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1、纸厂变频调速节能的应用情况和效益分析1引言造纸企业是高能耗企业，据笔者多年的数字统计，每吨纸所耗电能都在500kwh以上，电力消耗十分严重。因此造纸节能改造对于企业降低成本来说非常重要，这里阐述的是其中的一种方法即变频调速改造。对于 造纸厂进行变频调速节能的基本思路是根据中国节能技术政策大纲中关于造纸的5点论述，如造纸机 采用新型脱水器材、强力压榨、全化纤湿毯、全封闭式汽罩、干网、袋式通风;制浆、造纸工艺过程及管理 系统计算机控制等技术;推广纸机白水封闭循环利用技术，充分利用纸浆和造纸废汽及纤维原料净化、筛选 后的废弃物等。从纸厂的设备和类型看，其生产线的主传动有相当多采用直流电机和滑差电机。
2、由于直流电机存在维护难、 抗环境能力差等原因，到了 90年代已严重制约了造纸整机的性能价格比，而滑差电机的电磁调速由于耗电 大和调速精度差，也影响了造纸企业的可持续发展，而变频调速技术能最大程度上发挥了交流电机本身固 有的优点（结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等），已经越来越被广泛使用于新纸机的开发和老 旧纸机的改造中来。在纸厂的附属设备中另外有50%以上为风机、泵类负载，而这些设备目前基本上是采用阀门或挡板来调节 风量或液体流量的，大量的能量消耗在阀门或挡板上。如对此类负载采用变频器进行调节，可以大量减少 损耗，节约电能，经济效益十分明显，值得企业大力推广。本文结合在纸厂的三个典型例
3、子来介绍变频控制的节能应用。2在纸机分部传动中的节能应用纸机是由一系列配套设备组成的联合机，分湿部、压榨部、前后干燥部、压光机和卷取部等。其生产流程 一般是:浆流由流出依次通过湿部、压榨部、前后烘缸、压光机和卷纸部等在内的分部设备。老式纸机很多 采用单直流或滑差电机传动，通过机械分配转速的方式，由于在生产过程中机械磨损、皮带的打滑等因素，容易造成速度匹配失调，从而形成断纸、纸品厚薄不均等现象。同时由于现场高温潮湿，使电机维护量增 加。为了优化产品质量，提高劳动生产率，目前在很多现场已将其改为多电机分部传动，即取消直流或滑 差电机及其动力的机械传动部分，在每一个传动分部安装交流电机，米用交流多点
4、传动方式，如图1所示。图1纸机分部传动变频控制原理图纸机传动的变频调速改造有非常好的效果，如从工艺上改善纸品、增加产能、降低能耗、延长停机检修周 期。为了生产过程纸页特性变化的需要，纸机的变频传动能够保证在一定范围内调节车速，且各个分部的 速度能单独调节。这里以某厂改造一台简易型长网纸机为例，它有两个分部:一个是烘缸（干部），一个是网部（湿部）。根据工艺 要求抄纸速度为20-100m/min,纸页定量为9-30g/m2。一般纸机的传动精度要求达到1-3%。，由于速度变 化范围大，最低定量为9g/m2，要求纸机的传动精度更高。因此，选择纸机的传动控制方案闭环系统。根据该厂改造前和改造后纸机能耗对
5、比，如下：改造前的电功率:90m的车速p90=74ax180v+3a x220v=13980w=13.98（kw）（直流传动:2台直流电机）按一年生产300天计：整机用电=300x24x13.98=100656（kwh）改造后的电功率:90m的车速p90=1.732x16a x380v=10530w=10.53（kw）（变频器传动:电流以进线计算）。实际上，变频器传动中，转速下降时，电压也随之下降，因此实际节电更多。整机用电=300x24x10.53=75816(kwh)全年可节电=100656 75816=24840(kwh)由此可以得出应用变频器后实际节能为:25%从实际应用的经验来看，采
