1引言
　　變頻調(diào)速在風機和泵類負載上的應用具有顯著的節(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)導將此建議分別上報各級領(lǐng)導后經(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：
　?。?）電耗比較：（電費：0.65元/ kW?h計算）（單臺蒸發(fā)）

　　（2）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
　　（1）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。
　　（3） 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。
　　（6）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。