造紙廠變頻改造綜述

一、國(guó)內(nèi)造紙?jiān)O(shè)備的調(diào)速方式現(xiàn)狀

制漿造紙工業(yè)裝機(jī)容量大，生產(chǎn)連續(xù)性要求高，但大部分造紙廠設(shè)備陳舊，工藝落后，尤其調(diào)速方式落后，造紙廠需要調(diào)速的造紙?jiān)O(shè)備采用以下幾種調(diào)速方式調(diào)速：

• 更換異步電機(jī)的皮帶輪進(jìn)行有極調(diào)速；
• 交流整流子異步電機(jī)小范圍的無(wú)極調(diào)速；
• 直流發(fā)電機(jī)組---直流電機(jī)調(diào)速；
• 可控硅整流裝置-----直流電機(jī)調(diào)速（小紙廠常用）；
• 電磁離合器----鼠籠電機(jī)調(diào)速；
• 異步電機(jī)配用傘形皮帶輪小范圍調(diào)速（切紙機(jī)多用此）；
• 交流變頻器----異步電機(jī)無(wú)極調(diào)速。

二、造紙廠的調(diào)速設(shè)備概況

造紙廠通常需要調(diào)速的設(shè)備有造紙機(jī)，紙板機(jī)，復(fù)卷機(jī)，超級(jí)壓光機(jī),切紙機(jī)，鍋爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)，補(bǔ)水泵，循環(huán)泵，清水泵，污水泵，紙漿泵，堿回收泵等。

具體的調(diào)速簡(jiǎn)況如下：

低速紙機(jī)多為異步電機(jī)總軸傳動(dòng)，單機(jī)容量大。老式中速紙機(jī)也為總軸傳動(dòng)，新型的均為直流電機(jī)分步傳動(dòng)。目前高速紙機(jī)都是直流電機(jī)分步傳動(dòng)。一般有7~14個(gè)分步，裝機(jī)容量約為3000KW，單機(jī)容量約在200~500KW。

三、造紙廠應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)效

造紙廠屬于輕化工企業(yè)，是**防火單位，對(duì)防火要求很嚴(yán)。比如造紙小復(fù)卷機(jī)，很多都采用可控硅裝置------直流電機(jī)的調(diào)速方式，但因復(fù)卷機(jī)周圍的紙屑，粉塵多，必須經(jīng)常打掃，否則紙屑積集在整流子附近會(huì)因電刷打火燃燒，嚴(yán)重的威脅**生產(chǎn)。由于復(fù)卷機(jī)操作頻繁，需再生制動(dòng)，因此原直流電機(jī)的碳刷磨損嚴(yán)重。必須定期打掃，換刷。不僅維修費(fèi)用高，而且影響生產(chǎn)進(jìn)度。

在造紙廠應(yīng)用交流變頻技術(shù)，有如下優(yōu)點(diǎn)：

1．變頻器體積小，重量輕，不必另設(shè)控制盤，相對(duì)于可控硅裝置占地面積大大縮小，而且安裝容易，調(diào)試簡(jiǎn)單，操作方便，噪音小，無(wú)振動(dòng)。

2．調(diào)速精度完全滿足造紙生產(chǎn)要求，當(dāng)負(fù)荷變化或電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)變化，適應(yīng)性強(qiáng)。

3．具有完善的保護(hù)功能，可靠性強(qiáng)。

4．變頻器具有自我診斷的功能，檢修方便，大大的減停機(jī)檢修的時(shí)間。

5．節(jié)電效果明顯，一般在20~40%左右。

6．實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)速，當(dāng)變換生產(chǎn)品種，進(jìn)行設(shè)備搶修，更換毛布銅網(wǎng)，或發(fā)生其他故障時(shí)，均可以不停機(jī)調(diào)速，從爬行，慢速到設(shè)定速度均可以隨意調(diào)整，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了檢修，試車的時(shí)間。既增加了產(chǎn)量。又延長(zhǎng)了器件的使用壽命。

