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森蘭制漿造紙行業應用典型解決方案

(一)紙漿制漿工藝

紙和紙板的生產過程可以分為兩部分:制漿過程和造紙過程。制漿過程就是把植物纖維原料離解變成單根纖維的過程,在離解過程中對纖維產生機械和化學損傷越小越好。由于原料的不同,制漿有廢紙制漿和木材(竹、草)制漿。

1、廢紙的制漿技術

和造紙工業一樣,紙漿生產廠家所使用的廢紙根據來源可以分為三類:紙廠損紙;用戶使用前的廢紙,如印刷廢料和裁切廢料;用戶使用后的廢紙,主要包括從家庭和商店回收的廢紙。

2、木材(竹、草)制漿

90%以上的紙和紙板是由木漿制造的,而且木漿生產的工藝過程比廢紙制漿工藝復雜,污水的處理要進行堿回收,工藝上也多一些環節。木材制漿包括下列基本過程:備料—制漿—洗滌—篩選—漂白。

為簡單起見,本文紙漿設備變頻調速節能的案例以廢紙制漿工藝為例。

3、造紙輔機

如上所述的制漿的碎漿、磨機、分散機、推進器、漿泵、風機、真空泵等各種機械稱為造紙輔機。以上的機械中,漿泵和風機為平方轉矩機械特性,用變頻調速節能顯著;碎漿、磨機、分散機和真空泵等為恒轉矩機械特性,節能率與漿泵和風機比較要小一些。經驗證明,將二者加在一起平均計算,節能率大約在10%~15%。

(二)造紙工藝

造紙的過程是一個連續生產過程,漿料通過上漿流送系統,傳送到紙機生產流水線的前端流漿箱,然后將紙漿均勻地施在行走并搖晃的網布上,經過真空吸水、壓榨、若干級烘缸烘干、壓光(壓紋)、卷紙成為原紙;原紙又可以另外進行機外涂布(或機內涂布)、超級壓光、復卷產出成品紙。

紙機的規格是按紙幅的寬度和線速度(m/min)來定型,如1760/250/min、1880/110/min、2400/120/min、2460/450/min、4200/550/min等型號的紙機,其數字表示紙機生產紙的幅寬及車速。

造紙車速與造紙原料的種類、非木質纖維、脫水性能、濕紙強度等有關。對于文化用紙,450m/min以上為高速,150m/min~450m/min中速,150m/min以下為低速。不過車速也是相對的,對不同的紙種,最高車速有不同的限制。

(三)造紙機的電氣傳動

1. 造紙對電氣傳動的要求:

(1)、工作車速的調節:1:2~1:5,有時可達1:8~1:10。

(2)、保持車速穩定:紙幅不發生斷頭和許可上漿濃度波動范圍內保持定量偏差符合標準,精度±1%~10%。

(3)、各分部速比調整:網部和壓榨時,縱向伸張,橫向收縮;烘干時,縱向和橫向均收縮。

如生產書寫紙文化紙時,各分部的速比如下:

伏輥         94~95.5

壓1          96~97

壓2          97.5~98

烘干         100

壓光         100.05~100.15

卷紙         100.1~100.5

各分部相對該分部有±6%調節范圍。

(4)、保持分部間既定速比的穩定:載荷的變化,電壓的變化,速比保持穩定,及時地使前后各部分的車速自動跟隨變化,及時糾正偏差,使速比變化范圍不超過±3%。

(5)、爬行速度:適當爬行速度在15~50m/min。

2. 總軸傳動

為使紙機各分部按規定的速比運行,傳統的辦法用一根軸傳動。各分部的速度由皮帶塔輪來調節。這種調節法是完全機械式的,運行時噪聲特別大,精度不是很高,因此,一般車速為400~700r/min,最高不超過800r/min。

優點:調速性能好,操縱方便,廣泛應用于中低速紙機。

缺點:各分部調速不方便,維護工作量大,占地面積大。

3. 分部傳動

保持各分部速比精度高,無傳動軸功率減少10%~15%,操作安全、方便,占地面積小,各分部可單獨啟動。

交流分部傳動:簡單的開環調速,對低速紙機1092、1760等速度鏈采用電位器并聯模擬量給定方式或變頻器由頻率加減端口控制。

PLC或計算機控制:由PLC給出各段速度(數字式速度鍵),或用工控機加板卡組成;工控機上位機、下位機PLC組成。

(四)造紙機電氣傳動特殊問題

1、直流母線式

在類似于紙機生產線這種傳動系統中,會出現一個或幾個傳動分部的速度比規定的速度低,由于傳動分部之間有柔性的連接,低速傳動分部被速度高的傳動分部拖著走而處于發電狀態。如果再生能量得不到處理,變頻器就要產生“過壓”跳閘,使生產停頓。如果每個傳動分部都配一套能耗制動單元或能量回饋系統,那就太浪費了,只需將變頻器采用直流母線式。在設計傳動系統時,如果傳動分部不是很多,比如10個以下,應考慮這種方案。具有10個左右傳動點的紙機大概就是1770紙機,這種紙機前級伏輥、壓榨1、壓榨2變頻器不會出現再生狀態,而在烘1至烘6的變頻器容易出現再生發電狀態,就把這幾級的變頻器的直流母線互聯,組成簡單的直流母線式。

2、同步

紙機的各分部按一定的速比傳動,或者稱為比例聯動。運行過程中,各分部均可微調速度。從紙機對傳動的要求看,關鍵是保持車速穩定。一般V/F變頻器開環控制方式可用于低速紙機的總軸或分部傳動;V/F變頻器閉環控制方式或無速度傳感器矢量變頻器開環控制方式可用于中速紙機的分部傳動;無速度傳感器矢量變頻器閉環控制方式用于高速紙機的分部傳動。實際上,除了考慮紙機的車速外,還要考慮紙幅的寬度,如2400/120/min紙機,車速雖然較低,但紙幅較寬,在選用變頻器時按中速紙機處理。

3、張力控制

多電機分部傳動時,各分部需用的功率變化會導致電動機的轉速改變,并引起各分部的速比發生變化。傳動中配有減速器,不可避免地會有慣性力,所以不是總能立即恢復規定的各分部速比而造成斷紙。此外,供電壓及頻率的波動也會導致各分部速比的變化。因此,現今比較完善的調節系統,是保持各分部間規定的紙幅張力。在抄紙過程中,通過烘缸進入壓光以前,基本上已經達到成紙的干度要求,即紙頁的伸縮率已經很小,對于有機內涂布的造紙機,它有前烘缸后烘缸的配置,又要經歷“加水”—“脫水”的過程,這就必須引入張力控制。

張力控制一般有兩種方式,一種為直接張力檢測控制,即在出缸后的導紙輥上安裝張力傳感器,幅寬4m以內的造紙機一旁單側安裝;幅寬4m以上的造紙機則兩側安裝。另一種為間接張力控制方式,人為地將壓光部的變頻器的機械特性變軟,自動適應張力的變化。

4、負荷分配(平衡)

現代長網造紙機在網部和壓榨部都會出現2~3臺電動機同時驅動同一個負載的情況,各傳動點之間不是剛性連接,而是通過網、毛氈之間一種柔性連接,速度跟蹤出現問題,就必然會出現幾臺電機之間的負荷分配。負荷分配的原則是要求各個傳動點的表面滾筒的線速度一致,但各傳動點的電機的功率、所驅動的輥筒的直徑不同、包角不同,同樣也產生負荷分配問題。解決負荷分配的方法是主傳動環節設為速度控制,從傳動設置為轉矩控制。


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