【壓縮機(jī)網(wǎng)】提到干式無油螺桿壓縮機(jī)，大家的第一印象是：這屬于一個偏高能耗的壓縮機(jī)。實事真的如此嗎？本文我們就來探討一下干式無油壓縮機(jī)的節(jié)能應(yīng)用。
近年來，干式無油壓縮機(jī)市場呈快速提高的態(tài)勢，歐美發(fā)達(dá)國家無油機(jī)占比達(dá)35%左右，而國內(nèi)無油機(jī)占比不足5%。因此，干式無油螺桿壓縮機(jī)發(fā)展空間巨大，是未來國內(nèi)壓縮機(jī)市場的主流方向之一。
隨著永磁變頻、兩級壓縮等各項新技術(shù)的應(yīng)用，行業(yè)對空氣壓縮機(jī)及壓縮站房的要求越來越高，企業(yè)已不再僅僅滿足于合格穩(wěn)定的壓縮機(jī)系統(tǒng)，而是追求更高要求的空氣品質(zhì)及系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品。
選擇壓縮空氣的關(guān)鍵要素
一般的客戶在選擇干式無油壓縮機(jī)的時候，會注重這6個參數(shù)：氣量（m3/min）、壓力（MPa或bar）、溫度（℃）以及可靠性、空氣品質(zhì)和能耗。現(xiàn)在，越來越多的客戶在選擇壓縮機(jī)系統(tǒng)會關(guān)注壓縮機(jī)甚至壓縮機(jī)站房的能耗。
干式無油螺桿機(jī)的產(chǎn)品特點：高轉(zhuǎn)速（最高22000rpm）；壓縮腔內(nèi)溫度高；排氣溫度高（冷卻前）；較小的壓縮比（≤4.5）。
干式無油螺桿壓縮機(jī)區(qū)別于普通的噴油式螺桿壓縮機(jī)一個比較明顯的特點是轉(zhuǎn)速高。小功率的無油螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到2萬多轉(zhuǎn)，大功率的壓縮機(jī)也接近10000轉(zhuǎn)左右。
另外，無油螺桿壓縮機(jī)壓縮腔的溫度比較高。根據(jù)排氣壓力，如果壓縮比接近3.5，排氣溫度可能會達(dá)到200度左右。
上表簡單羅列了20℃進(jìn)氣狀態(tài)，不同壓力下的排氣溫度。當(dāng)然，每一款機(jī)型也有差異，主要是由于壓縮機(jī)的效率略微不同，造成排氣溫度也不同。基本上是8公斤對應(yīng)180℃左右，這個溫度也和不同廠家級間壓比的分配有一定的關(guān)系。
壓縮機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)
客戶關(guān)注壓縮機(jī)能耗后，自然而然就要了解一些壓縮機(jī)或者和壓縮機(jī)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。目前我們能夠接觸到的就是下面這三大類標(biāo)準(zhǔn)：
1.容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級：GB 19153-2019；
2.電動機(jī)的能效限定值能效等級
中小型異步電動機(jī)能效限定值能效等級：GB18613-2020；高壓異步電動機(jī)能效限定值能效等級：GB30254-2024；永磁同步電動機(jī)能效限定值及能效等級：GB 30253-2013。
3.壓縮空氣站能效分級指南：T/CGMA 033001-2018。
上面的容積式空氣壓縮機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)，指向的是噴油式螺桿壓縮機(jī)，干式無油螺桿壓縮機(jī)目前還沒有能效標(biāo)準(zhǔn)。
一臺壓縮機(jī)的能效，不光由壓縮機(jī)的空氣端決定，還包括驅(qū)動系統(tǒng)，也就是常說的電機(jī)。電機(jī)能效分一二三級能效，還有一個壓縮機(jī)站房的能效等級，目前這個標(biāo)準(zhǔn)還是一個團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。
干式無油螺桿能效水平
目前，客戶對于能效基本上就是圍繞上述三個標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行考核或者是判斷。那么，干式無油螺桿壓縮機(jī)，以容積式壓縮機(jī)的能效等級標(biāo)準(zhǔn)去評判，到底能夠達(dá)到幾級能效呢？實際上，部分機(jī)型可以達(dá)到二級以上能效，甚至極個別機(jī)型會接近一級能效等級。但是，干式無油螺桿越小難度越大，能效越差，很難達(dá)到二級以上水平。
