本发明涉及压缩空气干燥领域，具体涉及一种两级空气压缩与干燥系统及其工作方法。
背景技术：
压缩空气是气动工具的主要动力源，压缩空气的供给离不开压缩机。当空气含湿量一定时，空气的露点温度随着压力的升高而升高，如果不进行干燥处理，则会造成一系列不良影响。
常用的压缩空气干燥方法有冷冻法、吸附法和吸收法。冷冻法是一种较为节能的干燥方法，但其处理的干燥空气露点温度不能低于0℃，仅适用对压缩空气露点温度要求不高的场合。吸附法能有效除去压缩空气中的水分，获取露点温度-70℃的压缩空气，但吸附剂的再生需要消耗大量的热量。吸收法能获取露点温度-20℃的压缩空气，吸收剂吸收水蒸气后温度会升高，浓度下降，吸湿能力也迅速下降，需要进行再生浓缩，其再生温度与吸附法相比相对较低。现在为了提高压缩机的能效，通常采用的是二级压缩、中间冷却的方法，并且合理地降低压缩机进气的温度和湿度能有效降低压缩机的能耗、提高压缩机的效率。然而，压缩机排气的热量大多作为废热直接排放，造成了极大的能源浪费。
所以如何把空气干燥和压缩机废热回收相结合，是一个有待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述问题，提供一种两级空气压缩与干燥系统。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种两级空气压缩与干燥系统，包括一级压缩机3、二级压缩机5、溶液系统和热泵系统，其中所述溶液系统包括干燥塔1、浓缩塔2、第一换热器6、第一溶液泵7、真空泵8、第二溶液泵10、第二换热器11、冷却器12、引射器13；所述热泵系统包括蒸发器4、热泵压缩机9、冷凝盘管14和节流阀15；
所述一级压缩机3出口经蒸发器4连接至干燥塔1空气入口a，干燥塔1空气出口b通过管路连接至二级压缩机5入口，二级压缩机5出口通过管路连接至第一换热器6空气侧入口d，第一换热器6出口e接至高压气用户；
所述干燥塔1内部从上至下依次设有第一过滤层1a、第一喷淋口1c、填料层1b和第一浓度控制器24，浓缩塔2内部从上至下依次设有第二过滤层2a、第二喷淋口2b、冷凝盘管14和第二浓度控制器25；干燥塔1底部溶液出口c经第一电磁阀19连接至第一溶液泵7入口，第一溶液泵7出口经第一调节阀17连接至第一换热器6溶液侧入口f，第一换热器6溶液侧出口g通过管路连接至第二换热器11低温溶液侧入口h，第二换热器11低温溶液侧出口i通过管路连接至引射器13轴向入口m，引射器13轴向出口n通过管路连接至浓缩塔2第二喷淋口2b，浓缩塔2顶部气体出口p经第二电磁阀20连接至真空泵8入口，浓缩塔2侧面溶液出口q经第二调节阀18连接至引射器13径向入口o，浓缩塔2底部溶液出口r经第三电磁阀21连接至第二溶液泵10入口，第二溶液泵10出口通过管路连接至第二换热器11高温溶液侧入口k，第二换热器11高温溶液侧出口j连接至冷却器12入口，冷却器12出口经第三调节阀16连接至干燥塔1第一喷淋口1c；
所述冷凝盘管14出口经节流阀15连接蒸发器4入口，蒸发器4出口通过管路连接至热泵压缩机9入口，热泵压缩机9出口通过管路连接至浓缩塔2中的冷凝盘管14入口。
进一步优选，所述第一浓度控制器24通过导线连接至第三调节阀16；所述第二浓度控制器25通过导线连接至第二调节阀18；
进一步优选，所述干燥塔1空气入口a和蒸发器4之间的管路上设有第一温度控制器22，第一温度控制器22通过导线连接至节流阀15；所述冷却器12出口和第三调节阀16之间的管路上设有第二温度控制器23，第二温度控制器23通过导线连接至冷却器12；
