爱德利变频器在造纸工业装备中节能应用

爱德利变频器在造纸工业装备中节能应用深圳市爱德利电子有限公司随着造纸工业的快速发展及国家对造纸工业技术装备引进和技术改造投资的重视，造纸工业装备企业的规模、技术进步、产品水平、制造能力等都产生了明显的变化，较大程度地缩小了与国际先进造纸装备之间的差距，其中部分适合我国国情的非木纤维制浆技术已具有国际先进水平，国产中等规模浆纸成套生产线的市场占有率明显提高，已初步显示了与国际跨国公司竞争中的比较优势。1.1我国造纸工业装备在国际竞争中的优势(1)造纸工业装备行业中，企业经济类型结构和机制在“十五”期间产生了明显的变化。行业中的领先企业，从原有50%是国有大中型企业，已转变为95%以上是合资企业、多元投资的股份制企业和民营股份制企业，原有国有企业的比重大幅度下降。体制和机制的变化明显增强了企业的活力和适应市场的能力，加速了企业的产品结构调整和综合竞争力的提升，也为造纸工业装备行业的持续发展打下了重要的基础。(2)“十五”期间，行业中的领先企业已基本完成了技术引进和技术改造，形成较完整的设计制造能力。行业中的领先企业通过国债技改和自筹资金进行技术改造，其装备水平和制造能力明显提高。关键零部件加工专用机床已可满足高精度加工的要求。(3)行业中领先企业的主导产品在国内造纸工业装备市场中占有率迅速提高，尤其是在大型制浆造纸设备中，国产设备替代进口设备的比例正逐步扩大。制浆设备类企业已形成4～5家机械产值可达1亿元以上的企业；造纸设备类企业已形成5～6家机械产值可达2亿～3亿元以上的企业。　在制浆系统设备中，利用草类原料化学制浆或半化学制浆的10万t/a生产线上的国产横管式连续蒸煮和碱回收设备，日产400t的废箱纸板制浆生产线中的国产鼓式碎浆机、热分散器、脱墨装置等关键设备的市场占有率达80%以上。除此之外，近年来在黑液提取、筛选净化、白水回收和纸浆浓缩、打浆等工艺过程中，国产鼓式真空洗浆机、双辊挤浆机、压力筛、大规格双盘磨、多圆盘过滤机等关键单机设备的市场占有率也大幅度提高，已配套于年产20万～30万t的浆纸生产线中。在国产纸机设备中：中外合资企业设计制造的抄宽4.5m、速度1200m／min，年产量达8万～12万t的新闻纸机、文化纸机；规模较大的企业设计制造的抄宽5.5m，速度600m／min的年产量达20万t的牛皮箱纸板纸机；抄宽4.4m，速度500m／min的年产量10万t的高强瓦楞纸纸机，这些国产纸机的市场占有率几乎达90％，已逐步替代了国外进口设备。流浆箱、软压光、靴式压榨、上成形器、涂布头等关键设备由国外专业公司配套，其余关键部件全部国产化的抄宽为4.8～5.65m，速度600～900m／min的年产量30万t的涂布白纸板机也已进入市场。在抄宽6m，速度1000～1200m／min的纸机成套设备中，国产化烘缸、导辊；压辊、真空辊、机架等已开始与国外一流跨国公司合作生产，设备制造水平和产品质量得到了国内大型造纸企业的认同，显示了国产设备设计制造水平与国际先进水平的差距正在逐步缩小。　专业设计研究院和企业联合开发的流浆箱、软压光、机内涂布设备、气垫干燥烘干、可控中高辊、上浆系统等新型设备在产量5万～15万t／a的多品种中小型纸机上已得到推广，市场占有率日趋扩大。显示了产学研联合开发产品的潜力。　(4)行业中的领先企业已逐步重视在整机配套中与国内外有业绩的电气传动、自动化、计算机控制、环保等专业公司以及轴承、电机、润滑等产品的配套公司间的技术交流和合作，也开始与国内的冶金、机械、化工、电子仪表、计算机等行业的企业进行工艺协作，以解决行业自身缺乏的特殊加工件、特殊原材料和零配件的问题。　1.2我国造纸工业装备发展的制约因素　虽然国内造纸工业装备在“十五”期间产生了一些根本性的转变，但是在未来五年中，造纸工业装备行业要与造纸工业同步发展，进一步向质量型、效益型转变，向造纸行业提供低投入高产出，节能、降耗、少污染的先进装备，参与国内国际两个市场的竞争，依然受诸多因素的制约：　(1)难以吸引大量的资金投入　造纸工业装备行业是传统行业，需要大力改造行业的现代化装备水平。