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压缩空气站中的螺杆空压机选型

   【压缩机网】随着现代社会的发展,人类对能源需求越来越大,使得环境承载能力到达极限,节能减排已成为人类的共识。十四五规划中提出了“坚持绿水青山就是金山银山理念,坚持尊重自然、顺应自然、保护自然,坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主,守住自然生态安全边界。”能耗大户压缩机行业,消耗了全国发电总量约30%的电力,其中空气压缩机年耗电量约为全国总发电量的10%,节约空间巨大。2018年中国通用机械工业协会制定了团体标准T/CGMA033001 -2018压缩空气站能效分级指南,该标准对气站作为一个整体进行节能考核、分级,作为气站最主要的能耗设备空气压缩机的选型、配置是否合理尤为重要。
 
  一、设备本身能效对节能的影响
  螺杆空压机是否节能?不是看机组排气量有多大,也不是看电机功率是多少,而是看机组比功率,机组比功率越低越节能。一般机组标牌上都有机组的比功率数据,为了更好理解机组比功率与耗电量的关系,我们引入用电单耗的概念,即压缩机组产生1m3(进气状态)的压缩空气所消耗的电量。
压缩空气站中的螺杆空压机选型
  现市场上的螺杆压缩机能效一般都是1-3级,假如压缩空气站需要40m3/min@8bar的压缩空气,以风冷螺杆机为例,机组电机功率差不多需要200kW。按GB19153-2019 能效标准分别为1级能效机组比功率6.0kW(m3/min),3级能效机组比功率7.2kW(m3/min)。按年需19200000(m3)压缩空气计算,1级能效机组耗电量=6.0/60*19200000 =1920000(kW·h),3级能效机组耗电量=7.2/60*19200000 =2304000(kW·h),年耗电量差距是非常大的。
 
  二、不同气量控制调节方式对节能的影响
  1、加载/卸载调节。调节方法是:当排气压力升高到卸载压力时,关闭进气,只有节流小孔进气用于放空,机组不产生压缩空气;当排气压力低于加载压力时,打开进气全流量进气,通常加卸载压力差约为1bar左右。我们以75kW-8bar机组为例,排气量为13.6m3/min,假设用气量为10.88m3/min(负载率为80%左右),用气系统管路+储气罐总容积10.88m3。则机组加载4分钟卸载1分钟循环运行,机组一个循环周期的输入功率、运行时间图如图1。
压缩空气站中的螺杆空压机选型
  在80%负载时每小时耗电量:
  B=((82.55+86.50)*4/2+(68.9+28.4) *1/2)*12/60=77.35(kW·h)
  2、容调控制。通过比例阀控制进气阀口的开度来调节机组的进气量,使得机组的产气量与用气量相同,实现压力的稳定。因进气的节流原因,机组部分载荷时比功率会比较差。我们也以75kW-8bar机组为例,排气压力7.5bar,机组容积流量30-100%的比功率数据如图2。
压缩空气站中的螺杆空压机选型
  在80%负载时每小时耗电量:
  B=10.88*7.03=76.49(kW·h)
  3、变转速流量调节(变频)。通过变频器根据压力信号来调节主机的转速从而实现对流量、压力的控制。有永磁电机和异步电机两种,永磁电机效率高,特别是在部分载荷时,优势会更明显。我们仍以75kW-8bar机组为例,排气压力7.5bar时的转速与容积流量、输入比功率数据如图3,右侧纵坐标为容积流量值:
  异步变频在80%负载时每小时耗电量,B=10.88*6.27=68.218(kW·h)
  永磁变频在80%负载时每小时耗电量,B=10.88*6.20=67.456(kW·h)
  通过上面的计算及性能曲线,我们可以得出以下结论:
  a.100%负载时,工频机组最节能,因变频器需消耗功率,异步变频机组比功率一般会增大1.5-3%,永磁电机效率比异步电机更高,永磁机组比功率会比工频机组大0.5-1%。
  b.工频机组在70-100%负载时,采用容调控制节能,低于70%负载时,采用加卸载控制更节能。
  c.变频机组采用永磁电机节能,特别是低于70%负载时,永磁机组节能空间更大。
  d.低于90%负载时,机组节能顺序为永磁机组>异步变频机组>工频机组。
压缩空气站中的螺杆空压机选型
  三、压缩空气站选型建议
  1、不管气站中需单台还是多台机组,选比功率最小的机组最节能。
  2、每日用气量稳定并且近几年都不会增加的气站,选工频机组最好,并且机组的容积流量与用气量相当即可。
  3、每日用气量波动大的气站,单台机组选用变频机组,多台机组选用工频机组加变频机组组合,采用联网控制,变频机组变频压力设定值小于工频机组的卸载压力。

来源:本站原创

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