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CN102596369B - 用于压缩和干燥气体的设备以及应用于该设备的方法 - Google Patents

用于压缩和干燥气体的设备以及应用于该设备的方法 Download PDF

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CN102596369B CN201080043721.0A CN201080043721A CN102596369B CN 102596369 B CN102596369 B CN 102596369B CN 201080043721 A CN201080043721 A CN 201080043721A CN 102596369 B CN102596369 B CN 102596369B
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Abstract

一种用于压缩和干燥气体的设备(1)，所述设备包括压缩机设备(2)和采用干燥剂来干燥与之连通的气体的干燥器(3)，其中所述压缩机设备(2)包括串联在一起以形成第一低压级的两个或更多个压缩机机头(6，7，8)和一个或多个随后的高压级、以及包括其中结合有后冷却器(15)的出口管道(11)，而且所述干燥器(3)具有干燥部分(18)和再生部分(19)，所述再生部分(19)配置用于利用通过入口(23)和出口(28)以及与所述入口(23)连接的再生管道(22)从中引导穿过的再生气体来干燥潮湿的干燥剂，所述再生气体的至少一部分由气体-气体热交换器(25)加热，所述热交换器具有结合到再生管道(22)中的初级部分(26)和由所述压缩机机头(6，7，8)的压力侧供气的次级部分(27)。

Description

用于压缩和干燥气体的设备以及应用于该设备的方法
技术领域
本发明涉及用于压缩和干燥气体的设备。
背景技术
这些设备已知由具有这样一种干燥器的压缩机设备构成，该干燥器采用干燥剂或去湿剂来干燥与之连通的气体，由此该压缩机设备一方面包括具有串联在一起以形成第一低压级的具有入口和出口的两个或多个压缩机机头以及每个其入口通过压力管道与前一个压缩机机头的出口连接的一个或多个随后的高压级，并且另一个方面包括其中结合有后冷却器的出口管道，由此干燥剂设有干燥部分和再生部分。
干燥部分填充有用于干燥被引导从中穿过的气体的干燥剂，并且为此具有与压缩机设备的所述出口管道连接的入口和也用作设备出口以便给可以与用户连接的下游管网提供压缩干燥气体的出口。
在所要干燥的压缩气体流过在干燥部分中的干燥剂时，通过吸收或吸附将水分从气体吸收到干燥剂中。
在再生部分中，使得已经用于干燥气体并且饱含或部分饱含已经从所要干燥的气体中吸出的水分的干燥剂再生。
干燥剂在再生部分中由再生气体干燥，该再生气体经由该再生部分的入口和出口引导。
如果使用“压缩热”干燥器(HOC干燥器)，则再生气体在后冷却器上游的位置处例如在最后压缩机机头的出口上从压缩机设备的所述出口管道直接分出，在那里分出的再生气体相对潮湿，但是由于高温呈现出足够低的相对湿度以在将再生气体引导穿过该再生部分时从所再生的干燥剂中吸收水分。
已知设备的缺点在于，在再生之后，干燥剂仍然含有一定量水分，从而该干燥剂在它在最后阶段用于干燥压缩气体时只能从所要干燥的气体中吸收相对有限的水分，并且所干燥的气体因此在离开该设备时具有残余的水分含量。
干燥剂吸收水分的能力因此受到限制，从而来自干燥部分的干燥剂将马上必须再生。
在已知的设备中，压缩气体在每个压缩级之后通常在中间冷却器或后冷却器中受到冷却以便实现随后段或随后干燥剂的良好工作，从气体中提取的热量为损失能量，这也决定了所提供的压缩和干燥气体的价格。
所用的中间冷却器和后冷却器也决定了整个设备的成本。
发明内容
本发明的目的在于改进用于压缩和干燥气体的已知设备，其不包含所述和/或其它缺点中的一个或多个。
为此，本发明涉及如上所述的设备，其中所述再生气体的至少一部分由气体-气体热交换器加热，该热交换器具有装入到再生管道中的初级部分和由所述压缩机机头的压力侧供气的次级部分，并且其中所述气体-气体热交换器的次级部分设置在所述低压级和随后的高压级之间延伸的压力管道中。
