“颠覆”传统除湿方案：中温再生重构锂电节能

摘要

除湿干燥系统属于高能耗工序，除湿干燥系统的运行能耗已占到电池整条生产线30%～45%。变革性除湿干燥系统应用，将成为推动电池生产降本增效的重要手段。

设备更新推动节能降本，成为电池制造中的重要手段。

其中，除湿干燥系统属于高能耗工序，除湿干燥系统的运行能耗已占到电池整条生产线30%～45%。10GWh电池产线配电功率约40000kW，其中除湿干燥系统约16000kW，占比已高达四成。

与此同时，电池生产过程中对空气湿度非常敏感，制造车间对湿度控制不好将严重影响电池质量，导致次品率上升，电池一致性差，品质不合格等一系列严重问题。

随着电池向高能量密度、固态发展，生产环境对湿度的要求更严格，这也使得除湿设备成为保障环境控制的核心设备之一。

除湿干燥系统中，除湿转轮、再生能源方式的选择及工艺细节，是决定能耗的重要因素。

对此，Puresci变革性提出中温再生概念。Puresci的思路是，通过对高品位能源的极致利用和适配高温的低品位能源的研发，在低露点、稳定运行、初投资成本与能耗节约中寻找除湿节能方案最优解。

中温再生

再生能源的降维改变

Puresci积极探索低品位能源，并针对锂电工厂存在的空压机与压缩机的废热、涂布机蒸汽余热、除湿机再生排风废热等进行仿真计算，从而对多种加热方式进行大量的应用测试、数据拟合，最终确定电加热丝加热、蒸汽节能利用、一对一热泵直膨、一对多热泵热水站四种新型再生能源方式，实现再生加热方式的变革。

电加热丝加热【相较于电加热管节能30%-40%】

除湿机采用带翅片镁粉式电加热管，中间有镁粉绝缘层，电加热丝的热量通过镁粉传递给电加热管外部，经过镁粉使得一部分热量损失，加热效率低且慢。

Puresci考虑直接更换为电加热丝，少了中间绝缘层的热阻，传热速度快，传热效率高。

蒸汽节能利用【相较于蒸汽（高温再生）节能20%-30%】

与高温蒸汽加热空气至100-140℃不同的是，高温蒸汽加热空气至70-90℃采用特殊换热器和控制系统来实现。

特制高效盘管蒸汽换热器，其换热速度快，效率高，换热均匀，排水彻底。在中温再生场景下，能防止换热器中的冷凝水多所产生的液击。

控制系统则是蒸汽冷凝水再利用，通过专利技术使排水温度足够低，最终将蒸汽热量利用率提高5-10％。此前，这项专利的运用已解决市政蒸汽使用后废水温度高难处理问题。

在Puresci赛弗实验室专门搭建的蒸汽测试平台，用于模拟对比实际应用场景下中温再生与高温再生加热的蒸汽用量。

一对一热泵直膨【中小规模，分散使用，相较于高温蒸汽节能40%-60%】

普通的热泵直膨很难实现大温差比的制冷与制热应用，而且cop值（衡量性能系数，数值越高则效率额越高、越节能）不会太高。

而Puresci一对一热泵直膨是在传统的转轮除湿机和热泵系统基础上，通过回收排放的废热，实现能源循环再生。且与常规热泵压缩机相比，超高温工业专用压缩机可实现80-130℃高温应用全覆盖，适配中温再生转轮的温度区间。

高低温热泵组合，压缩机复叠，HP Inside/Outside AHU等多种直膨方案，与传统的高品位能源相比，理论上实现能耗成本最低。

值得一提的是，Puresci已做到蒸发温度做到15℃，冷凝温度做80℃，cop5-6。这在目前市面上仍为极少数。

在一对一热泵直膨系统运行过程中，Puresci指出，需要注意的是，该系统考验的不只是工程师的水平，对现场技术工人、施工人员的责任心与水平也有很高要求。制冷剂泄露进入车间，对电池（尤其是高镍系列）生产有很大的隐患。

一对多大型集中式热泵热水站【多台机可用，相较于蒸汽（高温再生）节能40%-60%】

普通的热泵很难实现cop3.5－4的能效比，普通热泵一般是在2－3之间，运行成本接近蒸汽，性价比不高。

该系统既可以1对1模式运行（一台热泵热水机负责一台除湿机），又可以1对多模式运行（一台热泵热水机负责多台除湿机，可备用一台），末端为热水换热器，利用空气和热水换热，达到目标再生温度。

