螺桿空壓機選型不準(zhǔn)確，對用戶影響非常大

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人類對能源需求越來越大，使得環(huán)境承載能力到達(dá)極限，節(jié)能減排已成為人類的共識。能耗大戶壓縮機行業(yè)，消耗了全國發(fā)電總量約30%的電力，其中空氣壓縮機年耗電量約為全國總發(fā)電量的10%，節(jié)約空間巨大。

2018年中國通用機械工業(yè)協(xié)會制定了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CGMA033001 -2018壓縮空氣站能效分級指南，該標(biāo)準(zhǔn)對氣站作為一個整體進(jìn)行節(jié)能考核、分級，作為氣站最主要的能耗設(shè)備空氣壓縮機的選型、配置是否合理尤為重要。

 

一、設(shè)備本身能效對節(jié)能的影響

 

螺桿空壓機是否節(jié)能？不是看機組排氣量有多大，也不是看電機功率是多少，而是看機組比功率，機組比功率越低越節(jié)能。一般機組標(biāo)牌上都有機組的比功率數(shù)據(jù)，為了更好理解機組比功率與耗電量的關(guān)系，我們引入用電單耗的概念，即壓縮機組產(chǎn)生1m3（進(jìn)氣狀態(tài)）的壓縮空氣所消耗的電量。

現(xiàn)市場上的螺桿壓縮機能效一般都是1-3級，假如壓縮空氣站需要40m3/min@8bar的壓縮空氣，以風(fēng)冷螺桿機為例，機組電機功率差不多需要200kW。按GB19153-2019 能效標(biāo)準(zhǔn)分別為1級能效機組比功率6.0kW(m3/min)，3級能效機組比功率7.2kW(m3/min)。

按年需19200000（m3）壓縮空氣計算，1級能效機組耗電量=6.0/60*19200000 =1920000(kW·h)，3級能效機組耗電量=7.2/60*19200000 =2304000（kW·h），年耗電量差距是非常大的。

 

二、不同氣量控制調(diào)節(jié)方式對節(jié)能的影響

 

1、加載/卸載調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方法是：當(dāng)排氣壓力升高到卸載壓力時，關(guān)閉進(jìn)氣閥，只有節(jié)流小孔進(jìn)氣用于放空，機組不產(chǎn)生壓縮空氣；當(dāng)排氣壓力低于加載壓力時，打開進(jìn)氣閥全流量進(jìn)氣，通常加卸載壓力差約為1bar左右。我們以75kW-8bar機組為例，排氣量為13.6m3/min，假設(shè)用氣量為10.88m3/min（負(fù)載率為80%左右），用氣系統(tǒng)管路+儲氣罐總?cè)莘e10.88m3。則機組加載4分鐘卸載1分鐘循環(huán)運行，機組一個循環(huán)周期的輸入功率、運行時間圖如圖1。

在80%負(fù)載時每小時耗電量：

B=（（82.55+86.50）*4/2+（68.9+28.4） *1/2）*12/60=77.35（kW·h）

2、容調(diào)控制。通過比例閥控制進(jìn)氣閥口的開度來調(diào)節(jié)機組的進(jìn)氣量，使得機組的產(chǎn)氣量與用氣量相同，實現(xiàn)壓力的穩(wěn)定。因進(jìn)氣的節(jié)流原因，機組部分載荷時比功率會比較差。我們也以75kW-8bar機組為例，排氣壓力7.5bar，機組容積流量30-100%的比功率數(shù)據(jù)如圖2。

在80%負(fù)載時每小時耗電量：

B=10.88*7.03=76.49（kW·h）

3、變轉(zhuǎn)速流量調(diào)節(jié)（變頻）。通過變頻器根據(jù)壓力信號來調(diào)節(jié)主機的轉(zhuǎn)速從而實現(xiàn)對流量、壓力的控制。有永磁電機和異步電機兩種，永磁電機效率高，特別是在部分載荷時，優(yōu)勢會更明顯。我們?nèi)砸?5kW-8bar機組為例，排氣壓力7.5bar時的轉(zhuǎn)速與容積流量、輸入比功率數(shù)據(jù)如圖3，右側(cè)縱坐標(biāo)為容積流量值：

異步變頻在80%負(fù)載時每小時耗電量，B=10.88*6.27=68.218（kW·h）

永磁變頻在80%負(fù)載時每小時耗電量，B=10.88*6.20=67.456（kW·h）

通過上面的計算及性能曲線，我們可以得出以下結(jié)論：

a．100%負(fù)載時，工頻機組最節(jié)能，因變頻器需消耗功率，異步變頻機組比功率一般會增大1.5-3%，永磁電機效率比異步電機更高，永磁機組比功率會比工頻機組大0.5-1%。

b．工頻機組在70-100%負(fù)載時，采用容調(diào)控制節(jié)能，低于70%負(fù)載時，采用加卸載控制更節(jié)能。

c．變頻機組采用永磁電機節(jié)能，特別是低于70%負(fù)載時，永磁機組節(jié)能空間更大。

d．低于90%負(fù)載時，機組節(jié)能順序為永磁機組＞異步變頻機組＞工頻機組。

 

三、壓縮空氣站選型建議

 

1、不管氣站中需單臺還是多臺機組，選比功率最小的機組最節(jié)能。

2、每日用氣量穩(wěn)定并且近幾年都不會增加的氣站，選工頻機組最好，并且機組的容積流量與用氣量相當(dāng)即可。

3、每日用氣量波動大的氣站，單臺機組選用變頻機組，多臺機組選用工頻機組加變頻機組組合，采用聯(lián)網(wǎng)控制，變頻機組變頻壓力設(shè)定值小于工頻機組的卸載壓力。