【壓縮機網(wǎng)】隨著經(jīng)濟的發(fā)展，資源約束的矛盾日益，建設(shè)節(jié)約型社會，進行節(jié)能降耗技術(shù)改造，已成為各造紙企業(yè)的積極努力的方向。本文詳細介紹了延邊某紙業(yè)公司化機漿增壓風機變頻改造設(shè)計與運行情況，并對改造后的經(jīng)濟效益進行了分析。運行結(jié)果證明在造紙生產(chǎn)酸法制漿過程中，利用高壓變頻技術(shù)具有卓越的技術(shù)性能和顯著的經(jīng)濟效益，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：增壓風機 變頻器 節(jié)能降耗 經(jīng)濟效益 推廣價值
一、概述：
在制漿（化學法）和造紙生產(chǎn)過程中主要產(chǎn)生三類廢水：黑（紅）液、中段廢水和紙機白水。黑（紅）液主要是蒸煮制漿廢水，中段水包括紙漿洗滌、篩選、漂白廢水，紙機白水為抄紙車間廢水。其中蒸煮廢水的環(huán)境污染z*嚴重，占整個造紙工業(yè)污染的90%。
而酸法制漿產(chǎn)生的紅液是造紙業(yè)廢水處理的關(guān)鍵。造紙紅液處理的系統(tǒng)為MVR蒸發(fā)器。MVR蒸發(fā)器，是英文mechanical vapor recompression的簡稱。MVR是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源的需求的一項技術(shù)。
二次蒸汽，經(jīng)過壓縮機的壓縮，壓力和溫度得以升高，熱焓隨之增加，被送到蒸發(fā)器的加熱室當作加熱蒸汽即生蒸汽使用，使料液維持蒸發(fā)狀態(tài)，而加熱蒸汽本 身將熱量傳遞給物料本身冷凝成水。這樣，原來要廢棄的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潛熱，又提高了熱效率。
目前該技術(shù)普遍應(yīng)用于化工、制藥、造紙、污水處理、海水淡化等行業(yè)。
二、MVR蒸發(fā)器系統(tǒng)
MVR蒸發(fā)器是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源的需求的一項技術(shù)。
其工作過程是低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮，溫度、壓力提高，熱焓增加，然后進入換熱器冷凝，以充分利用蒸汽的潛熱。除開車啟動外，整個蒸發(fā)過程中無需生蒸汽。
多效蒸發(fā)過程中，蒸發(fā)器某一效的二次蒸汽不能直接作為本效熱源，只能作為次效或次幾效的熱源。如作為本效熱源必須額外給其能量，使其溫度（壓力）提高。蒸汽噴射泵只能壓縮部分二次蒸汽，而MVR蒸發(fā)器則可壓縮蒸發(fā)器中所有的二次蒸汽。
溶液在一個降膜蒸發(fā)器里，通過物料循環(huán)泵在加熱管內(nèi)循環(huán)。初始蒸汽用新鮮蒸汽在管外給熱，將溶液加熱沸騰產(chǎn)生二次汽，產(chǎn)生的二次汽由渦輪增壓風機吸入，經(jīng)增壓后，二次汽溫度提高，作為加熱熱源進入加熱室循環(huán)蒸發(fā)。正常啟動后，渦輪壓縮機將二次蒸汽吸入，經(jīng)增壓后變?yōu)榧訜嵴羝?，就這樣源源不斷進行循環(huán)蒸發(fā)。蒸發(fā)出的水分z*終變成冷凝水排出
由于成本原因，單級離心壓縮機和高壓風機被普遍用于機械蒸汽再壓縮系統(tǒng)。
蒸發(fā)風機增加泵是紅液蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件，該裝置的可靠穩(wěn)定運行是整套，紅液蒸發(fā)系統(tǒng)正常運行的根本保證。由于蒸發(fā)風機增壓風機泵在整套系統(tǒng)中的特殊功用，所以其是一個特殊的負載類型，即非風機又不能等同于普通泵類負載，其對整個蒸發(fā)器生產(chǎn)過程中的工藝控制有很大影響。
三、化機漿蒸發(fā)風機泵工作原理
化機漿蒸發(fā)風機泵主要用于廠區(qū)廢液處理，現(xiàn)場工藝流程如圖1所示。
圖1現(xiàn)場工藝流程
工作流程：蒸發(fā)風機把高溫（大于100℃）的高溫蒸汽打入蒸發(fā)管道，然后把后級的蒸汽再抽回到蒸發(fā)器，如果蒸發(fā)器溫度低于100℃，那么由廠來的高溫蒸汽將補充到蒸發(fā)風機里，保持蒸汽溫度高于100℃。通過泵將預(yù)熱器加熱、濃縮處理的廢水引入到MVR蒸發(fā)器中，在熱交換器中，利用蒸汽對廢水進行循環(huán)加熱、蒸發(fā)、濃縮等處理，得到的蒸餾水回流到預(yù)熱器中，以用于預(yù)熱原液得到的濃縮液和蒸汽則進入分離器中，通過分離器，分離出的蒸汽進入壓縮機內(nèi)，而分離出的濃縮液則被直接回流至收集罐中，對濃縮液進行處理可回收其中的有用物質(zhì)、達到污水零排放，保護環(huán)境。