进一步优选，所述干燥塔1通过导线连接第一调节阀17。
本发明的一种两级空气压缩与干燥系统的工作方法，具有三种工作过程：
使用前，根据使用需求设定第一温度控制器22、第二温度控制器23、第一浓度控制器24和第二浓度控制器25的数值；系统开机，开启一级压缩机3、二级压缩机5、第一溶液泵7、第二溶液泵10、真空泵8、第一电磁阀19、第二电磁阀20和第三电磁阀21；
空气干燥过程：空气经一级压缩机3压缩升温升压后进入蒸发器4中放热冷却，然后进入干燥塔1中与干燥溶液进行传热传质去除水分，干燥后的空气经干燥塔1顶部气体出口b排至二级压缩机5中进一步压缩，然后进入第一换热器6中放热冷却，之后被送往后端设备；
溶液浓缩过程：干燥塔1溶液经第一电磁阀19进入第一溶液泵7内加压，然后经第一调节阀17进入第一换热器6内吸热升温，之后进入第二换热器11内进一步升温，然后经引射器13进入浓缩塔2内经第二喷淋口2b进行喷淋，与浓缩塔2内冷凝盘管14换热，高温溶液中大量水分析出，水蒸气经浓缩塔2顶部气体出口p排出，经第二电磁阀20后被真空泵8吸入并排至环境；浓缩塔2部分溶液经第二调节阀18进入引射器13与高温稀溶液混合，另一部分溶液经第三电磁阀21进入第二溶液泵10内加压，然后进入第二换热器11放热冷却，然后进入冷却器12中进一步降温，最后经第三调节阀16进入干燥塔1内经第一喷淋口1c进行喷淋；
热泵循环过程：热泵循环工质经热泵压缩机9压缩后进入冷凝盘管14放热冷凝，冷凝后的液态循环工质经节流阀15进入蒸发器4吸热蒸发，之后气态循环工质进入热泵压缩机9中被压缩和进行下一步循环；
进一步优选，所述第一调节阀17阀门开度与干燥塔1内液位成正比例关系；
进一步优选，所述第三调节阀16阀门开度与干燥塔1内溶液浓度成反比例关系；所述第二调节阀18阀门开度与浓缩塔2内溶液浓度成反比例关系；
进一步优选，所述节流阀15阀门开度与蒸发器4出口压缩空气温度成正比例关系；
进一步优选，所述冷却器12风机频率与出口温度成正比例关系。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术效果：
本发明在两级压缩机之间设置溶液干燥系统，降低了二级压缩机入口空气的温度和湿度，能有效降低压缩机能耗、提升压缩效率，使压缩空气系统更为节能，同时制取的压缩空气能满足大部分场合的使用要求。利用换热器对稀溶液进行预热，并且通过热泵回收压缩机排气热量用于溶液的再生，能有效减少再生能耗，避免了能源浪费，并且可以进一步提高压缩空气系统的能源利用率，保证溶液的完全再生。
附图说明
图1是本发明的结构构造示意图：
图中：1为干燥塔，1a为第一过滤层，1b为填料层，1c为第一喷淋口，2为浓缩塔，2a为第二过滤层，2b为第二喷淋口，3为一级压缩机，4为蒸发器，5为二级压缩机，6为第一换热器，7为第一溶液泵，8为真空泵，9为热泵压缩机，10为第二溶液泵，11为第二换热器，12为冷却器，13为引射器，14为冷凝盘管，15为节流阀，16为第三调节阀，17为第一调节阀，18为第二调节阀，19为第一电磁阀，20为第二电磁阀，21为第三电磁阀，22为第一温度传感器，23为第二温度传感器，24为第一浓度控制器，25为第二浓度控制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所述，本发明的一种两级空气压缩与干燥系统，包括一级压缩机3、二级压缩机5、溶液系统和热泵系统，其中所述溶液系统包括干燥塔1、浓缩塔2、第一换热器6、第一溶液泵7、真空泵8、第二溶液泵10、第二换热器11、冷却器12、引射器13；所述热泵系统包括蒸发器4、热泵压缩机9、冷凝盘管14和节流阀15；
