1引言
　　變頻調(diào)速在風機和泵類負載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有軟啟動和軟停機的優(yōu)良控制特性，因此變頻器首先在冶金、電力、石化、供熱和民用風機水泵的控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著我國市場經(jīng)濟的深入發(fā)展，造紙廠、漿廠的增產(chǎn)、節(jié)能減排、提效被提到了重要地位，設(shè)備、電氣改造勢在必行。
　　蒸發(fā)風機的主要作用是將注入蒸發(fā)器的廢液蒸汽回收然后再送入散熱片中起到增壓升溫的作用，需要說明的是，在蒸發(fā)風機開啟之前，需要補給新鮮蒸汽當溫度達到96℃以上時就可以開啟蒸發(fā)風機，達到自循環(huán)關(guān)閉新鮮蒸汽起到節(jié)約的作用。其蒸發(fā)的冷凝液經(jīng)過冷卻后又可被回收利用，從而節(jié)約了清水資源。
　　在廢液蒸發(fā)過程中，所需風量風壓在蒸發(fā)器蒸發(fā)效率的不同階段有不同的要求，其中以風門調(diào)節(jié)效率較差，它是人為地改變阻力曲線，增加風阻，越調(diào)節(jié)性能就越惡化；若采用變頻器改變蒸發(fā)風機速度，使其在較佳工況點運行，使風機在較大的范圍內(nèi)以較高的效率運行，節(jié)能效果較好。
　　造紙廠蒸發(fā)風機泵是蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件，它的可靠、穩(wěn)定運行是整套蒸發(fā)系統(tǒng)正常運行的根本保障。由于蒸發(fā)風機泵在整套系統(tǒng)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(fā)風機泵功率大，是蒸發(fā)工段的高耗能設(shè)備，如能成功對其進行變頻節(jié)能改造，將會產(chǎn)生非常可觀的效益。
2 蒸發(fā)風機工段、設(shè)備介紹

　　圖1 蒸發(fā)工段流程框圖

　　造紙廠蒸發(fā)工段流程框圖如圖1所示。蒸發(fā)風機所采用的電動機是10kV /3000kW三相鼠籠式異步電動機（電機參數(shù)如表1所示），根據(jù)蒸發(fā)風機的要求2559kW，轉(zhuǎn)速2564 rpm就可以滿足要求，但是在電機選檔中沒有此型號和檔位電機為了適應(yīng)風機的需要和啟動特性必須選擇大一型號的電機，根據(jù)蒸發(fā)風機轉(zhuǎn)速要求沒有此規(guī)格轉(zhuǎn)速的電機如果選擇高級的電機其電機自身的轉(zhuǎn)動慣量也達不到啟動要求，所以根據(jù)以上要求必須選擇增加（1.7x電機額定轉(zhuǎn)速）增速機來滿足要求。雖然滿足了工藝和生產(chǎn)要求，但對于能源來說是一種浪費并且增加了生產(chǎn)成本。
　　蒸發(fā)工段所采用的蒸發(fā)風機是由蒸發(fā)器的渦輪式風機要求轉(zhuǎn)速在2564rpm下可以達到151.3T/H 是以通過調(diào)節(jié)風門來改變壓縮蒸汽量。根據(jù)啟動特性和蒸發(fā)效率風門改變是有規(guī)律的，蒸發(fā)器工作前將蒸發(fā)器內(nèi)部增加新鮮蒸汽使溫度增加到96℃以上停止，然后風門自動達到30﹪后開電機然后進廢液將風門調(diào)到75﹪正常開機。
　　現(xiàn)代社會已經(jīng)進入高產(chǎn)能、低消耗的競爭時代，根據(jù)能源辨識可以發(fā)現(xiàn)在蒸發(fā)工段的電機、增速機、蒸發(fā)風機存在著巨大的能源浪費，選擇節(jié)能降耗的方案迫在眉睫。
3 應(yīng)用舉例
　　山東太陽紙業(yè)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(yè)，是中國較大的民營造紙企業(yè)、中國較大的高檔涂布包裝紙板生產(chǎn)企業(yè)、中國食品級包裝用紙領(lǐng)軍企業(yè)。集團擁有資產(chǎn)總額186億元，年漿紙產(chǎn)能350萬噸，產(chǎn)品主要服務(wù)于中國、美國、非洲、東南亞、香港等國家和地區(qū)。
　　太陽紙業(yè)現(xiàn)有四臺蒸發(fā)風機，并聯(lián)使用，按照廢液量的多少一般情況下開三臺就可以滿足要求，一臺作為備用當一臺蒸發(fā)效率低的時候開啟，來替換蒸發(fā)效率低的蒸發(fā)器清洗。
　　現(xiàn)場生產(chǎn)、設(shè)備、電、儀負責人反復(fù)商榷后決定采用變頻調(diào)速的方法來控制風量的大小和電機的啟停起到節(jié)能和優(yōu)化控制的方案切實可行。
　　山東太陽紙業(yè)合利公司領(lǐng)導(dǎo)將此建議分別上報各級領(lǐng)導(dǎo)后經(jīng)過認真比較審核后，根據(jù)改造成本原因決定選用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風光牌JD-BP38-3000F型（3000kW/10kV、4套）高壓變頻系統(tǒng)對蒸發(fā)風機電機4臺蒸發(fā)電機進行改造。高壓變頻器投運后，設(shè)備至今運行良好。經(jīng)過山東太陽紙業(yè)技術(shù)中心的檢測，各項性能指標達到設(shè)計要求，蒸發(fā)風機實現(xiàn)了有效運行，改造達到了預(yù)期目的。
　　山東太陽紙業(yè)所采用的四臺蒸發(fā)風機設(shè)備現(xiàn)場參數(shù)相同，其中一臺設(shè)備參數(shù)如下。
　　表1為現(xiàn)場電機參數(shù)，表2為風機參數(shù)。