?。?）預(yù)熱器待處理的原液在進人蒸汽換熱器之前的溫度較低，為了充分利用系統(tǒng)內(nèi)的熱能，需采用換熱器對原液進行預(yù)加熱。
?。?）蒸發(fā)器預(yù)熱后的原液通過進料泵將其載入蒸發(fā)器，與經(jīng)蒸汽壓縮機壓縮升溫升壓后的蒸汽進行換熱，使其迅速汽化蒸發(fā)。
?。?）分離器：分離器是蒸汽和濃縮液進行分離的裝置。
?。?）壓縮機（風機泵）是MVR系統(tǒng)的核心部件，它通過對系統(tǒng)內(nèi)二次蒸汽進行壓縮，提高其熱焓，然后再將溫度和壓力提高了的二次蒸汽作為熱源用于系統(tǒng)加熱 。
?。?）控制系統(tǒng)：工控機和PLC等構(gòu)成了MVR蒸發(fā)器的實時控制系統(tǒng)。通過軟件編程，實時采集各種傳感器的狀態(tài)信號、從而自動控制馬達的轉(zhuǎn)速、閥門的開關(guān)和調(diào)節(jié)液體的流速和流量、溫度和壓力的控制和調(diào)節(jié)等、使系統(tǒng)工作達到動態(tài)平衡的狀態(tài)。同時該設(shè)備還具有自動報警、自動記錄參數(shù)和提供報表的各種功能。
?。?）清洗系統(tǒng)溶液蒸發(fā)一段時間后，會發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢通過添加化學溶劑去除。
?。?）真空系統(tǒng)：真空系統(tǒng)的作用是維持整個系統(tǒng)的真空度，從裝置中抽出部分空氣、不凝氣體以及溶液帶入的氣 體，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定的蒸發(fā)狀態(tài)。
四、變頻器調(diào)速節(jié)能原理
異步電動機的轉(zhuǎn)速n與頻率f、電動機轉(zhuǎn)差率s、電動機磁極對數(shù)p有以下關(guān)系： N＝60f（1-s）/p
由以上公式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，同時電動機的輸出功率也會發(fā)生變化，n與f之間呈線性關(guān)系，當f在0～50Hz變化時，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。當負荷變化而引風機轉(zhuǎn)速降低時，則輸出功率也隨之遞減從流體力學的原理得知，使用感應(yīng)電動機驅(qū)動的風機負載，軸功率P與流量Q，揚程H的關(guān)系為：
當電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時，Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：
可見流量Q和電機的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當需要80％的額定流量時，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80％，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2％。
如圖2所示，從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。
圖2 增壓風機的運行曲線圖
當所需風量、流量從Q1減小到Q2時，如果采用調(diào)節(jié)擋板的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt（P）與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。
考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，風機通過調(diào)速控制可節(jié)能10％～40％，有些風機負載節(jié)能比例達50%以上。
五、英威騰GD5000系列高壓變頻器技術(shù)特點
深圳英威騰研發(fā)生產(chǎn)的GD5000系列高壓變頻器采用多單元串聯(lián)技術(shù)，有自身的基本功能，也有與其它廠家變頻器獨特的優(yōu)點，下面對GD5000系列高壓變頻器可靠性作一介紹：
自2002年成立以來，已具有八年以上的生產(chǎn)變頻器設(shè)備及備品配件或類似設(shè)備的生產(chǎn)經(jīng)驗，公司已于2006年1月通過IS09001質(zhì)量保證體系認證。變頻裝置采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。具有對電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不需加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，不需要更換電機。變頻裝置內(nèi)部通訊應(yīng)采用光纖連接，以提高通訊速率和抗干擾能力。
