由于世界船舶市場需求的迅速增長，我國船舶工業自2003年起開始進入高速發展期，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。根據相關統計資料，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能源消耗量。由于國家現行能源政策對造船企業提出的約束性指標，因此必須對節能工作予以重視。根據我院對數家造船企業能耗數據的分析，我國造船企業最主要的能源消耗是電力，約占船廠能耗的65%左右。造船企業進行生產需消耗大量無油、無水壓縮空氣，大型造船企業的壓縮機安裝容量多在2000～3500m3/min，電力安裝容量達到12000KW～20000KW，這些空壓機和相關配套設備的運行消耗了大量電能。因此本文從空壓站這一耗能大戶入手，通過對余熱再生吸附式干燥機的研究，分析其在船廠應用的可行性和節能效果。
1、造船企業壓縮空氣系統的現狀
    壓縮空氣是一種機械工廠內廣泛使用的動力源，主要用于風動工具、氣動設備和自動化儀表。我國造船企業廣泛采用壓縮空氣用于分段噴砂除銹和風動工具。船廠對用于噴砂作業的壓縮空氣的含水量、含油量有一定要求，參照國家標準‘一般用壓縮空氣質量等級）(GB/T13277)中的規定，噴砂、噴漆作業壓縮空氣的壓力露點應為-20℃。上世紀90年代造船企業供氣設備多采用活塞式壓縮機，隨著涂裝工藝要求的提升，此類設備已難以滿足生產的需要。隨后多數造船食業開始采用離心式壓縮機，壓縮空氣的后處理則采用冷凍式干燥機，從使用來看可以滿足使用需要，但是經過冷凍式干燥機處理后壓縮空氣的壓力露點為2～5℃，在部分使用單位出現過壓縮空氣帶水的情況。吸附式干燥機壓力露點可達-40～0℃，因此使用吸附式干燥機可大幅度提高壓縮空氣質量，降低壓縮空氣常溫下的絕對濕度，有利于提高涂裝質量。然而吸附式干燥機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烘干機在造船企業中的應用受到了一定限制．
2、空壓機余熱利用系統的引入
    離心式壓縮機近年廣泛應用于船廠壓縮空氣系統，下圖是XX船舶有限公司撐空壓站現場照片和工藝系統圖(如圖A)．
    從工藝系統中看，空壓站的主要耗能設備是離心式空壓機和冷凍式干燥機（本項目為余熱再生吸附式干燥機）．當前離心式空壓機已采用了如高效后彎式葉輪、進口導葉調節、高效換熱器和全自動雙模式控制等手段來提高機組效率，因此再進一步提高壓縮機效率較為困難。以上述空壓站為例，如采用冷凍式干燥機，冷凍式干燥機的制冷壓縮機每年需要消耗大量電能，從船廠的用氣需求來看，冷干機的供氣品質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XX船舶有限公司l撐空壓站工程設計中引入余熱再生吸附式干燥機，和離心式壓縮機一起組成空壓機余熱利用系統，在利用離心式壓縮機末級排氣余熱方面進行嘗試．目前該工程已投用數年，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中的核心設備——涂熱再生吸附式干燥機工作原理的研究、分析應用此設備的節能效果、經濟效益和應用價值．
3、余熱再生吸附式干燥機的工作原理
    根據工程熱力學原理，空氣被壓縮后溫度會升高，離心式壓縮機的末級排氣出口溫度一般可達11O℃以上．當配用冷凍干燥機時，壓縮空氣出口的高溫捧氣必須經過末級冷卻器冷卻到45℃．近年來國家能源政策出現重大調整，節能減捧工作的地位日益突出，余熱再生吸附式干燥機作為一種新型的節能型產品開始受到關注，它既具有吸附式干燥機露點低，供氣品質好的優點，又充分利用了壓縮機末級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。這些物質本身具有大量孔隙，能產生毛細現象。當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生擴散運動，從而達到去濕效果。
