃度“臟氣”在電加熱器里流動(dòng)極易積炭沉垢，對該安全隱患廠家和監(jiān)管部門絕不能掉以輕心；

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4、配套離心空壓機(jī)是這類干燥器被動(dòng)采取的唯一“非本安”性防護(hù)措施。重化工業(yè)集中地區(qū)環(huán)境空氣中就含有濃度不等的氣溶膠、各類氮氧化物和2μm以下固體碳系粒子。離心機(jī)對這些雜質(zhì)不起作用，大流量“臟氣”會(huì)對下游設(shè)備材料造成嚴(yán)重污染；

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5、后部冷卻器是空壓系統(tǒng)安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，由運(yùn)行不當(dāng)或管理不當(dāng)引發(fā)的爆炸事故，原“二汽”蔣其昂總師多有論述。本該露天設(shè)置的后冷器移到兩塔之間成為干燥器不可或缺的組成部件，只會(huì)增大運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；

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6、用作動(dòng)力氣源，離心空壓機(jī)多數(shù)場合不如無油螺桿機(jī)。零氣耗干燥器以離心機(jī)為唯一配套對象，將通用設(shè)備降格為量產(chǎn)不了的專用設(shè)備，這不是技術(shù)發(fā)展的方向；

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7、利用排氣“余熱”自可減小電加熱器功率，但再生氣帶入大量水分使塔間冷卻器（L₁）負(fù)荷增大，冷卻水消耗也隨之增多，關(guān)于水的重要性大家都是懂的，在此不提；

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8、相同工況下以“高耗水”、“高壓降”為代價(jià)的“零氣耗”干燥器單位綜合能耗（折標(biāo)煤量）比鼓風(fēng)熱干燥器還大，與結(jié)構(gòu)簡約、控制可變的無熱再生干燥器更不能相比；

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9、“零氣耗”干燥器體量巨大，使材耗、制造、物流、財(cái)務(wù)和售后成本大為增加，而產(chǎn)品氣質(zhì)量（壓力露點(diǎn)、排氣壓力）反而下降；

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10、在銷售領(lǐng)域一些山寨品牌打著“零氣耗”名義招搖過市，這種假冒偽劣產(chǎn)品極大損害了壓縮空氣凈化行業(yè)聲譽(yù)和用戶利益。