在功率單元模塊設(shè)計上，針對不同電流范圍采用獨特進出線設(shè)計，抗干擾能力更強；
在結(jié)構(gòu)設(shè)計和電氣設(shè)計上，全面采用抗電磁干擾措施，z*有效保證變頻器的可靠運行。
三核控制技術(shù)，高壓變頻器主控系統(tǒng)采用DSP＋FPGA+ARM和液晶觸摸屏巧妙配合，提供中文觸摸式操作界面，控制系統(tǒng)高度集成化，抗干擾能力強、功能更強大、控制更精準，增加了產(chǎn)品的可靠性。
豐富的控制功能，我司高壓變頻器繼承了其低壓控制的特點，控制功能非常豐富。表現(xiàn)在頻率控制方式非常靈活。分為A頻率控制與B頻率控制，A頻率控制可以有多種控制源（包括PID控制、多段速控制都屬于這方面內(nèi)容）；B頻率控制同樣有多種控制源，用戶可以靈活的選擇采用A頻率控制源，B頻率控制源還是A+B，A、B中z*大值。通過這種數(shù)學上的抽象，英威騰的高壓變頻器不僅能滿足簡單場合的工藝控制的要求，還可以滿足特定場合的工藝控制要求。另外，對于命令通道的選擇也同樣是豐富多樣的?？梢曰緷M足多種多樣的應(yīng)用場景。
模塊冗余配置，功率單元采用一定冗余配置。功率開關(guān)器件按實際運行參數(shù)的2倍以上配置電流和電壓，如采用1700V高壓IGBT，器件參數(shù)余量大，可靠性較高。
低諧波設(shè)計，額定負載時輸入側(cè)的（對電網(wǎng)的影響）諧波＜2％；輸出側(cè)的（對電機的影響）諧波＜2％；
DSP控制系統(tǒng)對調(diào)制波形優(yōu)化處理，確保輸出完美無諧波波形。
AVR功能，可以根據(jù)母線電壓的波動自動調(diào)節(jié)輸出PWM信號的占空比，從而減輕電網(wǎng)電壓波動對于輸出電壓波動的影響。
V/F控制的轉(zhuǎn)矩提升功能，提供低頻轉(zhuǎn)矩提升功能，其主要是用來解決低頻時定子電阻引起的電壓損失導(dǎo)致磁通不足的問題。
多種V/F曲線的選擇提供多種的V/F曲線形式（如：多點V/F曲線，1.3次冪、1.7次冪、2.0次冪V/F曲線），可以滿足各種不同的負載要求。
輸入電壓適應(yīng)性強，允許網(wǎng)側(cè)電壓在10%～-15%之間波動。同時具有AVR功能，能夠根據(jù)母線電壓的波動自動調(diào)整輸出電壓。網(wǎng)側(cè)電壓在短時間小于85%～65％額定值或大于110%～120％額定值，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不停機，保證電機持續(xù)運行。
超長瞬時掉電不停機，有效避免電網(wǎng)不穩(wěn)定帶來的停機問題，我司高壓變頻器采用更好的瞬停處理方式，可以做到適應(yīng)電網(wǎng)晃電1S以上，不管是風機，還是水泵，都可以做到該效果。如果風機類負載，z*多可以電網(wǎng)晃電5S都沒有問題。
超低頻轉(zhuǎn)速追蹤能力，有效保證掉電快速再啟動，具有全頻段的轉(zhuǎn)速自動跟蹤啟動功能，不論電機掉電多久，不論電機在頻段高低時，都能自動搜索跟蹤電動機轉(zhuǎn)速，按照設(shè)定加減速時間恢復(fù)正常運行狀態(tài)，不用顧慮電機的運行狀態(tài)，可以實現(xiàn)高壓電機即時的啟動和停止控制，保證機組安全啟動。
對稱旁路功能，單元體雙旁路技術(shù)，系統(tǒng)可靠性更高，采用的是機械式旁路（外部旁路）與電子旁路（內(nèi)部旁路）可選的策略，其中機械式旁路可在200ms完成功率單元的自動旁路，而電子旁路，因為都是電子元器件控制，其動作時間就會很快，毫秒級就能完成旁路的動作。并且不論是機械式旁路還是電子旁路，都經(jīng)過了嚴格重載，小慣量負載的驗證的，完全可以可靠的旁路。
雙上電限流電路設(shè)計，有效保護系統(tǒng)安全、延長設(shè)備壽命，采用了硬件限流以及軟件限流技術(shù)，當有效保護了因為負載突變而導(dǎo)致的系統(tǒng)過流故障的問題，提高了產(chǎn)品的可靠性
抗輸出短路保護技術(shù)，系統(tǒng)在輸出線纜短路的時候，能夠迅速保護，不會造成別的不良后果。
六、改造方案