7．變頻器有軟啟動(dòng)的功能，非常適合用于軟啟動(dòng)的調(diào)速設(shè)備（復(fù)卷機(jī)，超級(jí)壓光機(jī)）。

四、造紙機(jī)的理想拖動(dòng)系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)造紙行業(yè)中，紙機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論是單機(jī)總軸傳動(dòng)，還是分步傳動(dòng)，大多采用晶閘管，整流雙閉環(huán)調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)。如1880造紙機(jī)，該系統(tǒng)控制部分所用元件及系統(tǒng)的成套技術(shù)比較落后，各類技術(shù)參數(shù)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(diǎn)多，插接點(diǎn)多，可靠性差，抗干擾能力低，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性差，直接影響紙機(jī)產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量。具不完全統(tǒng)計(jì)，上述系統(tǒng)穩(wěn)定率低于85%，年維修費(fèi)用昂貴，該系統(tǒng)所存問題如下：

• 穩(wěn)定精度低，速度波動(dòng)頻繁。
• 測(cè)速機(jī)碳刷及換向器的接觸**等造成速度波動(dòng)。
• 受溫度的變化而造成速度的慢漂移。
• 系統(tǒng)維修費(fèi)用高，值班室不能離人。
• 車速慢，僅80m/min，車速無(wú)法提高，針對(duì)上述問題，采用交流變頻器替代原晶閘管拖動(dòng)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)自動(dòng)化程度很高，內(nèi)部具有轉(zhuǎn)差自動(dòng)補(bǔ)償控制，能自動(dòng)根據(jù)負(fù)載電流的變情況檢測(cè)到其變化信號(hào)，調(diào)整其輸出頻率，從而達(dá)到在負(fù)載變化時(shí)輸出頻率自動(dòng)跟蹤的目的。另外，還增加了一個(gè)轉(zhuǎn)速檢測(cè)及跟蹤環(huán)節(jié)，既由轉(zhuǎn)速編碼器檢測(cè)到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋到變頻器的給定端，完成速度跟蹤的任務(wù)。該系統(tǒng)安裝調(diào)試完后，投運(yùn)一次成功，運(yùn)行以來(lái)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單方便，無(wú)須專人值班，車速可以達(dá)到500m/min。在線無(wú)極調(diào)速，穩(wěn)定率達(dá)到95%以上，完全解決了直流拖動(dòng)系統(tǒng)存在的問題，從而提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低了消耗和成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)能35%以上，（直流系統(tǒng)總負(fù)荷75A/380V，交流系統(tǒng)為45A/380V）。節(jié)能效果明顯。

五、變頻器在連續(xù)蒸煮裝置中的應(yīng)用

在造紙行業(yè)中，許多電機(jī)須經(jīng)調(diào)速才能使生產(chǎn)正常進(jìn)行，如造紙車間因各段烘缸的線速度不同，要對(duì)每段烘缸進(jìn)行調(diào)速，一般均采用直流調(diào)速。制漿車間連續(xù)蒸煮工段，眾多紙廠已采用先進(jìn)的濕法備料工藝，即用水洗滌葦片達(dá)到除渣，預(yù)浸的功能。因?yàn)榄h(huán)境極為潮濕，其它調(diào)速方式不能滿足生產(chǎn)條件，交流調(diào)速是*好的方法。用一臺(tái)變頻器對(duì)37KW的電機(jī)調(diào)速，拖動(dòng)一臺(tái)37KW的葦片泵，為連蒸部分輸送經(jīng)洗滌后的葦片。根據(jù)電機(jī)不同轉(zhuǎn)速改變?nèi)斊昧髁浚⒗闷渌侄慰刂破淙斊瑵舛龋馆斔偷娜斊炕付ú⑦_(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量所需葦片量，并要葦片泵在其正常運(yùn)行范圍內(nèi)工作，要達(dá)到以上要求，變頻器是*好的選擇。