3.1蒸發(fā)風機采用變頻調(diào)速改造的優(yōu)點
　　隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代控制理論在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且由于近年電力緊張，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動的一個發(fā)展方向，卓越的調(diào)速性能，使得變頻器在制漿造紙生產(chǎn)中的節(jié)能效果越發(fā)顯著。因此，將蒸發(fā)風機改為變頻器控制，將傳統(tǒng)的電機調(diào)速技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)以及計算機控制技術(shù)結(jié)合在一起，根據(jù)蒸發(fā)器效率發(fā)生的變化來調(diào)節(jié)蒸發(fā)風機電機轉(zhuǎn)速，使通風機在經(jīng)濟的轉(zhuǎn)速下有效運行，從而達到節(jié)電的效果。變頻調(diào)速節(jié)能控制裝置的特點：（1）調(diào)速效率高；（2）調(diào)速范圍大，可根據(jù)生產(chǎn)工藝隨時調(diào)整轉(zhuǎn)速；（3）調(diào)速精度高；（4）啟動電流小，而且容易實現(xiàn)閉環(huán)控制。由于可以利用原普通交流異步電動機，所以特別適合對原有舊設(shè)備的技術(shù)改造，它既保持了原風機、電動機不用更換的優(yōu)點，又能達到節(jié)電的顯著效果。
3.2山東新風光電子JD-BP38-3000F高壓變頻器
　　山東太陽紙業(yè)所采用新風光電子JD-BP38-3000F高壓變頻器系統(tǒng)框圖如圖2所示。

　　圖2  高壓變頻器系統(tǒng)框圖

　?。?）JD-BP38-3000F高壓變頻器的主要性能指標
　　變頻器功率： 3000kW
　　輸入頻率：   50Hz
　　輸入電壓：   10kV±20%
　　輸出電壓：   三相正弦波電壓0-10kV
　　額定電流：   216A
　　輸出頻率：   0-60Hz
　　頻率分辨率： 0.01Hz
　　加速時間：   可按工藝要求設(shè)定（0-3600s可選）
　　減速時間：   可按工藝要求設(shè)定（0-3600s可選）
　　故障診斷及檢測：自動檢測，自動定位
　　網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)：0.95（高速時）
　　過載保護：   120％1min，150%立即保護
　　防護等級：   IP31
　　環(huán)境濕度：   90%,無凝結(jié)
　?。?）性能特點
　　全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶觸摸屏；
　　輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因數(shù)補償/諧波抑制裝置；
　　輸出階梯正弦PWM波形，無須輸出濾波裝置，對電纜、電機絕緣無損害，電機諧波少，減少軸承、葉片的機械振動，輸出線可以長達1000米；
　　功率電路模塊化設(shè)計，維護簡單；
　　高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠；
　　完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障報警保護；
　　內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要；
　　可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠程控制；
　　可接受和輸出0～5V/4～20mA工業(yè)標準信號；
　　可根據(jù)用戶需要內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器；
　　完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能。
3.3改造主回路控制方案
　　高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進線柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現(xiàn)故障時，將電機投入到工頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時，變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖3所示。

