產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
造紙廠蒸發(fā)風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造
1引言
變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有軟啟動(dòng)和軟停機(jī)的優(yōu)良控制特性，因此變頻器首先在冶金、電力、石化、供熱和民用風(fēng)機(jī)水泵的控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，造紙廠、漿廠的增產(chǎn)、節(jié)能減排、提效被提到了重要地位，設(shè)備、電氣改造勢在必行。
蒸發(fā)風(fēng)機(jī)的主要作用是將注入蒸發(fā)器的廢液蒸汽回收然后再送入散熱片中起到增壓升溫的作用，需要說明的是，在蒸發(fā)風(fēng)機(jī)開啟之前，需要補(bǔ)給新鮮蒸汽當(dāng)溫度達(dá)到96℃以上時(shí)就可以開啟蒸發(fā)風(fēng)機(jī)，達(dá)到自循環(huán)關(guān)閉新鮮蒸汽起到節(jié)約的作用。其蒸發(fā)的冷凝液經(jīng)過冷卻后又可被回收利用，從而節(jié)約了清水資源。
在廢液蒸發(fā)過程中，所需風(fēng)量風(fēng)壓在蒸發(fā)器蒸發(fā)效率的不同階段有不同的要求，其中以風(fēng)門調(diào)節(jié)效率較差，它是人為地改變阻力曲線，增加風(fēng)阻，越調(diào)節(jié)性能就越惡化；若采用變頻器改變蒸發(fā)風(fēng)機(jī)速度，使其在較佳工況點(diǎn)運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)在較大的范圍內(nèi)以較高的效率運(yùn)行，節(jié)能效果較好。
造紙廠蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵是蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件，它的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行是整套蒸發(fā)系統(tǒng)正常運(yùn)行的根本保障。由于蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵在整套系統(tǒng)中的特殊功用，所以它是一個(gè)特殊的負(fù)載類型，既非風(fēng)機(jī)又不能等同于普通泵類負(fù)載。蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵功率大，是蒸發(fā)工段的高耗能設(shè)備，如能成功對(duì)其進(jìn)行變頻節(jié)能改造，將會(huì)產(chǎn)生非常可觀的效益。
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蒸發(fā)風(fēng)機(jī)工段、設(shè)備介紹
圖1 蒸發(fā)工段流程框圖
造紙廠蒸發(fā)工段流程框圖如圖1所示。蒸發(fā)風(fēng)機(jī)所采用的電動(dòng)機(jī)是10kV
/3000kW三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)（電機(jī)參數(shù)如表1所示），根據(jù)蒸發(fā)風(fēng)機(jī)的要求2559kW，轉(zhuǎn)速2564
rpm就可以滿足要求，但是在電機(jī)選檔中沒有此型號(hào)和檔位電機(jī)為了適應(yīng)風(fēng)機(jī)的需要和啟動(dòng)特性必須選擇大一型號(hào)的電機(jī)，根據(jù)蒸發(fā)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速要求沒有此規(guī)格轉(zhuǎn)速的電機(jī)如果選擇高級(jí)的電機(jī)其電機(jī)自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也達(dá)不到啟動(dòng)要求，所以根據(jù)以上要求必須選擇增加（1.7x電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）增速機(jī)來滿足要求。雖然滿足了工藝和生產(chǎn)要求，但對(duì)于能源來說是一種浪費(fèi)并且增加了生產(chǎn)成本。
蒸發(fā)工段所采用的蒸發(fā)風(fēng)機(jī)是由蒸發(fā)器的渦輪式風(fēng)機(jī)要求轉(zhuǎn)速在2564rpm下可以達(dá)到151.3T/H
是以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門來改變壓縮蒸汽量。根據(jù)啟動(dòng)特性和蒸發(fā)效率風(fēng)門改變是有規(guī)律的，蒸發(fā)器工作前將蒸發(fā)器內(nèi)部增加新鮮蒸汽使溫度增加到96℃以上停止，然后風(fēng)門自動(dòng)達(dá)到30﹪后開電機(jī)然后進(jìn)廢液將風(fēng)門調(diào)到75﹪正常開機(jī)。
現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入高產(chǎn)能、低消耗的競爭時(shí)代，根據(jù)能源辨識(shí)可以發(fā)現(xiàn)在蒸發(fā)工段的電機(jī)、增速機(jī)、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)存在著巨大的能源浪費(fèi)，選擇節(jié)能降耗的方案迫在眉睫。
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應(yīng)用舉例
山東太陽紙業(yè)股份有限公司是一家全球先進(jìn)的跨國造紙集團(tuán)和林漿紙一體化企業(yè)，是中國較大的民營造紙企業(yè)、中國較大的高檔涂布包裝紙板生產(chǎn)企業(yè)、中國食品級(jí)包裝用紙領(lǐng)軍企業(yè)。集團(tuán)擁有資產(chǎn)總額186億元，年漿紙產(chǎn)能350萬噸，產(chǎn)品主要服務(wù)于中國、美國、非洲、東南亞、香港等國家和地區(qū)。