• 濕法備料工藝流程簡(jiǎn)介。

葦片送到洗滌器內(nèi)，供液泵將清水注入洗滌器內(nèi)，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(jī)，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(dòng)化儀表控制洗滌器液位，葦片泵流量等參數(shù)。

• 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
  • 進(jìn)水流量控制：包括流量變送器，電器調(diào)節(jié)器，液位檢測(cè)器三部分。
  • 葦片泵轉(zhuǎn)速控制：包括變頻器，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器三部分。

控制系統(tǒng)如下：以控制洗滌器液位（80%）為主使進(jìn)水量，進(jìn)葦片量和出葦片與水混合物量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在產(chǎn)量一定時(shí)葦片消耗量一定，，因而在洗滌器中葦片的濃度保持一定時(shí)，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(cè)出的，因此要調(diào)節(jié)流量。在實(shí)際生產(chǎn)中，輸送的葦片量基本滿足生產(chǎn)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(fā)生阻塞。葦片泵流量不經(jīng)常改變，由液位控制部分檢測(cè)液位，液位變化時(shí)，由液位控制部分給進(jìn)水流量控制液位量，而改變進(jìn)水流量。

• 有關(guān)工藝參數(shù)：

設(shè)計(jì)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(yùn)行中的幾種方案

在連蒸試機(jī)中，曾不用變頻器，但試機(jī)中發(fā)現(xiàn)用四級(jí)電機(jī)流量太大，遠(yuǎn)超過液位進(jìn)水控制范圍，若用六級(jí)電機(jī)，則揚(yáng)程不夠，葦片抽不上來(lái)，故用四級(jí)電機(jī)。曾想通過改變電機(jī)泵葉輪尺寸以減少流量揚(yáng)程，但葉輪減小后，流量則不能改變。使用變頻器后，通過調(diào)速改變流量，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

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

由上表可見,未用變頻器時(shí),電機(jī),泵過載,在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行不到半小時(shí)時(shí),泵軸承及電機(jī)發(fā)燙,為保設(shè)備**,只好停機(jī),且洗滌器液位不能穩(wěn)定,液位一直在下降.

5,使用變頻器后工藝參數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

在實(shí)際生產(chǎn)中,洗滌器濃度3%是不容易控制的,實(shí)測(cè)兩次數(shù)據(jù)如下(3%為設(shè)計(jì)指標(biāo))

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(jī)集中控制柜)室內(nèi),距葦片泵約15m,由電纜電器連接,安裝嚴(yán)格按說(shuō)明書,接地妥善處理,距安裝試運(yùn)行發(fā)現(xiàn),接地非常重要,在不連接電機(jī)地線時(shí),因變頻器的諧波較豐富,在電機(jī)接地線上感應(yīng)出對(duì)地4v的電壓,電機(jī)三相線也有感應(yīng)電流,從而造成計(jì)量?jī)x表誤差和三相不平衡(在只抽水時(shí),曾測(cè)三相電源電流未接地時(shí)為36A,50A,50A,接地后三相電流為41A,40A,41A).

7,運(yùn)行情況

運(yùn)行中,嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程,不可違章操作.從變頻器使用情況看,除其優(yōu)良的調(diào)速性能外,啟動(dòng)時(shí)對(duì)葉輪損傷很小,變頻器有軟啟功能,啟動(dòng)電流小,有效的保護(hù)電機(jī).使用變頻器,不僅有很好的節(jié)能效果,而且能滿足生產(chǎn)工藝要求,產(chǎn)品質(zhì)量,產(chǎn)量提高.如果運(yùn)行頻率在40Hz以下,節(jié)能就能達(dá)到30%以上.