这种设备的优点在于，通过进一步加热再生气体，从而在再生气体中存在的水的分压力进一步降低，这实际上与没有进行额外加热相比导致能够吸收更多水分的加热再生气体，并且再生的干燥剂最终将更干燥。
由于用在干燥部分中的再生干燥剂从一开始就更干燥，所以再生的干燥剂将能够在干燥阶段期间从所要干燥的气体中吸收更多的水分，从而所提供的压缩气体在离开该设备时将更干燥，并且因此在干燥能力方面存在有利的影响。
在干燥部分中的干燥剂因此将必须不太快地再生。
从压缩机设备的压缩热中也回收了加热再生气体所需的热量的至少一部分，由此为此所采用的气体-气体热交换器能够完全或部分代替在已知设备中用来冷却压缩气体的一个或多个冷却器。
因此，从压缩气体中提出的能量能够有用地用于在再生部分中对干燥剂进行更强地干燥，这对所提供的压缩干燥气体的成本是有利的，因为所损失的能量更少。
所供应的气体因此将更干燥，并且还能够以更优惠的价格生产出。
目的在于在再生部分的入口处的再生气体温度最大，从而能够从压缩气体中回收尽可能多的热量，并且在再生区域中对干燥剂的干燥的影响也最大。
优选的是，再生气体通过其中结合有所述热交换器的初级部分的所述再生管道从由所述设备压缩的气体中分出，并且该再生管道将再生部分的入口连接至压缩机设备的所述出口管道或者干燥部分的出口。
根据本发明的优选特征，采用了两个连续的再生阶段，即通过第一再生管道供应再生气体的第一再生阶段和通过第二再生管道供应再生气体的用来进一步将干燥剂干燥的随后的第二再生阶段，并且在两个再生管道中的至少一个中设置所述气体-气体热交换器。
通过第二再生管道供应的第二再生气体量与通过第一再生管道供应的第一再生气体量相比呈现出更低的相对湿度，例如这是由于第二再生气体量呈现出比所述第一气体量更高的温度和/或因为第二气体量已经干燥。
本发明的所述优点因此得到进一步加强。
优选的是，该设备应用于具有旋转式干燥器的设备，其具有填充有干燥剂的滚筒，干燥剂由于滚筒的转动首先引导穿过干燥部分然后穿过第一再生部分以及可能的第二再生部分。
本发明还涉及通过设备压缩和干燥气体的方法，该设备包含压缩机设备和采用干燥剂来干燥与之连通的气体的干燥器，由此压缩机设备在两个或更多个压缩机机头中的两个或更多个连续段即低压级和一个或多个随后的高压级中压缩气体，并且通过其中结合有后冷却器的出口管道引导压缩气体穿过干燥器以干燥该压缩气体，并且该干燥器为此设有干燥部分，该干燥部分填充有气体被引导从中穿过的干燥剂，并且该干燥器具有用作用于供应压缩干燥气体的出口的出口，干燥器还具有用于利用通过入口和出口引导穿过其的再生气体来干燥潮湿的干燥剂的再生部分，其特征在于，该方法包括通过气体-气体热交换器加热再生气体的至少一部分，该热交换器具有让再生气体从中流过的初级部分和由形成低压级的所述压缩机机头的压力侧供气的次级部分。
附图说明
为了更好地展示本发明的特征，下面将参照单独的附图以实施例而不是进行限定的方式对根据本发明用于压缩和干燥气体的设备的优选实施方案进行说明，其中：
图1示意性地显示出根据本发明用于压缩和干燥气体的设备；以及
图2至6显示出根据本发明的设备的变型。
具体实施方式
图1的设备1为用于压缩和干燥气体的设备，该设备由压缩机设备2和利用干燥剂来干燥气体的干燥器3构成，该干燥器具有用于所要压缩和干燥的气体的入口4和用于供应压缩干燥气体并且与下游用户管网(在这些附图中未示出)连接的出口5。
压缩机设备2在该情况中分别包含三个压缩机机头6、7和8，它们相互串联连接以形成其入口与所述入口4连接的第一低压级6和两个随后的高压级7和8，这些高压级每个其入口都分别通过压力管道9和10与前面的压缩机机头6和7连接。
该高压压缩机机头8通过出口管道11与干燥器3的入口连接。
每个压缩机机头通过电机12驱动，该电机对于压缩机机头7和8而言由共用电机12形成，但是这不是必须的。在优选实施方案中，两个电机12具有大致相同的功率，但是这对于本发明而言不是必须的。
每个压缩机机头6、7和8的下游分别设有用来冷却由所涉及的压缩机机头压缩的气体，即两个中间冷却器13和14以及后冷却器15。
