變頻器在造紙廠的應用

日期：2024-11-23 01:32

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摘要：

采用變頻器能提高紙機的運轉(zhuǎn)性能，進一步提高了經(jīng)濟效益。

造紙機附屬設(shè)備的變頻器應用分析

造紙機的輔助設(shè)施包括以下幾個系統(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。為了使造紙機能夠連續(xù)均衡地運轉(zhuǎn)，它的輔助設(shè)施能力，一般應超過造紙機的*大生產(chǎn)能力的15%～30%。

該處應用尚未引起足夠重視，這也是提高變頻器份額的*有效手段和方法。

1、供漿系統(tǒng)的變頻器應用

供漿系統(tǒng)必須滿足下列幾個條件：

(1) 向造紙機輸送的漿料要穩(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)，以適應造紙機車速和品種的改變；

(4) 對漿料進行凈化精選；

(5) 處理造紙機各部分損紙。

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，要達成以上五點目的，*主要就是要對漿泵和沖漿泵從全速運行改造為速度可調(diào)節(jié)的變頻運行，*終滿足供漿自動化。

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)。紙機的漿速和網(wǎng)速比基本上是恒定的，因此紙機的網(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**性和反映流漿箱的實際工藝過程，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。速度的實際值取自傳動電機的實際速度采樣，可通過旋轉(zhuǎn)測速電機或光電旋轉(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，電流的實際值取自各個傳動點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，對選擇變頻器的型號非常重要。

2、壓縮空氣系統(tǒng)的變頻器應用

壓縮空氣常用于造紙機網(wǎng)部與壓榨部的氣動加壓升降裝置、網(wǎng)毯的校正裝置、氣墊式流漿箱、引紙設(shè)備、涂布氣刀以及各種氣動儀表和調(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、儲氣罐、減壓閥、空氣過濾器、汽水分離器及**閥等，造紙機上通常壓力需要為5～6BAR左右。在大多數(shù)紙廠中，都通過2臺以上的空壓機并列運行，然后通過儲氣罐來保持壓力恒定。

由于壓縮機功率較大且控制壓力一般都通過加載或卸載來調(diào)節(jié)，電動機始終處于全速運行狀態(tài)。實踐表明該控制方式耗能巨大，浪費嚴重。所以目前都已趨向于采用由一臺變頻器控制、多臺直接工頻運行的方式來控制壓縮機組，并組成壓力閉環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)。

3、化學品制備及傳送系統(tǒng)的變頻器應用

由于在脫墨、制漿、涂布、施膠等部位要用到大量的化學品，其使用的量與紙機多傳動的速度成正比，所以在化學品的傳送系統(tǒng)(如泵)必須采用無級交流調(diào)速系統(tǒng)，其優(yōu)選為變頻器。主要是基于該化學品泵的功率較小，一般都在0.4kW～5.5kW之間，而這一功率段的變頻器的性能價格比已經(jīng)屬于*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)*新市場統(tǒng)計，中等品牌的*低功率變頻器已經(jīng)跌至千元/kW以下。

在化學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*大的特點就是高功率、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)的分散盤帶動下，遭到研磨介質(zhì)的強烈撞擊、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)備的主電機為200kW，在未使用變頻器之前，通常是在啟動前期，采用點動方式多次(3次以上)重復以使涂料與研磨介質(zhì)混合均勻；針對不同的涂料，有時需要不同的工藝轉(zhuǎn)速，但實際上只能滿速運行；無法掌握進料量，來保證主電機不過載；耗能非常嚴重。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)置點動速度和慢速運行時間，確保涂料與介質(zhì)混合達到*均勻；可以在線無級調(diào)速，不同品種使用不同的研磨速度;進料量只要從電機的實際運行電流就可以來控制進料量，且有過載預報警功能和免跳閘功能；節(jié)能率，一般可達20%以上；降低了齒輪箱的損耗，避免了工頻啟動對齒輪箱的沖擊；由于啟動時，電流平緩，避免了對電網(wǎng)的沖擊，提高了電網(wǎng)的**運行。目前在山東、黑龍江、海南等地的造紙企業(yè)已經(jīng)有了小批量應用。

4、烘干部通風系統(tǒng)的變頻器應用

在烘干部，紙頁中蒸發(fā)出來的所有水汽被空氣吸收后，必須通過強制通風不斷地從造紙車間排除。烘干部通風良好與否，直接影響到紙頁中水分的蒸發(fā)速度和整個烘干過程的經(jīng)濟性;通風良好，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，與進入以及排出的空氣溫度和濕度有關(guān)，也與采用的通風系統(tǒng)、氣候條件和季節(jié)有關(guān)。通常，在現(xiàn)代紙機中采用強制的空氣循環(huán)以求高效，用進氣鼓風機將加熱到80度左右的干燥空氣送進烘干部下層，使在烘缸之間吸附熱汽形成向上的氣流，然后通過排氣抽風機將匯集在氣罩中的濕熱空氣抽出室外(*后回收余熱)。在高速紙機中，由于烘缸數(shù)量的增多，通常都分成幾段的鼓風機和排風機組。采用變頻器之后，可以根據(jù)通風空氣量的專家計算公式，隨時調(diào)節(jié)進氣量(鼓風機的轉(zhuǎn)速)和排氣量(排風機的轉(zhuǎn)速)，而無須采用傳統(tǒng)的風門控制，進一步降低能耗，降低風機的噪音，提高機械壽命。

5、水系統(tǒng)的變頻器應用

紙機是個耗水大戶，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，而變頻器的應用將可以節(jié)水10%和節(jié)能30%，必然會降低紙廠的日常運行成本。

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)動各泵運行。變頻器能根據(jù)壓力閉環(huán)控制要求自動確定運行泵臺數(shù)(在設(shè)定范圍內(nèi))，同一時刻只有一臺泵由變頻驅(qū)動。當變頻器驅(qū)動的泵運行到設(shè)定的上限頻率而需要增加泵時，變頻器將該泵切換到工頻運行，同時驅(qū)動另一臺泵變頻運行。

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