【壓縮機網】隨著現代社會的發展，人類對能源需求越來越大，使得環境承載能力到達極限，節能減排已成為人類的共識。十四五規劃中提出了“堅持綠水青山就是金山銀山理念，堅持尊重自然、順應自然、保護自然，堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主，守住自然生態安全邊界。”能耗大戶壓縮機行業，消耗了全國發電總量約30%的電力，其中空氣壓縮機年耗電量約為全國總發電量的10%，節約空間巨大。2018年中國通用機械工業協會制定了團體標準T/CGMA033001 -2018壓縮空氣站能效分級指南，該標準對氣站作為一個整體進行節能考核、分級，作為氣站最主要的能耗設備空氣壓縮機的選型、配置是否合理尤為重要。

 

　　一、設備本身能效對節能的影響

　　螺桿空壓機是否節能？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能。一般機組標牌上都有機組的比功率數據，為了更好理解機組比功率與耗電量的關系，我們引入用電單耗的概念，即壓縮機組產生1m3（進氣狀態）的壓縮空氣所消耗的電量。

　　現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，以風冷螺桿機為例，機組電機功率差不多需要200kW。按GB19153-2019 能效標準分別為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、不同氣量控制調節方式對節能的影響

　　1、加載/卸載調節。調節方法是：當排氣壓力升高到卸載壓力時，關閉進氣閥，只有節流小孔進氣用于放空，機組不產生壓縮空氣；當排氣壓力低于加載壓力時，打開進氣閥全流量進氣，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，假設用氣量為10.88m³/min（負載率為80%左右），用氣系統管路+儲氣罐總容積10.88m³。則機組加載4分鐘卸載1分鐘循環運行，機組一個循環周期的輸入功率、運行時間圖如圖1。

　　在80%負載時每小時耗電量：

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

　　2、容調控制。通過比例閥控制進氣閥口的開度來調節機組的進氣量，使得機組的產氣量與用氣量相同，實現壓力的穩定。因進氣的節流原因，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%的比功率數據如圖2。

　　在80%負載時每小時耗電量：

　　B=10.88*7.03=76.49（kW·h）

　　3、變轉速流量調節（變頻）。通過變頻器根據壓力信號來調節主機的轉速從而實現對流量、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，優勢會更明顯。我們仍以75kW-8bar機組為例，排氣壓力7.5bar時的轉速與容積流量、輸入比功率數據如圖3，右側縱坐標為容積流量值：

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

　　永磁變頻在80%負載時每小時耗電量，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論：

　　a．100%負載時，工頻機組最節能，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%負載時，采用容調控制節能，低于70%負載時，采用加卸載控制更節能。

　　c．變頻機組采用永磁電機節能，特別是低于70%負載時，永磁機組節能空間更大。

　　d．低于90%負載時，機組節能順序為永磁機組＞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能。

　　2、每日用氣量穩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，采用聯網控制，變頻機組變頻壓力設定值小于工頻機組的卸載壓力。

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