太陽紙業(yè)現(xiàn)有四臺(tái)蒸發(fā)風(fēng)機(jī)，并聯(lián)使用，按照廢液量的多少一般情況下開三臺(tái)就可以滿足要求，一臺(tái)作為備用當(dāng)一臺(tái)蒸發(fā)效率低的時(shí)候開啟，來替換蒸發(fā)效率低的蒸發(fā)器清洗。
現(xiàn)場生產(chǎn)、設(shè)備、電、儀負(fù)責(zé)人反復(fù)商榷后決定采用變頻調(diào)速的方法來控制風(fēng)量的大小和電機(jī)的啟停起到節(jié)能和優(yōu)化控制的方案切實(shí)可行。
山東太陽紙業(yè)合利公司領(lǐng)導(dǎo)將此建議分別上報(bào)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)后經(jīng)過認(rèn)真比較審核后，根據(jù)改造成本原因決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-3000F型（3000kW/10kV、4套）高壓變頻系統(tǒng)對(duì)蒸發(fā)風(fēng)機(jī)電機(jī)4臺(tái)蒸發(fā)電機(jī)進(jìn)行改造。高壓變頻器投運(yùn)后，設(shè)備至今運(yùn)行良好。經(jīng)過山東太陽紙業(yè)技術(shù)中心的檢測，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，蒸發(fā)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了有效運(yùn)行，改造達(dá)到了預(yù)期目的。
山東太陽紙業(yè)所采用的四臺(tái)蒸發(fā)風(fēng)機(jī)設(shè)備現(xiàn)場參數(shù)相同，其中一臺(tái)設(shè)備參數(shù)如下。
表1為現(xiàn)場電機(jī)參數(shù)，表2為風(fēng)機(jī)參數(shù)。
3.1蒸發(fā)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速改造的優(yōu)點(diǎn)
隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代控制理論在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且由于近年電力緊張，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動(dòng)的一個(gè)發(fā)展方向，卓越的調(diào)速性能，使得變頻器在制漿造紙生產(chǎn)中的節(jié)能效果越發(fā)顯著。因此，將蒸發(fā)風(fēng)機(jī)改為變頻器控制，將傳統(tǒng)的電機(jī)調(diào)速技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合在一起，根據(jù)蒸發(fā)器效率發(fā)生的變化來調(diào)節(jié)蒸發(fā)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使通風(fēng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)速下有效運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)電的效果。變頻調(diào)速節(jié)能控制裝置的特點(diǎn)：（1）調(diào)速效率高；（2）調(diào)速范圍大，可根據(jù)生產(chǎn)工藝隨時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速；（3）調(diào)速精度高；（4）啟動(dòng)電流小，而且容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。由于可以利用原普通交流異步電動(dòng)機(jī)，所以特別適合對(duì)原有舊設(shè)備的技術(shù)改造，它既保持了原風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)不用更換的優(yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果。
3.2山東新風(fēng)光電子JD-BP38-3000F高壓變頻器
山東太陽紙業(yè)所采用新風(fēng)光電子JD-BP38-3000F高壓變頻器系統(tǒng)框圖如圖2所示。
圖2 高壓變頻器系統(tǒng)框圖
（1）JD-BP38-3000F高壓變頻器的主要性能指標(biāo)
變頻器功率： 3000kW
輸入頻率：
50Hz
輸入電壓： 10kV±20%
輸出電壓： 三相正弦波電壓0-10kV
額定電流：
216A
輸出頻率： 0-60Hz
頻率分辨率： 0.01Hz
加速時(shí)間：
可按工藝要求設(shè)定（0-3600s可選）
減速時(shí)間：
可按工藝要求設(shè)定（0-3600s可選）
故障診斷及檢測：自動(dòng)檢測，自動(dòng)定位
網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)：0.95（高速時(shí)）
過載保護(hù)：
120％1min，150%立即保護(hù)
防護(hù)等級(jí)： IP31
環(huán)境濕度：
90%,無凝結(jié)
（2）性能特點(diǎn)
全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶觸摸屏；
輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置；
輸出階梯正弦PWM波形，無須輸出濾波裝置，對(duì)電纜、電機(jī)絕緣無損害，電機(jī)諧波少，減少軸承、葉片的機(jī)械振動(dòng)，輸出線可以長達(dá)1000米；
功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡單；
高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠；
完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障報(bào)警保護(hù)；
內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要；
可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠(yuǎn)程控制；
