造纸设备节能改造方案

造纸设备变频节能改造方案

一、国内造纸设备的调速方式现状

制浆造纸工业装机容量大，生产连续性要求高，但大部分造纸厂设备陈旧，工艺落后，尤其调速方式落后，造纸厂需要调速的造纸设备一般采用以下几种调速方式调速：

1、更换异步电机的皮带轮进行有极调速；

2、交流整流子异步电机小范围的无极调速；

3、直流发电机组---直流电机调速；

4、可控硅整流装置-----直流电机调速（小纸厂常用）；

5、电磁离合器----鼠笼电机调速；

6、异步电机配用伞形皮带轮小范围调速（切纸机多用此）；

7、交流变频器----异步电机无极调速。

二、造纸厂的调速设备概况

造纸厂通常需要调速的设备有造纸机，纸板机，复卷机，超级压光机,切纸机，锅炉鼓风机、引风机，补水泵，循环泵，清水泵，污水泵，纸浆泵，碱回收泵等，具体的调速简况如下：

低速纸机多为异步电机总轴传动，单机容量大。老式中速纸机也为总轴传动，新型的均为直流电机分步传动。目前高速纸机都是直流电机分步传动。一般有7~14个分步，装机容量约为3000KW，单机容量约在200~500KW。

三、造纸厂应用交流变频调速技术的实效

造纸厂属于轻化工企业，是一级防火单位，对防火要求很严。比如造纸小复卷机，很多都采用可控硅装置------直流电机的调速方式，但因复卷机周围的纸屑，粉尘多，必须经常打扫，否则纸屑积集在整流子附近会因电刷打火燃烧，严重的威胁安全生产。由于复卷机操作频繁，需再生制动，因此原直流电机的碳刷磨损严重。必须定期打扫，换刷。不仅维修费用高，而且影响生产进度。

在造纸厂应用交流变频技术，有如下优点：

1．变频器体积小，重量轻，不必另设控制盘，安装容易，调试简单，操作方便，噪音小，无振动。

2．调速精度完全满足造纸生产要求，当负荷变化或电网电压波动时，电机转速无变化，适应性强。

3．具有完善的保护功能，可靠性强。

4．变频器具有自我诊断的功能，检修方便，大大的减少停机检修的时间。

5．节电效果明显，一般在20~40%左右。

6．实现了无极调速，当变换生产品种，进行设备抢修，更换毛布铜网，或发生其他故障时，均可以不停机调速，从爬行，慢速到设定速度均可以随意调整，大大减轻了工人的劳动强度，缩短了检修，试车的时间。既增加了产量。又延长了器件的使用寿命。

7．变频器有软启动的功能，非常适合用于软启动的调速设备（复卷机，超级压光机）。

四、造纸机的理想拖动系统

国内造纸行业中，纸机拖动系统无论是单机总轴传动，还是分步传动，大多采用晶闸管，整流双闭环调速稳速系统。如1880造纸机，该系统控制部分所用元件及系统的成套技术比较落后，各类技术参数分散性较大，所组成的放大器漂移大，受温度影响敏感，电路元件多，焊点多，插接点多，可靠性差，抗干扰能力低，导致系统稳定性差，直接影响纸机产量及产品质量。具不完全统计，上述系统稳定率低于85%，年维修费用昂贵，该系统所存问题如下：

1、稳定精度低，速度波动频繁；

2、测速机碳刷及换向器的接触不良等造成速度波动；

3、受温度的变化而造成速度的慢漂移；

4、系统维修费用高，值班室不能离人；

5、车速慢，仅80m/min，车速无法提高。

针对上述问题，可采用交流变频器替代原晶闸管拖动系统。该系统自动化程度很高，内部具有转差自动补偿控制，能自动根据负载电流的变情况检测到其变化信号，调整其输出频率，从而达到在负载变化时输出频率自动跟踪的目的。另外，还增加了一个转速检测及跟踪环节，既由转速编码器检测到的电机转速信号反馈到变频器的给定端，完成速度跟踪的任务。该系统安装调试完后，投运一次成功，运行以来系统运行可靠，稳定，操作简单方便，无须专人值班，车速可以达到500m/min。在线无极调速，稳定率可达到95%以上，完全解决了直流拖动系统存在的问题，从而提高了产品的产量和质量，降低了消耗和成本，减轻了工人的劳动强度，同时节能35%以上，（直流系统总负荷75A/380V，交流系统为45A/380V）。节能效果明显。

