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高压变频器在化机浆蒸发风机泵中的应用

高压变频器在化机浆蒸发风机泵中的应用

1引言
    山东太阳纸业股份有限公司是一家全球先进的跨国造纸集团和林浆纸一体化企业,是中国最大的民营造纸企业、中国最大的高档涂布包装纸板生产企业、中国食品级包装用纸领军企业。集团拥有资产总额186亿元,年浆纸产能350万吨,产品主要服务于中国、美国、非洲、东南亚、香港等国家和地区。
    打造资源节约型和环境友好型企业,追求企业、环境、社会的和谐统一和互惠共赢,是太阳人不懈的努力方向。随着市场经济的不断加剧,节能降耗成为公司降低生产成本、增加利润率、提高企业竞争力的有效手段之一。
2改造项目介绍
     化机浆黑液蒸发系统的工艺流程为:制浆产生的黑液通过压力筛过滤排入废液塔,由废液塔进入蒸发器,通过蒸发器进行蒸发分级处理,其中的重污浓缩液排入浓缩液池并进入碱回收处理,轻污排入木片洗涤水槽用来清洗木片,蒸发产生的白水进入白水塔和盘磨稀释水混合后排入热白水槽循环进入化机浆制浆系统,从而实现废水的零排放。
    黑液蒸发所采用的MVR蒸发技术,代表了全球废水蒸发处理的最高水平。其原理是利用蒸发风机泵处理蒸发产生的二次蒸汽,把电能转换成热能,提高二次蒸汽的焓,并把被提高热能的二次蒸汽作为热源打入蒸发器进行加热黑液,以达到循环利用二次蒸汽已有的热能,不需要外部鲜蒸汽,依靠蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。
    蒸发风机泵它是黑液蒸发系统的核心部件,它的可靠、稳定运行是整套黑液蒸发系统正常运行的根本保障。由于蒸发风机泵在整套系统中的特殊功用,所以它是一个特殊的负载类型,既非风机又不能等同于普通泵类负载。蒸发风机泵功率大,是化机浆蒸发工段的高耗能设备,如能成功对其进行节能改造,将会产生非常可观的效益。
 蒸发风机泵的配套高压电动机参数见表1。
 

     正常运行时,需要调整风机泵输出口的挡板开度来满足工艺要求,挡板开度通常在50%~60%之间,而电机一直处于全速运行状态。由于采用挡板来调节,挡板造成了极大的能量浪费,且挡板的开度越小则耗能就更多,对于高压大功率电动机,耗能则更大。
    该项目旨在对风机泵电机进行变频改造,通过调节电动机的转速来提高电机驱动系统的效率,且变频调节时挡板可以全开,避免因挡板调节造成的损失。
    随着国产高压大功率变频调速技术的日益成熟,使得这一技术广泛应用于各个行业,国内10kV电压等级变频器应用越来越多,经查证:ABB、VACON、罗克韦尔等知名的国外品牌没有10kV这一等级,其采用变通的方式解决,需要增加升(降)压变压器,或者更换匹配的电机;考虑目前国内的此类产品技术也比较成熟,关键元器件也是选用国外知名产品,且在价格、售后服务与技术支持等方面更具有优越性,经过多方调研、比较,我们最终选择了山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38-3000F型(3000kW/10kV)高压变频器。表2为JD-BP-3000F型高压变频器的主要参数。
 
3改造方案
    改造前,原系统10kV高压开关柜至电机,电机与风机泵直接连接,改造后,系统10kV高压开关柜至高压变频器,高压变频器与电机相连,电机与风机泵之间不用做任何改动。
    为防止变频器检修或故障对生产的影响,本次采用的JD-BP38-3000F型高压变频器配置手动工频旁路,并采用一拖一的控制方式,装置一次接线如下图1所示:
 