那么，干式無油螺桿壓縮機(jī)能做到一級能效站嗎？答案是：結(jié)合壓縮熱或余熱回收可以做到一級能效站。當(dāng)然，利用壓縮熱做到一級能效站是有前提的，比如系統(tǒng)露點要達(dá)到-20℃到-40℃要求，壓縮機(jī)要選擇能效高的機(jī)組。
如何提高干式壓縮機(jī)的能效
主要可以從這幾個方面去提升：壓縮機(jī)效率的提升、節(jié)能驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用、壓縮機(jī)余熱利用。
1.壓縮機(jī)的效率
要提高壓縮機(jī)的效率，一方面機(jī)頭要做好，另一方面系統(tǒng)也要做好。這需要從壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計著手，優(yōu)化壓縮過程，做好冷卻優(yōu)化和進(jìn)氣優(yōu)化。
根據(jù)實際使用壓力優(yōu)化空氣端排氣孔口，還要根據(jù)空氣端性能曲線選擇合適速比的空氣端，都可以提高壓縮機(jī)的效率。
2.驅(qū)動技術(shù)
表1是關(guān)于電機(jī)能效等級的劃分。從表中可以看出，電機(jī)（22kW以上）要做到一級能效，其效率基本要達(dá)到95%以上。現(xiàn)在異步電機(jī)要做到一級能效有成本壓力，但是對于永磁電機(jī)還是比較容易的，其效率可以輕易達(dá)到96%，接近97%。
3.余熱回收
余熱回收對一臺壓縮機(jī)或者壓縮機(jī)站房來說，是提高能效最為有效的手段之一。一般來說，干式無油螺桿壓縮機(jī)輸入功率中大部分會轉(zhuǎn)換成熱能，大約80%～85%的電能會轉(zhuǎn)化為熱量。
如果不加以回收，80%左右的電能會以熱能的形式散發(fā)掉。不過，具體的熱回收轉(zhuǎn)換比例會因壓縮機(jī)的型號、結(jié)構(gòu)、運行工況等因素而有所不同。但總體而言，干式無油螺桿壓縮機(jī)在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱能，這也是進(jìn)行余熱回收的基礎(chǔ)。一臺壓縮機(jī)接近80%左右的輸入功率可以回收。
對干式無油螺桿壓縮機(jī)，第一個熱回收源就是中冷，一般來說，在能夠回收的熱能中占45%～50%。
還有一部分熱回收是在后冷卻上，后冷能占比40%左右。上圖這臺壓縮機(jī)有一級壓縮和二級壓縮，帶有殼套，合計能夠回收的熱量為9%左右，油冷卻器是2%。現(xiàn)在很多主流的廠家取消水冷卻套，用油套來代替，所以對油冷夾套壓縮機(jī)油冷卻占可回收熱能的10%左右。
將無油螺桿空壓機(jī)壓縮過程中產(chǎn)生的部分熱能回收，可用于用戶的工業(yè)用水、預(yù)熱器和浴室用水等，將會大大降低工程的能源消耗，從而實現(xiàn)低碳和環(huán)保，以及達(dá)到一級能效壓縮空氣站房標(biāo)準(zhǔn)。
對于小功率的機(jī)組，不建議做余熱回收，大功率的機(jī)組余熱回收效果更為明顯。上表是從75kW到250kW壓縮機(jī)可回收熱量的簡單計算。對一臺250kW的壓縮機(jī)，它可以回收的熱量大概是在200kW左右，它能夠回收的最高溫度大概為86℃。
4.壓縮熱干燥機(jī)
目前，壓縮熱吸附式干燥機(jī)比較流行。壓縮熱吸附式干燥機(jī)是依靠無油空壓機(jī)的高溫排氣的熱量（一般不帶后冷）來實現(xiàn)吸附劑的再生，從而降低吸干機(jī)能耗，壓縮熱吸附式干燥機(jī)又可分為微氣耗壓縮熱吸附式干燥機(jī)和零氣耗壓縮熱吸附式干燥機(jī)。采用壓縮熱干燥機(jī)再選擇合適的干式螺桿壓縮機(jī)，整體壓縮站房可以達(dá)到一級能效站房標(biāo)準(zhǔn)（-20℃～-40℃）。
干式無油螺桿壓縮機(jī)匹配的壓縮熱干燥機(jī)基本上不需要加熱器，因為當(dāng)排氣壓力在6公斤以上時，實際排氣溫度在130℃以上。如果壓力更高，那么排氣溫度還會隨之增高。對于壓縮熱干燥機(jī)，如果排氣溫度低于130℃，就需要配置加熱器。一臺60立方的壓縮熱干燥機(jī)，加熱器功率大約在20kW左右，加熱器的功率的節(jié)約，從而使整個壓縮機(jī)系統(tǒng)能效得到提升。
選擇壓縮熱吸附式干燥機(jī)需考慮五大因素：壓縮機(jī)流量，進(jìn)氣壓力，進(jìn)氣溫度，冷卻水條件，吸附劑性能、空塔流速、接觸時間。
總之，根據(jù)客戶需求，選好壓縮機(jī)和做好系統(tǒng)匹配，干式無油機(jī)完全可以在滿足客戶高質(zhì)量用氣要求的前提下，保持在一個比較高的能效水平。
