變頻器在造紙廠的節(jié)能改造

      采用變頻器能提高紙機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)效益。
      造紙機(jī)附屬設(shè)備的變頻器應(yīng)用分析
      造紙機(jī)的輔助設(shè)施包括以下幾個(gè)系統(tǒng)：供漿系統(tǒng)、白水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、化學(xué)品制備及傳送系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)等。為了使造紙機(jī)能夠連續(xù)均衡地運(yùn)轉(zhuǎn)，它的輔助設(shè)施能力，一般應(yīng)超過造紙機(jī)的最大生產(chǎn)能力的15%～30%。
      該處應(yīng)用尚未引起足夠重視，這也是提高變頻器份額的最有效手段和方法。

     1、供漿系統(tǒng)的變頻器應(yīng)用

      供漿系統(tǒng)必須滿足下列幾個(gè)條件：
     (1) 向造紙機(jī)輸送的漿料要穩(wěn)定，誤差不能超過±5%；
     (2) 漿料的配比和濃度要穩(wěn)定均勻；
     (3) 貯備一定的漿料量，使供漿能力可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)造紙機(jī)車速和品種的改變；
      (4) 對漿料進(jìn)行凈化精選；
      (5) 處理造紙機(jī)各部分損紙。
     通常情況下，供漿系統(tǒng)由供漿管路的漿泵、沖漿泵和凈化設(shè)施的壓力篩、除渣器組成，要達(dá)成以上五點(diǎn)目的，最主要就是要對漿泵和沖漿泵從全速運(yùn)行改造為速度可調(diào)節(jié)的變頻運(yùn)行，最終滿足供漿自動(dòng)化。
      以沖漿泵為例來說明變頻器的速度控制流程：該變頻控制宜采用雙閉環(huán)系統(tǒng)的速度控制方式，外環(huán)是速度閉環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)。沖漿泵速度的設(shè)定值一方面是由漿速和網(wǎng)速比變化而獲得，另一方面是來自于流漿箱的壓力控制器。前者是主調(diào)，后者是微調(diào)。紙機(jī)的漿速和網(wǎng)速比基本上是恒定的，因此紙機(jī)的網(wǎng)速一旦變化，沖漿泵的轉(zhuǎn)速也跟隨變化；為了提高速度調(diào)節(jié)器的精確性和反映流漿箱的實(shí)際工藝過程，通常還需取流漿箱的壓力PID控制輸出值的±５％的變化來作為沖漿泵附加的速度設(shè)定值。速度的實(shí)際值取自傳動(dòng)電機(jī)的實(shí)際速度采樣，可通過旋轉(zhuǎn)測速電機(jī)或光電旋轉(zhuǎn)編碼器等檢測裝置獲取。電流的設(shè)定值取自速度環(huán)的輸出信號，電流的實(shí)際值取自各個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的交流變頻器輸出端電流互感器的測量值。因此對于沖漿泵的變頻調(diào)速而言，需要對其進(jìn)行PID控制，需正確選擇速度反饋方式和PID的各類參數(shù)。了解這一點(diǎn)，對選擇變頻器的型號非常重要。

       2、壓縮空氣系統(tǒng)的變頻器應(yīng)用

      壓縮空氣常用于造紙機(jī)網(wǎng)部與壓榨部的氣動(dòng)加壓升降裝置、網(wǎng)毯的校正裝置、氣墊式流漿箱、引紙?jiān)O(shè)備、涂布?xì)獾兑约案鞣N氣動(dòng)儀表和調(diào)節(jié)裝置等處。
      壓縮空氣系統(tǒng)中，主要設(shè)備有空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、減壓閥、空氣過濾器、汽水分離器及安全閥等，造紙機(jī)上通常壓力需要為5～6BAR左右。在大多數(shù)紙廠中，都通過2臺以上的空壓機(jī)并列運(yùn)行，然后通過儲(chǔ)氣罐來保持壓力恒定。
      由于壓縮機(jī)功率較大且控制壓力一般都通過加載或卸載來調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)始終處于全速運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)踐表明該控制方式耗能巨大，浪費(fèi)嚴(yán)重。所以目前都已趨向于采用由一臺變頻器控制、多臺直接工頻運(yùn)行的方式來控制壓縮機(jī)組，并組成壓力閉環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)。

