高壓變頻器在化機(jī)漿蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵中的應(yīng)用

　　1引言

　　山東太陽紙業(yè)股份有限公司是一家全球先進(jìn)的跨國造紙集團(tuán)和林漿紙一體化企業(yè)，是中國最大的民營造紙企業(yè)、中國最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(tuán)擁有資產(chǎn)總額186億元，年漿紙產(chǎn)能350萬噸，產(chǎn)品主要服務(wù)于中國、美國、非洲、東南亞、 等國家和地區(qū)。

　　打造資源節(jié)約型和環(huán)境友好型企業(yè)，追求企業(yè)、環(huán)境、社會的和諧統(tǒng)一和互惠共贏，是太陽人不懈的努力方向。隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷加劇，節(jié)能降耗成為公司降低生產(chǎn)成本、增加利潤率、提高企業(yè)競爭力的有效手段之一。

　　2改造項目介紹

　　化機(jī)漿黑液蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝流程為：制漿產(chǎn)生的黑液通過壓力篩過濾排入廢液塔，由廢液塔進(jìn)入蒸發(fā)器，通過蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)分級處理，其中的重污濃縮液排入濃縮液池并進(jìn)入堿回收處理，輕污排入木片洗滌水槽用來清洗木片，蒸發(fā)產(chǎn)生的白水進(jìn)入白水塔和盤磨稀釋水混合后排入熱白水槽循環(huán)進(jìn)入化機(jī)漿制漿系統(tǒng)，從而實現(xiàn)廢水的零排放。

　　黑液蒸發(fā)所采用的MVR蒸發(fā)技術(shù)，代表了全球廢水蒸發(fā)處理的最高水平。其原理是利用蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵處理蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽，把電能轉(zhuǎn)換成熱能，提高二次蒸汽的焓，并把被提高熱能的二次蒸汽作為熱源打入蒸發(fā)器進(jìn)行加熱黑液，以達(dá)到循環(huán)利用二次蒸汽已有的熱能，不需要外部鮮蒸汽，依靠蒸發(fā)器自循環(huán)來實現(xiàn)蒸發(fā)濃縮的目的。

　　蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵它是黑液蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件，它的可靠、穩(wěn)定運行是整套黑液蒸發(fā)系統(tǒng)正常運行的根本保障。由于蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵在整套系統(tǒng)中的特殊功用，所以它是一個特殊的負(fù)載類型，既非風(fēng)機(jī)又不能等同于普通泵類負(fù)載。蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵功率大，是化機(jī)漿蒸發(fā)工段的高耗能設(shè)備，如能成功對其進(jìn)行節(jié)能改造，將會產(chǎn)生非常可觀的效益。

　　蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵的配套高壓電動機(jī)參數(shù)見表1。

　　正常運行時，需要調(diào)整風(fēng)機(jī)泵輸出口的擋板開度來滿足工藝要求，擋板開度通常在50%~60%之間，而電機(jī)一直處于全速運行狀態(tài)。由于采用擋板來調(diào)節(jié)，擋板造成了極大的能量浪費，且擋板的開度越小則耗能就更多，對于高壓大功率電動機(jī)，耗能則更大。

　　該項目旨在對風(fēng)機(jī)泵電機(jī)進(jìn)行變頻改造，通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來提高電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的效率，且變頻調(diào)節(jié)時擋板可以全開，避免因擋板調(diào)節(jié)造成的損失。

　　隨著國產(chǎn)高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，使得這一技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，國內(nèi)10kV電壓等級變頻器應(yīng)用越來越多，經(jīng)查證：ABB、VACON、羅克韋爾等知名的國外品牌沒有10kV這一等級，其采用變通的方式解決，需要增加升(降)壓變壓器，或者更換匹配的電機(jī);考慮目前國內(nèi)的此類產(chǎn)品技術(shù)也比較成熟，關(guān)鍵元器件也是選用國外知名產(chǎn)品，且在價格、售后服務(wù)與技術(shù)支持等方面更具有優(yōu)越性，經(jīng)過多方調(diào)研、比較，我們最終選擇了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-3000F型(3000kW/10kV)高壓變頻器。表2為JD-BP-3000F型高壓變頻器的主要參數(shù)。

　　3改造方案

　　改造前，原系統(tǒng)10kV高壓開關(guān)柜至電機(jī)，電機(jī)與風(fēng)機(jī)泵直接連接，改造后，系統(tǒng)10kV高壓開關(guān)柜至高壓變頻器，高壓變頻器與電機(jī)相連，電機(jī)與風(fēng)機(jī)泵之間不用做任何改動。

　　為防止變頻器檢修或故障對生產(chǎn)的影響，本次采用的JD-BP38-3000F型高壓變頻器配置手動工頻旁路，并采用一拖一的控制方式，裝置一次接線如下圖1所示：

