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摘要：衛(wèi)生紙造紙機的真空系統(tǒng)電耗占總電耗的20%~25%。嚴格的節(jié)能減排政策，日益激烈的市場競爭，促使造紙企業(yè)必須尋求節(jié)能降耗的空間。隨著科技技術(shù)的發(fā)展，一些造紙企業(yè)開始針對真空系統(tǒng)進行優(yōu)化升級，如真空泵變頻節(jié)能改造，真空泵伺服電機節(jié)能改造，透平真空泵應(yīng)用等，廣東某造紙企業(yè)根據(jù)實際的改造案例，對比3種真空泵節(jié)能改造的優(yōu)劣，分析其投入與產(chǎn)出，為衛(wèi)生紙造紙企業(yè)的真空系統(tǒng)節(jié)能降耗提供參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：真空系統(tǒng)；節(jié)能；變頻；伺服電機；透平真空泵；羅茨真空泵
1改造案例的現(xiàn)有設(shè)備參數(shù)
本案例所用紙機為日本真空圓網(wǎng)造紙機，車速1000m•min-1，幅寬3400mm，真空系統(tǒng)采用2臺羅茨真空泵。網(wǎng)部真空泵：品牌伊藤鐵工，型號RS-300C，風(fēng)量170m3•min-1，真空度-200mmHg，功率160kW，實際運行電流182A，實際真空度-15~-20kPa。壓榨、毛毯真空泵：品牌伊藤鐵工，型號RS-350C，風(fēng)量190m3•min-1，真空度-300mmHg，功率200kW，實際運行電流215A，實際真空度-15~-20kPa。以上兩臺真空泵原配置是工頻電機，采用軟啟動控制，只要紙機開機生產(chǎn)，不管什么車速，什么定量，電機均是滿載運行，不能對工藝的改變作出調(diào)整，能耗偏高。以下改造案例的測試條件是：定量15g•m-2衛(wèi)生紙，車速1050m•min-1，電流數(shù)據(jù)采自變頻器或伺服驅(qū)動器的輸入側(cè)，數(shù)據(jù)均是多次采集后取平均值。
2工頻電機改變頻電機和變頻控制
變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變頻率來達到電機調(diào)速目的的技術(shù)，變頻調(diào)速具有效率高、調(diào)速范圍寬、精度高、調(diào)速平穩(wěn)、無級變速等優(yōu)點，因而被廣泛使用，是國家電機能效提升計劃非常重要的技術(shù)。對真空泵升級最直接、最簡單、最成熟的改造就是將工頻電機更換成變頻電機，采用變頻控制的方式控制電機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，調(diào)節(jié)真空泵的電機轉(zhuǎn)速，達到節(jié)電的目的。變頻改造的回收期只有8~9個月。如果你想節(jié)約投資，用原來的工頻電機，只增加變頻控制，改造成本可以節(jié)約一半，回收期只4個月，但你要面對電機溫度升高，能效偏低，容易燒損等問題。
3工頻電機改伺服電機和伺服控制
伺服電機，它與變頻電機最主要的區(qū)別是自身帶有編碼器，然后將編碼器信號傳輸?shù)剿欧姍C驅(qū)動器里面，構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有啟動快，停止快，帶負載能力比變頻電機好的特性，可以實現(xiàn)對速度、轉(zhuǎn)矩、位置3種控制方式，在要求較高的場合應(yīng)用較多。伺服電機價格一般是變頻電機的4~5倍，對真空泵升級改造采用伺服電機的做法比較奢侈，大部分造紙企業(yè)都不會采用這種方案。但國內(nèi)有一些伺服電機的制造企業(yè)顛覆傳統(tǒng)買和賣的合作方式，開創(chuàng)出一種新的合作模式，即伺服電機廠家對企業(yè)進行調(diào)研后，根據(jù)調(diào)查的結(jié)果，免費對能耗高、節(jié)能空間大的設(shè)備進行伺服電機進行改造，通過改造前后的用電數(shù)據(jù)進行對比，將節(jié)省下來的錢按比例分成，伺服電機廠家一般3~5年回收投資成本并盈利，企業(yè)也在改造過程中節(jié)約能耗，獲得利益，達到雙贏的結(jié)果。本文的案例也是采用這種合作方式進行的改造。伺服電機改造的節(jié)能量大約32%，比變頻電機改造提高10%，但由于伺服電機的價格偏高，回收期需要16個月。如果采用節(jié)能合同的方式，節(jié)能收益對半分三年，供應(yīng)商回收約67.5萬元，企業(yè)節(jié)能獲利約67.5萬元，這種雙贏的合作模式，也是一個很好的選擇。