随着国家信贷政策的宏观调整，企业靠自身创效积累资金和向社会融资的比例会加大，难度也更大。(2)难以获得高新技术　目前造纸工业装备企业对国外新技术的吸收、消化主要偏重按图制造，以产品实物推向市场。加入WTO后，由于国外公司加强了对知识产权的保护，国内企业要采取以往的形式进一步获得高质量、高效益、高效率、节能、降耗、减少污染等的制浆造纸高新技术难度极大，因此，国内企业必须重视自主开发能力。　(3)难以拥有高层次的专业技术人才　制浆造纸机械高新技术的专业知识涉及面较广，许多知识和经验需要与时俱进，需要一批具有新的知识结构和创新能力的高级人才，否则就不能实现真正的制浆造纸装备技术上的突破。这光靠企业自己的力量很难在短时期内拥有能攻克高新技术的高级人才，而且也会面临来自国际跨国公司在中国的人才争夺。(4)难以营造有序竞争的市场环境　造纸工业装备行业在“十五”期间形成了一批制浆造纸装备类的领先企业。但行业中大多数企业仍然产品雷同，习惯通过传统的方式获得技术和以过低的成本进入市场，在竞争中脱离产品质量、技术水平、优质服务等而无原则地压低价格，导致整个造纸工业装备行业的利润畸形下降，严重损害了制浆造纸装备类企业的自身发展和自有资金的积累。　(5)与国外跨国公司的产品竞争和人才争夺　国外一些著名跨国公司和一些专业公司根据其全球化的战略，把有巨大潜力的中国纸业市场作为目标市场，不仅要保持其在大型、高速、自动化制浆造纸生产线中的垄断地位，还发挥其资金和技术优势，相继在中国成立合资公司和技术中心，寻求制造合作伙伴，利用国内人才优势和成本优势，调整价格政策来争夺国产设备市场占有率较大的中等规模企业的市场。以高昂价格销售国内市场空缺的关键设备部件，对国产设备能替代的关键部件和通用部件则以接近价格销售。造纸工业装备企业在国内市场国际化的环境下，必将面临挑战。　2我国制浆造纸工业主要装备与国际先进水平的差距及发展趋势　(1)备料设备削片机和木片筛由于国内造纸原料的多样化，致使备料设备中木材削片机和木片筛选设备发展不快，目前木材盘式削片机的直径为3350mm，竹材盘式削片机的直径为1670mm。随着林纸一体化和APMP、CTMP高得率制浆技术的发展，国内削片机和木片筛的规格有待向大型化发展，并提高自控水平；国外已发展了高效率切片和可按木片厚度分级的鼓式削片机和盘式木片筛，并重视备料系统的清洁生产。湿法备料国内草类纤维的备料装备比较齐全，主要用于连续蒸煮，能力300m3/h。目前木片的备料装备(鼓式水洗)规格能力不大，国内纸厂2000m3木片仓均从国外引进。(2)蒸煮设备系统以适应草类原料为主的150t／d的横管式连续蒸煮系统设备和自动控制系统已全部实现国产化，其浆料得率和运行效率已达到国际先进水平，目前正在开发250～300t／d的蒸煮设备。适应木材纤维的立式连续蒸煮技术目前在国内尚属空白。其关键技术和设备：升温蒸煮和自控技术，高压缩比喂料器。国内纸厂已引进22万t／a的设备系统。另外，RDH节能间歇蒸煮设备，适应于木浆和竹浆等原料，投资比连续蒸煮设备系统少，特别适合老厂的技术改造。中国造纸工业有效生产能力自1990年以来，特别是自1995年以来一直在持续增长。到2002年底为止，我国有4000多个造纸厂，其中规模以上的有2600多家。2002年的总产量达到了3780万吨。在今后的l-2年中，还将会有近1000万吨的新增生产能力。目前的新增纸机的传动设备已经有80%以上采用交流传动变频器。目前在纸机分部传动上使用的变频器必须能同时具备以下特点（1）调速范围宽，在全速度范围内，效率必须在90%以上；（2）功率因数高于0.9以上；（3）输入谐波电流总失真小于3%；（4）采用可靠性高、技术成熟的标准器件IGBT；（5）能减少输出谐波分量并有效降低dv/dt噪音和转矩脉动的效果（一）、造纸机变频改造的前景和分析。