1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/收稿日期: 2000 - 12 - 15辅 机文章编号: 100622971 (2001) 0320028203浅谈压缩空气冷冻式干燥机的热力计算蒋其昂,韩 飙,陈文才,滕 飞,吴 辉(东风汽车公司装备管理部“压缩空气净化对策”课题组,湖北 十堰442002)摘 要:对压缩机技术杂志近年发表关于压缩空气冷冻式干燥机蒸发器、预冷器热负荷计算及其热交换过程分析的文章进行了评述。关键词:冷干机;蒸发器;预冷器;热负荷中图分
2、类号: TQ05118+92 文献标识码: B 近年压缩机技术杂志刊登了“冷冻干燥机实际处理量与压缩空气状态的关系”(简称文章1)及“冷冻干燥机中预冷器热交换过程分析”(简称文章2)文章。目前作为国内新兴行业的冷干机行业处在市场竞争日益剧烈的关头,文章的作者能把行家们视为与自己产品核心技术密切相关的计算公式和计算数据公开发表,无疑对提高冷干机行业的设计水平、产品质量和行业如何面对加入WTO都有深远的影响。1999年,在文章1的启发下,东风汽车公司“压缩空气净化对策”课题组参照活塞式压缩机设计 、 空气调节设计手册 、 制冷附件和热交换器设计手册等书的公式对XL G型蓄冷式冷干机作热力计算,用计
3、算出的数据设计制造样机。通过现场测试,发现按活塞式压缩机设计书中冷却器设计的公式计算出的换热面积、蒸发器和预冷器进出口处压缩空气的热力参数和阻力损失值同实测的数据最接近,这大概是压缩机的冷却器和冷干机所冷却的介质都是压缩空气的缘故。为了进一步说明情况,现把文章1对冷干机蒸发器作热负荷计算所用的公式和计算数据,同按活塞式压缩机设计所用的公式和计算数据列表对比,如表1所示。为便于对比,参数的符号及其物理意义都与文章1保持一致,而且设计选定参数都是:冷干机的压缩空气额定处理量Mn= 1 Nm3/ min (折算到标准状态下的体积流量) ;额定压力pe= 017 MPa ;额定进气温度Te= 40;折
4、算到空压机入口标准状态空气po= 011 MPa (绝压) ,To= 293 K,相对湿度= 65 % ,空气容重= 112 kg/ m3。表1 冷干机蒸发器热负荷计算公式与数据对比表序号按压缩机技术1999年第二期刊登的文章1所采用空气调节设计在大气压力附近对空气作热力计算的公式按活塞式压缩机设计中的冷却器设计对压缩空气作热力计算公式1按蒸发器进口空气温度t2= 32 查湿空气饱和水蒸汽分压表得Psb2= 4175 kPa蒸发器出口空气温度t3= 5 时Psb3= 0182 kPa蒸发器进口压缩空气温度t2= 32 时,Psb2= 4175 kPa蒸发器出口压缩空气温度t3= 5 时,Psb
5、3= 0187375 kPa2求出蒸发器进、出口的空气含湿量d2= 01622Psb2Pe-Psb2= 0162201654175800 - 01654175= 0100241 kg/ kg (干)d3= 01622Psb3Pe-Psb3= 0162201650182800 - 01650182= 0100041 kg/ kg (干)求出蒸发器进、出口压缩空气含湿量d2= 01622Psb2Pe-Psb2= 016224175800 - 4175= 01003752 kg/ kg (干)d3= 01622Psb3Pe-Psb3= 016220187375800 - 0187375= 01000
6、68 kg/ kg (干)82 压缩机技术 2001年3期(总第167期) 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/序号按压缩机技术1999年第二期刊登的文章1所采用空气调节设计在大气压力附近对空气作热力计算的公式按活塞式压缩机设计中的冷却器设计对压缩空气作热力计算公式3求出蒸发器进、出口的空气焓值h2= 11004t2+ 01001d2(2501 + 11859t2)= 1100432 + 010012141(2501 + 1185932)= 38130
