造紙廠變頻改造

造紙廠變頻改造綜述

一、國內造紙設備的調速方式現狀

制漿造紙工業裝機容量大，生產連續性要求高，但大部分造紙廠設備陳舊，工藝落后，尤其調速方式落后，造紙廠需要調速的造紙設備采用以下幾種調速方式調速：

• 更換異步電機的皮帶輪進行有極調速；
• 交流整流子異步電機小范圍的無極調速；
• 直流發電機組---直流電機調速；
• 可控硅整流裝置-----直流電機調速（小紙廠常用）；
• 電磁離合器----鼠籠電機調速；
• 異步電機配用傘形皮帶輪小范圍調速（切紙機多用此）；
• 交流變頻器----異步電機無極調速。

二、造紙廠的調速設備概況

造紙廠通常需要調速的設備有造紙機，紙板機，復卷機，超級壓光機,切紙機，鍋爐鼓風機、引風機，補水泵，循環泵，清水泵，污水泵，紙漿泵，堿回收泵等。

具體的調速簡況如下：

低速紙機多為異步電機總軸傳動，單機容量大。老式中速紙機也為總軸傳動，新型的均為直流電機分步傳動。目前高速紙機都是直流電機分步傳動。一般有7~14個分步，裝機容量約為3000KW，單機容量約在200~500KW。

三、造紙廠應用交流變頻調速技術的實效

造紙廠屬于輕化工企業，是**防火單位，對防火要求很嚴。比如造紙小復卷機，很多都采用可控硅裝置------直流電機的調速方式，但因復卷機周圍的紙屑，粉塵多，必須經常打掃，否則紙屑積集在整流子附近會因電刷打火燃燒，嚴重的威脅**生產。由于復卷機操作頻繁，需再生制動，因此原直流電機的碳刷磨損嚴重。必須定期打掃，換刷。不僅維修費用高，而且影響生產進度。

在造紙廠應用交流變頻技術，有如下優點：

1．變頻器體積小，重量輕，不必另設控制盤，相對于可控硅裝置占地面積大大縮小，而且安裝容易，調試簡單，操作方便，噪音小，無振動。

2．調速精度完全滿足造紙生產要求，當負荷變化或電網電壓波動時，電機轉速無變化，適應性強。

3．具有完善的保護功能，可靠性強。

4．變頻器具有自我診斷的功能，檢修方便，大大的減停機檢修的時間。

5．節電效果明顯，一般在20~40%左右。

6．實現了無極調速，當變換生產品種，進行設備搶修，更換毛布銅網，或發生其他故障時，均可以不停機調速，從爬行，慢速到設定速度均可以隨意調整，大大減輕了工人的勞動強度，縮短了檢修，試車的時間。既增加了產量。又延長了器件的使用壽命。

7．變頻器有軟啟動的功能，非常適合用于軟啟動的調速設備（復卷機，超級壓光機）。

四、造紙機的理想拖動系統

國內造紙行業中，紙機拖動系統無論是單機總軸傳動，還是分步傳動，大多采用晶閘管，整流雙閉環調速穩速系統。如1880造紙機，該系統控制部分所用元件及系統的成套技術比較落后，各類技術參數分散性較大，所組成的放大器漂移大，受溫度影響敏感，電路元件多，焊點多，插接點多，可靠性差，抗干擾能力低，導致系統穩定性差，直接影響紙機產量及產品質量。具不完全統計，上述系統穩定率低于85%，年維修費用昂貴，該系統所存問題如下：

• 穩定精度低，速度波動頻繁。
• 測速機碳刷及換向器的接觸**等造成速度波動。
• 受溫度的變化而造成速度的慢漂移。
• 系統維修費用高，值班室不能離人。
• 車速慢，僅80m/min，車速無法提高，針對上述問題，采用交流變頻器替代原晶閘管拖動系統。

該系統自動化程度很高，內部具有轉差自動補償控制，能自動根據負載電流的變情況檢測到其變化信號，調整其輸出頻率，從而達到在負載變化時輸出頻率自動跟蹤的目的。另外，還增加了一個轉速檢測及跟蹤環節，既由轉速編碼器檢測到的電機轉速信號反饋到變頻器的給定端，完成速度跟蹤的任務。該系統安裝調試完后，投運一次成功，運行以來系統運行可靠，穩定，操作簡單方便，無須專人值班，車速可以達到500m/min。在線無極調速，穩定率達到95%以上，完全解決了直流拖動系統存在的問題，從而提高了產品的產量和質量，降低了消耗和成本，減輕了工人的勞動強度，節能35%以上，（直流系統總負荷75A/380V，交流系統為45A/380V）。節能效果明顯。

