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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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)安裝容量多在2000～3500m3／nun，電力安裝容量達(dá)到12000KW～20000KW，這些空壓機(jī)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(jī)，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(jī)，壓縮空氣的后處理則采用冷凍式干燥機(jī)，從使用來看可以滿足使用需要，但是經(jīng)過冷凍式干燥機(jī)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(jī)壓力露點可達(dá)-40～-20℃，因此使用吸附式干燥機(jī)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(jī)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(jī)烘干機(jī)在造船企業(yè)中的應(yīng)用受到了一定限制。
2、空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)的引入
    離心式壓縮機(jī)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(jī)和余熱再生吸附式干燥機(jī)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(jī)和后處理設(shè)備（本項目為余熱再生吸附式干燥機(jī)）。當(dāng)前離心式空壓機(jī)已采取了如高效后彎式葉輪、進(jìn)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(jī)組效率，因此再進(jìn)一步提高壓縮機(jī)效率較為困難。以上述空壓站為例，如采用冷凍式干燥機(jī)，冷凍式干燥機(jī)的制冷壓縮機(jī)每年需要消耗大量電能。從船廠的用氣需求來看，冷干機(jī)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(jī)，和離心式壓縮機(jī)一起組成空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)，在利用離心式壓縮機(jī)末級排氣余熱方面進(jìn)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(jī)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(jì)效益和應(yīng)用價值。
3、余熱再生吸附式干燥機(jī)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(jī)的末級排氣出口溫度一般可達(dá)110℃以上。當(dāng)配用冷凍干燥機(jī)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(jī)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(jī)露點低，供氣品質(zhì)好的優(yōu)點，又充分利用了壓縮機(jī)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(kuò)散運動，從而達(dá)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(jī)主要工作原理與其他類型吸附式干燥機(jī)類似，唯一區(qū)別在于再生過程。余熱再生吸附式干燥機(jī)是利用離心式空壓機(jī)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(qiáng)的再生氣體，對吸附塔內(nèi)的吸附劑進(jìn)行加熱再生。這樣一方面充分利用了離心式壓縮機(jī)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(jī)末級冷卻器，降低離心式壓縮機(jī)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(jī)具有很大應(yīng)用空間。
4、余熱再生吸附式干燥機(jī)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(jī)，微熱再生和無熱再生型吸附式干燥機(jī)也有應(yīng)用。當(dāng)余熱再生吸附式干燥機(jī)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。現(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(jī)，無熱再生吸附式干燥機(jī)、微熱再生吸附式干燥機(jī)在國內(nèi)造船企業(yè)都有應(yīng)用，其中冷凍式干燥機(jī)所占比例最大。余熱再生吸附式干燥機(jī)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(jī)相比較，余熱再生吸附式干燥機(jī)直接電耗低，再生氣損耗最小，因此在達(dá)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(jī)與冷凍式干燥機(jī)相比較，吸附式干燥機(jī)壓力露點低，性能參數(shù)比冷凍式干燥機(jī)具有突出的優(yōu)勢，而且直接電耗僅0.15KW，僅冷凍式干燥機(jī)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(jī)較大。從以上。分析可見，采用余熱再生吸附式干燥機(jī)不僅供氣質(zhì)-量高，而且能耗低。
5、余熱再生吸附式干燥機(jī)與常規(guī)后處理設(shè)備的能耗、經(jīng)濟(jì)比較
    從性能比較上，余熱再生吸附式干燥機(jī)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(jī)年運行總耗電最低，無熱再生吸附式干燥機(jī)年運總耗電最大。余熱再生吸附式干燥機(jī)問世之前，冷凍式干燥機(jī)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(jī)用于壓縮空氣后處理是合理的。余熱再生吸附式干燥機(jī)與冷凍式干燥機(jī)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(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(hù)費用組成。由附圖1我們可以看到余熱再生吸附式干燥機(jī)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(jī)運行費用太高，大約是冷凍式干燥機(jī)的6倍左右，余熱再生吸附式干燥機(jī)的10倍。余熱再生吸附式干燥機(jī)與最常用的冷凍式干燥機(jī)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(jì)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(jī)，次選冷凍式干燥烘干機(jī)，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(jī)．余熱利用系統(tǒng)充分利用壓縮機(jī)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(jī)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。可見，余熱再生吸附式干燥機(jī)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(jì)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(jī)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(xiàn)。
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