高壓變頻器在化機漿蒸發風機泵中的應用

　　1引言

　　山東太陽紙業股份有限公司是一家全球先進的跨國造紙集團和林漿紙一體化企業，是中國最大的民營造紙企業、中國最大的高檔涂布包裝紙板生產企業、中國食品級包裝用紙領軍企業。集團擁有資產總額186億元，年漿紙產能350萬噸，產品主要服務于中國、美國、非洲、東南亞、 等國家和地區。

　　打造資源節約型和環境友好型企業，追求企業、環境、社會的和諧統一和互惠共贏，是太陽人不懈的努力方向。隨著市場經濟的不斷加劇，節能降耗成為公司降低生產成本、增加利潤率、提高企業競爭力的有效手段之一。

　　2改造項目介紹

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

　　黑液蒸發所采用的MVR蒸發技術，代表了全球廢水蒸發處理的最高水平。其原理是利用蒸發風機泵處理蒸發產生的二次蒸汽，把電能轉換成熱能，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器進行加熱黑液，以達到循環利用二次蒸汽已有的熱能，不需要外部鮮蒸汽，依靠蒸發器自循環來實現蒸發濃縮的目的。

　　蒸發風機泵它是黑液蒸發系統的核心部件，它的可靠、穩定運行是整套黑液蒸發系統正常運行的根本保障。由于蒸發風機泵在整套系統中的特殊功用，所以它是一個特殊的負載類型，既非風機又不能等同于普通泵類負載。蒸發風機泵功率大，是化機漿蒸發工段的高耗能設備，如能成功對其進行節能改造，將會產生非常可觀的效益。

　　蒸發風機泵的配套高壓電動機參數見表1。

　　正常運行時，需要調整風機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，而電機一直處于全速運行狀態。由于采用擋板來調節，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，耗能則更大。

　　該項目旨在對風機泵電機進行變頻改造，通過調節電動機的轉速來提高電機驅動系統的效率，且變頻調節時擋板可以全開，避免因擋板調節造成的損失。

　　隨著國產高壓大功率變頻調速技術的日益成熟，使得這一技術廣泛應用于各個行業，國內10kV電壓等級變頻器應用越來越多，經查證：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;考慮目前國內的此類產品技術也比較成熟，關鍵元器件也是選用國外知名產品，且在價格、售后服務與技術支持等方面更具有優越性，經過多方調研、比較，我們最終選擇了山東新風光電子科技發展有限公司生產的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。

　　3改造方案

　　改造前，原系統10kV高壓開關柜至電機，電機與風機泵直接連接，改造后，系統10kV高壓開關柜至高壓變頻器，高壓變頻器與電機相連，電機與風機泵之間不用做任何改動。

　　為防止變頻器檢修或故障對生產的影響，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K1、K2、K3，當K1、K2閉合，K3斷開時，10kV電源經隔離刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經K2送至電動機，電動機變頻運行;一旦變頻裝置出現故障，可斷開隔離刀閘K1、K2，合上K3，在工頻電源下啟動電機運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。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控制系統的預留點，將高壓變頻調速系統納入原有DCS控制系統，實現了遠方/就地控制功能。在就地監控方式下，通過變頻器上的觸摸屏顯示，可進行就地人工啟動、停止變頻器，可以調整轉速、頻率;就地控制窗口采用中文操作界面，功能設定、參數設定等均采用中文;在遠方監控方式下，可通過變頻器的外圍端子進行遠方人工啟動、停止變頻器，可以調整轉速、頻率并監控運行頻率和輸出電流。當高壓變頻調速系統出現故障時，系統將故障信息發送給DCS，以便于及時排除故障。

　　高壓變頻調速系統和上級進線開關柜設置連鎖，當上級進線開關柜斷路器處于合閘位置時，絕不允許操作變頻調速系統旁路柜內高壓隔離開關，以防出現拉弧現象，確保操作的安全性，當出現嚴重的故障時能及時跳開上級開關柜斷路器保護高壓變頻調速系統和電機。

　　4變頻改造后運行效果

　　4.1 節能效果

　　蒸發風機泵變頻改造后，高壓變頻器一次投運成功。改造達到了預期目的。現場運行照片如圖2所示。

　　與原有的工頻驅動方式相比，擋板全開，變頻調速系統運行在45Hz左右，與調節擋板時的消耗功率大大減小。表3為變頻改造前的運行數據，表4為變頻改造前的運行數據，表5為變頻改造前后電機運行數據比較表。

　　根據數據記錄，變頻投入運行后減小的輸入功率為：493kW，節電率達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，

　　年節電量：493*24*330=390.456(萬kW?h)

　　年節約電費：390.456*0.65=253.8(萬元)

　　每節約一度電，相當于節省了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。

　　節能改造后全年節電量相當于節省了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)通過對重點耗能設備進行變頻節能改造，可以很好的緩解公司供電壓力。

　　(2)大大降低了現場操作工的勞動強度。經變頻改造后，可以實現對風機泵的遠方控制，根據進入蒸發器黑液量的多少，隨時調節電機轉速來滿足生產需要，無需人為去現場進行擋板的調節。對風機泵的調節更精確且變頻調節與擋板調節相比更為直觀，深受現場操作人員的歡迎。

　　(3) 有效地改善了現場運行環境，由于電機以及負載轉速下降，大大降低了設備噪聲污染，現場操作人員非常歡迎。

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

　　(5)減少了對電網的沖擊。采用變頻調節后，系統實現軟啟動，電機啟動電流遠遠小于額定電流，啟動時間相應延長，對電網無大的沖擊，啟動更平滑。

　　5結束語

　　風光JD-BP38-3000F高壓變頻器現場運行情況表明，采用國產高壓變頻器對化機漿蒸發風機泵等重點耗能設備進行調速節能，可有效降低漿紙的生產成本，使公司在競爭日益激烈的市場中更具競爭力。此次造紙廠化機漿蒸發風機泵變頻改造是高壓變頻器在造紙領域的一個突破，在同行業中推廣潛力巨大。