【壓縮機(jī)網(wǎng)】提到干式無油螺桿壓縮機(jī)，大家的第一印象是：這屬于一個偏高能耗的壓縮機(jī)。實事真的如此嗎？本文我們就來探討一下干式無油壓縮機(jī)的節(jié)能應(yīng)用。
近年來，干式無油壓縮機(jī)市場呈快速提高的態(tài)勢，歐美發(fā)達(dá)國家無油機(jī)占比達(dá)35%左右，而國內(nèi)無油機(jī)占比不足5%。因此，干式無油螺桿壓縮機(jī)發(fā)展空間巨大，是未來國內(nèi)壓縮機(jī)市場的主流方向之一。
隨著永磁變頻、兩級壓縮等各項新技術(shù)的應(yīng)用，行業(yè)對空氣壓縮機(jī)及壓縮站房的要求越來越高，企業(yè)已不再僅僅滿足于合格穩(wěn)定的壓縮機(jī)系統(tǒng)，而是追求更高要求的空氣品質(zhì)及系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品。
選擇壓縮空氣的關(guān)鍵要素
一般的客戶在選擇干式無油壓縮機(jī)的時候，會注重這6個參數(shù)：氣量（m3/min）、壓力（MPa或bar）、溫度（℃）以及可靠性、空氣品質(zhì)和能耗。現(xiàn)在，越來越多的客戶在選擇壓縮機(jī)系統(tǒng)會關(guān)注壓縮機(jī)甚至壓縮機(jī)站房的能耗。
干式無油螺桿機(jī)的產(chǎn)品特點：高轉(zhuǎn)速（最高22000rpm）；壓縮腔內(nèi)溫度高；排氣溫度高（冷卻前）；較小的壓縮比（≤4.5）。
干式無油螺桿壓縮機(jī)區(qū)別于普通的噴油式螺桿壓縮機(jī)一個比較明顯的特點是轉(zhuǎn)速高。小功率的無油螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到2萬多轉(zhuǎn)，大功率的壓縮機(jī)也接近10000轉(zhuǎn)左右。
另外，無油螺桿壓縮機(jī)壓縮腔的溫度比較高。根據(jù)排氣壓力，如果壓縮比接近3.5，排氣溫度可能會達(dá)到200度左右。
上表簡單羅列了20℃進(jìn)氣狀態(tài)，不同壓力下的排氣溫度。當(dāng)然，每一款機(jī)型也有差異，主要是由于壓縮機(jī)的效率略微不同，造成排氣溫度也不同。基本上是8公斤對應(yīng)180℃左右，這個溫度也和不同廠家級間壓比的分配有一定的關(guān)系。
壓縮機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)
客戶關(guān)注壓縮機(jī)能耗后，自然而然就要了解一些壓縮機(jī)或者和壓縮機(jī)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。目前我們能夠接觸到的就是下面這三大類標(biāo)準(zhǔn)：
1.容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級：GB 19153-2019；
2.電動機(jī)的能效限定值能效等級
中小型異步電動機(jī)能效限定值能效等級：GB18613-2020；高壓異步電動機(jī)能效限定值能效等級：GB30254-2024；永磁同步電動機(jī)能效限定值及能效等級：GB 30253-2013。
3.壓縮空氣站能效分級指南：T/CGMA 033001-2018。
上面的容積式空氣壓縮機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)，指向的是噴油式螺桿壓縮機(jī)，干式無油螺桿壓縮機(jī)目前還沒有能效標(biāo)準(zhǔn)。
一臺壓縮機(jī)的能效，不光由壓縮機(jī)的空氣端決定，還包括驅(qū)動系統(tǒng)，也就是常說的電機(jī)。電機(jī)能效分一二三級能效，還有一個壓縮機(jī)站房的能效等級，目前這個標(biāo)準(zhǔn)還是一個團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。
干式無油螺桿能效水平
目前，客戶對于能效基本上就是圍繞上述三個標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行考核或者是判斷。那么，干式無油螺桿壓縮機(jī)，以容積式壓縮機(jī)的能效等級標(biāo)準(zhǔn)去評判，到底能夠達(dá)到幾級能效呢？實際上，部分機(jī)型可以達(dá)到二級以上能效，甚至極個別機(jī)型會接近一級能效等級。但是，干式無油螺桿越小難度越大，能效越差，很難達(dá)到二級以上水平。
