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造紙廠蒸發風機變頻節能改造

2014-04-14 15:28:42

  造紙廠蒸發風機變頻節能改造
  Paper Mill Evaporative Fan Frequency Conversion Energy Saving Transformation

  山東新風光電子科技發展有限公司    胡令芝
  山東太陽紙業股份有限公司  李振修
  Hu Lingzhi    Li Zhenxiu

  摘 要:本文結合蒸發風機的工況,介紹了高壓變頻器在山東太陽紙業蒸發風機上的應用情況,并對改造進行了節能計算。結果表明,采用高壓變頻器對蒸發風機電機進行調速節能改造,克服了啟動時對電網沖擊大等問題,具有良好的經濟效益和社會效益。
  關鍵詞:高壓變頻器   蒸發風機  節能
  Abstract: This paper combined with conditions of the evaporator fans, introduces the application of high voltage inverters in Shandong Sun Paper evaporation fan, and transformation of energy saving. The results show that the high voltage inverter evaporator fan motor speed control energy saving, to overcome the startup large impact on the grid, with good economic and social benefits.
  Key words: High voltage inverters   Evaporator fan   Energy saving
  1引言
  變頻調速在風機和泵類負載上的應用具有顯著的節能效果,并且具有軟啟動和軟停機的優良控制特性,因此變頻器首先在冶金、電力、石化、供熱和民用風機水泵的控制領域得到廣泛的應用。隨著我國市場經濟的深入發展,造紙廠、漿廠的增產、節能減排、提效被提到了重要地位,設備、電氣改造勢在必行。
  蒸發風機的主要作用是將注入蒸發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,在蒸發風機開啟之前,需要補給新鮮蒸汽當溫度達到96℃以上時就可以開啟蒸發風機,達到自循環關閉新鮮蒸汽起到節約的作用。其蒸發的冷凝液經過冷卻后又可被回收利用,從而節約了清水資源。
  在廢液蒸發過程中,所需風量風壓在蒸發器蒸發效率的不同階段有不同的要求,其中以風門調節效率最差,它是人為地改變阻力曲線,增加風阻,越調節性能就越惡化;若采用變頻器改變蒸發風機速度,使其在最佳工況點運行,使風機在最大的范圍內以最高的效率運行,節能效果最好。
  造紙廠蒸發風機泵是蒸發系統的核心部件,它的可靠、穩定運行是整套蒸發系統正常運行的根本保障。由于蒸發風機泵在整套系統中的特殊功用,所以它是一個特殊的負載類型,既非風機又不能等同于普通泵類負載。蒸發風機泵功率大,是蒸發工段的高耗能設備,如能成功對其進行變頻節能改造,將會產生非常可觀的效益。
  2 蒸發風機工段、設備介紹

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  圖1 蒸發工段流程框圖

  造紙廠蒸發工段流程框圖如圖1所示。蒸發風機所采用的電動機是10kV /3000kW三相鼠籠式異步電動機(電機參數如表1所示),根據蒸發風機的要求2559kW,轉速2564 rpm就可以滿足要求,但是在電機選檔中沒有此型號和檔位電機為了適應風機的需要和啟動特性必須選擇大一型號的電機,根據蒸發風機轉速要求沒有此規格轉速的電機如果選擇高級的電機其電機自身的轉動慣量也達不到啟動要求,所以根據以上要求必須選擇增加(1.7x電機額定轉速)增速機來滿足要求。雖然滿足了工藝和生產要求,但對于能源來說是一種浪費并且增加了生產成本。
  蒸發工段所采用的蒸發風機是由蒸發器的渦輪式風機要求轉速在2564rpm下可以達到151.3T/H 是以通過調節風門來改變壓縮蒸汽量。根據啟動特性和蒸發效率風門改變是有規律的,蒸發器工作前將蒸發器內部增加新鮮蒸汽使溫度增加到96℃以上停止,然后風門自動達到30﹪后開電機然后進廢液將風門調到75﹪正常開機。
  現代社會已經進入高產能、低消耗的競爭時代,根據能源辨識可以發現在蒸發工段的電機、增速機、蒸發風機存在著巨大的能源浪費,選擇節能降耗的方案迫在眉睫。
  3 應用舉例
  山東太陽紙業股份有限公司是一家全球先進的跨國造紙集團和林漿紙一體化企業,是中國最大的民營造紙企業、中國最大的高檔涂布包裝紙板生產企業、中國食品級包裝用紙領軍企業。集團擁有資產總額186億元,年漿紙產能350萬噸,產品主要服務于中國、美國、非洲、東南亞、香港等國家和地區。
  太陽紙業現有四臺蒸發風機,并聯使用,按照廢液量的多少一般情況下開三臺就可以滿足要求,一臺作為備用當一臺蒸發效率低的時候開啟,來替換蒸發效率低的蒸發器清洗。
  現場生產、設備、電、儀負責人反復商榷后決定采用變頻調速的方法來控制風量的大小和電機的啟停起到節能和優化控制的方案切實可行。
  山東太陽紙業合利公司領導將此建議分別上報各級領導后經過認真比較審核后,根據改造成本原因決定選用山東新風光電子科技發展有限公司生產的風光牌JD-BP38-3000F型(3000kW/10kV、4套)高壓變頻系統對蒸發風機電機4臺蒸發電機進行改造。高壓變頻器投運后,設備至今運行良好。經過山東太陽紙業技術中心的檢測,各項性能指標達到設計要求,蒸發風機實現了高效運行,改造達到了預期目的。
  山東太陽紙業所采用的四臺蒸發風機設備現場參數相同,其中一臺設備參數如下。
  表1為現場電機參數,表2為風機參數。