2015年8月末延邊石峴雙鹿實業(yè)有限責任公司化機漿風機泵增壓風機進行高壓變頻調(diào)速改造，本次改造對一臺電動機進行改造，采用一拖一自動隔離方式，引風機電動機可采用工、變頻兩種方式運行。經(jīng)過對比分析，選用深圳英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的GD5000-A0400-06-S系列高壓變頻器，該裝置變頻器整流器件為二極管，逆變器件為IGBT，控制方式采用無速度傳感器矢量控制，運行性能更加優(yōu)越。2015年8月新系統(tǒng)全部投入運行。
負載信息
電機型號及功率
YKK7SP4503-8（280kw）
電機廠家
大連電機
額定電壓
6000V
額定電流
37A
表1電機參數(shù)
配套高壓變頻器
變頻器廠家
高壓變頻器型號
適配電機
負載
旁路方式
深圳英威騰
GD5000-A0400-06-S
315kW,6kV
化機漿增壓風機泵
一拖一自動帶隔離
表2配套高壓變頻器參數(shù)
七、系統(tǒng)運行工藝描述
變頻器的6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘與接觸器后到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘和接觸器送至電動機；6kV電源還可經(jīng)旁路接觸器直接起動電動機。進出線刀閘與接觸器和旁路刀閘與接觸器的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進出線刀閘與接觸器，將變頻裝置隔離，手動合旁路接觸器，在工頻電源下起動電機運行。旁路柜具備五防閉鎖功能；具備工、變頻方式指示功能；帶電指示功能和帶電閉鎖柜門功能。
系統(tǒng)改造一次回路如圖3所示。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，給變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接自動（工藝要求手動）切換到工頻運行狀態(tài)下運行，這樣可以保證機組的正常安全運行。
為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對6kV開關(guān)QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF。當工頻旁路時，變頻器始終允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開關(guān)、自動旁路柜、GD5000系列高壓變頻器、高壓電機組成。旁路柜是由三個真空高壓接觸器KM1、KM2、KM3和高壓隔離開關(guān)QS1、QS2組成。正常運行時QS1、QS2全部閉合，只有在檢修時斷開。電機以變頻方式運行時， KM1、KM2閉合，QS3斷開；電機以工頻方式運行時，KM3閉合， KM1、KM2斷開。變頻與工頻之間切換自動/手動完成。旁路柜嚴格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計，變頻輸出開關(guān)KM2和工頻開關(guān)KM3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。
由于在整個變頻調(diào)速系統(tǒng)中前級用戶開關(guān)柜具有過載保護裝置，因而手動旁路柜不會對電機進行過載保護。同時用戶開關(guān)柜必須按照8-10倍額定電流設(shè)置速斷保護值，確保躲過激磁涌流。
圖3 改造后的一次回路圖
八、節(jié)能改造后的經(jīng)濟效益分析
增壓風機變頻改造后，高壓變頻器一次投運成功。達到了預(yù)期及節(jié)能以及控制上的要求。現(xiàn)場實際運行照片如圖4所示。
圖4現(xiàn)場高壓變頻器
與原有工頻驅(qū)動方式相比，目前擋板全開，變頻器運行在40Hz，與之前擋板調(diào)節(jié)方式相比消耗功率有明顯降低。經(jīng)過統(tǒng)計綜合節(jié)電率可達25%
九、結(jié)束語
增壓風機經(jīng)過變頻改造以后，節(jié)能效果非常明顯，而且啟動頻率低，轉(zhuǎn)速低，電流小且平穩(wěn)。實現(xiàn)了軟啟動，避免了以前用工頻啟動時的大電流大轉(zhuǎn)矩對電機、電纜、 開關(guān)及機械設(shè)備的沖擊。不僅延長了電機等設(shè)備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。
建議在造紙廠新建項目、技術(shù)改造項目中全面推廣應(yīng)用變頻技術(shù)，淘汰擋板、閥門等獲利后低效調(diào)節(jié)方式，z*大限度較少能源消耗和污染物排放，提交能源利用率，為我國節(jié)能減排做出貢獻。
來源：英威騰中國