在图1的实施例中，这些冷却器13-15为液体-气体冷却器，其具有让所要冷却的气体引导穿过并且为此结合在压力管道9、10或出口管道11中的初级部分和让冷却剂例如水从中引导穿过的次级部分。
但是，不排除这些冷却器可以为气体-气体冷却器，例如采用周围空气作为冷却剂通过风扇在这些冷却器上吹过。
干燥器3例如为具有旋转滚筒的旋转干燥器，其由电机17驱动按照已知的方式转动，并且填充有能够用来吸收水分并且再将它释放出的干燥剂。
在滚筒16转动时，在滚筒16中的干燥剂交替地通过干燥部分18和再生部分19输送，由此来自压缩机设备2的气体被引导穿过干燥部分18以干燥该气体。
为此，干燥部分18的入口20与压缩机设备2的出口管道11连接，更具体地说与出口管道11位于后冷却器15下游的那部分连接。
干燥部分18的出口21用作设备1的所述出口5以供应压缩干燥气体。
在气体流经干燥部分18时，通过吸收和/或吸附将水分从气体中吸收到干燥剂中。
控制电机17的转速，使得在干燥剂离开再生部分19时，该干燥剂将被完全再生。
在再生部分19中，通过将气流输送穿过其来使得该干燥剂再生，该气流在该再生部分19中能够从干燥剂中吸收水分，并且在出口管道11的图1的情况下通过再生管道22与再生部分19的入口23连接，并且在该实施例中在后冷却器15上游的位置24分出。
分出以再生的气流QR优选为在入口4处吸入的气流Q的大约40％。
根据本发明，分出气体QR首先在气体-气体热交换器25中加热，该热交换器具有结合在所述再生管道22中的初级部分26和来自压缩机设备2更具体地说来自低压压缩机机头6的压缩气体引导从中穿过并且为此结合在压力管道9中的次级部分27。
该热交换器25的尺寸被设置成使得在再生部分19的入口23处的再生气体的温度尽可能高，以便使得存在于再生气体中的水的分压力低于存在于再生部分19中的干燥剂中的水的分压力，从而该再生气体能够从干燥剂中吸收水分，并且这在入口23处的所述温度较高并且因此在再生气体中的水的分压力较低的时候尤为如此。
优选的是，热交换器25的尺寸被设置成在再生部分19的入口23处的再生气体的温度在130℃至150℃之间，优选大约140℃。
通过再生部分的出口28离开再生部分19的再生气体流QR损失，或者优选在热交换器29中冷却之后通过喷射器30与来自压缩机设备2的流体流QD混和，并且与之一起将该流体流QD引导穿过干燥部分18。
该设备1的操作非常简单并且从上面说明书中可以看出。
通过入口4吸入气体，并且在连续的级中将它压缩至逐渐增大的更高压力。
在每个压缩级6、7和8之后，通过热交换器13、14和15冷却气体以便降低温度，从而使得随后压缩级效率更高，或者使得在干燥器3的干燥部分18中干燥气体的效率更高。
在图1的实施方案中，其中两个电机12具有大致相同的功率，紧接着在第一压缩机机头6之后，温度将比在支路位置24处的温度高得多，从而该温度差例如可以大约为50℃至75℃。
根据本发明，该温度差可以用来加热从位置24处分出的再生气体，以便能够更有效地再生干燥剂。
这样，将来自第一低压级6的压缩热回收以便用来加热再生气体，这与其中该热量完全损失至流经中间冷却器13的冷却剂的已知设备的情况相反。
这意味着，通常损失的热量的至少一部分用来优化干燥器3的操作，并且可以完全或部分消除中间冷却器13。
在功率大约为350kW并且气体流量Q大约为1000升/秒的设备1中，可以采用25kW的热交换器25，并且效果良好。
该能量还产生出双重益处，即不需要任何外部加热来加热再生气体，并且回收的热量不必通过中间冷却器13去除，从而这也可以变得更小。
采用功率为25kW的热交换器25，在第一压缩级6之后因此将节约50kW的能量损失。
图2显示出可选实施方案，其中气体-气体热交换器25分成两个气体-气体热交换器25′和25″，它们每个都单独结合到不同压缩机机头6或7的压力管道9、10中，并且位于中间冷却器13和14上游，从而热交换器25′和25″用作中间冷却器13和14的预冷却器。
这些热交换器25′和25″的初级部分26′和26″由此按照并联结构结合在再生管道22中。