6、用变频器后提高纸机的运转性能，进一步提高了经济效率。各分部速度既准确又易于调整；(2) 传动效率高，降低动力10%-35%;(3) 各部分的负荷控制和传动的管理比较方便；(4) 便于生产过程的自动控制和调整，降低维护费用和节省劳动力。3变频控制在流浆箱冲浆泵中的节能应用流浆箱是造纸机成型部第一道工序，也是关键设备，它对于纸的匀度、强度等质量指标是至为重要的。在 中高速(车速180m/min以上)纸机上，因为流浆箱内浆的自然高度形成的压力不足以达到纸机需要的浆速, 因此均采用气垫增压的方式以提高浆速。目前国产密封式气垫压力流浆箱浆速控制大部分由人工调节，操 作工根据纸机网速调节气垫压力(即调节排
7、气阀的开度)及回流浆量(即调节回流浆阀的开度)以稳定浆位。从很多工厂的实际操作来看，目前使用的这些流浆箱定量调节系统普遍存在较多的问题：(1) 动力消耗较大，纸浆由浆泵送到流浆箱后，有50%-80%的纸浆回到储浆井，作了大量的无功消耗；(2) 操作不方便，操作工要由纸机的完成部跑到纸机的湿部通过流浆箱的调节闸板来进行定量调节，并造 成纸张定量不稳定；(3) 流浆箱易堵塞，由于流浆箱箱的放料口均较小，对于长纤维纸浆，更易堵塞，造成生产不正常；(4) 纸机安装管路时较复杂。因此，目前对于冲浆泵的改造则都倾向于采用包括变频器和pic等自控组件在内的流浆箱浆网速比直接数 字控制系统，如图2所示。该系统
8、能够实现对浆网速比的稳定控制，通过不断调节变频器的频率和气垫压力调节阀的开度，使流浆箱的浆网速比及压力的控制精度均大为提高，能自动适应纸机的不同网速并可根 据纸机网速自动设定总压，从而改善了纸的匀度，方便了操作，稳定了工艺条件;同时，该系统使用变频器如普通纸机的流浆箱冲浆系统:冲浆泵按7.5kw电动机计算:月耗电量，7.5x24x31x0.5(元/kwh)=2700元,新型的纸机流浆箱浆网速比直接数字控制系统，冲浆泵按3.0kw电动机计算:月耗电量，3.0x24x31x0.5=1116元。节约:2700-1116=1584元。当然在这里还没有计算由于电动机转速的降低而维 修费用降低所产生的经济
9、效益，其投资回收期小于6个月。总之，将变频控制技术应用到网前流送系统中，具有良好的经济效益。4变频控制在压榨真空脱水系统上的节能应用目前在造纸行业中有不少企业，为了提高造纸的产量和质量，对原有的纸机进行了设备改造。比如，为了 稳定纸机在湿部造纸生产工艺环境条件，采用真空吸水排放法，如图3(a)，改变了原来单靠纸机湿部压榨 的辊与辊之间的互相挤压毛布来排水的方法，同时，在电气传动控制上又选用了通用变频器。由于变频控 制可进行多路模拟量和开关量的控制，因而调速控制的精度、可靠性、保护功能、动态性能都比较适应压 榨真空度稳定的生产工艺环境条件。图3真空脱水示意图纸机运行方向紙张必空度16kPail-
10、V ii 3 5iftllk n ji ill1肛蛍Zone 1岛nr 2Zcnr 3 BODm/-MSOOnB/mn50QVnmA MUnh/wiin2 Zone 3i 口 湿度测*点牟迎一般的真空脱水变频器控制思路是:现场操作人员可从des操作站给电气传动控制下达速度指令值，同时变 频器向des反馈电机的转速实际值，再同外部实时控制所检测到的信号形成一个自动闭环控制调节值。所 以变频控制的稳定性和可靠性是比较理想的。现场的操作回路和des控制系统，灵活方便、可靠，它较好地完成压榨真空脱水生产工艺的过程控制，并 实现了对变频器调速和运行的监测，使生产工艺稳定。如图3(b)是纸机在不同车速下纸板湿度的测量值， 它的稳定性保证了纸机的成品运转效率已经大为提高，估计在30%以上，因此从工艺节能的角度来看，更 值得推广。5结束语纸机采用变频控制的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速的范围大、精度高、无级调速， 容易实现高转矩控制和闭环控制。而且由于大部分可以采用鼠笼式电动机，所以特别适合于对旧设备的技 术改造，它既保持了异步电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点，又能达到节电的显著效果，是直流和滑差电机不可比拟的，是风机水泵节能的较理想的方法。