五、变频器在连续蒸煮装置中的应用

在造纸行业中，许多电机须经调速才能使生产正常进行，如造纸车间因各段烘缸的线速度不同，要对每段烘缸进行调速，一般均采用直流调速。制浆车间连续蒸煮工段，众多纸厂已采用先进的湿法备料工艺，即用水洗涤苇片达到除渣，预浸的功能。因为环境极为潮湿，其它调速方式不能满足生产条件，交流调速是最好的方法。用一台变频器对37KW的电机调速，拖动一台37KW的苇片泵，为连蒸部分输送经洗涤后的苇片。根据电机不同转速改变苇片泵流量，并利用其它手段控制其苇片浓度，使输送的苇片量桓定并达到设计产量所需苇片量，并要苇片泵在其正常运行范围内工作，要达到以上要求，变频器是最好的选择。

1、湿法备料工艺流程简介：

苇片送到洗涤器内，供液泵将清水注入洗涤器内，在洗涤器中水和苇片混合，搅拌器使水和苇片混合物形成涡流洗涤，渣滓由排渣器排出，洗净的苇片和水由苇片泵抽出送到脱水机，脱水后苇片以一定干度送到连蒸部分，湿法备料中需要自动化仪表控制洗涤器液位，苇片泵流量等参数。

2、控制系统简介：

（1）进水流量控制：包括流量变送器，电器调节器，液位检测器三部分。

（2）苇片泵转速控制：包括变频器，调节器（显示，给定作用）两部分。

（3）洗涤器液位控制：包括压力变送器，配电器，调节器三部分。

控制系统如下：以控制洗涤器液位（80%）为主使进水量，进苇片量和出苇片与水混合物量达到动态平衡，在产量一定时苇片消耗量一定，因而在洗涤器中苇片的浓度保持一定时，苇片泵抽苇片和水混合物的流量也就是一定的，但浓度是人工测出的，因此要调节流量。在实际生产中，输送的苇片量基本满足生产需要，并保持一定，使苇片泵流量稍大，故浓度降低，这样不易发生阻塞。苇片泵流量不经常改变，由液位控制部分检测液位，液位变化时，由液位控制部分给进水流量控制液位量，而改变进水流量。

3、有关工艺参数：

（1）设计蒸煮能力60t/d（2.5t/h）；

（2）得浆率40%；

（3）苇片用量125t/d（5.2t/h）；

（4）洗涤器液浓度3%；

（5）苇片泵流量170m3/h。

4、试运行中的几种方案：

在连蒸试机中，曾不用变频器，但试机中发现用四级电机流量太大，远超过液位进水控制范围，若用六级电机，则扬程不够，苇片抽不上来，故用四级电机。曾想通过改变电机泵叶轮尺寸以减少流量扬程，但叶轮减小后，流量则不能改变。使用变频器后，通过调速改变流量，使系统正常运行。

列下表供比较（泵：37KW，电机：37KW，转速：480r/min，△接法，额定电流70A）

由上表可见,未用变频器时,电机,泵过载,在测试中发现运行不到半小时时,泵轴承及电机发烫,为保设备安全,只好停机,且洗涤器液位不能稳定,液位一直在下降。

5、使用变频器后工艺参数实测数据：

在实际生产中,洗涤器浓度3%是不容易控制的,实测两次数据如下(3%为设计指标)

6,变频器安装情况：

洗涤器旁极为潮湿,故变频器安装在MCC柜(电机集中控制柜)室内,距苇片泵约15m,由电缆电器连接,安装严格按说明书,接地妥善处理,距安装试运行发现,接地非常重要,在不连接电机地线时,因变频器的谐波较丰富,在电机接地线上感应出对地4v的电压,电机三相线也有感应电流,从而造成计量仪表误差和三相不平衡(在只抽水时,曾测三相电源电流未接地时为36A,50A,50A,接地后三相电流为41A,40A,41A)。

7、运行情况：

运行中,严格执行操作规程,不可违章操作.从变频器使用情况看,除其优良的调速性能外,启动时对叶轮损伤很小,变频器有软启功能,启动电流小,有效的保护电机.使用变频器,不仅有很好的节能效果,而且能满足生产工艺要求,产品质量,产量提高.如果运行频率在40Hz以下,节能就能达到30%以上。

六、1760抄纸机变频改造实例

我公司为某纸厂改造一套原设计为可控硅双闭环控制传动1760中抄纸机,是二期工程的主生产线,原设计为12个分部220m/min车速,可以生产铜版原纸双胶印刷纸,静电复写纸,等高档文化用纸。其后厂里为解决新上项目---印刷厂无碳复写纸生产线的配套问题，决定对未投产的该生产线进行技术改造，自控系统提出要求：水分，定量，微机在线检测与自动控制，主传动要求车速由220m/min提高到350m/min，电机容量加大，由原来的12个分部300KW提高到14个分部500KW。经性能价格比确定，自控系统（包括主传动）全部上微机，原则是：引进关键设备，国内配套。为此我们确定主传动选用普传系列产品变频器进行调速，并利用其通讯功能将抄纸机的工作过程用微机进行控制和管理。