五、變頻器在連續蒸煮裝置中的應用

在造紙行業中，許多電機須經調速才能使生產正常進行，如造紙車間因各段烘缸的線速度不同，要對每段烘缸進行調速，一般均采用直流調速。制漿車間連續蒸煮工段，眾多紙廠已采用先進的濕法備料工藝，即用水洗滌葦片達到除渣，預浸的功能。因為環境極為潮濕，其它調速方式不能滿足生產條件，交流調速是*好的方法。用一臺變頻器對37KW的電機調速，拖動一臺37KW的葦片泵，為連蒸部分輸送經洗滌后的葦片。根據電機不同轉速改變葦片泵流量，并利用其它手段控制其葦片濃度，使輸送的葦片量桓定并達到設計產量所需葦片量，并要葦片泵在其正常運行范圍內工作，要達到以上要求，變頻器是*好的選擇。

• 濕法備料工藝流程簡介。

葦片送到洗滌器內，供液泵將清水注入洗滌器內，在洗滌器中水和葦片混合，攪拌器使水和葦片混合物形成渦流洗滌，渣滓由排渣器排出，洗凈的葦片和水由葦片泵抽出送到脫水機，脫水后葦片以一定干度送到連蒸部分，濕法備料中需要自動化儀表控制洗滌器液位，葦片泵流量等參數。

• 控制系統簡介
  • 進水流量控制：包括流量變送器，電器調節器，液位檢測器三部分。
  • 葦片泵轉速控制：包括變頻器，調節器（顯示，給定作用）兩部分。
  • 洗滌器液位控制：包括壓力變送器，配電器，調節器三部分。

控制系統如下：以控制洗滌器液位（80%）為主使進水量，進葦片量和出葦片與水混合物量達到動態平衡，在產量一定時葦片消耗量一定，，因而在洗滌器中葦片的濃度保持一定時，葦片泵抽葦片和水混合物的流量也就是一定的，但濃度是人工測出的，因此要調節流量。在實際生產中，輸送的葦片量基本滿足生產需要，并保持一定，使葦片泵流量稍大，故濃度降低，這樣不易發生阻塞。葦片泵流量不經常改變，由液位控制部分檢測液位，液位變化時，由液位控制部分給進水流量控制液位量，而改變進水流量。

• 有關工藝參數：

設計蒸煮能力60t/d（2.5t/h）

得漿率40%

葦片用量125t/d（5.2t/h）

洗滌器液濃度3%

葦片泵流量170m3/h

4,試運行中的幾種方案

在連蒸試機中，曾不用變頻器，但試機中發現用四級電機流量太大，遠超過液位進水控制范圍，若用六級電機，則揚程不夠，葦片抽不上來，故用四級電機。曾想通過改變電機泵葉輪尺寸以減少流量揚程，但葉輪減小后，流量則不能改變。使用變頻器后，通過調速改變流量，使系統正常運行。

列下表供比較（泵：37KW，電機：37KW，轉速：480r/min，△接法，額定電流70A）

由上表可見,未用變頻器時,電機,泵過載,在測試中發現運行不到半小時時,泵軸承及電機發燙,為保設備**,只好停機,且洗滌器液位不能穩定,液位一直在下降.

5,使用變頻器后工藝參數實測數據

在實際生產中,洗滌器濃度3%是不容易控制的,實測兩次數據如下(3%為設計指標)

6,變頻器安裝情況

洗滌器旁極為潮濕,故變頻器安裝在MCC柜(電機集中控制柜)室內,距葦片泵約15m,由電纜電器連接,安裝嚴格按說明書,接地妥善處理,距安裝試運行發現,接地非常重要,在不連接電機地線時,因變頻器的諧波較豐富,在電機接地線上感應出對地4v的電壓,電機三相線也有感應電流,從而造成計量儀表誤差和三相不平衡(在只抽水時,曾測三相電源電流未接地時為36A,50A,50A,接地后三相電流為41A,40A,41A).

7,運行情況

運行中,嚴格執行操作規程,不可違章操作.從變頻器使用情況看,除其優良的調速性能外,啟動時對葉輪損傷很小,變頻器有軟啟功能,啟動電流小,有效的保護電機.使用變頻器,不僅有很好的節能效果,而且能滿足生產工藝要求,產品質量,產量提高.如果運行頻率在40Hz以下,節能就能達到30%以上.

六、1760抄紙機變頻改造實例

我公司為某紙廠改造一套原設計為可控硅雙閉環控制傳動1760中抄紙機,是二期工程的主生產線,原設計為12個分部220m/min車速,可以生產銅版原紙雙膠印刷紙,靜電復寫紙,等**文化用紙。其后廠里為解決新上項目---印刷廠無碳復寫紙生產線的配套問題，決定對未投產的該生產線進行技術改造，自控系統提出要求：水分，定量，微機在線檢測與自動控制，主傳動要求車速由220m/min提高到350m/min，電機容量加大，由原來的12個分部300KW提高到14個分部500KW。經性能價格比確定，自控系統（包括主傳動）全部上微機，原則是：引進關鍵設備，國內配套。為此我們確定主傳動選用普傳系列產品變頻器進行調速，并利用其通訊功能將抄紙機的工作過程用微機進行控制和管理。