相对于图1实施方案的可能优点在于，至少在压缩机机头6和7的出口温度大致相同时，甚至在再生部分19的入口23处也能够到达更高的温度。在这种结构中，将气体-气体热交换器25′和25″集成在现有中间冷却器13和14中可能更加切实可行。
图3显示出根据本发明的设备1的变型，其中在该情况下压缩机机头7和8的共用电机12由两个单独电机代替，这些电机例如都具有与第一压缩机机头6的电机12相同的功率，并且再生气体在后冷却器15下游分出。
在该情况下，在压缩机机头的出口处的温度与在图1中的情况不同，并且考虑到这些，已经选择在位于后冷却器15下游的支路位置24分出再生气体，并且在本发明的构思下通过气体-气体热交换器25加热该再生气体，该热交换器此时其的次级部分27相应地结合位于第二和第三压缩机机头7和8之间的压力管道10中，而不是结合在位于第一和第二压缩机机头6和7之间的压力管道9中。
热交换器25与中间冷却器14一起结合在该压力管道10中，并且接管了该中间冷却器14的部分功能，因此该中间冷却器可以更小。
另外操作与图1的实施方案完全类似。
其中再生气体在后冷却器15下游分出的实施方案确保了在再生气体中的水的分压力更低。由于来自压缩机机头8的气体具有贯穿后冷却器15的第一区域，所以该水的一部分将通过在后冷却器15中的冷凝作用分离出。在后冷却器15下游的气体因此与在后冷却器15上游相比包含明显更少的水分。这当然对再生具有更好的影响。
气体-气体热交换器25因此也可以按照以下顺序正好设置在最后高压级后面并且因此设置在其下游：压缩机机头8-气体-气体热交换器25-后冷却器15-再生支路位置24。
图4显示出根据本发明的设备1的另一个变型，其中在该情况下相对于图1的实施方案采用了两个连续再生阶段。
第一再生阶段基于第一再生气体流QRa被应用，该再生气体流通过从紧接着在后冷却器15的支路位置24a处出来的第一再生管道22a从压缩机设备2的压缩气体中分出，并且通过其次级部分27a结合在压力管道9中的第一热交换器25a加热。
第二再生阶段基于第二再生气体流QRb被应用，该再生气体流通过第二再生管道22b在从位于在干燥器3后面的出口5处的另一个支路位置24b的干燥压缩空气中直接分出，并且通过其次级部分27b结合在相同的压力管道9中的第二热交换器25b加热。
两个热交换器25a和25b与中间冷却器13一起都按照并联结构结合在压力管道中。
流体流QRa例如为通过设备1吸入的气体流Q的大约40％，而流体流QRb为该流体流Q的大约10％。
这些热交换器其尺寸被设定成且连接成使得在再生部分的相应入口处的再生气体温度对于两个再生阶段而言尽可能高。
在第二再生阶段中，与在第一再生阶段中的干燥相比，干燥剂在再生部分19中被进一步干燥。因此，再生的干燥剂能够在干燥部分18中从气体中吸收更多的水分，这当然是有利的。
图5显示出与图4不同的另一个实施方案，其中两个高压级7和8每个都由单独电机12而不是由共用电机12驱动，并且热交换器25a和25b结合在位于这两个高压压缩机机头7和8之间的压力管道10中。
作为图5的变型，不排除热交换器25a和25b每个都单独结合在不同压缩机机头6或7的压力管道9、10中，因此结合在具有不同压力水平的压力管道中，例如热交换器25a结合在压力管道9中，并且热交换器25b结合在压力管道10中。
图6显示出根据本发明的设备1的变型，其中在该情况下还应用了两个连续的再生阶段，但是其中只有用于第二再生的再生气体QRb通过结合在压缩机设备2的出口管道11中的气体-气体热交换器25b利用压缩机设备2的压缩气体进行加热。
显然，根据压缩机设备2的状况，必须在能够结合该热交换器25的位置和分出再生气体的位置24及其流量QR作出选择，并且在两个再生阶段的情况下，热交换器25a和25b不是必须结合在相同的压力管道或出口管道中。
虽然已经根据具有三个压缩级的压缩机设备2对本发明进行了说明，但是本发明同样可以应用于只有分别形成低压级和高压级的两个压缩机机头或者具有超过三个压缩机机头的压缩机设备2。
在所示的实施例中的每一个中，再生气体从出口管道11或从干燥部分18的出21中分出，但是根据本发明不排除该再生气体从单独的再生气体源中供应出并且因此不是从设备1分出。
还有，干燥剂不必为旋转式的，而是可以为具有干燥部分和再生部分的另一种其它类型。
