一种集压缩、除水一体化的压缩空气供气系统及方法与流程

本发明涉及压缩空气供气技术领域，尤其涉及一种集压缩、除水一体化的压缩空气供气系统及方法。

背景技术：

在工业生产现场特别是电力生产过程中，为了实现对水、蒸汽等工质进行控制和调节，通常可以使用电动阀、油动阀和气动阀。电动阀无法满足调整过程中的精度和速度要求；油动阀的供油系统复杂，无法在大范围使用；以压缩空气为驱动力的阀门通过伺服阀调整进入气缸的压缩空气量即可以满足快速、精准控制的需要。气动阀的气源来自于压缩空气供气系统，由于气动阀伺服机构为精密部件，因此需要一种可以提供压力足够、清洁度合格的压缩空气供气装置。

湿空气中的水蒸汽在受压缩时会凝结成水，导致气动阀无法正常工作，因此空气经压缩后需要对压缩后的空气进行除水。以目前电力生产压缩空气供气系统为例，目前压缩空气供气系统中空气的压缩和除水是两个互不相关的处理工序，一般空气压缩机将空气升压至0.6mpa，压缩机排气温度可达230℃以上，需要采取降温措施；一般空气干燥装置采用可再生式双塔干燥器，正常运行时一个塔处于工作状态，另一个塔处于再生状态，将工作塔出口的部分压缩空气加热后通至再生塔，可有效提高再生效率，但再生塔的加热需要消耗额外的电能。

如申请号为cn202010853054.8的专利公开了一种高温压缩空气冷却净化系统及其使用方法，其技术方案中的系统包括一级冷却装置、储气罐和二级冷却过滤装置，一级冷却装置的出气口连接储气罐，储气罐的出气口连接二级冷却过滤装置；一级冷却装置包括换热器、凉水塔、储水箱和管道泵，换热器的进气口接入高温的压缩气体，换热器的出水口连接凉水塔进水口，凉水塔的出水口连接储水箱进水口，储水箱的出水口连接管道泵抽水口，管道泵的出水口连接换热器，且储水箱还连接有外部补水管，储水箱上设有水位电极。该系统虽然能将压缩空气大幅度的降温，并自动将压缩空气中水分排出，但是并不能提高再生效率，电能消耗较大，经济成本较高。

因此，需要一种集压缩、除水一体化的压缩空气供气系统，减少生产过程中不必要的热浪费，减少空气压缩机冷却负荷需求，免去压缩空气干燥塔再生过程中的加热能耗需求，提高生产经济性，为节能降耗作贡献。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集压缩、除水一体化的压缩空气供气系统及方法，充分、合理利用空气压缩机产生的热量，实现能量分级利用，减少不必要的热浪费。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种集压缩、除水一体化的压缩空气供气系统，包括空气压缩机、空气压缩机进气滤网、气体热交换器、空气冷却器、压缩空气油过滤器、压缩空气颗粒过滤器、压缩空气干燥塔组、中间缓冲罐、压缩空气储罐、状态切换阀组、消音器和控制器；空气压缩机进气滤网、空气压缩机、气体热交换器、空气冷却器、中间缓冲罐、压缩空气油过滤器、压缩空气颗粒过滤器、压缩空气干燥塔组、压缩空气储罐依次连接；空气压缩机进气滤网设置于空气压缩机的吸气口处；状态切换阀组包括第一进气阀、第二进气阀、第一产气阀、第二产气阀、第一再生进气阀、第二再生进气阀、第一再生排气阀、第二再生排气阀和节流孔板；压缩空气干燥塔组包括第一压缩空气干燥塔和第二压缩空气干燥塔；在第一压缩空气干燥塔和第一再生排气阀、第二压缩空气干燥塔与第二再生排气阀之间的两条管路中分别设有节流孔板。

具体的，压缩空气干燥塔组的进口侧和出口侧均设置有状态切换阀组；其中，所述消音器分别与位于压缩空气干燥塔组进口侧处状态切换阀组中的第一再生排气阀、第二再生排气阀连接；气体热交换器的进口与第一产气阀连接、气体热交换器的出口与第二产气阀连接。

具体的，压缩空气干燥塔组的进口侧和出口侧均设置有压缩空气露点仪，即在第一压缩空气干燥塔和第二压缩空气干燥塔的进口侧、出口侧分别设置有压缩空气露点仪，用于监测空气的含水量；控制器分别与压缩空气露点仪和状态切换阀组电连接。

