【技术分享】能源化工装备 | 喷油螺杆压缩机在沼气增压行业的应用探讨

1.1  沼气发展趋势

2020年04月09日，国家能源局网站发布《国家能源局综合司关于做好可再生能源发展“十四五”规划编制工作有关事项的通知》，强调推动可再生能源持续降低成本、扩大规模、优化布局、提质增效，实现高比例、高质量发展，为推动“十四五”期间可再生能源成为能源消费增量主体，实现2030年非化石能源消费占比20%的战略目标奠定坚实基础。同时全面梳理本地区水电（含抽水蓄能，下同）、风电、太阳能、生物质能、地热能等可再生能源开发布局与国土空间规划的关系。

沼气是生物质能利用的主要方式，是有机物经微生物作用产生的可燃混合气体，为可燃烧的可再生能源，经增压净化后，主要用于制取生物气或燃气发电。伴随中国生物质能源的发展，沼气的利用率逐年上升，主要成分见表1。

作物秸秆、畜禽粪物、餐厨垃圾、木薯等有机物，在微生物的作用下，经发酵后，产生的微正压气体即为沼气。沼气经脱硫、分离过滤后，进入压缩机增压，增压后的混合气体脱除二氧化碳、干燥脱水成为纯净甲烷气。甲烷气增压制CNG或管道输送、或燃气发电、也可进一步用喷油螺杆压缩机增压后降温液化制LNG。

尾气二氧化碳可进一步增压提纯，制取工业级或食品级二氧化碳产品，这种综合利用方式，既降低了沼气生产成本，创造了附加值，又减少了碳排放；沼气提纯的工艺，一般采用物理吸收、化学吸收、变压吸附、膜法分离等方式。根据沼气提纯处理工艺的不同，需要的压力不同（具体压力范围见表2）。净化后富甲烷气体的应用：

伴随国内工业进程的推进，机加工水平的提高，国产螺杆压缩机的设计、生产已达到较高水平，并已为工业生产的多个行业服务。目前螺杆式压缩机组已成功应用于生物质能源行业的国内多个沼气项目，受到行业内人士的普遍认可。螺杆压缩机又分为喷油螺杆压缩机和干式螺杆压缩机。下面就二者压缩比进行着重区分。

干式螺杆压缩机：在压缩过程中无喷液内冷却和润滑，排气温度较高。气体压缩过程中，压比越大，排气温度越高，受此限制，目前一般干式螺杆压缩机的压比一般为1.5～3.5。根据表2沼气所需的压比应用范围，干式螺杆压缩机一级压缩无法满足要求，如采用二级压缩，设备投资成本将大大增加。

喷油螺杆压缩机：在介质气压缩过程中喷入润滑油，润滑油与气体混合，起到冷却、润滑、密封、降噪的作用。通过对压缩机喷油温度和喷油量的控制，保证压缩机排气温度不高，所以喷油螺杆压缩机单机最大压比可以达到15，一级压缩即可满足工艺需求。（沼气增压框图见图1）

图1  喷油螺杆压缩机流程框图

喷油螺杆压缩机设有单独的流量调节机构，采用位于壳体内部转子下端的滑阀，通过油泵后高压润滑油，驱动油活塞轴向移动，带动滑阀移动调节转子间密封容积大小，达到调节流量的目的，流量调节范围为：15%～100%，且功耗随压缩流量的减小而降低。此种流量调节方式，能更好的适用于沼气生产工艺中不同季节流量的变化需求。

1)  可靠性高：易损件少，对湿冲程（液体、粉尘）不敏感，没有液击危险；

2)  螺杆压缩机成熟的喷液内冷却技术，可在较高压比工况下运行，压比最高可达到15以上，运行安全可靠；

3)  无需备用机、维护费用低：运转寿命长，维修方便，运动部件少，维护费用、维护劳动强度低，操作人员不必经过长时间的专业培训；

4）机组具有流量无极可调功能，无需配套变频器；

5)  动力平衡性好。螺杆压缩机没有不平衡的惯性力，运转平稳安全，振动小，重量轻，占地面积少，结构紧凑，不需要复杂基础，安装简单；

6)  连续输气，压力稳定无脉冲，不需要缓冲罐，管路设计简单。