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1引言
　　變頻調速在風(fēng)機和泵類(lèi)負載上的應用具有顯著(zhù)的節能效果，并且具有軟啟動(dòng)和軟停機的優(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)機水泵的控制領(lǐng)域得到廣泛的應用。隨著(zhù)我國市場(chǎng)經(jīng)濟的深入發(fā)展，造紙廠(chǎng)、漿廠(chǎng)的增產(chǎn)、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(fā)風(fēng)機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(shuō)明的是，在蒸發(fā)風(fēng)機開(kāi)啟之前，需要補給新鮮蒸汽當溫度達到96℃以上時(shí)就可以開(kāi)啟蒸發(fā)風(fēng)機，達到自循環(huán)關(guān)閉新鮮蒸汽起到節約的作用。其蒸發(fā)的冷凝液經(jīng)過(guò)冷卻后又可被回收利用，從而節約了清水資源。
　　在廢液蒸發(fā)過(guò)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(mén)調節效率較差，它是人為地改變阻力曲線(xiàn)，增加風(fēng)阻，越調節性能就越惡化；若采用變頻器改變蒸發(fā)風(fēng)機速度，使其在較佳工況點(diǎn)運行，使風(fēng)機在較大的范圍內以較高的效率運行，節能效果較好。
　　造紙廠(chǎng)蒸發(fā)風(fēng)機泵是蒸發(fā)系統的核心部件，它的可靠、穩定運行是整套蒸發(fā)系統正常運行的根本保障。由于蒸發(fā)風(fēng)機泵在整套系統中的特殊功用，所以它是一個(gè)特殊的負載類(lèi)型，既非風(fēng)機又不能等同于普通泵類(lèi)負載。蒸發(fā)風(fēng)機泵功率大，是蒸發(fā)工段的高耗能設備，如能成功對其進(jìn)行變頻節能改造，將會(huì )產(chǎn)生非?？捎^(guān)的效益。
2 蒸發(fā)風(fēng)機工段、設備介紹