六、1760抄紙機(jī)變頻改造實(shí)例

我公司為某紙廠改造一套原設(shè)計(jì)為可控硅雙閉環(huán)控制傳動(dòng)1760中抄紙機(jī),是二期工程的主生產(chǎn)線,原設(shè)計(jì)為12個(gè)分部220m/min車速,可以生產(chǎn)銅版原紙雙膠印刷紙,靜電復(fù)寫紙,等**文化用紙。其后廠里為解決新上項(xiàng)目---印刷廠無(wú)碳復(fù)寫紙生產(chǎn)線的配套問題，決定對(duì)未投產(chǎn)的該生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，自控系統(tǒng)提出要求：水分，定量，微機(jī)在線檢測(cè)與自動(dòng)控制，主傳動(dòng)要求車速由220m/min提高到350m/min，電機(jī)容量加大，由原來(lái)的12個(gè)分部300KW提高到14個(gè)分部500KW。經(jīng)性能價(jià)格比確定，自控系統(tǒng)（包括主傳動(dòng)）全部上微機(jī)，原則是：引進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備，國(guó)內(nèi)配套。為此我們確定主傳動(dòng)選用普傳系列產(chǎn)品變頻器進(jìn)行調(diào)速，并利用其通訊功能將抄紙機(jī)的工作過程用微機(jī)進(jìn)行控制和管理。

• 變頻器主要技術(shù)指標(biāo)

1、調(diào)速范圍寬，變頻器的調(diào)速范圍很寬能適應(yīng)各種調(diào)速設(shè)備的要求，頻率范圍0~400Hz可調(diào)。

2、控制精度高，變頻器的數(shù)字設(shè)定分辨率為0。05Hz，模擬設(shè)定分辨率為0。2Hz。

3、動(dòng)態(tài)特性好，變頻器側(cè)采用自關(guān)斷器件IGBT速度快，負(fù)載電壓和頻率受控于變頻器的CPU，故調(diào)節(jié)速度快，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性好。

4、控制功能很強(qiáng)，適合多種不同性質(zhì)的負(fù)載和不同的控制系統(tǒng)，通過端子可與各種頻率設(shè)定信號(hào)接口。如0~10v，4~20mA，可通過端子控制正反轉(zhuǎn)，多點(diǎn)停車等。

5、保護(hù)功能很強(qiáng)，變頻器有13種保護(hù)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(qiáng)大，如配上傳行口，能方便地與計(jì)算機(jī)和PLC通信，并可在其上面設(shè)定或修改變頻器的參數(shù)，且能控制變頻器的運(yùn)行狀態(tài)和速度給定，并能監(jiān)視變頻器的各種運(yùn)行參數(shù)，使復(fù)雜的多機(jī)控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)。

• 系統(tǒng)改造要求

1、主要技術(shù)指標(biāo)：

• 在電網(wǎng)電壓變化15%環(huán)境溫度變化-100C~400C等條件下，變頻器輸出頻率穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。
• 機(jī)械特性：要求負(fù)載變化20%時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速變化率〈0.4%。
• 穩(wěn)定精度：在規(guī)定電網(wǎng)電壓于負(fù)載條件下，開機(jī)1小時(shí)后到8小時(shí)，16小時(shí)，24小時(shí)連續(xù)測(cè)定變頻器及速度變化率〈0.1%
• 調(diào)速精度0.01%。

2、主要功能要求：

• 保護(hù)功能：OU，OC，LU，OH，OL，及電機(jī)過熱保護(hù)等
• 通過對(duì)紙機(jī)速度，斷紙信號(hào)的檢測(cè)，可自行計(jì)算班產(chǎn)量，日產(chǎn)量。
• 定時(shí)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(shù)，停機(jī)時(shí)間等各種數(shù)據(jù)，并打印班報(bào)表，日?qǐng)?bào)表等。
• 具有多條V/F曲線選擇及自適應(yīng)功能，轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償功能等等。
• 由于本系統(tǒng)微機(jī)控制部分為雙機(jī)，一運(yùn)行一熱備，與水分，定量控制系統(tǒng)保持相對(duì)獨(dú)立，可在需要時(shí)切斷它們之間的聯(lián)系，而將一臺(tái)微機(jī)改辦為辦公設(shè)備，利用中文處理軟件編制打印各種文件。