据有关方面统计，我国拥有3780多万吨生产能力，单机生产能力在5万吨以上以及纸板机生产能力在10万吨以上的不足三分之一，尚有三分之二以上的生产能力需要投入巨资改造，其中至少三分之一的纸机需要部分或全部更换原来的传动部分（包括机械齿轮箱和电机传动），以提高车速或降低能耗。我国造纸机分部传动设备，以前采用SCR直流调速方式，由于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高，从而导致纸机的机械落后，昀高车速也只有200m/min左右，很难同国外的1000m/min的高速纸机相比。造纸是一个连续生产的过程，因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位，但由于直流电机存在维护难、抗环境能力差，主要表现如下：(1)整流子磨损严重,烧毁整流子的故障,导致停机时间长；(2)直流电机维修困难多,要求高,修理费用也高；(3)测速发电机易磨损，造成传动系统精度低；(4)直流调速控制系统复杂,调试困难,一般技工很难调出好的机器。交流变频调速技术以其卓越的调速性能,显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性，而被公认为是一种昀有前途的交流调速方式。它不但具有直流电机优良的调速性能，同时具有交流电机简单、可靠，因而逐渐被广泛应用由此看来，造纸机分部传动机械的变频化已是大势所趋。造纸机传动的变频改造有非常好的效果，如从工艺上改善纸品、增加产能、降低能耗、延长停机检修周期。以某厂改造一台长网纸机为例，它有两个分部：一个是烘缸（干部），一个是网部（湿部）。根据工艺要求抄纸速度为20－100m/min，纸页定量为9－30g/m2。一般纸机的传动精度要求达到1－3‰，由于速度变化范围大，昀低定量为9g/m2,要求纸机的传动精度更高。因此，选择纸机的传动控制方案闭环系统。（二）、节能效益分析根据该厂改造前和改造后纸机能耗对比，如下：1.改造前的电功率：90米的车速P90=74A×180V＋3×220=13980W=13.98kW（直流传动）2.按一年生产300天计：整机用电=300×24×13.98=100656(kWh)3.改造后的电功率：90米的车速P90=1.732×16A×380V=10530W=10.53(kW)（变频传动）4.整机用电=300×24×10.53=75816(kWh)5.全年可节电=100656－75816=24840(kWh)由此可以得出应用变频器后实际节能为：25%（三）、工艺效益分析①纸机的运转率提高：27%以上（由月平均产量得到，已排除其他因素）可增产值：②成品率提高：1.6%综上所述，采用变频器后提高纸机的运转性能，进一步提高了经济效率。（四）造纸附属设备的变频器应用分析造纸机的辅助设施包括以下几个系统：供浆系统、白水系统、真空系统、压缩空气系统、化学品制备及传送系统、供水系统、蒸汽系统等。为了使造纸机能够连续均衡地运转，它的辅助设施能力，一般应超过造纸机的昀大生产能力的15%-30%，这将存在具大的能量损耗。供浆系统的变频应用：供浆系统必须满足下列几个条件：（1）向造纸机输送的浆料要稳定，误差不能超过±5%；（2）浆料的配比和浓度要稳定均匀；（3）贮备一定的浆料量，使供浆能力可以调节，以适应造纸机车速和品种的改变；（4）对浆料进行净化精选（5）处理造纸机各部分损纸。通常情况下，供浆系统由供浆管路的浆泵、冲浆泵和净化设施的压力筛、除渣器组成，要达成以上五点目的，昀主要就是要对浆泵和冲浆泵从全速运行变为可速度调节变频运行，昀终满足供浆自动化。以冲浆泵为例来说明变频器的速度控制流程：该变频控制宜采用双闭环系统的速度控制方式，外环是速度闭环，内环是电流或转矩闭环。冲浆泵速度的设定值一方面是由浆速和网速比变化而获得，另一方面是来自于流浆箱的压力控制器。前者是主调，后者是微调。纸机的浆速和网速比基本上是恒定的，因此纸机的网速一旦变化，冲浆泵的转速也跟随变化；为了提高速度调节器的精确性和反映流浆箱的实际工艺过程，通常还需取流浆箱的压力PID控制输出值的±5％的变化