干式无油螺杆压缩机的节能应用

　　【买空压机网】提到干式无油螺杆压缩机，大家的第一印象是：这属于一个偏高能耗的压缩机。实事真的如此吗？本文我们就来探讨一下干式无油压缩机的节能应用。

　　近年来，干式无油压缩机市场呈快速提高的态势，欧美发达国家无油机占比达35%左右，而国内无油机占比不足5%。因此，干式无油螺杆压缩机发展空间巨大，是未来国内压缩机市场的主流方向之一。

　　随着永磁变频、两级压缩等各项新技术的应用，行业对空气压缩机及压缩站房的要求越来越高，企业已不再仅仅满足于合格稳定的压缩机系统，而是追求更高要求的空气品质及系统节能产品。

　　选择压缩空气的关键要素

　　一般的客户在选择干式无油压缩机的时候，会注重这6个参数：气量（m3/min）、压力（MPa或bar）、温度（℃）以及可靠性、空气品质和能耗。现在，越来越多的客户在选择压缩机系统会关注压缩机甚至压缩机站房的能耗。

　　干式无油螺杆机的产品特点：高转速（最高22000rpm）；压缩腔内温度高；排气温度高（冷却前）；较小的压缩比（≤4.5）。

　　干式无油螺杆压缩机区别于普通的喷油式螺杆压缩机一个比较明显的特点是转速高。小功率的无油螺杆压缩机转速可以达到2万多转，大功率的压缩机也接近10000转左右。

　　另外，无油螺杆压缩机压缩腔的温度比较高。根据排气压力，如果压缩比接近3.5，排气温度可能会达到200度左右。

　　上表简单罗列了20℃进气状态，不同压力下的排气温度。当然，每一款机型也有差异，主要是由于压缩机的效率略微不同，造成排气温度也不同。基本上是8公斤对应180℃左右，这个温度也和不同厂家级间压比的分配有一定的关系。

　　压缩机的能效标准

　　客户关注压缩机能耗后，自然而然就要了解一些压缩机或者和压缩机相关的标准。目前我们能够接触到的就是下面这三大类标准：

　　1.容积式空气压缩机能效限定值及能效等级：GB 19153-2019；

　　2.电动机的能效限定值能效等级

　　中小型异步电动机能效限定值能效等级：GB18613-2020；高压异步电动机能效限定值能效等级：GB30254-2024；永磁同步电动机能效限定值及能效等级：GB 30253-2013。

　　3.压缩空气站能效分级指南：T/CGMA 033001-2018。

　　上面的容积式空气压缩机能效标准，指向的是喷油式螺杆压缩机，干式无油螺杆压缩机目前还没有能效标准。

　　一台压缩机的能效，不光由压缩机的空气端决定，还包括驱动系统，也就是常说的电机。电机能效分一二三级能效，还有一个压缩机站房的能效等级，目前这个标准还是一个团体标准。

　　干式无油螺杆能效水平

　　目前，客户对于能效基本上就是围绕上述三个标准来进行考核或者是判断。那么，干式无油螺杆压缩机，以容积式压缩机的能效等级标准去评判，到底能够达到几级能效呢？实际上，部分机型可以达到二级以上能效，甚至极个别机型会接近一级能效等级。但是，干式无油螺杆越小难度越大，能效越差，很难达到二级以上水平。

　　那么，干式无油螺杆压缩机能做到一级能效站吗？答案是：结合压缩热或余热回收可以做到一级能效站。当然，利用压缩热做到一级能效站是有前提的，比如系统露点要达到-20℃到-40℃要求，压缩机要选择能效高的机组。

　　如何提高干式压缩机的能效

　　主要可以从这几个方面去提升：压缩机效率的提升、节能驱动技术的应用、压缩机余热利用。

　　1.压缩机的效率

　　要提高压缩机的效率，一方面机头要做好，另一方面系统也要做好。这需要从压缩机系统设计着手，优化压缩过程，做好冷却优化和进气优化。

　　根据实际使用压力优化空气端排气孔口，还要根据空气端性能曲线选择合适速比的空气端，都可以提高压缩机的效率。

　　2.驱动技术

　　表1是关于电机能效等级的划分。从表中可以看出，电机（22kW以上）要做到一级能效，其效率基本要达到95%以上。现在异步电机要做到一级能效有成本压力，但是对于永磁电机还是比较容易的，其效率可以轻易达到96%，接近97%。

　　3.余热回收

　　余热回收对一台压缩机或者压缩机站房来说，是提高能效最为有效的手段之一。一般来说，干式无油螺杆压缩机输入功率中大部分会转换成热能，大约80%～85%的电能会转化为热量。

　　如果不加以回收，80%左右的电能会以热能的形式散发掉。不过，具体的热回收转换比例会因压缩机的型号、结构、运行工况等因素而有所不同。但总体而言，干式无油螺杆压缩机在运行过程中会产生大量的热能，这也是进行余热回收的基础。一台压缩机接近80%左右的输入功率可以回收。

　　对干式无油螺杆压缩机，第一个热回收源就是中冷，一般来说，在能够回收的热能中占45%～50%。

　　还有一部分热回收是在后冷却上，后冷能占比40%左右。上图这台压缩机有一级压缩和二级压缩，带有壳套，合计能够回收的热量为9%左右，油冷却器是2%。现在很多主流的厂家取消水冷却套，用油套来代替，所以对油冷夹套压缩机油冷却占可回收热能的10%左右。

　　将无油螺杆空压机压缩过程中产生的部分热能回收，可用于用户的工业用水、预热器和浴室用水等，将会大大降低工程的能源消耗，从而实现低碳和环保，以及达到一级能效压缩空气站房标准。

　　对于小功率的机组，不建议做余热回收，大功率的机组余热回收效果更为明显。上表是从75kW到250kW压缩机可回收热量的简单计算。对一台250kW的压缩机，它可以回收的热量大概是在200kW左右，它能够回收的最高温度大概为86℃。

　　4.压缩热干燥机

　　目前，压缩热吸附式干燥机比较流行。压缩热吸附式干燥机是依靠无油空压机的高温排气的热量（一般不带后冷）来实现吸附剂的再生，从而降低吸干机能耗，压缩热吸附式干燥机又可分为微气耗压缩热吸附式干燥机和零气耗压缩热吸附式干燥机。采用压缩热干燥机再选择合适的干式螺杆压缩机，整体压缩站房可以达到一级能效站房标准（-20℃～-40℃）。

　　干式无油螺杆压缩机匹配的压缩热干燥机基本上不需要加热器，因为当排气压力在6公斤以上时，实际排气温度在130℃以上。如果压力更高，那么排气温度还会随之增高。对于压缩热干燥机，如果排气温度低于130℃，就需要配置加热器。一台60立方的压缩热干燥机，加热器功率大约在20kW左右，加热器的功率的节约，从而使整个压缩机系统能效得到提升。

　　选择压缩热吸附式干燥机需考虑五大因素：压缩机流量，进气压力，进气温度，冷却水条件，吸附剂性能、空塔流速、接触时间。

　　总之，根据客户需求，选好压缩机和做好系统匹配，干式无油机完全可以在满足客户高质量用气要求的前提下，保持在一个比较高的能效水平。

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