可接受和輸出0～5V/4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；
可根據(jù)用戶需要內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器；
完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能。
3.3改造主回路控制方案
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進(jìn)線柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護(hù)過程中或變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，將電機(jī)投入到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器為電機(jī)提供全面的保護(hù)。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖3所示。
K1、K2、K3：高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開關(guān)
變頻器：JD-BP38-3000F高壓變頻器
M：3000kW/10kV異步電動(dòng)機(jī)
圖3手動(dòng)旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K2閉合，K3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K2斷開，K3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。
旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器連鎖，
用戶開關(guān)柜合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。
3.4節(jié)能計(jì)算
3.4.1蒸發(fā)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)
圖4高壓變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)
3.4.2節(jié)能情況
關(guān)于蒸發(fā)風(fēng)機(jī)的變頻器使用情況：
（1）電耗比較：（電費(fèi)：0.65元/ kW?h計(jì)算）（單臺(tái)蒸發(fā)）
（2）運(yùn)行情況
充分調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速從1280rpm-1400rpm之間進(jìn)行調(diào)速，發(fā)現(xiàn)在1280rpm以下，熱風(fēng)壓力達(dá)不到，運(yùn)行效果不好，在1400rpm以上，熱風(fēng)壓力增加，無需較高的風(fēng)壓。所以，在1280rpm---1400rpm之間尋找一個(gè)合適的較經(jīng)濟(jì)的值。
2012年1、2月份：電機(jī)轉(zhuǎn)速1280rpm-1380rpm根據(jù)效率調(diào)節(jié)，80%的轉(zhuǎn)速是1370rpm，三期蒸發(fā)共處理廢液150491噸，共用電2108377
kW?h。單耗：14.01 kW?h /噸廢液。
（3）節(jié)約費(fèi)用
噸廢液可節(jié)約用電2.38
kW?h，以每臺(tái)蒸發(fā)平均每天處理4900噸計(jì)算，每臺(tái)變頻器每天可節(jié)約用電11662度。所以每天節(jié)約的電費(fèi)：7580.3元。每臺(tái)每年運(yùn)行330天計(jì)算，每臺(tái)風(fēng)機(jī)年節(jié)約電費(fèi)：250.1499萬元。
3.5變頻改造的其他優(yōu)點(diǎn)
（1）采用變頻器控制后啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊，可以有效地延長電氣設(shè)備的使用周期。
（2）按需調(diào)節(jié)風(fēng)量，調(diào)速范圍寬且調(diào)速精度高，避免浪費(fèi)。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量通過變頻調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量，避免了浪費(fèi)。
（3）
降低了風(fēng)機(jī)的工作強(qiáng)度，延長了使用壽命。進(jìn)行變頻改造后，大大降低了風(fēng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，大大延長了風(fēng)機(jī)壽命。
（4）
變頻器具有短路、過載、過壓、欠壓、缺相等各種保護(hù)，有效地保護(hù)了電機(jī)。
（5）改善了現(xiàn)場工作環(huán)境，由于降低了風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)噪聲大大降低，深受現(xiàn)場工作人員的歡迎。
（6）在以后的新上項(xiàng)目中可以減少增速機(jī)及其油站，直接采用高壓變頻器控制，縮減了中間環(huán)節(jié)，節(jié)約了能源，提高了效率。
4結(jié)束語
山東太陽紙業(yè)對(duì)四臺(tái)蒸發(fā)器經(jīng)過變頻改造之后，不僅達(dá)到了良好的節(jié)能效果，并且使整套蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了一個(gè)大臺(tái)階。通過此次成功改造表明，在紙業(yè)行業(yè)對(duì)其所用風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載進(jìn)行高壓變頻改造，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也符合國家建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的潮流。
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