【壓縮機網(wǎng)】隨著經(jīng)濟的發(fā)展，資源約束的矛盾日益，建設(shè)節(jié)約型社會，進行節(jié)能降耗技術(shù)改造，已成為各造紙企業(yè)的積極努力的方向。本文詳細介紹了延邊某紙業(yè)公司化機漿增壓風機變頻改造設(shè)計與運行情況，并對改造后的經(jīng)濟效益進行了分析。運行結(jié)果證明在造紙生產(chǎn)酸法制漿過程中，利用高壓變頻技術(shù)具有卓越的技術(shù)性能和顯著的經(jīng)濟效益，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：增壓風機 變頻器 節(jié)能降耗 經(jīng)濟效益 推廣價值
一、概述：
在制漿（化學法）和造紙生產(chǎn)過程中主要產(chǎn)生三類廢水：黑（紅）液、中段廢水和紙機白水。黑（紅）液主要是蒸煮制漿廢水，中段水包括紙漿洗滌、篩選、漂白廢水，紙機白水為抄紙車間廢水。其中蒸煮廢水的環(huán)境污染z*嚴重，占整個造紙工業(yè)污染的90%。
而酸法制漿產(chǎn)生的紅液是造紙業(yè)廢水處理的關(guān)鍵。造紙紅液處理的系統(tǒng)為MVR蒸發(fā)器。MVR蒸發(fā)器，是英文mechanical vapor recompression的簡稱。MVR是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源的需求的一項技術(shù)。
二次蒸汽，經(jīng)過壓縮機的壓縮，壓力和溫度得以升高，熱焓隨之增加，被送到蒸發(fā)器的加熱室當作加熱蒸汽即生蒸汽使用，使料液維持蒸發(fā)狀態(tài)，而加熱蒸汽本 身將熱量傳遞給物料本身冷凝成水。這樣，原來要廢棄的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潛熱，又提高了熱效率。
目前該技術(shù)普遍應(yīng)用于化工、制藥、造紙、污水處理、海水淡化等行業(yè)。
二、MVR蒸發(fā)器系統(tǒng)
MVR蒸發(fā)器是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源的需求的一項技術(shù)。
其工作過程是低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮，溫度、壓力提高，熱焓增加，然后進入換熱器冷凝，以充分利用蒸汽的潛熱。除開車啟動外，整個蒸發(fā)過程中無需生蒸汽。
多效蒸發(fā)過程中，蒸發(fā)器某一效的二次蒸汽不能直接作為本效熱源，只能作為次效或次幾效的熱源。如作為本效熱源必須額外給其能量，使其溫度（壓力）提高。蒸汽噴射泵只能壓縮部分二次蒸汽，而MVR蒸發(fā)器則可壓縮蒸發(fā)器中所有的二次蒸汽。
溶液在一個降膜蒸發(fā)器里，通過物料循環(huán)泵在加熱管內(nèi)循環(huán)。初始蒸汽用新鮮蒸汽在管外給熱，將溶液加熱沸騰產(chǎn)生二次汽，產(chǎn)生的二次汽由渦輪增壓風機吸入，經(jīng)增壓后，二次汽溫度提高，作為加熱熱源進入加熱室循環(huán)蒸發(fā)。正常啟動后，渦輪壓縮機將二次蒸汽吸入，經(jīng)增壓后變?yōu)榧訜嵴羝?，就這樣源源不斷進行循環(huán)蒸發(fā)。蒸發(fā)出的水分z*終變成冷凝水排出
由于成本原因，單級離心壓縮機和高壓風機被普遍用于機械蒸汽再壓縮系統(tǒng)。
蒸發(fā)風機增加泵是紅液蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件，該裝置的可靠穩(wěn)定運行是整套，紅液蒸發(fā)系統(tǒng)正常運行的根本保證。由于蒸發(fā)風機增壓風機泵在整套系統(tǒng)中的特殊功用，所以其是一個特殊的負載類型，即非風機又不能等同于普通泵類負載，其對整個蒸發(fā)器生產(chǎn)過程中的工藝控制有很大影響。
三、化機漿蒸發(fā)風機泵工作原理
化機漿蒸發(fā)風機泵主要用于廠區(qū)廢液處理，現(xiàn)場工藝流程如圖1所示。
圖1現(xiàn)場工藝流程
工作流程：蒸發(fā)風機把高溫（大于100℃）的高溫蒸汽打入蒸發(fā)管道，然后把后級的蒸汽再抽回到蒸發(fā)器，如果蒸發(fā)器溫度低于100℃，那么由廠來的高溫蒸汽將補充到蒸發(fā)風機里，保持蒸汽溫度高于100℃。通過泵將預(yù)熱器加熱、濃縮處理的廢水引入到MVR蒸發(fā)器中，在熱交換器中，利用蒸汽對廢水進行循環(huán)加熱、蒸發(fā)、濃縮等處理，得到的蒸餾水回流到預(yù)熱器中，以用于預(yù)熱原液得到的濃縮液和蒸汽則進入分離器中，通過分離器，分離出的蒸汽進入壓縮機內(nèi)，而分離出的濃縮液則被直接回流至收集罐中，對濃縮液進行處理可回收其中的有用物質(zhì)、達到污水零排放，保護環(huán)境。