　　圖1 蒸發(fā)工段流程框圖

　　造紙廠(chǎng)蒸發(fā)工段流程框圖如圖1所示。蒸發(fā)風(fēng)機所采用的電動(dòng)機是10kV /3000kW三相鼠籠式異步電動(dòng)機（電機參數如表1所示），根據蒸發(fā)風(fēng)機的要求2559kW，轉速2564 rpm就可以滿(mǎn)足要求，但是在電機選檔中沒(méi)有此型號和檔位電機為了適應風(fēng)機的需要和啟動(dòng)特性必須選擇大一型號的電機，根據蒸發(fā)風(fēng)機轉速要求沒(méi)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(dòng)慣量也達不到啟動(dòng)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(lái)滿(mǎn)足要求。雖然滿(mǎn)足了工藝和生產(chǎn)要求，但對于能源來(lái)說(shuō)是一種浪費并且增加了生產(chǎn)成本。
　　蒸發(fā)工段所采用的蒸發(fā)風(fēng)機是由蒸發(fā)器的渦輪式風(fēng)機要求轉速在2564rpm下可以達到151.3T/H 是以通過(guò)調節風(fēng)門(mén)來(lái)改變壓縮蒸汽量。根據啟動(dòng)特性和蒸發(fā)效率風(fēng)門(mén)改變是有規律的，蒸發(fā)器工作前將蒸發(fā)器內部增加新鮮蒸汽使溫度增加到96℃以上停止，然后風(fēng)門(mén)自動(dòng)達到30﹪后開(kāi)電機然后進(jìn)廢液將風(fēng)門(mén)調到75﹪正常開(kāi)機。
　　現代社會(huì )已經(jīng)進(jìn)入高產(chǎn)能、低消耗的競爭時(shí)代，根據能源辨識可以發(fā)現在蒸發(fā)工段的電機、增速機、蒸發(fā)風(fēng)機存在著(zhù)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(yáng)紙業(yè)股份有限公司是一家全球先進(jìn)的跨國造紙集團和林漿紙一體化企業(yè)，是中國較大的民營(yíng)造紙企業(yè)、中國較大的高檔涂布包裝紙板生產(chǎn)企業(yè)、中國食品級包裝用紙領(lǐng)軍企業(yè)。集團擁有資產(chǎn)總額186億元，年漿紙產(chǎn)能350萬(wàn)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。
　　太陽(yáng)紙業(yè)現有四臺蒸發(fā)風(fēng)機，并聯(lián)使用，按照廢液量的多少一般情況下開(kāi)三臺就可以滿(mǎn)足要求，一臺作為備用當一臺蒸發(fā)效率低的時(shí)候開(kāi)啟，來(lái)替換蒸發(fā)效率低的蒸發(fā)器清洗。
　　現場(chǎng)生產(chǎn)、設備、電、儀負責人反復商榷后決定采用變頻調速的方法來(lái)控制風(fēng)量的大小和電機的啟停起到節能和優(yōu)化控制的方案切實(shí)可行。
　　山東太陽(yáng)紙業(yè)合利公司領(lǐng)導將此建議分別上報各級領(lǐng)導后經(jīng)過(guò)認真比較審核后，根據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）高壓變頻系統對蒸發(fā)風(fēng)機電機4臺蒸發(fā)電機進(jìn)行改造。高壓變頻器投運后，設備至今運行良好。經(jīng)過(guò)山東太陽(yáng)紙業(yè)技術(shù)中心的檢測，各項性能指標達到設計要求，蒸發(fā)風(fēng)機實(shí)現了有效運行，改造達到了預期目的。
　　山東太陽(yáng)紙業(yè)所采用的四臺蒸發(fā)風(fēng)機設備現場(chǎng)參數相同，其中一臺設備參數如下。
　　表1為現場(chǎng)電機參數，表2為風(fēng)機參數。

3.1蒸發(fā)風(fēng)機采用變頻調速改造的優(yōu)點(diǎn)
　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)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(shù)已經(jīng)成為現代電力傳動(dòng)的一個(gè)發(fā)展方向，卓越的調速性能，使得變頻器在制漿造紙生產(chǎn)中的節能效果越發(fā)顯著(zhù)。因此，將蒸發(fā)風(fēng)機改為變頻器控制，將傳統的電機調速技術(shù)、現代電力電子技術(shù)以及計算機控制技術(shù)結合在一起，根據蒸發(fā)器效率發(fā)生的變化來(lái)調節蒸發(fā)風(fēng)機電機轉速，使通風(fēng)機在經(jīng)濟的轉速下有效運行，從而達到節電的效果。變頻調速節能控制裝置的特點(diǎn)：（1）調速效率高；（2）調速范圍大，可根據生產(chǎn)工藝隨時(shí)調整轉速；（3）調速精度高；（4）啟動(dòng)電流小，而且容易實(shí)現閉環(huán)控制。由于可以利用原普通交流異步電動(dòng)機，所以特別適合對原有舊設備的技術(shù)改造，它既保持了原風(fēng)機、電動(dòng)機不用更換的優(yōu)點(diǎn)，又能達到節電的顯著(zhù)效果。
3.2山東新風(fēng)光電子JD-BP38-3000F高壓變頻器
　　山東太陽(yáng)紙業(yè)所采用新風(fēng)光電子JD-BP38-3000F高壓變頻器系統框圖如圖2所示。