1、变频器主要技术指标

（1）调速范围宽，变频器的调速范围很宽能适应各种调速设备的要求，频率范围0~400Hz可调。

（2）控制精度高，变频器的数字设定分辨率为0。05Hz，模拟设定分辨率为0。2Hz。

（3）动态特性好，变频器侧采用自关断器件IGBT速度快，负载电压和频率受控于变频器的CPU，故调节速度快，系统动态特性好。

（4）控制功能很强，适合多种不同性质的负载和不同的控制系统，通过端子可与各种频率设定信号接口。如0~10v，4~20mA，可通过端子控制正反转，多点停车等。

（5）保护功能很强，变频器有13种保护功能常用的有过压，欠压，过流，过载，过热等等。

（6）变频器通讯功能强大，如配上传行口，能方便地与计算机和PLC通信，并可在其上面设定或修改变频器的参数，且能控制变频器的运行状态和速度给定，并能监视变频器的各种运行参数，使复杂的多机控制系统易于实现。

2、系统改造要求

（1）主要技术指标：

在电网电压变化15%、环境温度变化-100C~400C等条件下，变频器输出频率稳定，运行可靠；机械特性：要求负载变化20%时，系统转速变化率〈0.4%；稳定精度：在规定电网电压于负载条件下，开机1小时后到8小时，16小时，24小时连续·测定变频器及速度变化率〈0.1%；调速精度0.01%。

（2）主要功能要求：

保护功能：OU，OC，LU，OH，OL，及电机过热保护等；通过对纸机速度，断纸信号的检测，可自行计算班产量，日产量；定时打印，定量控制水分，控制平均值，车速，纸浆，浓度，流量，气压，断纸次数，停机时间等各种数据，并打印班报表，日报表等；具有多条V/F曲线选择及自适应功能，转差率补偿功能等等。

由于本系统微机控制部分为双机，一运行一热备，与水分，定量控制系统保持相对独立，可在需要时切断它们之间的联系，而将一台微机改办为办公设备，利用中文处理软件编制打印各种文件。

3、应用变频器后的实效

该生产线14台电机，总的装机容量为496KW，利用变频调速后运行的实测如下：

该厂1760/330纸机变频改造的实测如下：

（1）取代了国内大部分纸机所用的可控硅---直流电机调速方式，使得生产更加安全，不必担心纸屑积聚在整流子附近因电刷打火而燃烧，也不会因碳刷磨损更换停机而影响生产进度。

（2）变频器体积小，重量轻，相对于可控硅装置占地面积小，而且安装容易，调试简单，操作方便，噪音小，无震动。

（3）调速精度完全满足生产需要，当负荷变化或电网电压在340~420v范围波动时，电机转速基本不变。

（4）先进的微机通信功能使得对纸机的控制和操作更加简单明了，大大地提高了整个系统的效率。

（5）由于实现了无极调速，当变换产品品种，进行设备检修更换毛布铜网，或发生其他故障时，均可实现不停机调速，从爬行满速到正常速度可以随意调节，大大减轻了工人的劳动强度，也缩短了检修，试车的时间，既增加了产量，又延长了易损件的使用寿命。还有利于提高产品质量，其经济效益非常明显，如改造前纸机只能生产60~100克的铜板原纸和60~70克的静电复写纸，改造后还可生产40~55克无碳复写原纸，产量由原来的6000吨提高到万吨。

（6）节电效果十分明显，一般节电10~40%

（7）减少了电机的启动电流，非常适用于复卷机，压光机等需要软启动的设备。

4、纸厂锅炉鼓风机，引风机，清水泵，循环泵，排污泵，污水处理搅拌`碱回收泵，风机等，都可以采用变频调速调节方式取代传统的阀门调节，不仅节电效果明显，高达30~70%，而且改善了流量，流速和压力控制精度，提高产品质量和产量，综合效益好。

5、在实际应用中遇到的问题及解决方案

由于变频器分别驱动各自的电机，当生产工艺要求其中八台电机必须连动时，如1760抄纸机中传动部分的真空吸移辊（15KW）沟绞辊（37KW）真空压榨辊（35KW）互相之间用毛布相连，此时由于各电机转速的微小差异，可能其中某台电机会出现过压现象，此时，只要将驱动此三台电机的变频器的直流部分并联即可。

随着时间的推移，造纸厂其它设备如何采用变频器以适应或改进生产工艺，降低生产成本，提高产量和质量等，如磨浆机大都采用调整刀子间隙的方式控制木浆细度，既不精确，又浪费电，如果改为变频器调节刀子的速度，做到既准确又节电，定会收到事半功倍的效果。