?。?）預(yù)熱器待處理的原液在進人蒸汽換熱器之前的溫度較低，為了充分利用系統(tǒng)內(nèi)的熱能，需采用換熱器對原液進行預(yù)加熱。
?。?）蒸發(fā)器預(yù)熱后的原液通過進料泵將其載入蒸發(fā)器，與經(jīng)蒸汽壓縮機壓縮升溫升壓后的蒸汽進行換熱，使其迅速汽化蒸發(fā)。
?。?）分離器：分離器是蒸汽和濃縮液進行分離的裝置。
?。?）壓縮機（風機泵）是MVR系統(tǒng)的核心部件，它通過對系統(tǒng)內(nèi)二次蒸汽進行壓縮，提高其熱焓，然后再將溫度和壓力提高了的二次蒸汽作為熱源用于系統(tǒng)加熱 。
?。?）控制系統(tǒng)：工控機和PLC等構(gòu)成了MVR蒸發(fā)器的實時控制系統(tǒng)。通過軟件編程，實時采集各種傳感器的狀態(tài)信號、從而自動控制馬達的轉(zhuǎn)速、閥門的開關(guān)和調(diào)節(jié)液體的流速和流量、溫度和壓力的控制和調(diào)節(jié)等、使系統(tǒng)工作達到動態(tài)平衡的狀態(tài)。同時該設(shè)備還具有自動報警、自動記錄參數(shù)和提供報表的各種功能。
?。?）清洗系統(tǒng)溶液蒸發(fā)一段時間后，會發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢通過添加化學溶劑去除。
?。?）真空系統(tǒng)：真空系統(tǒng)的作用是維持整個系統(tǒng)的真空度，從裝置中抽出部分空氣、不凝氣體以及溶液帶入的氣 體，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定的蒸發(fā)狀態(tài)。
四、變頻器調(diào)速節(jié)能原理
異步電動機的轉(zhuǎn)速n與頻率f、電動機轉(zhuǎn)差率s、電動機磁極對數(shù)p有以下關(guān)系： N＝60f（1-s）/p
由以上公式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，同時電動機的輸出功率也會發(fā)生變化，n與f之間呈線性關(guān)系，當f在0～50Hz變化時，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。當負荷變化而引風機轉(zhuǎn)速降低時，則輸出功率也隨之遞減從流體力學的原理得知，使用感應(yīng)電動機驅(qū)動的風機負載，軸功率P與流量Q，揚程H的關(guān)系為：
當電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時，Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：
可見流量Q和電機的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當需要80％的額定流量時，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80％，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2％。
如圖2所示，從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。
圖2 增壓風機的運行曲線圖
當所需風量、流量從Q1減小到Q2時，如果采用調(diào)節(jié)擋板的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt（P）與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。
考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，風機通過調(diào)速控制可節(jié)能10％～40％，有些風機負載節(jié)能比例達50%以上。
五、英威騰GD5000系列高壓變頻器技術(shù)特點
深圳英威騰研發(fā)生產(chǎn)的GD5000系列高壓變頻器采用多單元串聯(lián)技術(shù)，有自身的基本功能，也有與其它廠家變頻器獨特的優(yōu)點，下面對GD5000系列高壓變頻器可靠性作一介紹：
自2002年成立以來，已具有八年以上的生產(chǎn)變頻器設(shè)備及備品配件或類似設(shè)備的生產(chǎn)經(jīng)驗，公司已于2006年1月通過IS09001質(zhì)量保證體系認證。變頻裝置采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。具有對電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不需加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，不需要更換電機。變頻裝置內(nèi)部通訊應(yīng)采用光纖連接，以提高通訊速率和抗干擾能力。