本发明决不局限于在附图中显示出作为示例描述的这些实施方案，在不脱离本发明范围的情况下，根据本发明用于压缩和干燥气体的设备可以按照所有形状和尺寸实现。

Claims (19)

1.一种用于压缩和干燥气体的设备（1），所述设备包括压缩机设备（2）和采用干燥剂来干燥与之连通的气体的干燥器（3），其中所述压缩机设备（2）一方面包括：两个或更多个压缩机机头（6，7，8），所述压缩机机头具有入口和出口并且串联地连接在一起以形成第一低压级以及一个或多个随后的高压级，所述高压级的压缩机机头每个其入口通过压力管道（9，10）与前一压缩机机头的出口连接，并且所述设备另一方面包括其中结合有后冷却器（15）的出口管道（11），而且所述干燥器（3）具有干燥部分（18）和再生部分（19），其中所述干燥部分（18）填充有用于干燥从中引导穿过的气体的干燥剂，并且由此所述干燥部分设有与所述压缩机设备（2）的所述出口管道（11）连接的入口（20）和用作供应压缩干燥气体的排出口（5）的出口（21），并且其中所述再生部分（19）配置用于利用通过入口（23）和出口（28）以及与所述入口（23）连接的再生管道（22）从中引导穿过的再生气体来干燥潮湿的干燥剂，
其特征在于，所述再生气体的至少一部分由气体-气体热交换器（25）加热，所述气体-气体热交换器具有结合到所述再生管道（22）中的初级部分（26）和由所述压缩机机头（6，7，8）的压力侧供给的次级部分（27），其中所述气体-气体热交换器（25）的所述次级部分（27）设在所述低压级和随后的所述高压级之间延伸的所述压力管道（9，10）中。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一部分所述再生气体通过其中结合有所述热交换器（25）的所述初级部分的所述再生管道（22）从由所述设备（1）压缩的气体中分出，并且所述再生管道（22）将所述再生部分（19）的入口（23）连接至所述压缩机设备（2）的所述出口管道（11）或者连接至所述干燥部分（18）的所述出口（21）。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述热交换器（25）配置在所述后冷却器（15）上游。
4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述再生气体从所述压缩机设备（2）的所述出口管道（11）分出，并且分出的所述再生气体的流量（QR）为由所述压缩机设备（2）压缩的所述气体流量（Q）的大约40%。
5.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在所述再生管道（22）中的所述热交换器的尺寸被设置成使得在所述再生部分（19）的所述入口（23）处的所述再生气体的温度在130℃至150℃之间。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，在所述出口管道（11）上的所述再生管道（22）根据在所述后冷却器（15）之前和之后的所述压缩气体的温度在位于所述后冷却器（15）上游或下游的分流位置（24）处分出。
7.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述干燥器（3）具有两个再生阶段，即通过第一再生管道（22a）供应所述再生气体的第一再生阶段和用来进一步干燥所述干燥剂并且通过第二再生管道（22b）供应所述再生气体的随后的第二再生阶段，并且其中在所述第一和第二再生管道（22a，22b）中的至少一个中或者在所述第一和第二再生管道（22a，22b）中设置所述气体-气体热交换器（25）。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，在所述第二再生管道（22b）中至少设有另一个气体-气体热交换器（25）。
9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一再生管道（22a）与所述压缩机设备（2）的所述出口管道（11）连接，以便分出用于所述第一再生阶段的所述再生气体。