      3、化學(xué)品制備及傳送系統(tǒng)的變頻器應(yīng)用

      由于在脫墨、制漿、涂布、施膠等部位要用到大量的化學(xué)品，其使用的量與紙機(jī)多傳動(dòng)的速度成正比，所以在化學(xué)品的傳送系統(tǒng)(如泵)必須采用無級交流調(diào)速系統(tǒng)，其首選為變頻器。主要是基于該化學(xué)品泵的功率較小，一般都在0.4kW～5.5kW之間，而這一功率段的變頻器的性能價(jià)格比已經(jīng)屬于最優(yōu)，多年前還在廣泛使用的電磁調(diào)速和無級調(diào)速齒輪泵都已經(jīng)面臨淘汰。根據(jù)最新市場統(tǒng)計(jì)，中等品牌的最低功率變頻器已經(jīng)跌至千元/kW以下。
      在化學(xué)品制備中要用到大量的研磨設(shè)備，如球磨、膠體磨、砂磨、高切變分散攪拌器等，他們最大的特點(diǎn)就是高功率、高耗能、使用環(huán)境惡劣。目前已經(jīng)有廠家在研磨設(shè)備上采用變頻器取得了良好的效果。
       以砂磨機(jī)為例，其工作原理是將待研磨的涂料經(jīng)送料泵輸入筒體后，在高速旋轉(zhuǎn)的分散盤帶動(dòng)下，遭到研磨介質(zhì)的強(qiáng)烈撞擊、研磨而被分散混合到溶劑中，制成合格的涂料，然后經(jīng)頂篩過濾流出。該設(shè)備的主電機(jī)為200kW，在未使用變頻器之前，通常是在啟動(dòng)前期，采用點(diǎn)動(dòng)方式多次(3次以上)重復(fù)以使涂料與研磨介質(zhì)混合均勻；針對不同的涂料，有時(shí)需要不同的工藝轉(zhuǎn)速，但實(shí)際上只能滿速運(yùn)行；無法掌握進(jìn)料量，來保證主電機(jī)不過載；耗能非常嚴(yán)重。而使用200kW變頻器就很好地解決了以上問題，可以方便地設(shè)置點(diǎn)動(dòng)速度和慢速運(yùn)行時(shí)間，確保涂料與介質(zhì)混合達(dá)到最均勻；可以在線無級調(diào)速，不同品種使用不同的研磨速度;進(jìn)料量只要從電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電流就可以來控制進(jìn)料量，且有過載預(yù)報(bào)警功能和免跳閘功能；節(jié)能率，一般可達(dá)20%以上；降低了齒輪箱的損耗，避免了工頻啟動(dòng)對齒輪箱的沖擊；由于啟動(dòng)時(shí)，電流平緩，避免了對電網(wǎng)的沖擊，提高了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。目前在山東、黑龍江、海南等地的造紙企業(yè)已經(jīng)有了小批量應(yīng)用。

       4、烘干部通風(fēng)系統(tǒng)的變頻器應(yīng)用

      在烘干部，紙頁中蒸發(fā)出來的所有水汽被空氣吸收后，必須通過強(qiáng)制通風(fēng)不斷地從造紙車間排除。烘干部通風(fēng)良好與否，直接影響到紙頁中水分的蒸發(fā)速度和整個(gè)烘干過程的經(jīng)濟(jì)性;通風(fēng)良好，可降低空氣中的蒸汽飽和度，從而減低烘缸蒸汽的消耗量，提高烘干速度。
      排除烘干部蒸發(fā)水量所必需的空氣量，與進(jìn)入以及排出的空氣溫度和濕度有關(guān)，也與采用的通風(fēng)系統(tǒng)、氣候條件和季節(jié)有關(guān)。通常，在現(xiàn)代紙機(jī)中采用強(qiáng)制的空氣循環(huán)以求高效，用進(jìn)氣鼓風(fēng)機(jī)將加熱到80度左右的干燥空氣送進(jìn)烘干部下層，使在烘缸之間吸附熱汽形成向上的氣流，然后通過排氣抽風(fēng)機(jī)將匯集在氣罩中的濕熱空氣抽出室外(最后回收余熱)。在高速紙機(jī)中，由于烘缸數(shù)量的增多，通常都分成幾段的鼓風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)組。采用變頻器之后，可以根據(jù)通風(fēng)空氣量的專家計(jì)算公式，隨時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量(鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速)和排氣量(排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速)，而無須采用傳統(tǒng)的風(fēng)門控制，進(jìn)一步降低能耗，降低風(fēng)機(jī)的噪音，提高機(jī)械壽命。

       5、水系統(tǒng)的變頻器應(yīng)用

      紙機(jī)是個(gè)耗水大戶，包括白水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、密封水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、清水系統(tǒng)等，通常情況下都需要用到管網(wǎng)恒壓力供水，但傳統(tǒng)的控壓都是通過旁路和調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行，很少用到變頻器。但是由于中國國內(nèi)水資源的普遍缺乏，而變頻器的應(yīng)用將可以節(jié)水10%和節(jié)能30%，必然會(huì)降低紙廠的日常運(yùn)行成本。
     變頻器使用在水系統(tǒng)上通常有二種模式：即變頻固定方式、變頻循環(huán)方式。
      (1) 變頻固定方式
      變頻器變頻輸出固定控制一臺泵而其余各泵由工頻電網(wǎng)直接供電，它們的啟停信號由PLC進(jìn)行邏輯控制；
      (2) 變頻循環(huán)方式
      變頻器按照一定順序輪流驅(qū)動(dòng)各泵運(yùn)行。變頻器能根據(jù)壓力閉環(huán)控制要求自動(dòng)確定運(yùn)行泵臺數(shù)(在設(shè)定范圍內(nèi))，同一時(shí)刻只有一臺泵由變頻驅(qū)動(dòng)。當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)的泵運(yùn)行到設(shè)定的上限頻率而需要增加泵時(shí)，變頻器將該泵切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)驅(qū)動(dòng)另一臺泵變頻運(yùn)行。