在功率單元模塊設(shè)計上，針對不同電流范圍采用獨特進出線設(shè)計，抗干擾能力更強；
在結(jié)構(gòu)設(shè)計和電氣設(shè)計上，全面采用抗電磁干擾措施，z*有效保證變頻器的可靠運行。
三核控制技術(shù)，高壓變頻器主控系統(tǒng)采用DSP＋FPGA+ARM和液晶觸摸屏巧妙配合，提供中文觸摸式操作界面，控制系統(tǒng)高度集成化，抗干擾能力強、功能更強大、控制更精準，增加了產(chǎn)品的可靠性。
豐富的控制功能，我司高壓變頻器繼承了其低壓控制的特點，控制功能非常豐富。表現(xiàn)在頻率控制方式非常靈活。分為A頻率控制與B頻率控制，A頻率控制可以有多種控制源（包括PID控制、多段速控制都屬于這方面內(nèi)容）；B頻率控制同樣有多種控制源，用戶可以靈活的選擇采用A頻率控制源，B頻率控制源還是A+B，A、B中z*大值。通過這種數(shù)學上的抽象，英威騰的高壓變頻器不僅能滿足簡單場合的工藝控制的要求，還可以滿足特定場合的工藝控制要求。另外，對于命令通道的選擇也同樣是豐富多樣的?？梢曰緷M足多種多樣的應(yīng)用場景。
模塊冗余配置，功率單元采用一定冗余配置。功率開關(guān)器件按實際運行參數(shù)的2倍以上配置電流和電壓，如采用1700V高壓IGBT，器件參數(shù)余量大，可靠性較高。
低諧波設(shè)計，額定負載時輸入側(cè)的（對電網(wǎng)的影響）諧波＜2％；輸出側(cè)的（對電機的影響）諧波＜2％；
DSP控制系統(tǒng)對調(diào)制波形優(yōu)化處理，確保輸出完美無諧波波形。
AVR功能，可以根據(jù)母線電壓的波動自動調(diào)節(jié)輸出PWM信號的占空比，從而減輕電網(wǎng)電壓波動對于輸出電壓波動的影響。
V/F控制的轉(zhuǎn)矩提升功能，提供低頻轉(zhuǎn)矩提升功能，其主要是用來解決低頻時定子電阻引起的電壓損失導(dǎo)致磁通不足的問題。
多種V/F曲線的選擇提供多種的V/F曲線形式（如：多點V/F曲線，1.3次冪、1.7次冪、2.0次冪V/F曲線），可以滿足各種不同的負載要求。
輸入電壓適應(yīng)性強，允許網(wǎng)側(cè)電壓在10%～-15%之間波動。同時具有AVR功能，能夠根據(jù)母線電壓的波動自動調(diào)整輸出電壓。網(wǎng)側(cè)電壓在短時間小于85%～65％額定值或大于110%～120％額定值，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不停機，保證電機持續(xù)運行。
超長瞬時掉電不停機，有效避免電網(wǎng)不穩(wěn)定帶來的停機問題，我司高壓變頻器采用更好的瞬停處理方式，可以做到適應(yīng)電網(wǎng)晃電1S以上，不管是風機，還是水泵，都可以做到該效果。如果風機類負載，z*多可以電網(wǎng)晃電5S都沒有問題。
超低頻轉(zhuǎn)速追蹤能力，有效保證掉電快速再啟動，具有全頻段的轉(zhuǎn)速自動跟蹤啟動功能，不論電機掉電多久，不論電機在頻段高低時，都能自動搜索跟蹤電動機轉(zhuǎn)速，按照設(shè)定加減速時間恢復(fù)正常運行狀態(tài)，不用顧慮電機的運行狀態(tài)，可以實現(xiàn)高壓電機即時的啟動和停止控制，保證機組安全啟動。
對稱旁路功能，單元體雙旁路技術(shù)，系統(tǒng)可靠性更高，采用的是機械式旁路（外部旁路）與電子旁路（內(nèi)部旁路）可選的策略，其中機械式旁路可在200ms完成功率單元的自動旁路，而電子旁路，因為都是電子元器件控制，其動作時間就會很快，毫秒級就能完成旁路的動作。并且不論是機械式旁路還是電子旁路，都經(jīng)過了嚴格重載，小慣量負載的驗證的，完全可以可靠的旁路。
雙上電限流電路設(shè)計，有效保護系統(tǒng)安全、延長設(shè)備壽命，采用了硬件限流以及軟件限流技術(shù)，當有效保護了因為負載突變而導(dǎo)致的系統(tǒng)過流故障的問題，提高了產(chǎn)品的可靠性
抗輸出短路保護技術(shù)，系統(tǒng)在輸出線纜短路的時候，能夠迅速保護，不會造成別的不良后果。
六、改造方案
2015年8月末延邊石峴雙鹿實業(yè)有限責任公司化機漿風機泵增壓風機進行高壓變頻調(diào)速改造，本次改造對一臺電動機進行改造，采用一拖一自動隔離方式，引風機電動機可采用工、變頻兩種方式運行。經(jīng)過對比分析，選用深圳英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的GD5000-A0400-06-S系列高壓變頻器，該裝置變頻器整流器件為二極管，逆變器件為IGBT，控制方式采用無速度傳感器矢量控制，運行性能更加優(yōu)越。2015年8月新系統(tǒng)全部投入運行。