具体的，中间缓冲罐内分别设置有底部排水阀、液位计和湿度传感器；控制器分别与底部排水阀、液位计和传感器装置电连接。

具体的，状态切换阀组中的所有阀门均为自动阀门；自动阀门为气动自动阀门或电动自动阀门。

一种压缩空气供气系统的供气方法，方法包括如下步骤：

s11，以第一压缩空气干燥塔正常运行，第二压缩空气干燥塔备用，空气在空气压缩机进气滤网过滤后，经空气压缩机将空气压力压缩至系统所需压力，并将压缩后的空气依次流经气体热交换器和空气冷却器进行冷却，最后送至中间缓冲罐；

s12，控制器通过液位计采集到中间缓冲罐内的存水量达到预设的排水阈值时，控制底部排水阀打开排出中间缓存罐内的存水；

s13，将中间缓冲罐内的气体经压缩空气油过滤器、压缩空气颗粒过滤器过滤后，通过第一进气阀将过滤后的空气切换输送至第一压缩空气干燥塔进行干燥，干燥后的压缩空气经第一产气阀输送至压缩空气储罐储存；

s14，压缩空气露点监测仪实时采集第一压缩空气干燥塔的产气运行数据并上传至控制器，控制器根据预设的再生标准对第一压缩空气干燥塔的运行数据进行分析判断，并根据判断结果设定第二压缩空气干燥塔的工作模式。

方法还包括第一压缩空气干燥塔的再生过程，该过程包括以下子步骤：

s21，控制器通过实时监测第一压缩空气干燥塔进口和出口处空气露点中的空气湿度，并根据空气湿度调整第二压缩空气干燥塔的再生周期，若需要进行再生周期调整，则进入步骤s22，否则保持第一压缩空气干燥塔运行；

s22，控制器向分别向压缩空气干燥塔组的进口侧和出口侧的状态切换阀组发送切换运行压缩空气干燥塔指令，控制第二压缩空气干燥塔的第二进气阀和第二产气阀打开，并关闭第一进气阀和第一产气阀；

s23，控制器向分别向压缩空气干燥塔组的进口侧和出口侧的状态切换阀组中发送投入第一压缩空气干燥塔再生指令，控制第一再生进气阀及第一再生排气阀打开；

s24，第二压缩空气干燥塔的部分产气经气体热交换器加热后，依次经过第一再生进气阀、第一压缩空气干燥塔和第一再生排气阀，最后经过消音器排放；

s25，第二压缩空气干燥塔进口侧和出口侧的压缩空气露点监测仪将第二压缩空气干燥塔的再生数据上传至控制器，控制器根据再生数据设定第二压缩空气干燥塔的工作模式，达到再生要求即恢复第二压缩空气干燥塔为备用模式；

s26，再生结束恢复第二压缩空气干燥塔备用时，控制器向分别向压缩空气干燥塔组的进口侧和出口侧的状态切换阀组中发送投入第一压缩空气干燥塔再生完成指令，控制第一再生进气阀及第一再生排气阀关闭。

本发明的有益效果：

1.当压缩空气干燥塔需要再生时，再生压缩空气干燥塔（第二压缩空气干燥塔）所需的热量由压缩机排气提供，大大减少干燥塔再生过程中加热再生空气所需的高品位能量，同时减少空气压缩机排气冷却所需的冷负荷，实现热量分级使用，提高能量优化利用效果，减少高品位能量浪费。

2.经压缩机排气加热后的再生空气温度高，吸湿效果更强，再生效果优秀，节省再生用压缩空气用量，进一步节能降耗。

3.当处于再生状态的压缩空气干燥塔再生合格而工作压缩空气干燥塔未达到再生标准时，控制器停止再生压缩空气干燥塔再生，实现减少压缩空气浪费的功能。

4.当压缩空气干燥塔处于备用状态时，若压缩空气用量增大，控制器可将备用压缩空气干燥塔投入干燥运行工况，保证供气系统压力稳定。

5.当压缩空气用量与压缩机供气量不匹配时，中间缓冲罐可以缓冲压缩空气压力，维持系统压力稳定。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

其中，1-空气压缩机进气滤网，2-空气压缩机，3-气体热交换器，4-空气冷却器，5-中间缓冲罐，6-压缩空气油过滤器，7-压缩空气颗粒过滤器，8-状态切换阀组，9-压缩空气干燥塔组，10-消音器，11-压缩空气储罐；

其中，状态切换阀组包括8-1-第一进气阀、8-2-第二进气阀、8-3-第一产气阀、8-4-第二产气阀、8-5-第一再生排气阀、8-6-第二再生排气阀、8-7-第一再生进气阀、8-8-第二再生进气阀、9-1-第一压缩空气干燥塔、9-2-第二压缩空气干燥塔。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例中，如图1所示，一种集压缩、除水一体化的压缩空气供气系统，包括空气压缩机进气滤网1、空气压缩机2、气体热交换器3、空气冷却器4、中间缓冲罐5、压缩空气油过滤器6、压缩空气颗粒过滤器7、状态切换阀组8、压缩空气干燥塔组9、消音器10、压缩空气储罐11。所述空气压缩机进气滤网1、空气压缩机2、气体热交换器3、空气冷却器4、中间缓冲罐5、压缩空气油过滤器6、压缩空气颗粒过滤器7、压缩空气干燥塔组9、压缩空气储罐11依次连接。