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  3.1蒸發風機采用變頻調速改造的優點
  隨著電力電子技術、微電子技術、信息技術和現代控制理論在調速系統中的應用,并且由于近年電力緊張,變頻調速技術已經成為現代電力傳動的一個發展方向,卓越的調速性能,使得變頻器在制漿造紙生產中的節能效果越發顯著。因此,將蒸發風機改為變頻器控制,將傳統的電機調速技術、現代電力電子技術以及計算機控制技術結合在一起,根據蒸發器效率發生的變化來調節蒸發風機電機轉速,使通風機在經濟的轉速下高效運行,從而達到節電的效果。變頻調速節能控制裝置的特點:(1)調速效率高;(2)調速范圍大,可根據生產工藝隨時調整轉速;(3)調速精度高;(4)啟動電流小,而且容易實現閉環控制。由于可以利用原普通交流異步電動機,所以特別適合對原有舊設備的技術改造,它既保持了原風機、電動機不用更換的優點,又能達到節電的顯著效果。
  3.2山東新風光電子JD-BP38-3000F高壓變頻器
  山東太陽紙業所采用新風光電子JD-BP38-3000F高壓變頻器系統框圖如圖2所示。

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  圖2  高壓變頻器系統框圖

  (1)JD-BP38-3000F高壓變頻器的主要性能指標
  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
  加速時間:   可按工藝要求設定(0-3600s可選)
  減速時間:   可按工藝要求設定(0-3600s可選)
  故障診斷及檢測:自動檢測,自動定位
  網側功率因數:0.95(高速時)
  過載保護:   120%1min,150%立即保護
  防護等級:   IP31
  環境濕度:   90%,無凝結
  (2)性能特點
  全中文WINDOWS操作界面,彩色液晶觸摸屏;
  輸入功率因數高,電流諧波少,無須功率因數補償/諧波抑制裝置;
  輸出階梯正弦PWM波形,無須輸出濾波裝置,對電纜、電機絕緣無損害,電機諧波少,減少軸承、葉片的機械振動,輸出線可以長達1000米;
  功率電路模塊化設計,維護簡單;
  高壓主回路與控制器之間為光纖連接,安全可靠;
  完整的故障監測電路、精確的故障報警保護;
  內置PLC,易于改變控制邏輯關系,適應多變的現場需要;
  可靈活選擇現場控制/遠程控制;
  可接受和輸出0~5V/4~20mA工業標準信號;
  可根據用戶需要內置PID調節器;
  完整的通用變頻器參數設定功能。
  3.3改造主回路控制方案
  高壓變頻調速系統由一次回路進線柜(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過程中或變頻器出現故障時,將電機投入到工頻電網運行,保證生產不受影響。變頻運行時,變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖3所示。

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  K1、K2、K3:高壓變頻器內置高壓隔離開關
  變頻器:JD-BP38-3000F高壓變頻器
  M:3000kW/10kV異步電動機
  圖3手動旁路柜中,共有3個高壓隔離開關,為了確保不向變頻器輸出端反送電,K2與K3采用電磁互鎖操動機構,實現電磁互鎖。當K1、K2閉合,K3斷開時,電機變頻運行;當K1、K2斷開,K3閉合時,電機工頻運行,此時變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護和調試。
  旁路柜必須與上級高壓斷路器連鎖, 用戶開關柜合閘時,絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關,以防止出現拉弧現象,確保操作人員和設備的安全。
  3.4節能計算
  3.4.1蒸發風機現場運行數據

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  圖4高壓變頻器運行數據

  3.4.2節能情況
  關于蒸發風機的變頻器使用情況:
  (1)電耗比較:(電費:0.65元/ kW?h計算)(單臺蒸發)

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  (2)運行情況
  充分調節電機轉速從1280rpm-1400rpm之間進行調速,發現在1280rpm以下,熱風壓力達不到,運行效果不好,在1400rpm以上,熱風壓力增加,無需較高的風壓。所以,在1280rpm---1400rpm之間尋找一個合適的最經濟的值。
  2012年1、2月份:電機轉速1280rpm-1380rpm根據效率調節,80%的轉速是1370rpm,三期蒸發共處理廢液150491噸,共用電2108377 kW?h。單耗:14.01 kW?h /噸廢液。
  (3)節約費用
  噸廢液可節約用電2.38 kW?h,以每臺蒸發平均每天處理4900噸計算,每臺變頻器每天可節約用電11662度。所以每天節約的電費:7580.3元。每臺每年運行330天計算,每臺風機年節約電費:250.1499萬元。
  3.5變頻改造的其他優點
  (1)采用變頻器控制后啟動風機時可以實現軟啟動,避免了啟動時對電網沖擊,可以有效地延長電氣設備的使用周期。
  (2)按需調節風量,調速范圍寬且調速精度高,避免浪費。進行變頻改造后,風機的風量通過變頻調節電機的轉速來實現,可以根據生產需要調節風量,避免了浪費。
  (3) 降低了風機的工作強度,延長了使用壽命。進行變頻改造后,大大降低了風機的機械強度和電氣沖擊,大大延長了風機壽命。
  (4) 變頻器具有短路、過載、過壓、欠壓、缺相等各種保護,有效地保護了電機。
  (5)改善了現場工作環境,由于降低了風機的轉速,風機噪聲大大降低,深受現場工作人員的歡迎。
  (6)在以后的新上項目中可以減少增速機及其油站,直接采用高壓變頻器控制,縮減了中間環節,節約了能源,提高了效率。
  4結束語
  山東太陽紙業對四臺蒸發器經過變頻改造之后,不僅達到了良好的節能效果,并且使整套蒸發系統的穩定性提高了一個大臺階。通過此次成功改造表明,在紙業行業對其所用風機、水泵負載進行高壓變頻改造,具有較好的經濟效益和社會效益,也符合國家建設資源節約型社會的潮流。

 

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