7、kJ/ kg (干)h3= 110045 + 010010182(2501 + 11859t5)= 6108 kJ/ kg (干)求出干压缩空气通过蒸发器冷却后释放的热量Q1蒸= 60Mnv ( t2-t3)= 6011120124(32 - 5)= 466156 kcal/ h4求出处理1 Nm3/ min的空气冷干机蒸发器(包括制冷系统)承担的热负荷Q = 60Mn( h2-h3)= 601112(38130 - 6108)= 2 329 kJ/ h = 557 kcal/ h求压缩空气中的水蒸汽冷却及部分凝结成水所释放的热量Q2蒸Q2蒸= 60Mnv 0146( t2d2-t3d3)+(
8、597 - 0156t3)( d2-d3) = 6011120146(3201003752 - 50100068)+(597 - 01565)(01003752 - 0100068) = 135129 kcal/ h蒸发器承担的热负荷Q蒸= Q1蒸+ Q2蒸= 601185 kcal/ h 从上表可以看出两种公式算出的冷干机蒸发器的热负荷,也就是制冷系统需提供的制冷量分别为557 kcal/ h、601185 kcal/ h。按文章1的公式计算出偏小的热负荷去选制冷压缩机,而实际需要的热负荷是更接近60185 kcal/ h ,冷干机工作能达到蒸发器出口压缩空气的温度比原设计选定的5 高212
9、2,加上汽水分离器不可能把蒸发器出来压缩空气中悬浮着的冷凝水微粒100 %分离掉,这样冷干机出口处压缩空气的实际露点将比7122 还高23 或更高,这样的冷干机性能就达不到其设计要求和国家标准JB/JQ209010 - 88的要求。造成两公式算出结果不同的原因主要出自含湿量d的计算公式中的相对湿度。在上述设计选定参数的条件下,计算压缩机空气中的含湿量d应取= 1,在空调设计或空压机的中间冷却器进口处压缩空气的含湿量计算时,才取大气相对湿度或空压机吸气环境下的相对湿度。应该说明的一点,文章1的作者对上述取值的概念是清楚的,他在2000年发表的文章2中对“不同t1”温度下冷干机相关参数计算值”的计
10、算过程已把这因素考虑进去了。文章2提出一个非常突出的论断:“从理论上讲,逆向换热的冷流体终温可以小于、等于甚至大于热流体的终温。因此在大、中型冷干机中,预冷器以逆流换热为主(如图3)。但由于受到冷量利用率不能超过100 %的限制,冷干机的排气温度即使在逆流换热也不可能提得很高。譬如在上述条件下,冷干机排气量温度就以28 为极限。 ”国产的冷干机唯独有一家公司冷干机使用说明书提到“注意手摸空气进出口有否温差(正常情况应为温差1017)” 。国外也有一家公司冷干机技术使用说明书提到“在额定空气流量、标准状态的进气温度的情况下,在冷干机再加热器(预冷器的冷流侧)出口处的空气温度大约比冷干机进气温度低
11、1520(8131111)” 。从字面上看不出冷干机进出口的温差是大的好还是小的好,或者说超过上述范围就不正常,这一点对用户判断冷干机的技术性能和设备技术状况是要搞清楚的。但是有一点是清楚的,按文章2规定的冷干机进气温度t1= 40,说明书规定的冷干机进、出口温差下限为10 或813,冷干机的排气温度为30 或3117就超过“以28为极限”的诊断。到底是“诊断”正确还是说明书定的冷干机进、出口温差范围正确这也是冷干机用户迫切要搞清楚的另一个重要问题。根据国家标准GB2588 - 81设备热效率计算通则规定“设备热效率是指热设备为达到特定目的,供给能利用的有效程度在数量上的表示,它等于有效能量对
