Установки для осушки воздуха охлаждением

Первой ступенью осушки воздуха следует считать концевой холодильник компрессорной установки (ВОК). В концевом холодильнике воздух охлаждается обычно до 40 – 50 °С. При таких температурах в большинстве случаев выпадения влаги из воздуха не происходит.

Рассмотрим случай, наиболее характерный для самого неблагоприятного периода эксплуатации системы: t _нар =+10 ¸ -10 °С.

При параметрах атмосферного воздуха: P _ва=0,1 МПа; t _ва=10 °С и j=70 %, его влагосодержание составляет d _ва = 5,5 г/кг.

При давлении сжатого воздуха в концевом холодильнике P _ВОК = 0,8 МПа и температуре t _ВОК=40-50 °С насыщающее влагосодержание равно d _н=6-10 г/кг. В обоих случаях j < 1 и выпадения влаги не происходит.

Таким образом, ВОК осушает воздух только в кратковременный летний период. Стабильную и надежную осушку воздуха можно осуществить с помощью холодильной машины.

Принципиальная схема такой воздухоосушительной установки приведена на рис. 12.1.

Работает установка следующим образом.

Теплый влажный воздух из концевого холодильника поступает в РТО, где он охлаждается и частично осушается встречным холодным воздухом. Сконденсировавшаяся капельная влага отделяется во влагоотделителе (ВО). Окончательная осушка воздуха происходит в охладителе-осушителе, в трубное пространство которого подается либо хладагент, либо хладноситель от холодильной машины. Сухой холодный воздух после ВО поступает в РТО, где нагревается до температуры потребления.

Применение регенеративного теплообменника позволяет снизить холодопроизводительность холодильной машины на 40-50 %.

 

 

Рис. 12.1. Схема осушки сжатого воздуха охлаждением:

КУ – компрессорная установка; ВОК – воздухоохладитель концевой (концевой холодильник); ВО – влагоотделитель; РТО – регенеративный теплообменник; ООВ – охладитель-осушитель воздуха; ХМ – холодильная машина

 

В серийных воздухоосушительных установках, которыми комплектуются воздушные турбокомпрессорные машины К-250 и К-500, воздух охлаждают до 3 – 5 °С. Это соответствует влагосодержанию d = 0,65 – 0,7 г/кг (при атмосферном давлении это соответствует точке росы приблизительно -20 °С). Более низкие температуры охлаждения приводят к обмерзанию теплообменных поверхностей. Это приводит к затруднениям в эксплуатации, так как необходимо предусмотреть периодическое оттаивание теплообменников.

Более подробное описание серийных воздухоосушительных установок можно найти в [1] и [6].

В КГЭУ на кафедре промышленной теплоэнергетики разработан экономный способ осушки воздуха с рекуперацией холода намерзшей ледяной шубы в охладителях-осушителях [7]. Схема установки, реализующей такой способ, приведена на рис. 12.2.

Установка состоит из контура осушаемого воздуха и холодильной машины. Контур осушаемого воздуха содержит рекуперативный теплообменник (РТО), влагоотделитель (ВО), переключатель потока (ПП), последовательно подключенные воздухоохладители (ООВ1 и ООВ2) и сепаратор (С).

Влажный теплый воздух поступает в РТО, где охлаждается обратным потоком сухого холодного воздуха. После РТО осушаемый воздух поступает во влагоотделитель ВО, в котором происходит отделение капельной влаги, и, пройдя переключатель потока воздуха (ПП), он направляется в воздухоохладитель ООВ1. В ООВ1 воздух охлаждается и частично осушается в результате таяния ледяной шубы, образовавшейся на теплообменной поверхности аппарата в предыдущем цикле. При этом охлаждающая среда (хладагент или хладоноситель) в ООВ1 не подается. Из ООВ1 воздух поступает в ООВ2, где окончательно охлаждается до заданной точки росы за счет подаваемой в аппарат охлаждающей среды.

 

Рис. 12.2. Схема осушки воздуха с рекуперацией холода льдообразования: РТО – рекуперативный теплообменник (воздух-воздух); ВО - влагоотделитель; ПП – переключатель потока воздуха; ООВ – охладитель-осушитель воздуха; С – сепаратор; ЭГК – электрогидроклапан; ОК – обратный клапан

Осушенный воздух из ООВ2, пройдя переключатель потока и сепаратор С, где улавливается капельная влага и снежная пыль, поступает в РТО. Здесь он нагревается до заданной температуры и подается потребителю.

