螺桿空壓機(jī)選型不準(zhǔn)確，對(duì)用戶(hù)影響非常大

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源需求越來(lái)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(lèi)的共識(shí)。能耗大戶(hù)壓縮機(jī)行業(yè)，消耗了全國(guó)發(fā)電總量約30%的電力，其中空氣壓縮機(jī)年耗電量約為全國(guó)總發(fā)電量的10%，節(jié)約空間巨大。

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

 

一、設(shè)備本身能效對(duì)節(jié)能的影響

 

螺桿空壓機(jī)是否節(jié)能？不是看機(jī)組排氣量有多大，也不是看電機(jī)功率是多少，而是看機(jī)組比功率，機(jī)組比功率越低越節(jié)能。一般機(jī)組標(biāo)牌上都有機(jī)組的比功率數(shù)據(jù)，為了更好理解機(jī)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(jī)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(chǎng)上的螺桿壓縮機(jī)能效一般都是1-3級(jí)，假如壓縮空氣站需要40m3/min@8bar的壓縮空氣，以風(fēng)冷螺桿機(jī)為例，機(jī)組電機(jī)功率差不多需要200kW。按GB19153-2019 能效標(biāo)準(zhǔn)分別為1級(jí)能效機(jī)組比功率6.0kW(m3/min)，3級(jí)能效機(jī)組比功率7.2kW(m3/min)。

按年需19200000（m3）壓縮空氣計(jì)算，1級(jí)能效機(jī)組耗電量=6.0/60*19200000 =1920000(kW·h)，3級(jí)能效機(jī)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(duì)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(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥，只有節(jié)流小孔進(jìn)氣用于放空，機(jī)組不產(chǎn)生壓縮空氣；當(dāng)排氣壓力低于加載壓力時(shí)，打開(kāi)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(jī)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(chǔ)氣罐總?cè)莘e10.88m3。則機(jī)組加載4分鐘卸載1分鐘循環(huán)運(yùn)行，機(jī)組一個(gè)循環(huán)周期的輸入功率、運(yùn)行時(shí)間圖如圖1。

在80%負(fù)載時(shí)每小時(shí)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(guò)比例閥控制進(jìn)氣閥口的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組的進(jìn)氣量，使得機(jī)組的產(chǎn)氣量與用氣量相同，實(shí)現(xiàn)壓力的穩(wěn)定。因進(jìn)氣的節(jié)流原因，機(jī)組部分載荷時(shí)比功率會(huì)比較差。我們也以75kW-8bar機(jī)組為例，排氣壓力7.5bar，機(jī)組容積流量30-100%的比功率數(shù)據(jù)如圖2。

在80%負(fù)載時(shí)每小時(shí)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(guò)變頻器根據(jù)壓力信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)主機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)流量、壓力的控制。有永磁電機(jī)和異步電機(jī)兩種，永磁電機(jī)效率高，特別是在部分載荷時(shí)，優(yōu)勢(shì)會(huì)更明顯。我們?nèi)砸?5kW-8bar機(jī)組為例，排氣壓力7.5bar時(shí)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(shí)每小時(shí)耗電量，B=10.88*6.27=68.218（kW·h）

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

通過(guò)上面的計(jì)算及性能曲線(xiàn)，我們可以得出以下結(jié)論：

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

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

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

d．低于90%負(fù)載時(shí)，機(jī)組節(jié)能順序?yàn)橛来艡C(jī)組＞異步變頻機(jī)組＞工頻機(jī)組。

 

三、壓縮空氣站選型建議

 

1、不管氣站中需單臺(tái)還是多臺(tái)機(jī)組，選比功率最小的機(jī)組最節(jié)能。

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

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