所述一级压缩机3出口经蒸发器4连接至干燥塔1空气入口a，干燥塔1空气出口b通过管路连接至二级压缩机5入口，二级压缩机5出口通过管路连接至第一换热器6空气侧入口d，第一换热器6出口e接至高压气用户；
所述干燥塔1内部从上至下依次设有第一过滤层1a、第一喷淋口1c、填料层1b和第一浓度控制器24，浓缩塔2内部从上至下依次设有第二过滤层2a、第二喷淋口2b、冷凝盘管14和第二浓度控制器25；干燥塔1底部溶液出口c经第一电磁阀19连接至第一溶液泵7入口，第一溶液泵7出口经第一调节阀17连接至第一换热器6溶液侧入口f，第一换热器6溶液侧出口g通过管路连接至第二换热器11低温溶液侧入口h，第二换热器11低温溶液侧出口i通过管路连接至引射器13轴向入口m，引射器13轴向出口n通过管路连接至浓缩塔2第二喷淋口2b，浓缩塔2顶部气体出口p经第二电磁阀20连接至真空泵8入口，浓缩塔2侧面溶液出口q经第二调节阀18连接至引射器13径向入口o，浓缩塔2底部溶液出口r经第三电磁阀21连接至第二溶液泵10入口，第二溶液泵10出口通过管路连接至第二换热器11高温溶液侧入口k，第二换热器11高温溶液侧出口j连接至冷却器12入口，冷却器12出口经第三调节阀16连接至干燥塔1第一喷淋口1c；
所述冷凝盘管14出口经节流阀15连接蒸发器4入口，蒸发器4出口通过管路连接至热泵压缩机9入口，热泵压缩机9出口通过管路连接至浓缩塔2中的冷凝盘管14入口；
所述第一浓度控制器24的控制信号连接至第三调节阀16；所述第二浓度控制器25的控制信号连接至第二调节阀18；
所述干燥塔1空气入口a和蒸发器4之间的管路上设有第一温度控制器22，第一温度控制器22通过导线连接至节流阀15；所述冷却器12出口和第三调节阀16之间的管路上设有第二温度控制器23，第二温度控制器23通过导线连接至冷却器12；
所述干燥塔1通过导线连接第一调节阀17。
本发明的一种两级空气压缩与干燥系统的工作方法，具有三种工作过程：
使用前，根据使用需求设定第一温度控制器22、第二温度控制器23、第一浓度控制器24和第二浓度控制器25的数值；系统开机，开启一级压缩机3、二级压缩机5、第一溶液泵7、第二溶液泵10、真空泵8、第一电磁阀19、第二电磁阀20和第三电磁阀21；
空气干燥过程：湿空气经一级压缩机3压缩后进入蒸发器4中与制冷剂换热，冷却后进入干燥塔1中与干燥溶液进行传热传质除去水分，湿空气中的大量水分被溶液吸收，干燥后的空气经干燥塔1顶部气体出口b排至二级压缩机5中进一步压缩，然后进入第一换热器6中与低温稀溶液换热，冷却后被送往后端设备；
溶液浓缩过程：干燥塔1溶液经第一电磁阀19进入第一溶液泵7内加压，然后经第一调节阀17进入第一换热器6内与高温干燥空气换热，初步升温后进入第二换热器11内与高温浓溶液换热，进一步升温后经引射器13进入浓缩塔2内经第二喷淋口2b进行喷淋，与浓缩塔2内冷凝盘管14换热，高温溶液中大量水分析出，在真空泵8的作用下，水蒸气经浓缩塔2顶部气体出口p排出，经第二电磁阀20后被真空泵8吸入并排至环境；浓缩塔2部分溶液经第二调节阀18进入引射器13与高温稀溶液混合，之后进入浓缩塔2内进一步再生，另一部分溶液经第三电磁阀21进入第二溶液泵10内加压，然后进入第二换热器11与稀溶液换热，初步降温后进入冷却器12中进一步降温，然后经第三调节阀16进入干燥塔1内经第一喷淋口1c喷淋，与压缩空气传热传质，析出压缩空气中的水分；
