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造纸厂蒸发风机变频节能改造
摘要：本文结合蒸发风机的工况，介绍了高压变频器在山东太阳纸业蒸发风机上的应用情况，并对改造进行了节能计算。结果表明，采用高压变频器对蒸发风机电机进行调速节能改造，克服了启动时对电网冲击大等问题，具有良好的经济效益和社会效益。
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 stap large impact on the grid, with good economic and social benefits.　　Key words: High voltage inverters & Evaporator fan & Energy saving　　1引言　　变频调速在风机和泵类负载上的应用具有显著的节能效果，并且具有软启动和软停机的优良控制特性，因此变频器首先在冶金、电力、石化、供热和民用风机水泵的控制领域得到广泛的应用。随着我国市场经济的深入发展，造纸厂、浆厂的增产、节能减排、提效被提到了重要地位，设备、电气改造势在必行。　　蒸发风机的主要作用是将注入蒸发器的废液蒸汽回收然后再送入散热片中起到增压升温的作用，需要说明的是，在蒸发风机开启之前，需要补给新鲜蒸汽当温度达到96℃以上时就可以开启蒸发风机，达到自循环关闭新鲜蒸汽起到节约的作用。其蒸发的冷凝液经过冷却后又可被回收利用，从而节约了清水资源。　　在废液蒸发过程中，所需风量风压在蒸发器蒸发效率的不同阶段有不同的要求，其中以风门调节效率最差，它是人为地改变阻力曲线，增加风阻，越调节性能就越恶化；若采用变频器改变蒸发风机速度，使其在最佳工况点运行，使风机在最大的范围内以最高的效率运行，节能效果最好。　　造纸厂蒸发风机泵是蒸发系统的核心部件，它的可靠、稳定运行是整套蒸发系统正常运行的根本保障。由于蒸发风机泵在整套系统中的特殊功用，所以它是一个特殊的负载类型，既非风机又不能等同于普通泵类负载。蒸发风机泵功率大，是蒸发工段的高耗能设备，如能成功对其进行变频节能改造，将会产生非常可观的效益。　　2 蒸发风机工段、设备介绍& & & & & & & & & & & 图1 蒸发工段流程框图　　造纸厂蒸发工段流程框图如图1所示。蒸发风机所采用的电动机是10kV /3000kW三相鼠笼式异步电动机（参数如表1所示），根据蒸发风机的要求2559kW，转速2564 rpm就可以满足要求，但是在电机选档中没有此型号和档位电机为了适应风机的需要和启动特性必须选择大一型号的电机，根据蒸发风机转速要求没有此规格转速的电机如果选择高级的电机其电机自身的转动惯量也达不到启动要求，所以根据以上要求必须选择增加（1.7x电机额定转速）增速机来满足要求。虽然满足了工艺和生产要求，但对于能源来说是一种浪费并且增加了生产成本。　　蒸发工段所采用的蒸发风机是由蒸发器的涡轮式风机要求转速在2564rpm下可以达到151.3T/H 是以通过调节风门来改变压缩蒸汽量。根据启动特性和蒸发效率风门改变是有规律的，蒸发器工作前将蒸发器内部增加新鲜蒸汽使温度增加到96℃以上停止，然后风门自动达到30﹪后开电机然后进废液将风门调到75﹪正常开机。　　现代社会已经进入高产能、低消耗的竞争时代，根据能源辨识可以发现在蒸发工段的电机、增速机、蒸发风机存在着巨大的能源浪费，选择节能降耗的方案迫在眉睫。　　3 应用举例　　山东太阳纸业股份有限公司是一家全球先进的跨国造纸集团和林浆纸一体化企业，是中国最大的民营造纸企业、中国最大的高档涂布包装纸板生产企业、中国食品级包装用纸领军企业。集团拥有资产总额186亿元，年浆纸产能350万吨，产品主要服务于中国、美国、非洲、东南亚、香港等国家和地区。　　太阳纸业现有四台蒸发风机，并联使用，按照废液量的多少一般情况下开三台就可以满足要求，一台作为备用当一台蒸发效率低的时候开启，来替换蒸发效率低的蒸发器清洗。　　现场生产、设备、电、仪负责人反复商榷后决定采用变频调速的方法来控制风量的大小和电机的启停起到节能和优化控制的方案切实可行。　　山东太阳纸业合利公司领导将此建议分别上报各级领导后经过认真比较审核后，根据改造成本原因决定选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的风光牌JD-BP38-3000F型（3000kW/10kV、4套）高压变频系统对蒸发风机电机4台蒸发电机进行改造。高压变频器投运后，设备至今运行良好。经过山东太阳纸业技术中心的检测，各项性能指标达到设计要求，蒸发风机实现了高效运行，改造达到了预期目的。　　山东太阳纸业所采用的四台蒸发风机设备现场参数相同，其中一台设备参数如下。　　表1为现场电机参数，表2为风机参数。3.1蒸发风机采用变频调速改造的优点　　随着电力电子技术、微电子技术、信息技术和现代控制理论在调速系统中的应用，并且由于近年电力紧张，变频调速技术已经成为现代电力传动的一个发展方向，卓越的调速性能，使得变频器在制浆造纸生产中的节能效果越发显著。