12、供给能量的百分数。 ”“41 有效能量(QYX)的计算 414在干燥、蒸发等工艺中,为水分等蒸发物质所吸收的热量。 ”“51 供给能量(GG)的计算 513外界向体系的传热量。 ”冷干机属于热设备,它的特定目的是按冷干机设计露点把压缩空气干燥,冷干机的有效能量(QYX)就是真正从冷干机的压缩空气系统排出的冷凝水所922001年第3期(总第167期)压缩机技术 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/相对应释放的热量,这个热量基本上等于按表1右方的公式计算出预
13、冷器热流侧、蒸发器压缩空气侧、预冷器冷流侧(再加热器)的压缩空气中的水蒸汽冷却(再加热)及部分凝结(再汽化)所释放(吸收)的热量Q2预、Q2蒸、Q2再的代数和,冷干机的供给能量(QGG)就是冷干机的制冷系统向压缩空气系统传送的冷量,这个冷量等于蒸发器压缩空气侧的热负荷,即按表1右方公式算出的Q蒸,因此,计算冷干机热效率应使用下列公式=Q YXQGG=Q2预+ Q2蒸-Q2再Q蒸100 按上式验算文章2在“冷量利用率”Q2/ Q1已近100 % ,冷干机排气温度达到极限值28 时,冷干机的热效率只有5117 %。而东风汽车公司“压缩空气净化对策”课题组和湖北省十堰邦本科工贸有限公司联合研制成功的
14、XL G系列蓄冷式冷干机,经机械部合肥通用机械研究所测试,冷干机性能符合ISO7183/ 2和JB/JQ209010 - 88规定。当冷干机的进气温度为4013时,冷干机的排气温度达到3813,蒸发器进口压缩空气的温度为16,按上式验算XL G系列蓄冷式冷干机的热效率达到90 %。(本段的计算从略)参考文献:1 李申.冷冻干燥机实际处理量与压缩空气状态的关系J .压缩机技术, 1999 , (2) : 21 - 24.2 李申.冷冻干燥机中预冷器热交换过程分析J .压缩机技术, 2000 , (5) : 22 - 24.3 蒋其昂,等. XL G系列蓄冷式冷干机的研制J .压缩机技术, 200
15、0 , (3) : 22 - 23.4活塞式压缩机设计编写组.活塞式压缩机设计 M.北京:机械工业出版社, 1974.5 第四机械工业部第十设计研究院.空气调节设计手册M.北京:中国建筑工业出版社, 1983.沈阳气体压缩机股份有限公司研制开发4M80 - 30/ 22 - 200 - BX型新氢压缩机通过鉴定 不久前,中国石油化工集团公司主持召开了4M80 - 30/ 22 - 200 - BX型新氢压缩机鉴定会。会议在茂名石化公司举行, 60余名专家代表到会。会议听取了沈阳气体压缩机股份有限公司的该产品研制总结报告,审查了有关的技术文件与资料,现场考查了机组运行情况,并组织了讨论与答辩。有
16、关专家组成的鉴定委员会经过认真讨论认为:(1)该产品鉴定技术资料齐全、完整、准确,能指导生产;(2)该机设计方案合理,结构紧凑先进。自主开发了活塞、气缸、填料、双室隔距件等关键部件,主要传动部件采用德国BORSIG公司先进技术,并对压缩机进行了热动力性能计算、分析和校核;(3)该机在制造中按照ISO9001质量体系文件,零部件制造精度高,符合相关技术标准要求。制造工艺技术和加工装备具备制造大型往复氢气压缩机的能力;(4)经过运转实践和现场测试标定表明,该机组运行平稳、振动小、噪声低,达到设计技术要求,满足了工艺和生产需要;(5)该机是国家首次开发研制的800 kN活塞力的大型往复式氢气压缩机,填补了国内空白,在技术上处于国内领先地位,达到了国际同类产品水平,可以替代进口;(6)建议承制单位根据现场运行情况对高压级活塞环进行改进和完善,以满足机组长周期运行需要,并进一步提高辅机配套水平。本刊通讯员03 压缩机技术 2001年3期(总第167期)