图1 手动旁路柜一次回路
 
手动旁路柜中,共有3个高压隔离开关K1、K2、K3,当K1、K2闭合,K3断开时,10kV电源经隔离刀闸K1到高压变频装置,变频装置输出经K2送至电动机,电动机变频运行;一旦变频装置出现故障,可断开隔离刀闸K1、K2,合上K3,在工频电源下启动电机运行,此时变频器从高压中隔离出来,便于检修、维护和调试。隔离刀闸K1、K2、K3之间具有闭锁和防止误操作功能。
    利用原有DCS控制系统的预留点,将高压变频调速系统纳入原有DCS控制系统,实现了远方/就地控制功能。在就地监控方式下,通过变频器上的触摸屏显示,可进行就地人工启动、停止变频器,可以调整转速、频率;就地控制窗口采用中文操作界面,功能设定、参数设定等均采用中文;在远方监控方式下,可通过变频器的外围端子进行远方人工启动、停止变频器,可以调整转速、频率并监控运行频率和输出电流。当高压变频调速系统出现故障时,系统将故障信息发送给DCS,以便于及时排除故障。
    高压变频调速系统和上级进线开关柜设置连锁,当上级进线开关柜断路器处于合闸位置时,绝不允许操作变频调速系统旁路柜内高压隔离开关,以防出现拉弧现象,确保操作的安全性,当出现严重的故障时能及时跳开上级开关柜断路器保护高压变频调速系统和电机。
4变频改造后运行效果
4.1 节能效果
    蒸发风机泵变频改造后,高压变频器一次投运成功。改造达到了预期目的。现场运行照片如图2所示。


     与原有的工频驱动方式相比,挡板全开,变频调速系统运行在45Hz左右,与调节挡板时的消耗功率大大减小。表3为变频改造前的运行数据,表4为变频改造前的运行数据,表5为变频改造前后电机运行数据比较表。


     根据数据记录,变频投入运行后减小的输入功率为:493kW,节电率达24%。按平均每天运行24小时,一年运行330天,电价0.65元/kW?h计算,
 年节电量:493*24*330=390.456(万kW?h)
 年节约电费:390.456*0.65=253.8(万元)
    每节约一度电,相当于节省了0.404千克煤的能耗和4升纯净水,同时还减少了0.96千克二氧化碳和0.03千克二氧化硫的排放。
    节能改造后全年节电量相当于节省了1577吨煤的能耗和1562万升纯净水,减少3748吨二氧化碳和117吨二氧化硫的排放。
4.2 间接效益
 (1)通过对重点耗能设备进行变频节能改造,可以很好的缓解公司供电压力。
 (2)大大降低了现场操作工的劳动强度。经变频改造后,可以实现对风机泵的远方控制,根据进入蒸发器黑液量的多少,随时调节电机转速来满足生产需要,无需人为去现场进行挡板的调节。对风机泵的调节更精确且变频调节与挡板调节相比更为直观,深受现场操作人员的欢迎。
 (3) 有效地改善了现场运行环境,由于电机以及负载转速下降,大大降低了设备噪声污染,现场操作人员非常欢迎。
 (4)延长了电机和风机泵的使用寿命。进行变频改造后,风机泵的大部分工作时间都在较低的速度下运行,因而大大降低了风机泵工作的机械强度和磨损,将会大大延长风机泵和电机的使用寿命。
 (5)减少了对电网的冲击。采用变频调节后,系统实现软启动,电机启动电流远远小于额定电流,启动时间相应延长,对电网无大的冲击,启动更平滑。
5结束语
    风光JD-BP38-3000F高压变频器现场运行情况表明,采用国产高压变频器对化机浆蒸发风机泵等重点耗能设备进行调速节能,可有效降低浆纸的生产成本,使公司在竞争日益激烈的市场中更具竞争力。此次造纸厂化机浆蒸发风机泵变频改造是高压变频器在造纸领域的一个突破,在同行业中推广潜力巨大。
 参考文献
[1]山东新风光电子使用手册[Z]. 山东新风光电子科技发展有限公司.
 [2] 徐甫荣.高压变频调速技术应用实践.北京.中国电力出版社.
作者简介
 宋福臣 男,工程师,供职于山东太阳纸业股份有限公司电仪处。

 

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