　　圖1 手動旁路柜一次回路

　　手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關(guān)K1、K2、K3，當(dāng)K1、K2閉合，K3斷開時，10kV電源經(jīng)隔離刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)K2送至電動機(jī)，電動機(jī)變頻運行;一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，可斷開隔離刀閘K1、K2，合上K3，在工頻電源下啟動電機(jī)運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。隔離刀閘K1、K2、K3之間具有閉鎖和防止誤操作功能。

　　利用原有DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點，將高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)納入原有DCS控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)方/就地控制功能。在就地監(jiān)控方式下，通過變頻器上的觸摸屏顯示，可進(jìn)行就地人工啟動、停止變頻器，可以調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率;就地控制窗口采用中文操作界面，功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定等均采用中文;在遠(yuǎn)方監(jiān)控方式下，可通過變頻器的外圍端子進(jìn)行遠(yuǎn)方人工啟動、停止變頻器，可以調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率并監(jiān)控運行頻率和輸出電流。當(dāng)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)將故障信息發(fā)送給DCS，以便于及時排除故障。

　　高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和上級進(jìn)線開關(guān)柜設(shè)置連鎖，當(dāng)上級進(jìn)線開關(guān)柜斷路器處于合閘位置時，絕不允許操作變頻調(diào)速系統(tǒng)旁路柜內(nèi)高壓隔離開關(guān)，以防出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作的安全性，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障時能及時跳開上級開關(guān)柜斷路器保護(hù)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和電機(jī)。

　　4變頻改造后運行效果

　　4.1 節(jié)能效果

　　蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵變頻改造后，高壓變頻器一次投運成功。改造達(dá)到了預(yù)期目的。現(xiàn)場運行照片如圖2所示。

　　與原有的工頻驅(qū)動方式相比，擋板全開，變頻調(diào)速系統(tǒng)運行在45Hz左右，與調(diào)節(jié)擋板時的消耗功率大大減小。表3為變頻改造前的運行數(shù)據(jù)，表4為變頻改造前的運行數(shù)據(jù)，表5為變頻改造前后電機(jī)運行數(shù)據(jù)比較表。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)記錄，變頻投入運行后減小的輸入功率為：493kW，節(jié)電率達(dá)24%。按平均每天運行24小時，一年運行330天，電價0.65元/kW?h計算，

　　年節(jié)電量：493*24*330=390.456(萬kW?h)

　　年節(jié)約電費：390.456*0.65=253.8(萬元)

　　每節(jié)約一度電，相當(dāng)于節(jié)省了0.404千克煤的能耗和4升純凈水，同時還減少了0.96千克二氧化碳和0.03千克二氧化硫的排放。

　　節(jié)能改造后全年節(jié)電量相當(dāng)于節(jié)省了1577噸煤的能耗和1562萬升純凈水，減少3748噸二氧化碳和117噸二氧化硫的排放。

　　4.2 間接效益

　　(1)通過對重點耗能設(shè)備進(jìn)行變頻節(jié)能改造，可以很好的緩解公司供電壓力。

　　(2)大大降低了現(xiàn)場操作工的勞動強(qiáng)度。經(jīng)變頻改造后，可以實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)泵的遠(yuǎn)方控制，根據(jù)進(jìn)入蒸發(fā)器黑液量的多少，隨時調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來滿足生產(chǎn)需要，無需人為去現(xiàn)場進(jìn)行擋板的調(diào)節(jié)。對風(fēng)機(jī)泵的調(diào)節(jié)更精確且變頻調(diào)節(jié)與擋板調(diào)節(jié)相比更為直觀，深受現(xiàn)場操作人員的歡迎。

　　(3) 有效地改善了現(xiàn)場運行環(huán)境，由于電機(jī)以及負(fù)載轉(zhuǎn)速下降，大大降低了設(shè)備噪聲污染，現(xiàn)場操作人員非常歡迎。

　　(4)延長了電機(jī)和風(fēng)機(jī)泵的使用壽命。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)泵的大部分工作時間都在較低的速度下運行，因而大大降低了風(fēng)機(jī)泵工作的機(jī)械強(qiáng)度和磨損，將會大大延長風(fēng)機(jī)泵和電機(jī)的使用壽命。

　　(5)減少了對電網(wǎng)的沖擊。采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實現(xiàn)軟啟動，電機(jī)啟動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，啟動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)無大的沖擊，啟動更平滑。

　　5結(jié)束語

　　風(fēng)光JD-BP38-3000F高壓變頻器現(xiàn)場運行情況表明，采用國產(chǎn)高壓變頻器對化機(jī)漿蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵等重點耗能設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能，可有效降低漿紙的生產(chǎn)成本，使公司在競爭日益激烈的市場中更具競爭力。此次造紙廠化機(jī)漿蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵變頻改造是高壓變頻器在造紙領(lǐng)域的一個突破，在同行業(yè)中推廣潛力巨大。