那么，干式無油螺桿壓縮機(jī)能做到一級能效站嗎？答案是：結(jié)合壓縮熱或余熱回收可以做到一級能效站。當(dāng)然，利用壓縮熱做到一級能效站是有前提的，比如系統(tǒng)露點要達(dá)到-20℃到-40℃要求，壓縮機(jī)要選擇能效高的機(jī)組。
如何提高干式壓縮機(jī)的能效
主要可以從這幾個方面去提升：壓縮機(jī)效率的提升、節(jié)能驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用、壓縮機(jī)余熱利用。
1.壓縮機(jī)的效率
要提高壓縮機(jī)的效率，一方面機(jī)頭要做好，另一方面系統(tǒng)也要做好。這需要從壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計著手，優(yōu)化壓縮過程，做好冷卻優(yōu)化和進(jìn)氣優(yōu)化。
根據(jù)實際使用壓力優(yōu)化空氣端排氣孔口，還要根據(jù)空氣端性能曲線選擇合適速比的空氣端，都可以提高壓縮機(jī)的效率。
2.驅(qū)動技術(shù)
表1是關(guān)于電機(jī)能效等級的劃分。從表中可以看出，電機(jī)（22kW以上）要做到一級能效，其效率基本要達(dá)到95%以上。現(xiàn)在異步電機(jī)要做到一級能效有成本壓力，但是對于永磁電機(jī)還是比較容易的，其效率可以輕易達(dá)到96%，接近97%。
3.余熱回收
余熱回收對一臺壓縮機(jī)或者壓縮機(jī)站房來說，是提高能效最為有效的手段之一。一般來說，干式無油螺桿壓縮機(jī)輸入功率中大部分會轉(zhuǎn)換成熱能，大約80%～85%的電能會轉(zhuǎn)化為熱量。
如果不加以回收，80%左右的電能會以熱能的形式散發(fā)掉。不過，具體的熱回收轉(zhuǎn)換比例會因壓縮機(jī)的型號、結(jié)構(gòu)、運行工況等因素而有所不同。但總體而言，干式無油螺桿壓縮機(jī)在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱能，這也是進(jìn)行余熱回收的基礎(chǔ)。一臺壓縮機(jī)接近80%左右的輸入功率可以回收。
對干式無油螺桿壓縮機(jī)，第一個熱回收源就是中冷，一般來說，在能夠回收的熱能中占45%～50%。
還有一部分熱回收是在后冷卻上，后冷能占比40%左右。上圖這臺壓縮機(jī)有一級壓縮和二級壓縮，帶有殼套，合計能夠回收的熱量為9%左右，油冷卻器是2%。現(xiàn)在很多主流的廠家取消水冷卻套，用油套來代替，所以對油冷夾套壓縮機(jī)油冷卻占可回收熱能的10%左右。
將無油螺桿空壓機(jī)壓縮過程中產(chǎn)生的部分熱能回收，可用于用戶的工業(yè)用水、預(yù)熱器和浴室用水等，將會大大降低工程的能源消耗，從而實現(xiàn)低碳和環(huán)保，以及達(dá)到一級能效壓縮空氣站房標(biāo)準(zhǔn)。
對于小功率的機(jī)組，不建議做余熱回收，大功率的機(jī)組余熱回收效果更為明顯。上表是從75kW到250kW壓縮機(jī)可回收熱量的簡單計算。對一臺250kW的壓縮機(jī)，它可以回收的熱量大概是在200kW左右，它能夠回收的最高溫度大概為86℃。
4.壓縮熱干燥機(jī)
目前，壓縮熱吸附式干燥機(jī)比較流行。壓縮熱吸附式干燥機(jī)是依靠無油空壓機(jī)的高溫排氣的熱量（一般不帶后冷）來實現(xiàn)吸附劑的再生，從而降低吸干機(jī)能耗，壓縮熱吸附式干燥機(jī)又可分為微氣耗壓縮熱吸附式干燥機(jī)和零氣耗壓縮熱吸附式干燥機(jī)。采用壓縮熱干燥機(jī)再選擇合適的干式螺桿壓縮機(jī)，整體壓縮站房可以達(dá)到一級能效站房標(biāo)準(zhǔn)（-20℃～-40℃）。
干式無油螺桿壓縮機(jī)匹配的壓縮熱干燥機(jī)基本上不需要加熱器，因為當(dāng)排氣壓力在6公斤以上時，實際排氣溫度在130℃以上。如果壓力更高，那么排氣溫度還會隨之增高。對于壓縮熱干燥機(jī)，如果排氣溫度低于130℃，就需要配置加熱器。一臺60立方的壓縮熱干燥機(jī)，加熱器功率大約在20kW左右，加熱器的功率的節(jié)約，從而使整個壓縮機(jī)系統(tǒng)能效得到提升。
選擇壓縮熱吸附式干燥機(jī)需考慮五大因素：壓縮機(jī)流量，進(jìn)氣壓力，進(jìn)氣溫度，冷卻水條件，吸附劑性能、空塔流速、接觸時間。
總之，根據(jù)客戶需求，選好壓縮機(jī)和做好系統(tǒng)匹配，干式無油機(jī)完全可以在滿足客戶高質(zhì)量用氣要求的前提下，保持在一個比較高的能效水平。
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