如果是1对多的工况，可利用水泵及水力平衡阀，保证每一个末端换热器水流量符合设计目标，满足使用。

为保证供热水稳定，蒸发侧需要利用废热进行热源补充，热源温度45℃～50℃，冷凝侧持续输出95℃热水。

Puresci赛弗实验室专门搭建热泵热水站测试平台，为进一步验证热泵热水系统是否适配中温再生解决方案。

目前高性能热泵系统可以满足95℃出水，在达到中温转轮需要的再生温度（70～90℃）条件下，系统综合热利用cop为3.5-4。

从热工角度来看，水系统相较于其他能源方式更有优势。热水系统可采取备用机组，降低锂电产线全年无休的运行风险。

中温再生“秘钥”——转轮

就目前行业中层出不穷的各类节能方案来看，如何平衡低露点、稳定运行、初投资成本与能耗，是最大痛点。

对此，Puresci认为，明确双转轮低露点路径，并对前后级转轮基于特殊吸附材料的物理化学处理，达到前后转轮不同的除湿效果，降低再生温度到90℃以下（夏天），是兼具经济型、实用性、第一性原理的节能解决方案。

此前，Puresci的发现，传统认知上的吸脱附，仅仅是传热学的范畴——即通过相变来进行吸脱附。然而除湿转轮的吸脱附，除了传热，还有传质的过程。

Puresci通过海内外知名实验室以及马里亚纳实验室进行的微观分析的结果发现，空气中的水分是以液态“水团”形式存在，并不是以传统意义上的气体存在的。

而水团从固体材料中脱附至空气中，并不需要经过100℃蒸发的过程。而这个脱附的过程，需要的能量，也不仅仅只有温度的原因，包括但不限于分子间作用力、水团分子扩散、水团蒸发与挥发、水团表面润湿、毛细管力的变化综合影响。

再生并不仅仅是靠蒸发推动，传质也是很重要的一个影响因素，所以基于再生温度＜100℃，Puresci在吸附材料方面进行了突破。

基于以上的吸脱附原理，Puresci对吸附材料进行了特殊处理。

在微观方面采用了无机硅酸盐与有机亲水材料以复杂的工艺复合而成。不但保留了有机亲水基团的毛细管吸附能力和范德华力，也保留了硅酸盐材料长期吸附脱附不改变性能的特点。

在宏观方面选择了最优化的吸附孔道，平衡吸脱附。在保证优良吸附性能的同时，大幅度降低脱附温度以达到节能的目的。

前转轮使用节能除湿转轮PST。

PST在双转轮系统发挥着“雪中送炭”的作用。

为使再生温度控制在80-90℃，对前转轮的除湿性能要求更高。PST的材料经过特殊的化学处理，在再生温度为80-90℃时，保持优秀的脱附能力，相较于普通除湿转轮除湿效率有很大提高，除湿性能更优。

经过Puresci贝加尔湖实验室测试验证，以及部分客户实际应用验证，可用于中温再生TM除湿系统前转轮，节能高效。

后转轮使用节能低露点除湿转轮PSC。

如果说PST完成前序的“雪中送炭”，PSC则在双转轮系统发挥着“锦上添花”的作用。

要使再生温度控制在70-90℃，对后转轮的深度除湿能力要求高。PSC是Puresci专门为双转轮低露点除湿系统开发的节能型中温再生TM除湿转轮。其复合材料，在再生温度为70-90℃范围内，将水分子脱附得更彻底。可以实现更低的露点，非常适合应用于锂电池生产等要求高的环境。

中温再生系统运行逻辑

中温再生系统使用高性能转轮可实现低露点、大规模节能，而因系统处于热湿冷的平衡点，保持平衡并不容易。从传热传质的本质来说，中温再生是对技术和工艺要求极高的系统，相较于普通除湿机组有许多需要注意的细节。

为此，Puresci深入研究，围绕五方面推出了系列配套的专利技术与方案为客户用户解决问题。

机组密封性：有框架，无框架，焊接式

框架密封性：再生区采用新型特质自润滑密封材料；圆周双层密封

转轮框架防冷桥：用防冷桥材料做的角钢

风机选择：EC风机墙

再生排风：流场仿真模拟

据悉，Puresci（普沃思）完成产品、技术、市场及产品迭代多领域布局后，其解决方案已在头部动力电池客户产线加速渗透及规模导入。

Puresci除湿转轮应用于CATL宁德工厂

自2019年4月起，到2022年，Puresci节能型除湿转轮在CATL宁德，宜宾，肇庆，溧阳等多个工厂运行。

Puresci除湿转轮应用于湖北某锂电池工厂

Puresci除湿转轮应用于常州某锂电企业

综合目前锂电行业产能，可以预见的是，随着产能加速爬坡，电池生产对环境要求更高。高能耗占比的除湿空调系统设备，势必面临着节能转型，而中温再生除湿系统能够以亿元为单位计算节能成本，进一步推动电池生产降本增效。未来已至，在能源变革的道路上，Puresci从未停止探索。

审核编辑 ：李倩