由于世界船舶市場(chǎng)需求的迅速增長(zhǎng)，我國(guó)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(zhǎng)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(xiàng)目。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，2007年我國(guó)造船完工量1892萬載重噸，占世界造船市場(chǎng)份額23%;新接定單9845萬載重噸，占世界造船市場(chǎng)份額42%。
    伴隨我國(guó)造船總量不斷上升的是造船企業(yè)能源消耗量。由于國(guó)家現(xiàn)行能源政策對(duì)造船企業(yè)提出的約束性指標(biāo)，因此必須對(duì)節(jié)能工作予以重視。根據(jù)我院對(duì)數(shù)家造船企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的分析，我國(guó)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，大型造船企業(yè)的壓縮機(jī)安裝容量多在2000～3500m3/min，電力安裝容量達(dá)到12000KW～20000KW，這些空壓機(jī)和相關(guān)配套設(shè)備的運(yùn)行消耗了大量電能。因此本文從空壓站這一耗能大戶入手，通過對(duì)余熱再生吸附式干燥機(jī)的研究，分析其在船廠應(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(dòng)力源，主要用于風(fēng)動(dòng)工具、氣動(dòng)設(shè)備和自動(dòng)化儀表。我國(guó)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(dòng)工具。船廠對(duì)用于噴砂作業(yè)的壓縮空氣的含水量、含油量有一定要求，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)‘一般用壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)）(GB/T13277)中的規(guī)定，噴砂、噴漆作業(yè)壓縮空氣的壓力露點(diǎn)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，此類設(shè)備已難以滿足生產(chǎn)的需要。隨后多數(shù)造船食業(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(diǎn)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(diǎn)可達(dá)-40～0℃，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(duì)濕度，有利于提高涂裝質(zhì)量。然而吸附式干燥機(jī)需要熱空氣用于吸附劑的再生。無論是加熱再生和無熱再生方式都需要額外消耗外界能源，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)，下圖是XX船舶有限公司撐空壓站現(xiàn)場(chǎng)照片和工藝系統(tǒng)圖(如圖A)．
    從工藝系統(tǒng)中看，空壓站的主要耗能設(shè)備是離心式空壓機(jī)和冷凍式干燥機(jī)（本項(xiàng)目為余熱再生吸附式干燥機(jī)）．當(dāng)前離心式空壓機(jī)已采用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(dòng)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(diǎn)，在XX船舶有限公司l撐空壓站工程設(shè)計(jì)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(jí)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(shí)際工程為例，通過對(duì)余熱利用系統(tǒng)中的核心設(shè)備——涂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(jià)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(huì)升高，離心式壓縮機(jī)的末級(jí)排氣出口溫度一般可達(dá)11O℃以上．當(dāng)配用冷凍干燥機(jī)時(shí)，壓縮空氣出口的高溫捧氣必須經(jīng)過末級(jí)冷卻器冷卻到45℃．近年來國(guó)家能源政策出現(xiàn)重大調(diào)整，節(jié)能減捧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(diǎn)低，供氣品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)，又充分利用了壓縮機(jī)末級(jí)高溫捧氣用于吸附劑再生，大大降低了加熱用能耗和再生氣損耗．
    右圖是某廠余熱再生吸附式干燥機(jī)外形圖．
    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(shí)，在壓差作用下，壓縮空氣中的水蒸汽產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，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(gè)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(duì)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(jí)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(jí)冷卻器，降低離心式壓縮機(jī)的投資。
    因此筆者認(rèn)為對(duì)于造船企業(yè)這類對(duì)壓縮空氣品質(zhì)有一定要求、并且消耗量大的場(chǎng)合，余熱再生吸附式干燥機(jī)具有很大應(yīng)用空間。
4、余熱再生吸附式干爆機(jī)與常規(guī)后處理設(shè)魯?shù)男阅鼙容^
    在以往的設(shè)計(jì)中，壓縮空氣系統(tǒng)后處理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(shí)際應(yīng)用較少．現(xiàn)以我國(guó)造船企業(yè)中常用的200Nm，，Inin處理量設(shè)備為例，筆者將從性能和投資費(fèi)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(guó)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(diǎn)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(diǎn)低，性能參數(shù)比冷凍式干燥機(jī)具有突出的優(yōu)勢(shì)，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(yùn)行能耗；只是初期投資余熱再生吸附式干燥機(jī)較人．從以上分析可見，采用余熱再生吸附式干燥機(jī)不儀供氣質(zhì)量高，而且能耗低。
    從上圖可見，余熱再生吸附式干燥機(jī)年運(yùn)行總耗電最低，無熱再生吸附式干燥機(jī)年運(yùn)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)小于其余兩種沒備，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(yùn)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(yùn)行費(fèi)用主要由運(yùn)行電費(fèi)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用組成。由圖A我們可以看到余熱再生吸附式干燥機(jī)的年運(yùn)行耗電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他三種設(shè)備，因此本圖中可以看到它的年運(yùn)行費(fèi)用最低，而另兩種吸附式干燥機(jī)運(yùn)行費(fèi)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(yùn)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(jià)20萬，經(jīng)過6年左右可回收設(shè)備差價(jià)。
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)，次選冷凍式干燥機(jī)，除特殊情況外，不宣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(guó)家“節(jié)能減排”精神。以前述實(shí)際工程為例，該空壓站安裝4臺(tái)200m3/min和1臺(tái)100m3/min設(shè)備，與冷凍式干燥機(jī)相比運(yùn)行一年可節(jié)電234513度，折合83721.14kg標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)約電費(fèi)18.99萬元，減少C02排放225.13×l03kg，S02排放1876.14kg．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(huì)效益。
     壓縮空氣系統(tǒng)是造船企業(yè)內(nèi)的耗能大戶，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．隨著船舶工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)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(guó)的能源問題日益突現(xiàn)，節(jié)能減排的工作形勢(shì)十分嚴(yán)峻，大力發(fā)展節(jié)能型造船已是大勢(shì)所趨。因此我們務(wù)必積極認(rèn)真開展對(duì)大型造船企業(yè)節(jié)能問題的研究，為我國(guó)船舶工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
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