因此，将蒸发风机改为变频器控制，将传统的电机调速技术、现代电力电子技术以及计算机控制技术结合在一起，根据蒸发器效率发生的变化来调节蒸发风机电机转速，使通风机在经济的转速下高效运行，从而达到节电的效果。变频调速节能控制装置的特点：（1）调速效率高；（2）调速范围大，可根据生产工艺随时调整转速；（3）调速精度高；（4）启动电流小，而且容易实现闭环控制。由于可以利用原普通交流异步电动机，所以特别适合对原有旧设备的技术改造，它既保持了原风机、电动机不用更换的优点，又能达到节电的显著效果。　　3.2山东新风光电子JD-BP38-3000F高压变频器　　山东太阳纸业所采用新风光电子JD-BP38-3000F高压变频器系统框图如图2所示。　图2 &高压变频器系统框图　　（1）JD-BP38-3000F高压变频器的主要性能指标　　变频器功率： 3000kW　　输入频率： & 50Hz　　输入电压： & 10kV&20%　　输出电压： & 三相正弦波电压0-10kV　　额定电流： & 216A　　输出频率： & 0-60Hz　　频率分辨率： 0.01Hz　　加速时间： & 可按工艺要求设定（0-3600s可选）　　减速时间： & 可按工艺要求设定（0-3600s可选）　　故障诊断及检测：自动检测，自动定位　　网侧功率因数：0.95（高速时）　　过载保护： & 120％1min，150%立即保护　　防护等级： & IP31　　环境湿度： & 90%,无凝结　　（2）性能特点　　全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶触摸屏；　　输入功率因数高，电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；　　输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片的机械振动，输出线可以长达1000米；　　功率电路模块化设计，维护简单；　　高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠；　　完整的故障监测电路、精确的故障报警保护；　　内置，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；　　可灵活选择现场控制/远程控制；　　可接受和输出0～5V/4～20mA工业标准信号；　　可根据用户需要内置PID调节器；　　完整的通用变频器参数设定功能。　　3.3改造主回路控制方案　　高压变频调速系统由一次回路进线柜（旁路柜）、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时，将电机投入到工频电网运行，保证生产不受影响。变频运行时，变频器为电机提供全面的保护。高压变频器旁路柜一次回路如图3所示。K1、K2、K3：高压变频器内置高压隔离开关　　变频器：JD-BP38-3000F高压变频器　　M：3000kW/10kV异步电动机　　图3手动旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K2闭合，K3断开时，电机变频运行；当K1、K2断开，K3闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。　　旁路柜必须与上级高压断路器连锁， 用户开关柜合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。　　3.4节能计算　　3.4.1蒸发风机现场运行数据& & & & & & & 　图4高压变频器运行数据　　3.4.2节能情况　　关于蒸发风机的变频器使用情况：　　（1）电耗比较：（电费：0.65元/ kW?h计算）（单台蒸发）（2）运行情况　　充分调节电机转速从1280rpm-1400rpm之间进行调速，发现在1280rpm以下，热风压力达不到，运行效果不好，在1400rpm以上，热风压力增加，无需较高的风压。所以，在1280rpm---1400rpm之间寻找一个合适的最经济的值。　　月份：电机转速1280rpm-1380rpm根据效率调节，80%的转速是1370rpm，三期蒸发共处理废液150491吨，共用电2108377 kW?h。单耗：14.01 kW?h /吨废液。　　（3）节约费用　　吨废液可节约用电2.38 kW?h，以每台蒸发平均每天处理4900吨计算，每台变频器每天可节约用电11662度。所以每天节约的电费：7580.3元。每台每年运行330天计算，每台风机年节约电费：250.1499万元。　　3.5变频改造的其他优点　　（1）采用变频器控制后启动风机时可以实现软启动，避免了启动时对电网冲击，可以有效地延长电气设备的使用周期。　　（2）按需调节风量，调速范围宽且调速精度高，避免浪费。进行变频改造后，风机的风量通过变频调节电机的转速来实现，可以根据生产需要调节风量，避免了浪费。　　（3） 降低了风机的工作强度，延长了使用寿命。进行变频改造后，大大降低了风机的机械强度和电气冲击，大大延长了风机寿命。　　（4） 变频器具有短路、过载、过压、欠压、缺相等各种保护，有效地保护了电机。　　（5）改善了现场工作环境，由于降低了风机的转速，风机噪声大大降低，深受现场工作人员的欢迎。　　（6）在以后的新上项目中可以减少增速机及其油站，直接采用高压变频器控制，缩减了中间环节，节约了能源，提高了效率。　　4结束语　　山东太阳纸业对四台蒸发器经过变频改造之后，不仅达到了良好的节能效果，并且使整套蒸发系统的稳定性提高了一个大台阶。通过此次成功改造表明，在纸业行业对其所用风机、水泵负载进行高压变频改造，具有较好的经济效益和社会效益，也符合国家建设资源节约型社会的潮流。
