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摘要：衛生紙造紙機的真空系統電耗占總電耗的20%~25%。嚴格的節能減排政策，日益激烈的市場競爭，促使造紙企業必須尋求節能降耗的空間。隨著科技技術的發展，一些造紙企業開始針對真空系統進行優化升級，如真空泵變頻節能改造，真空泵伺服電機節能改造，透平真空泵應用等，廣東某造紙企業根據實際的改造案例，對比3種真空泵節能改造的優劣，分析其投入與產出，為衛生紙造紙企業的真空系統節能降耗提供參考依據。
關鍵詞：真空系統；節能；變頻；伺服電機；透平真空泵；羅茨真空泵
1改造案例的現有設備參數
本案例所用紙機為日本真空圓網造紙機，車速1000m•min-1，幅寬3400mm，真空系統采用2臺羅茨真空泵。網部真空泵：品牌伊藤鐵工，型號RS-300C，風量170m3•min-1，真空度-200mmHg，功率160kW，實際運行電流182A，實際真空度-15~-20kPa。壓榨、毛毯真空泵：品牌伊藤鐵工，型號RS-350C，風量190m3•min-1，真空度-300mmHg，功率200kW，實際運行電流215A，實際真空度-15~-20kPa。以上兩臺真空泵原配置是工頻電機，采用軟啟動控制，只要紙機開機生產，不管什么車速，什么定量，電機均是滿載運行，不能對工藝的改變作出調整，能耗偏高。以下改造案例的測試條件是：定量15g•m-2衛生紙，車速1050m•min-1，電流數據采自變頻器或伺服驅動器的輸入側，數據均是多次采集后取平均值。
2工頻電機改變頻電機和變頻控制
變頻調速技術是一種以改變頻率來達到電機調速目的的技術，變頻調速具有效率高、調速范圍寬、精度高、調速平穩、無級變速等優點，因而被廣泛使用，是國家電機能效提升計劃非常重要的技術。對真空泵升級最直接、最簡單、最成熟的改造就是將工頻電機更換成變頻電機，采用變頻控制的方式控制電機的轉速。根據生產的實際情況，調節真空泵的電機轉速，達到節電的目的。變頻改造的回收期只有8~9個月。如果你想節約投資，用原來的工頻電機，只增加變頻控制，改造成本可以節約一半，回收期只4個月，但你要面對電機溫度升高，能效偏低，容易燒損等問題。
3工頻電機改伺服電機和伺服控制
伺服電機，它與變頻電機最主要的區別是自身帶有編碼器，然后將編碼器信號傳輸到伺服電機驅動器里面，構成一個閉環控制系統，具有啟動快，停止快，帶負載能力比變頻電機好的特性，可以實現對速度、轉矩、位置3種控制方式，在要求較高的場合應用較多。伺服電機價格一般是變頻電機的4~5倍，對真空泵升級改造采用伺服電機的做法比較奢侈，大部分造紙企業都不會采用這種方案。但國內有一些伺服電機的制造企業顛覆傳統買和賣的合作方式，開創出一種新的合作模式，即伺服電機廠家對企業進行調研后，根據調查的結果，免費對能耗高、節能空間大的設備進行伺服電機進行改造，通過改造前后的用電數據進行對比，將節省下來的錢按比例分成，伺服電機廠家一般3~5年回收投資成本并盈利，企業也在改造過程中節約能耗，獲得利益，達到雙贏的結果。本文的案例也是采用這種合作方式進行的改造。伺服電機改造的節能量大約32%，比變頻電機改造提高10%，但由于伺服電機的價格偏高，回收期需要16個月。如果采用節能合同的方式，節能收益對半分三年，供應商回收約67.5萬元，企業節能獲利約67.5萬元，這種雙贏的合作模式，也是一個很好的選擇。
4透平真空泵代替羅茨真空泵
透平真空泵的工作原理是利用葉片和氣體相互之間的共同作用，葉輪的高速轉動，提高氣體壓力和動能，并利用相繼的通流元件使氣流減速，將動能轉變為壓力能。為了獲得最終需要的壓力，一般使用多級組合壓縮的方式。而作為真空發生器使用時，排出的最終壓力為大氣壓，吸入壓力則為負壓[2]。透平式真空泵用在真空系統時，葉輪運行速度較高，多級機的操作速度一般在5000r•min-1，單級機的操作速度在10000r•min-1以上[3]。由于氣體挾帶的水分或其他異物進入高速運動的透平風機，可能會對其造成致命的損害，因此透平風機吸入口前必須有大型的水泥或全不銹鋼結構的氣水分離室，把氣流速度控制在3m•s-1以內。空氣在被加速壓縮和釋放過程中會產生較大的噪音，設計安裝時，一般將透平式真空泵安裝在較為密閉的房間，防止噪音擴散。通過現場調研和檢測相關的運行參數，確定采用一臺單級透平真空泵代替兩臺羅茨真空泵，透平泵的選型如下：品牌杭州傻龍，型號TBJIG-S310/1.36，風量300m³•min-1，真空度-25kPa，功率250kW，初步理論計算每小時節約電能60kW•h，每年節約30萬元。改造完畢并經過兩個月的運行，得出詳細的參數對比，具體數據見表3。通過表3的數據對比看出：透平真空泵的節能量大于以上兩種改造方法，達到40%的節能量，究其原因主要在于透平真空泵有80%的超高效率，而傳統的水環真空泵或羅茨真空泵的效率只有40%~50%，甚至更低[4]。但由于泵體價格高和需要修改真空管路，導致投資回收期約19個月，但節能是長期效益，從長遠的角度來看，是非常好的一個改造項目。
5結束語
在對真空系統研究和分析的過程中，我認為紙頁的干燥應該遵循的規則是：紙頁干燥的總水量=壓榨脫水量+真空抽吸脫水量+蒸發水量，真空抽吸水量越大，會導致壓榨脫水量減少和紙機傳動負載增加，壓榨脫水相對真空抽吸，壓榨脫水使用的能耗低，效率高，應該優先考慮，所以合理的真空抽吸量是降低能耗的重要措施。以上3種真空泵的改造方法，都是在合理的調整真空抽吸量來匹配生產工藝需求，達到真空脫水和壓榨脫水最大化。同時，因改造方法的不同，設備效率也有所不同，通過對比，從長遠的經濟效率來看，選用透平真空泵是最好的。隨著國內研發制造實力的增強，設備成本的降低，相信透平式真空泵一定會廣泛地應用于我國造紙工業，為國家的節能減排目標做出貢獻。
參考文獻：
[1]李振波，李繼庚．造紙機真空系統節能優化的研究[J].中國造紙，2016，35(9):8-15.
[2]曹海兵，李六柏．透平風機在衛生紙機的應用[J].紙和造紙，2018，37(4):9-10.
[3]劉斌．透平式真空泵在現代紙機上的應用[J].中國造紙，2012，31(1):52-55.
[4]向長江．造紙機的真空系統[J].紙和造紙，2016，35(5):8-9.
作者：梁新強 單位：維達國際控股有限公司