　　K1、K2、K3：高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開關(guān)
　　變頻器：JD-BP38-3000F高壓變頻器
　　M：3000kW/10kV異步電動機
　　圖3手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動機構(gòu)，實現(xiàn)電磁互鎖。當K1、K2閉合，K3斷開時，電機變頻運行；當K1、K2斷開，K3閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調(diào)試。
　　旁路柜必須與上級高壓斷路器連鎖， 用戶開關(guān)柜合閘時，絕對不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。
3.4節(jié)能計算
3.4.1蒸發(fā)風機現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)

　　圖4高壓變頻器運行數(shù)據(jù)

3.4.2節(jié)能情況
　　關(guān)于蒸發(fā)風機的變頻器使用情況：
　　（1）電耗比較：（電費：0.65元/ kW?h計算）（單臺蒸發(fā)）

　?。?）運行情況
　　充分調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速從1280rpm-1400rpm之間進行調(diào)速，發(fā)現(xiàn)在1280rpm以下，熱風壓力達不到，運行效果不好，在1400rpm以上，熱風壓力增加，無需較高的風壓。所以，在1280rpm---1400rpm之間尋找一個合適的較經(jīng)濟的值。
　　2012年1、2月份：電機轉(zhuǎn)速1280rpm-1380rpm根據(jù)效率調(diào)節(jié)，80%的轉(zhuǎn)速是1370rpm，三期蒸發(fā)共處理廢液150491噸，共用電2108377 kW?h。單耗：14.01 kW?h /噸廢液。
　?。?）節(jié)約費用
　　噸廢液可節(jié)約用電2.38 kW?h，以每臺蒸發(fā)平均每天處理4900噸計算，每臺變頻器每天可節(jié)約用電11662度。所以每天節(jié)約的電費：7580.3元。每臺每年運行330天計算，每臺風機年節(jié)約電費：250.1499萬元。
3.5變頻改造的其他優(yōu)點
　?。?）采用變頻器控制后啟動風機時可以實現(xiàn)軟啟動，避免了啟動時對電網(wǎng)沖擊，可以有效地延長電氣設(shè)備的使用周期。
　?。?）按需調(diào)節(jié)風量，調(diào)速范圍寬且調(diào)速精度高，避免浪費。進行變頻改造后，風機的風量通過變頻調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，可以根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)風量，避免了浪費。
　?。?） 降低了風機的工作強度，延長了使用壽命。進行變頻改造后，大大降低了風機的機械強度和電氣沖擊，大大延長了風機壽命。
　?。?） 變頻器具有短路、過載、過壓、欠壓、缺相等各種保護，有效地保護了電機。
　?。?）改善了現(xiàn)場工作環(huán)境，由于降低了風機的轉(zhuǎn)速，風機噪聲大大降低，深受現(xiàn)場工作人員的歡迎。
　?。?）在以后的新上項目中可以減少增速機及其油站，直接采用高壓變頻器控制，縮減了中間環(huán)節(jié)，節(jié)約了能源，提高了效率。
4結(jié)束語
　　山東太陽紙業(yè)對四臺蒸發(fā)器經(jīng)過變頻改造之后，不僅達到了良好的節(jié)能效果，并且使整套蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了一個大臺階。通過此次成功改造表明，在紙業(yè)行業(yè)對其所用風機、水泵負載進行高壓變頻改造，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，也符合國家建設(shè)資源節(jié)約型社會的潮流。