10.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第二再生管道（22b）与所述干燥部分（18）的所述出口（21）连接，以便分出用于所述第二再生阶段的所述再生气体。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二再生管道（22b）与所述干燥部分（18）的所述出口（21）连接，以便分出用于所述第二再生阶段的所述再生气体，对于所述第一再生阶段而言，从由所述压缩机设备（2）压缩的所述气体流量（Q）中分流出大约40%，并且对于所述第二再生阶段而言，从由所述设备（1）提供的压缩气体流量中分流出大约10%。
12.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述干燥器（3）为具有填充有干燥剂的滚筒（16）的旋转式干燥器，通过所述滚筒（16）的转动使得所述干燥剂交替地被引导穿过干燥部分（18）以及接着被引导穿过第一再生部分和可选的第二再生部分。
13.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在所述压力管道（9，10）中或者在其中结合有热交换器（25）的所述出口管道（11）中还设有中间冷却器（13，14）或后冷却器（15），并且所述气体-气体热交换器（25）位于所述中间冷却器（13，14）或后冷却器（15）上游。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二再生管道（22b）与所述干燥部分（18）的所述出口（21）连接，以便分出用于所述第二再生阶段的所述再生气体，如果为两个再生阶段并且为每个再生阶段设有单独的气体-气体热交换器（25a，25b），则这两个热交换器（25a，25b）每个都单独结合在另一压缩机机头（6，7）的压力管道（9，10）中。
15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二再生管道（22b）与所述干燥部分（18）的所述出口（21）连接，以便分出用于所述第二再生阶段的所述再生气体，如果为两个再生阶段并且为每个再生阶段设置单独的气体-气体热交换器（25a，25b），则这两个热交换器（25a，25b）设置在位于两个连续压缩机机头之间的所述压力管道（9，10）中。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述两个热交换器（25a，25b）在所述压力管道（9，10）中并联连接。
17.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述再生部分（19）的所述出口（28）通过冷却器（29）与所述干燥部分（18）的所述入口（20）连接。
18.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述再生部分（19）的所述出口（28）通过喷射器（30）与所述干燥部分（18）的所述入口（20）连接。
19.一种用于通过设备（1）压缩和干燥气体的方法，该设备包含压缩机设备（2）和采用干燥剂来干燥与之连通的气体的干燥器（3），压缩机设备（2）在两个或更多个压缩机机头（6，7，8）中的分别为低压级和一个或多个随后的高压级的两个或更多个连续级中压缩气体，并且通过其中结合有后冷却器（15）的出口管道（11）引导压缩气体穿过所述干燥器（3）以干燥该压缩气体，并且所述干燥器为此设有干燥部分（18），该干燥部分填充有气体被引导从中穿过的干燥剂，并且所述干燥器具有用作供应压缩干燥气体的排出口（5）的出口（21），所述干燥器还具有用于利用通过入口（23）和出口（28）引导穿过其的再生气体来干燥潮湿的干燥剂的再生部分（19），
其特征在于，该方法包括通过气体-气体热交换器（25）加热再生气体的至少一部分，该气体-气体热交换器具有再生气体从中流过的初级部分（26）和由形成低压级的所述压缩机机头（6）的压力侧供气的次级部分（27）。
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