（三）應(yīng)用變頻器后的實(shí)效

該生產(chǎn)線14臺(tái)電機(jī)，總的裝機(jī)容量為496KW，利用變頻調(diào)速后運(yùn)行的實(shí)測(cè)如下：

該廠1760/330紙機(jī)變頻改造的實(shí)測(cè)如下：

1、取代了國(guó)內(nèi)大部分紙機(jī)所用的可控硅---直流電機(jī)調(diào)速方式，使得生產(chǎn)更加**，不必?fù)?dān)心紙屑積聚在整流子附近因電刷打火而燃燒，也不會(huì)因碳刷磨損更換停機(jī)而影響生產(chǎn)進(jìn)度。

2、變頻器體積小，重量輕，相對(duì)于可控硅裝置占地面積小，而且安裝容易，調(diào)試簡(jiǎn)單，操作方便，噪音小，無(wú)震動(dòng)。

3、調(diào)速精度完全滿足生產(chǎn)需要，當(dāng)負(fù)荷變化或電網(wǎng)電壓在340~420v范圍波動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。

4、先進(jìn)的微機(jī)通信功能使得對(duì)紙機(jī)的控制和操作更加簡(jiǎn)單明了，大大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。

5、由于實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)速，當(dāng)變換產(chǎn)品品種，進(jìn)行設(shè)備檢修更換毛布銅網(wǎng)，或發(fā)生其他故障時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)調(diào)速，從爬行滿速到正常速度可以隨意調(diào)節(jié)，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也縮短了檢修，試車的時(shí)間，既增加了產(chǎn)量，又延長(zhǎng)了易損件的使用壽命。還有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，其經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，如改造前紙機(jī)只能生產(chǎn)60~100克的銅板原紙和60~70克的靜電復(fù)寫紙，改造后還可生產(chǎn)40~55克無(wú)碳復(fù)寫原紙，產(chǎn)量由原來(lái)的6000噸提高到萬(wàn)噸。

6、節(jié)電效果十分明顯，一般節(jié)電10~40%

7、減少了電機(jī)的啟動(dòng)電流，非常適用于復(fù)卷機(jī)，壓光機(jī)等需要軟啟動(dòng)的設(shè)備。

（四）紙廠鍋爐鼓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，清水泵，循環(huán)泵，排污泵，污水處理攪拌`堿回收泵，風(fēng)機(jī)等，都可以采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)方式取代傳統(tǒng)的閥門調(diào)節(jié)，不僅節(jié)電效果明顯，高達(dá)30~70%，而且改善了流量，流速和壓力控制精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，綜合效益好。

（五）在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題及解決方案

由于變頻器分別驅(qū)動(dòng)各自的電機(jī)，當(dāng)生產(chǎn)工藝要求其中八臺(tái)電機(jī)必須連動(dòng)時(shí)，如1760抄紙機(jī)中傳動(dòng)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(shí)由于各電機(jī)轉(zhuǎn)速的微小差異，可能其中，某臺(tái)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)過壓現(xiàn)象，此時(shí)，只要將驅(qū)動(dòng)此三臺(tái)電機(jī)的變頻器的直流部分并聯(lián)即可。

隨著時(shí)間的推移，造紙廠其它設(shè)備如何采用變頻器以適應(yīng)或改進(jìn)生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量等，如磨漿機(jī)大都采用調(diào)整刀子間隙的方式控制木漿細(xì)度，既不**，又浪費(fèi)電，如果改為變頻器調(diào)節(jié)刀子的速度，做到既準(zhǔn)確又節(jié)電，定會(huì)收到事半功倍的效果。

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