　　圖2  高壓變頻器系統框圖

　?。?）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(shí)間：   可按工藝要求設定（0-3600s可選）
　　減速時(shí)間：   可按工藝要求設定（0-3600s可選）
　　故障診斷及檢測：自動(dòng)檢測，自動(dòng)定位
　　網(wǎng)側功率因數：0.95（高速時(shí)）
　　過(guò)載保護：   120％1min，150%立即保護
　　防護等級：   IP31
　　環(huán)境濕度：   90%,無(wú)凝結
　?。?）性能特點(diǎn)
　　全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶觸摸屏；
　　輸入功率因數高，電流諧波少，無(wú)須功率因數補償/諧波抑制裝置；
　　輸出階梯正弦PWM波形，無(wú)須輸出濾波裝置，對電纜、電機絕緣無(wú)損害，電機諧波少，減少軸承、葉片的機械振動(dòng)，輸出線(xiàn)可以長(cháng)達1000米；
　　功率電路模塊化設計，維護簡(jiǎn)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(guān)系，適應多變的現場(chǎng)需要；
　　可靈活選擇現場(chǎng)控制/遠程控制；
　　可接受和輸出0～5V/4～20mA工業(yè)標準信號；
　　可根據用戶(hù)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(jìn)線(xiàn)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(guò)程中或變頻器出現故障時(shí)，將電機投入到工頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時(shí)，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。

　　K1、K2、K3：高壓變頻器內置高壓隔離開(kāi)關(guān)
　　變頻器：JD-BP38-3000F高壓變頻器
　　M：3000kW/10kV異步電動(dòng)機
　　圖3手動(dòng)旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)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)機構，實(shí)現電磁互鎖。當K1、K2閉合，K3斷開(kāi)時(shí)，電機變頻運行；當K1、K2斷開(kāi)，K3閉合時(shí)，電機工頻運行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，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(hù)開(kāi)關(guān)柜合閘時(shí)，絕對不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，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(fā)風(fēng)機現場(chǎng)運行數據

　　圖4高壓變頻器運行數據

3.4.2節能情況
　　關(guān)于蒸發(fā)風(fēng)機的變頻器使用情況：
　?。?）電耗比較：（電費：0.65元/ kW?h計算）（單臺蒸發(fā)）

　?。?）運行情況
　　充分調節電機轉速從1280rpm-1400rpm之間進(jìn)行調速，發(fā)現在1280rpm以下，熱風(fēng)壓力達不到，運行效果不好，在1400rpm以上，熱風(fēng)壓力增加，無(wú)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(fā)共處理廢液150491噸，共用電2108377 kW?h。單耗：14.01 kW?h /噸廢液。
　?。?）節約費用
　　噸廢液可節約用電2.38 kW?h，以每臺蒸發(fā)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(fēng)機年節約電費：250.1499萬(wàn)元。
3.5變頻改造的其他優(yōu)點(diǎn)
　?。?）采用變頻器控制后啟動(dòng)風(fēng)機時(shí)可以實(shí)現軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)沖擊，可以有效地延長(cháng)電氣設備的使用周期。
　?。?）按需調節風(fēng)量，調速范圍寬且調速精度高，避免浪費。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機的風(fēng)量通過(guò)變頻調節電機的轉速來(lái)實(shí)現，可以根據生產(chǎn)需要調節風(fēng)量，避免了浪費。
　?。?） 降低了風(fēng)機的工作強度，延長(cháng)了使用壽命。進(jìn)行變頻改造后，大大降低了風(fēng)機的機械強度和電氣沖擊，大大延長(cháng)了風(fēng)機壽命。
　?。?） 變頻器具有短路、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、缺相等各種保護，有效地保護了電機。
　?。?）改善了現場(chǎng)工作環(huán)境，由于降低了風(fēng)機的轉速，風(fēng)機噪聲大大降低，深受現場(chǎng)工作人員的歡迎。
　?。?）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(huán)節，節約了能源，提高了效率。
4結束語(yǔ)
　　山東太陽(yáng)紙業(yè)對四臺蒸發(fā)器經(jīng)過(guò)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(fā)系統的穩定性提高了一個(gè)大臺階。通過(guò)此次成功改造表明，在紙業(yè)行業(yè)對其所用風(fēng)機、水泵負載進(jìn)行高壓變頻改造，具有較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，也符合國家建設資源節約型社會(huì )的潮流。