| 負載信息 | |||
|
電機型號及功率 |
YKK7SP4503-8（280kw） |
電機廠家 |
大連電機 |
|
額定電壓 |
6000V |
額定電流 |
37A |
表1電機參數(shù)
| 配套高壓變頻器 | ||||
|
變頻器廠家 |
高壓變頻器型號 |
適配電機 |
負載 |
旁路方式 |
|
深圳英威騰 |
GD5000-A0400-06-S |
315kW,6kV |
化機漿增壓風機泵 |
一拖一自動帶隔離 |
表2配套高壓變頻器參數(shù)
七、系統(tǒng)運行工藝描述
變頻器的6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘與接觸器后到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘和接觸器送至電動機；6kV電源還可經(jīng)旁路接觸器直接起動電動機。進出線刀閘與接觸器和旁路刀閘與接觸器的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進出線刀閘與接觸器，將變頻裝置隔離，手動合旁路接觸器，在工頻電源下起動電機運行。旁路柜具備五防閉鎖功能；具備工、變頻方式指示功能；帶電指示功能和帶電閉鎖柜門功能。
系統(tǒng)改造一次回路如圖3所示。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，給變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接自動（工藝要求手動）切換到工頻運行狀態(tài)下運行，這樣可以保證機組的正常安全運行。
為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對6kV開關(guān)QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF。當工頻旁路時，變頻器始終允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開關(guān)、自動旁路柜、GD5000系列高壓變頻器、高壓電機組成。旁路柜是由三個真空高壓接觸器KM1、KM2、KM3和高壓隔離開關(guān)QS1、QS2組成。正常運行時QS1、QS2全部閉合，只有在檢修時斷開。電機以變頻方式運行時， KM1、KM2閉合，QS3斷開；電機以工頻方式運行時，KM3閉合， KM1、KM2斷開。變頻與工頻之間切換自動/手動完成。旁路柜嚴格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計，變頻輸出開關(guān)KM2和工頻開關(guān)KM3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。
由于在整個變頻調(diào)速系統(tǒng)中前級用戶開關(guān)柜具有過載保護裝置，因而手動旁路柜不會對電機進行過載保護。同時用戶開關(guān)柜必須按照8-10倍額定電流設(shè)置速斷保護值，確保躲過激磁涌流。
圖3 改造后的一次回路圖
八、節(jié)能改造后的經(jīng)濟效益分析
增壓風機變頻改造后，高壓變頻器一次投運成功。達到了預(yù)期及節(jié)能以及控制上的要求。現(xiàn)場實際運行照片如圖4所示。
圖4現(xiàn)場高壓變頻器
與原有工頻驅(qū)動方式相比，目前擋板全開，變頻器運行在40Hz，與之前擋板調(diào)節(jié)方式相比消耗功率有明顯降低。經(jīng)過統(tǒng)計綜合節(jié)電率可達25%
九、結(jié)束語
增壓風機經(jīng)過變頻改造以后，節(jié)能效果非常明顯，而且啟動頻率低，轉(zhuǎn)速低，電流小且平穩(wěn)。實現(xiàn)了軟啟動，避免了以前用工頻啟動時的大電流大轉(zhuǎn)矩對電機、電纜、 開關(guān)及機械設(shè)備的沖擊。不僅延長了電機等設(shè)備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。
建議在造紙廠新建項目、技術(shù)改造項目中全面推廣應(yīng)用變頻技術(shù)，淘汰擋板、閥門等獲利后低效調(diào)節(jié)方式，z*大限度較少能源消耗和污染物排放，提交能源利用率，為我國節(jié)能減排做出貢獻。
來源：英威騰中國
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