• 變頻器主要技術指標

1、調速范圍寬，變頻器的調速范圍很寬能適應各種調速設備的要求，頻率范圍0~400Hz可調。

2、控制精度高，變頻器的數字設定分辨率為0。05Hz，模擬設定分辨率為0。2Hz。

3、動態特性好，變頻器側采用自關斷器件IGBT速度快，負載電壓和頻率受控于變頻器的CPU，故調節速度快，系統動態特性好。

4、控制功能很強，適合多種不同性質的負載和不同的控制系統，通過端子可與各種頻率設定信號接口。如0~10v，4~20mA，可通過端子控制正反轉，多點停車等。

5、保護功能很強，變頻器有13種保護功能常用的有過壓，欠壓，過流，過載，過熱等等。

6、變頻器通訊功能強大，如配上傳行口，能方便地與計算機和PLC通信，并可在其上面設定或修改變頻器的參數，且能控制變頻器的運行狀態和速度給定，并能監視變頻器的各種運行參數，使復雜的多機控制系統易于實現。

• 系統改造要求

1、主要技術指標：

• 在電網電壓變化15%環境溫度變化-100C~400C等條件下，變頻器輸出頻率穩定，運行可靠。
• 機械特性：要求負載變化20%時，系統轉速變化率〈0.4%。
• 穩定精度：在規定電網電壓于負載條件下，開機1小時后到8小時，16小時，24小時連續測定變頻器及速度變化率〈0.1%
• 調速精度0.01%。

2、主要功能要求：

• 保護功能：OU，OC，LU，OH，OL，及電機過熱保護等
• 通過對紙機速度，斷紙信號的檢測，可自行計算班產量，日產量。
• 定時打印，定量控制水分，控制平均值，車速，紙漿，濃度，流量，氣壓，斷紙次數，停機時間等各種數據，并打印班報表，日報表等。
• 具有多條V/F曲線選擇及自適應功能，轉差率補償功能等等。
• 由于本系統微機控制部分為雙機，一運行一熱備，與水分，定量控制系統保持相對獨立，可在需要時切斷它們之間的聯系，而將一臺微機改辦為辦公設備，利用中文處理軟件編制打印各種文件。

（三）應用變頻器后的實效

該生產線14臺電機，總的裝機容量為496KW，利用變頻調速后運行的實測如下：

該廠1760/330紙機變頻改造的實測如下：

1、取代了國內大部分紙機所用的可控硅---直流電機調速方式，使得生產更加**，不必擔心紙屑積聚在整流子附近因電刷打火而燃燒，也不會因碳刷磨損更換停機而影響生產進度。

2、變頻器體積小，重量輕，相對于可控硅裝置占地面積小，而且安裝容易，調試簡單，操作方便，噪音小，無震動。

3、調速精度完全滿足生產需要，當負荷變化或電網電壓在340~420v范圍波動時，電機轉速基本不變。

4、先進的微機通信功能使得對紙機的控制和操作更加簡單明了，大大地提高了整個系統的效率。

5、由于實現了無極調速，當變換產品品種，進行設備檢修更換毛布銅網，或發生其他故障時，均可實現不停機調速，從爬行滿速到正常速度可以隨意調節，大大減輕了工人的勞動強度，也縮短了檢修，試車的時間，既增加了產量，又延長了易損件的使用壽命。還有利于提高產品質量，其經濟效益非常明顯，如改造前紙機只能生產60~100克的銅板原紙和60~70克的靜電復寫紙，改造后還可生產40~55克無碳復寫原紙，產量由原來的6000噸提高到萬噸。

6、節電效果十分明顯，一般節電10~40%

7、減少了電機的啟動電流，非常適用于復卷機，壓光機等需要軟啟動的設備。

（四）紙廠鍋爐鼓風機，引風機，清水泵，循環泵，排污泵，污水處理攪拌`堿回收泵，風機等，都可以采用變頻調速調節方式取代傳統的閥門調節，不僅節電效果明顯，高達30~70%，而且改善了流量，流速和壓力控制精度，提高產品質量和產量，綜合效益好。

（五）在實際應用中遇到的問題及解決方案

由于變頻器分別驅動各自的電機，當生產工藝要求其中八臺電機必須連動時，如1760抄紙機中傳動部分的真空吸移輥（15KW）溝絞輥（37KW）。真空壓榨輥（35KW）互相之間用毛布相連，，此時由于各電機轉速的微小差異，可能其中，某臺電機會出現過壓現象，此時，只要將驅動此三臺電機的變頻器的直流部分并聯即可。

隨著時間的推移，造紙廠其它設備如何采用變頻器以適應或改進生產工藝，降低生產成本，提高產量和質量等，如磨漿機大都采用調整刀子間隙的方式控制木漿細度，既不**，又浪費電，如果改為變頻器調節刀子的速度，做到既準確又節電，定會收到事半功倍的效果。

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