热泵循环过程：热泵循环工质经热泵压缩机9压缩后进入冷凝盘管14放热冷凝，冷凝后的液态循环工质经节流阀15进入蒸发器4吸热蒸发，之后气态循环工质进入热泵压缩机9中被压缩和进行下一步循环；
所述第一调节阀17阀门开度与干燥塔1内液位成正比例关系，当干燥塔1内溶液液位升高时，需增大第一调节阀17阀门开度，以保证干燥塔1内溶液液位的稳定；
所述第三调节阀16阀门开度与干燥塔1内溶液浓度成反比例关系，当干燥塔1内溶液浓度升高时，则减小第三调节阀16阀门开度，以保证干燥塔1内干燥效果的稳定；所述第二调节阀18阀门开度与浓缩塔2内溶液浓度成反比例关系，当浓缩塔2内溶液浓度升高时，则减小第二调节阀18阀门开度，以保证溶液完全再生。
所述节流阀15阀门开度与蒸发器4出口压缩空气温度成正比例关系，当压缩空气温度升高时，则增大节流阀15阀门开度，增加制冷剂流量，以保证压缩空气温度降低至设定温度，达到干燥要求；
所述冷却器12风机频率与出口温度成正比例关系，当冷却器12出口溶液温度升高时，则增大风机频率，以保证溶液温度降低至设定温度，达到干燥要求。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种变更与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
1.一种两级空气压缩与干燥系统，其特征在于，包括一级压缩机(3)、二级压缩机(5)、溶液系统和热泵系统，其中所述溶液系统包括干燥塔(1)、浓缩塔(2)、第一换热器(6)、第一溶液泵(7)、真空泵(8)、第二溶液泵(10)、第二换热器(11)、冷却器(12)、引射器(13)；所述热泵系统包括蒸发器(4)、热泵压缩机(9)、冷凝盘管(14)和节流阀(15)；
所述一级压缩机(3)出口经蒸发器(4)连接至干燥塔(1)空气入口a，干燥塔(1)空气出口b通过管路连接至二级压缩机(5)入口，二级压缩机(5)出口通过管路连接至第一换热器(6)空气侧入口d，第一换热器(6)出口e接至高压气用户；
所述干燥塔(1)内部从上至下依次设有第一过滤层(1a)、第一喷淋口(1c)、填料层(1b)和第一浓度控制器(24)，浓缩塔(2)内部从上至下依次设有第二过滤层(2a)、第二喷淋口(2b)、冷凝盘管(14)和第二浓度控制器(25)；干燥塔(1)底部溶液出口c经第一电磁阀(19)连接至第一溶液泵(7)入口，第一溶液泵(7)出口经第一调节阀(17)连接至第一换热器(6)溶液侧入口f，第一换热器(6)溶液侧出口g通过管路连接至第二换热器(11)低温溶液侧入口h，第二换热器(11)低温溶液侧出口i通过管路连接至引射器(13)轴向入口m，引射器(13)轴向出口n通过管路连接至浓缩塔(2)第二喷淋口(2b)，浓缩塔(2)顶部气体出口p经第二电磁阀(20)连接至真空泵(8)入口，浓缩塔(2)侧面溶液出口q经第二调节阀(18)连接至引射器(13)径向入口o，浓缩塔(2)底部溶液出口r经第三电磁阀(21)连接至第二溶液泵(10)入口，第二溶液泵(10)出口通过管路连接至第二换热器(11)高温溶液侧入口k，第二换热器(11)高温溶液侧出口j连接至冷却器(12)入口，冷却器(12)出口经第三调节阀(16)连接至干燥塔(1)第一喷淋口(1c)；