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& & 发挥技术优势 助力企业降耗
& & 广东省质监局以造纸行业为突破口探索锅炉新型节能模式
& & □ 本报记者 沈 洪
& & 如何发挥质监部门的技术优势，对再用工业锅炉进行改造，实现节能减排？广东省质监局通过牵头组织省特检院和东莞市质监局，选择东莞市造纸行业锅炉能效提升为试点，对造纸行业锅炉系统进行诊断，通过推动系统性技术改造挖掘节能潜力，使12家企业锅炉半年直接减少二氧化碳排放量约39万多吨，不仅实现了节能减排，而且也为推进锅炉节能减排创造了经验。
& & 据了解，广东省在用工业锅炉近5万台，占全国8%。在锅炉运行中，存在能效普遍不高，主要原因是企业往往将节能重点放在设备单机上，系统性综合节能诊断和系统性能效提升工作比较薄弱。
& & 为破解这一难题，广东省质监局在对东莞市造纸产业能源消耗调研中发现，该市传统造纸企业的节能减排工作注重的是各个微小环节的改进与能量回收渠道的挖掘，改造收益并不显著。然而，在造纸工业中，热流数量多，能量消耗存在于各方面，纸张的生产本质上是一个脱水的过程，尽管造纸机干燥部脱除了整个过程最少量的水分，但其能耗却占整个造纸过程能耗的绝大部分。
& & 为此，广东省质监局充分发挥特检院技术优势，选择东莞市造纸行业高能耗锅炉能效提升为突破点，对造纸能量系统进行全面分析和研究，找到节能关键点。通过对该市12家企业锅炉系统的15台循环流化床的锅炉能效以及10条造纸生产线的能量系统节能进行测试诊断，并形成节能技改方案。在推动东莞市造纸行业锅炉能效提升工程中，东莞市质监局根据该市政府节能工作方案要求，以及该局承担的两年内节约10万吨标准煤的目标，明确了对造纸行业工业锅炉节能减排项目的目标、分工、工作方法及阶段安排。
& & 广东省特检院在发挥技术优势中，通过现场能效测试、诊断和分析工作，提出推行造纸行业锅炉能效提升工程不仅从锅炉飞灰可燃物含量、排烟温度、纸机断纸时锅炉对空排汽、排污水、沼气和污泥的回收利用等环节提出改造意见，而且还从造纸机干燥部优化运行、气罩排风优化、干燥部半封闭式气罩改封闭式、部分工艺蒸汽凝汽乏气回收、空压机系统改造、纸机压榨部优化运行、纸机能源管理信息平台、真空系统等方面提出能效提升建议和方案，从而帮助企业制定出了既降低能耗、提高能效，又节约费用、减少环境污染的整个造纸能量系统的节能改造方案。
& & 尤其是广东省特检院紧密结合项目工作内容，与广东工业大学合作开展循环流化床锅炉热效率提升改造模拟技术研究，明确各环节测试方法，确保测试数据的科学性、精确性，并根据测试结果为企业量身订做改造方案，成功找出导致锅炉燃烧效率低的多种原因。该技术的成功研发，有效实现循环流化床锅炉能效提高3%以上。
& & 据广东省质监局测算，在东莞市造纸行业锅炉能效提升工程中，预计实现约15万吨以上标准煤的节能量，如果在全省造纸行业全面推广实施，预计年节能量能达100万吨标准煤。因此，广东省质监局力推系统性综合节能诊断和系统性能效的做法，既可在锅炉节能监管工作提供可推广可复制的有益参考，也可为水泥、石化、电力、钢铁等行业的节能减排工作提供有益经验，为创新锅炉节能模式提供参考。
& & 《中国质量报》
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一、国务院：淘汰落后产能化解过剩产能 为贯彻落实《质量发展纲要(年)》和实施《中国制造2025》，明确2016年工作重点，以提高发展质量和效益为中心，开展质量品牌提升行动，加强供给侧结构性改革，推动建设质量强国，制定本行动计划。一、增强质量和品牌提升的动力(一)深入开展质量提升行动。以空气净化器、电饭煲、智能马桶盖、智能手机、玩具、儿童及婴幼儿服装、厨具、家具等消费者普遍关注的消费品为重点，开展改善消费品供给专项行动，组织实施消费品质量提升工程，增品种、提品质、创品牌。突出抓好输非商品、输中东商品、跨境电商产品质量提升。实施出口食品竞争力提升工程。在重点领域开展服务业质量提升专项行动。依托“重大新药创制”专项，推进新药研发质量与品牌提升—展提升医疗质量专项工作—展售后服务质量对比提升活动，发布京津冀地区城市公共服务质量监测报告。结合物流业“降本增效”专项行动，全面提升物流服务水平。推动银行业金融机构强化服务质量，加大对金融消费者的保护力度—展车用汽柴油产品质量提升行动—展含挥发性有机物涂料质量标准提升行动。(发展改革委、科技部、工业和信息化部、
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