其中，状态切换阀组8包括第一进气阀8-1、第二进气阀8-2、第一产气阀8-3、第二产气阀8-4、第一再生进气阀8-7、第二再生进气阀8-8、第一再生排气阀8-5、第二再生排气阀8-6和节流孔板；压缩空气干燥塔组9包括第一压缩空气干燥塔9-1和第二压缩空气干燥塔9-2；在第一压缩空气干燥塔9-1和第一再生排气阀8-5、第二压缩空气干燥塔9-2与第二再生排气阀8-6之间的两条管路中分别设有节流孔板。

压缩空气干燥塔组9的进口侧和出口侧均设置有状态切换阀组8；其中，消音器10分别与位于压缩空气干燥塔组9进口侧处状态切换阀组8中的第一再生排气阀8-5、第二再生排气阀8-6连接；气体热交换器3的进口与第一产气阀8-3连接、气体热交换器3的出口与第二产气阀8-4连接。

压缩空气干燥塔组9的进口侧和出口侧均设置有压缩空气露点仪；控制器分别与压缩空气露点仪和状态切换阀组8电连接。

中间缓冲罐5内分别设置有底部排水阀、液位计和湿度传感器；控制器分别与底部排水阀、液位计和传感器装置电连接。

状态切换阀组8中的所有阀门均为自动阀门；自动阀门为气动自动阀门或电动自动阀门。

本发明中，一种集压缩、除水一体化的压缩空气供气系统，系统其正常工作流程包括如下步骤（以第一压缩空气干燥塔9-1运行，第二压缩空气干燥塔9-2备用为例）：

s11，空气在空气压缩机进气滤网1过滤后，经空气压缩机2将空气压力压缩至所需压力，并将压缩后的空气依次流经气体热交换器3和空气冷却器4进行冷却，最后送至中间缓冲罐5；

s12，控制器通过液位计采集到中间缓冲罐5内的存水量达到预设的排水阈值时，控制底部排水阀打开排出中间缓存罐内的存水，降低压缩空气干燥塔工作强度；

s13，将中间缓冲罐5内的气体经压缩空气油过滤器6、压缩空气颗粒过滤器7过滤后，通过状态切换阀组8中的第一进气阀8-1将过滤后的空气切换输送至第一压缩空气干燥塔9-1进行干燥，干燥后的压缩空气通过状态切换阀组8中的第一产气阀8-3输送至压缩空气储罐11储存；

s14，压缩空气露点监测仪实时采集第一压缩空气干燥塔9-1的运行数据并上传至控制器，控制器根据第一压缩空气干燥塔9-1的运行数据判断该干燥塔是否失效，若判断为失效则进入再生模式，否则保持当前模式运行。

本发明，一种集压缩、除水一体化的压缩空气供气系统，系统进入再生模式后，其第一压缩空气干燥塔9-1再生流程包括如下步骤（以第一压缩空气干燥塔9-1运行时失效，第二压缩空气干燥塔9-2备用为例）：

s21，压缩空气露点监测仪实时采集第一压缩空气干燥塔9-1的运行数据并上传至控制器，控制器根据第一压缩空气干燥塔9-1的运行数据判断该干燥塔是否失效，若判断为失效则进入步骤s22，否则保持第一压缩空气干燥塔9-1运行；

s22，控制器向状态切换阀组8发送第二压缩空气干燥塔9-2备用转投运指令，控制第二进气阀8-2、第二产气阀8-4打开；

s23，控制器向状态切换阀组8发送第一压缩空气干燥塔9-1运行转再生指令，控制第一进气阀8-1、第一产气阀8-3关闭，同时控制第一再生进气阀8-7和第一再生排气阀8-5开启；

s24，第二压缩空气干燥塔9-2的小部分产气经气体热交换器3加热后，再经过第一再生进气阀8-7进入第一压缩空气干燥塔9-1，最后经过第一再生排气阀8-5和消音器10排放；

s25，第二压缩空气干燥塔9-2进口侧和出口侧的压缩空气露点监测仪将第二压缩空气干燥塔9-2的再生数据上传至控制器，控制器根据再生数据设定第二压缩空气干燥塔9-2的工作模式，达到预设的再生要求时即恢复第二压缩空气干燥塔9-2为备用模式；

s26，再生结束恢复第二压缩空气干燥塔9-2备用时，控制器向分别向压缩空气干燥塔组9的进口侧和出口侧的状态切换阀组8中发送投入第一压缩空气干燥塔9-1再生完成指令，控制第一再生进气阀8-7和第一再生排气阀8-5关闭。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。