所述冷凝盘管(14)出口经节流阀(15)连接蒸发器(4)入口，蒸发器(4)出口通过管路连接至热泵压缩机(9)入口，热泵压缩机(9)出口通过管路连接至浓缩塔(2)中的冷凝盘管(14)入口。
2.根据权利要求1所述的一种两级空气压缩与干燥系统，其特征在于，所述第一浓度控制器(24)通过导线连接至第三调节阀(16)；所述第二浓度控制器(25)通过导线连接至第二调节阀(18)。
3.根据权利要求2所述的一种两级空气压缩与干燥系统，其特征在于，所述干燥塔(1)空气入口a和蒸发器(4)之间的管路上设有第一温度控制器(22)，第一温度控制器(22)通过导线连接至节流阀(15)；所述冷却器(12)出口和第三调节阀(16)之间的管路上设有第二温度控制器(23)，第二温度控制器(23)通过导线连接至冷却器(12)。
4.根据权利要求3所述的一种两级空气压缩与干燥系统，其特征在于，所述干燥塔(1)通过导线连接第一调节阀(17)。
5.根据权利要求4所述的一种两级空气压缩与干燥系统的工作方法，其特征在于，具有三种工作过程：
使用前，根据使用需求设定第一温度控制器(22)、第二温度控制器(23)、第一浓度控制器(24)和第二浓度控制器(25)的数值；系统开机，开启一级压缩机(3)、二级压缩机(5)、第一溶液泵(7)、第二溶液泵(10)、真空泵(8)、第一电磁阀(19)、第二电磁阀(20)和第三电磁阀(21)；
空气干燥过程：空气经一级压缩机(3)压缩升温升压后进入蒸发器(4)中放热冷却，然后进入干燥塔(1)中与干燥溶液进行传热传质去除水分，干燥后的空气经干燥塔(1)顶部气体出口b排至二级压缩机(5)中进一步压缩，然后进入第一换热器(6)中放热冷却，之后被送往后端设备；
溶液浓缩过程：干燥塔(1)溶液经第一电磁阀(19)进入第一溶液泵(7)内加压，然后经第一调节阀(17)进入第一换热器(6)内吸热升温，之后进入第二换热器(11)内进一步升温，然后经引射器(13)进入浓缩塔(2)内经第二喷淋口(2b)进行喷淋，与浓缩塔(2)内冷凝盘管(14)换热，高温溶液中大量水分析出，水蒸气经浓缩塔(2)顶部气体出口p排出，经第二电磁阀(20)后被真空泵(8)吸入并排至环境；浓缩塔(2)部分溶液经第二调节阀(18)进入引射器(13)与高温稀溶液混合，另一部分溶液经第三电磁阀(21)进入第二溶液泵(10)内加压，然后进入第二换热器(11)放热冷却，然后进入冷却器(12)中进一步降温，最后经第三调节阀(16)进入干燥塔(1)内经第一喷淋口(1c)进行喷淋；
热泵循环过程：热泵循环工质经热泵压缩机(9)压缩后进入冷凝盘管(14)放热冷凝，冷凝后的液态循环工质经节流阀(15)进入蒸发器(4)吸热蒸发，之后气态循环工质进入热泵压缩机(9)中被压缩和进行下一步循环。
6.根据权利要求5所述的一种两级空气压缩与干燥系统的工作方法，其特征在于，所述第一调节阀(17)阀门开度与干燥塔(1)内液位成正比例关系。
7.根据权利要求5所述的一种两级空气压缩与干燥系统的工作方法，其特征在于，所述第三调节阀(16)阀门开度与干燥塔(1)内溶液浓度成反比例关系；所述第二调节阀(18)阀门开度与浓缩塔(2)内溶液浓度成反比例关系。
8.根据权利要求5所述的一种两级空气压缩与干燥系统的工作方法，其特征在于，所述节流阀(15)阀门开度与蒸发器(4)出口压缩空气温度成正比例关系。
9.根据权利要求5所述的一种两级空气压缩与干燥系统的工作方法，其特征在于，所述冷却器(12)风机频率与出口温度成正比例关系。
技术总结