При достижении заданного значения перепада давления на ООВ1 происходит автоматическое переключение потоков воздуха в ПП (поворотом заслонки на 90°) и охлаждающей среды в ЭГК. Рабочий процесс повторяется, но воздух поступает уже с ООВ2 в ООВ1.

Значение точки росы осушенного воздуха должно быть обосновано технико-экономическим расчетом.

Адсорбционный способ осушки

Этот способ применяют для более глубокой осушки воздуха. Он используется в воздухоразделительных установках и в системах воздухоснабжения пневмоавтоматики на взрывоопасных производствах. Способ основан на свойствах ряда пористых твердых тел-адсорбентов поглощать водяные пары.

Схема блока адсорбционной осушки воздуха приведена на рис. 12.3.

Влажный воздух из компрессора пропускается через один из попеременно работающих адсорберов. Влага поглощается твердым гранулированным адсорбентом. Сухой воздух очищается от пыли адсорбента в фильтре 4 и направляется в сеть.

При прохождении воздуха слои адсорбента насыщаются влагой. Слой, после которого воздух выходит осушенным, называют высотой работающего слоя. В процессе работы высота работающего слоя постепенно увеличивается. Через какой-то промежуток времени (время защитного действия) она достигает высоты засыпанного слоя адсорбента. Это означает, что адсорбер исчерпал свои способности. Воздух переключается на другой адсорбер (обычно через 8 или 16 часов), а насыщенный влагой аппарат ставят на регенерацию.

 

Рис. 12.3. Адсорбционная воздухоосушительная установка:

1 – влагоотделитель; 2 – электропневмоклапан; 3 – адсорберы; 4 – фильтр пыли; 5 – электронагреватель воздуха; 6 – дроссель нагреваемого воздуха

 

При регенерации через адсорбер пропускается сухой нагретый воздух. Нагревается воздух в электрическом (реже в газовом) нагревателе. Обычно на регенерацию затрачивается примерно четыре часа. Первый час – нагрев, второй и третий – собственно регенерация, четвертый – охлаждение, продувкой воздуха при выключенном нагревателе.

Процесс адсорбции протекает экзотермически. Но при высоком давлении выделение теплоты в этом процессе незначительно, поэтому достаточно охлаждающего эффекта самого осушаемого воздуха.

Для поглощения влаги в качестве адсорбентов используют главным образом силикагели, алюмогели, активный глинозем, а в последнее время – синтетические цеолиты. Силикагель, алюмогель, и активный глинозем представляют собой высокопористые вещества в виде зерен неправильной формы.

Силикагели (марки КСК и КСМ) содержат примерно 90 % SiO₂. Это зерна светло-желтого цвета размером 3-7 мм. Температура регенерации силикагеля – 170-180 °С.

Алюмогель (марки А1 и А2) - активная окись алюминия, белые или светло-серые зерна размером 3-7 мм, температура регенерации – 250 - 280 °С.

Цеолиты, называемые также молекулярными ситами (тип А и тип Х), – это кристаллические полигидраты алюмосиликатов кальция и натрия, из которых удалена вода. Они бывают природные и искусственные, размеры гранул 2-4 мм. Температура регенерации – 200 – 350 °С. Это самые эффективные осушители (до точки росы –100 °С), но и самые дорогие.

Динамическая влагоемкость адсорбентов при атмосферном давлении составляет: для силикагеля марки КСМ – до 25 %; для силикагеля марки КСМ – до 9,5 %; алюмогеля и глинозема – до 8-12 % массы адсорбента.

При расчете промышленных блоков осушки рекомендуется принимать влагоемкость активной окиси алюминия А2 и глинозема равной 4-5%, синтетических цеолитов – 10 % массы адсорбента [10].

Контрольные вопросы

1. Что называется осушкой воздуха?

2. Какие способы осушки воздуха используются в промышленности?

3. Что называют "точкой росы" воздуха?

4. Что называют влагосодержанием воздуха?

5. Что называют абсолютной влажностью воздуха?

6. Как достигается заданное влагосодержание воздуха в блоках осушки воздуха охлаждением?

7. Какой положительный эффект достигается использованием регенеративного теплообменника в блоке осушки воздуха?

8. Как осуществляется адсорбционная осушка воздуха?

9. Какие адсорбенты используются в блоках осушки воздуха?

10. Что называют регенерацией адсорбента и как она осуществляется в блоках осушки воздуха?

11. Какова продолжительность процесса регенерации адсорбента принята в воздухоосушительных блоках?

12. Какой адсорбент называют "молекулярным ситом"?

13. Как осуществляется борьба с обмерзанием поверхностей теплообменников-воздухоохладителей?