4透平真空泵代替羅茨真空泵
透平真空泵的工作原理是利用葉片和氣體相互之間的共同作用，葉輪的高速轉(zhuǎn)動，提高氣體壓力和動能，并利用相繼的通流元件使氣流減速，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。為了獲得最終需要的壓力，一般使用多級組合壓縮的方式。而作為真空發(fā)生器使用時，排出的最終壓力為大氣壓，吸入壓力則為負壓[2]。透平式真空泵用在真空系統(tǒng)時，葉輪運行速度較高，多級機的操作速度一般在5000r•min-1，單級機的操作速度在10000r•min-1以上[3]。由于氣體挾帶的水分或其他異物進入高速運動的透平風(fēng)機，可能會對其造成致命的損害，因此透平風(fēng)機吸入口前必須有大型的水泥或全不銹鋼結(jié)構(gòu)的氣水分離室，把氣流速度控制在3m•s-1以內(nèi)?？諝庠诒患铀賶嚎s和釋放過程中會產(chǎn)生較大的噪音，設(shè)計安裝時，一般將透平式真空泵安裝在較為密閉的房間，防止噪音擴散。通過現(xiàn)場調(diào)研和檢測相關(guān)的運行參數(shù)，確定采用一臺單級透平真空泵代替兩臺羅茨真空泵，透平泵的選型如下：品牌杭州傻龍，型號TBJIG-S310/1.36，風(fēng)量300m³•min-1，真空度-25kPa，功率250kW，初步理論計算每小時節(jié)約電能60kW•h，每年節(jié)約30萬元。改造完畢并經(jīng)過兩個月的運行，得出詳細的參數(shù)對比，具體數(shù)據(jù)見表3。通過表3的數(shù)據(jù)對比看出：透平真空泵的節(jié)能量大于以上兩種改造方法，達到40%的節(jié)能量，究其原因主要在于透平真空泵有80%的超高效率，而傳統(tǒng)的水環(huán)真空泵或羅茨真空泵的效率只有40%~50%，甚至更低[4]。但由于泵體價格高和需要修改真空管路，導(dǎo)致投資回收期約19個月，但節(jié)能是長期效益，從長遠的角度來看，是非常好的一個改造項目。
5結(jié)束語
在對真空系統(tǒng)研究和分析的過程中，我認為紙頁的干燥應(yīng)該遵循的規(guī)則是：紙頁干燥的總水量=壓榨脫水量+真空抽吸脫水量+蒸發(fā)水量，真空抽吸水量越大，會導(dǎo)致壓榨脫水量減少和紙機傳動負載增加，壓榨脫水相對真空抽吸，壓榨脫水使用的能耗低，效率高，應(yīng)該優(yōu)先考慮，所以合理的真空抽吸量是降低能耗的重要措施。以上3種真空泵的改造方法，都是在合理的調(diào)整真空抽吸量來匹配生產(chǎn)工藝需求，達到真空脫水和壓榨脫水最大化。同時，因改造方法的不同，設(shè)備效率也有所不同，通過對比，從長遠的經(jīng)濟效率來看，選用透平真空泵是最好的。隨著國內(nèi)研發(fā)制造實力的增強，設(shè)備成本的降低，相信透平式真空泵一定會廣泛地應(yīng)用于我國造紙工業(yè)，為國家的節(jié)能減排目標(biāo)做出貢獻。
參考文獻：
[1]李振波，李繼庚．造紙機真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的研究[J].中國造紙，2016，35(9):8-15.
[2]曹海兵，李六柏．透平風(fēng)機在衛(wèi)生紙機的應(yīng)用[J].紙和造紙，2018，37(4):9-10.
[3]劉斌．透平式真空泵在現(xiàn)代紙機上的應(yīng)用[J].中國造紙，2012，31(1):52-55.
[4]向長江．造紙機的真空系統(tǒng)[J].紙和造紙，2016，35(5):8-9.
作者：梁新強 單位：維達國際控股有限公司