    吸附式干燥主要由吸附、再生、吹冷和均壓四個過程組成，但不同型式的設備可能略有不同。余熱再生吸附式干燥機主要工作原理與其他類型吸附式干燥機類似，唯一區別在于再生過程。余熱再生吸附式干燥機是利用離心式空壓機產生的，滿足TSA（變溫吸附）所需要的高溫再生環境和高溫失飽和、吸水能力極強的再生氣體，對吸附塔內的吸附劑進行加熱再生。這樣一方面充分利用了離心式壓縮機末級的熱量，可以節約用于再生的額外能量．另一方面可以取消空壓機末級冷卻器，降低離心式壓縮機的投資。
    因此筆者認為對于造船企業這類對壓縮空氣品質有一定要求、并且消耗量大的場合，余熱再生吸附式干燥機具有很大應用空間。
4、余熱再生吸附式干爆機與常規后處理設魯的性能比較
    在以往的設計中，壓縮空氣系統后處理主要采用冷凍式干燥機，微熱再生和無熱再生型吸附式干燥機也有應用．當余熱再生吸附式干燥機引入壓縮空氣后處理流程后，我們組成了余熱利用系統。這套系統既提高了壓縮空氣的品質，又可以降低壓縮空氣后處理系統的耗能，但是在造船企業中實際應用較少．現以我國造船企業中常用的200Nm，，Inin處理量設備為例，筆者將從性能和投資費用角度予以分析。
    從現階段壓縮空氣后處理系統應用的設備來看，冷凍式干燥機、無熱再生吸附式干燥機、微熱再生吸附式干燥機在國內造船企業都有應用，其中冷凍式干燥機所占比例最大，余熱再生吸附式干燥機與以上設備性能比較可見表A:
    從上表比較可見，三種吸附式干燥機相比較，余熱再生吸附式干燥機直接電耗低，再生氣損耗最小，因此在達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與冷凍式干燥機相比較，吸附式干燥機壓力露點低，性能參數比冷凍式干燥機具有突出的優勢，而且直接電耗僅0.15KW，僅冷凍式干燥機直接能耗的0.5%．大大降低了設備運行能耗；只是初期投資余熱再生吸附式干燥機較人．從以上分析可見，采用余熱再生吸附式干燥機不儀供氣質量高，而且能耗低。
    從上圖可見，余熱再生吸附式干燥機年運行總耗電最低，無熱再生吸附式干燥機年運總耗電最大。余熱再生吸附式干燥機問世之前，冷凍式干燥機的用電量遠小于其余兩種沒備，因此多數船廠選擇冷凍式干燥機用于壓縮空氣后處理是合理的。余熱再生吸附式干燥機與冷凍式干燥機相比年運行耗電量降低52114度，約合18604.7kg標準煤，在冷凍式干燥機的基礎上進一步大幅度降低了能耗，具有明顯的節能效果。
    后處理設備的年運行費用主要由運行電費和運行維護費用組成。由圖A我們可以看到余熱再生吸附式干燥機的年運行耗電量遠遠低于其他三種設備，因此本圖中可以看到它的年運行費用最低，而另兩種吸附式干燥機運行費用太高，大約是冷凍式干燥機的6倍左右，余熱再生吸附式干燥機的10倍。余熱再生吸附式干燥機與最常用的冷凍式干燥機相比，運行一年可節省37114元，考慮到兩種設備之間的初期投資差價20萬，經過6年左右可回收設備差價。
6、總結與展望
    通過以上的技術經濟和能耗分析比較，筆者認為造船企業的壓縮空氣后處理系統應優先選擇余熱再生吸附式干燥機，次選冷凍式干燥機，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。余熱利用系統充分利用壓縮機排氣余熱，不僅可以提高空氣品質，更好滿足特種涂裝的工藝要求，而且符合國家“節能減排”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設備，與冷凍式干燥機相比運行一年可節電234513度，折合83721.14kg標準煤，節約電費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在船廠的應用是完全可行的，并且節能效果明顯，具有很好經濟和社會效益。
     壓縮空氣系統是造船企業內的耗能大戶，余熱再生吸附式干燥機出現為我們提高壓縮空氣系統供氣品質，降低系統能耗提供新的解決方案．隨著船舶工業的發展，我國造船業已逐  步向數字化、綠色化造船方向發展。如今我國的能源問題日益突現，節能減排的工作形勢十分嚴峻，大力發展節能型造船已是大勢所趨。因此我們務必積極認真開展對大型造船企業節能問題的研究，為我國船舶工業的可持續發展做出貢獻。
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