紙機(jī)真空系統(tǒng)
——節(jié)能降耗解決方案

王秋景 山東天瑞重工有限公司

紙機(jī)真空系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

紙機(jī)真空系統(tǒng)技術(shù)迭代發(fā)展如圖1所示，第一代水環(huán)泵技術(shù)發(fā)明于19世紀(jì)80年代，現(xiàn)在全球仍有90%以上的紙機(jī)使用該技術(shù)，存在噪音大、高耗低效、維修費(fèi)用高的問題。第二代透平機(jī)技術(shù)發(fā)明于20世紀(jì)40年代，與水環(huán)泵技術(shù)相比，透平機(jī)技術(shù)汽水分離充分，無需水環(huán)，抽真空效率提高20%～30%，依據(jù)抽真空級(jí)數(shù)，市場(chǎng)上的第二代真空系統(tǒng)又可分為單級(jí)透平機(jī)和多級(jí)透平機(jī)。第三代變速透平機(jī)技術(shù)1999年投入市場(chǎng)。與第一代水環(huán)泵技術(shù)相比，可節(jié)能30%～70%；與第二代定速透平機(jī)技術(shù)相比，借由變頻控制可進(jìn)一步節(jié)能20%～30%。此外，變速透平機(jī)技術(shù)可以根據(jù)紙機(jī)實(shí)際生產(chǎn)狀況對(duì)真空度和抽氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，顯著提高真空控制能力，同時(shí)提高紙機(jī)運(yùn)行性能和效率。第四代磁懸浮透平真空泵技術(shù)采用永磁直驅(qū)變頻調(diào)速技術(shù)，比第三代紙機(jī)真空系統(tǒng)節(jié)能8%～10%。此外，磁懸浮透平真空泵技術(shù)采用葉輪與永磁電機(jī)主軸直連，消除了變速裝置，降低了設(shè)備體積；采用無接觸懸浮支承技術(shù)，消除了機(jī)械摩擦磨損，無需定期更換機(jī)械軸承，維護(hù)成本大大降低。

圖1 紙機(jī)真空技術(shù)的迭代

如表1所示，水環(huán)真空泵、單級(jí)透平機(jī)、變頻透平機(jī)均采用異步電機(jī)，效率較低；磁懸浮透平真空泵采用永磁變頻技術(shù)，節(jié)能效果好，效率更高，相較于其它真空系統(tǒng)，真空度調(diào)節(jié)范圍也比較大。

表1 小型紙機(jī)的各種真空系統(tǒng)技術(shù)條件比較

磁懸浮透平真空泵

天瑞重工磁懸浮透平真空泵是一款高科技綠色節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品（圖2）。采用磁懸浮軸承、三元流葉輪、高速永磁同步電機(jī)、高效變頻器調(diào)速、智能化檢測(cè)控制等核心技術(shù)，與透平機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合研制而成。啟動(dòng)時(shí)先懸浮后旋轉(zhuǎn)，無摩擦，無需潤(rùn)滑，葉輪與轉(zhuǎn)子直連，傳動(dòng)零損失。運(yùn)轉(zhuǎn)高效可靠，可實(shí)現(xiàn)智能化變頻控制與遠(yuǎn)程控制。與水環(huán)式真空泵相比，節(jié)電率40%以上，為客戶提標(biāo)改造提供了優(yōu)質(zhì)的解決方案，具有突出的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖2 磁懸浮透平真空泵主機(jī)示意圖

磁懸浮透平真空泵——性能優(yōu)勢(shì)

天瑞重工磁懸浮透平真空泵因采用第四代磁懸浮技術(shù)，具有“節(jié)能減碳、降噪環(huán)保、科技智能、免維護(hù)”四大性能優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于紙機(jī)真空系統(tǒng)。四大性能優(yōu)勢(shì)具體如下：

● 節(jié)能減碳，以300kW磁懸浮透平真空泵為例，與水環(huán)式真空泵相比，每臺(tái)每年節(jié)約用電150多萬kWh以上。

● 降噪環(huán)保，采用磁懸浮自平衡技術(shù)，運(yùn)行時(shí)無摩擦，運(yùn)行噪音降低至80dB以下，不會(huì)影響辦公及周邊居住環(huán)境。

● 科技智能，實(shí)時(shí)監(jiān)控，物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)幫助客戶監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

● 免維護(hù)，磁懸浮軸承無摩擦，無需潤(rùn)滑，不產(chǎn)生油污染，節(jié)約潤(rùn)滑油、清潔費(fèi)用。

磁懸浮透平真空泵——永磁同步電機(jī)

磁懸浮透平真空泵主機(jī)使用的高速永磁電機(jī)采用緊湊型定子與轉(zhuǎn)子組成。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過“定子”與“轉(zhuǎn)子”間的相互作用力與反作用力，將電能轉(zhuǎn)化為設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能。采用風(fēng)冷形式進(jìn)行冷卻，不僅冷卻效果顯著，還解決了使用水冷方式冷卻存在水泄露對(duì)電器元件造成損害的問題。

磁懸浮透平真空泵——磁懸浮軸承系統(tǒng)

磁懸浮軸承系統(tǒng)是磁懸浮透平真空泵的核心，由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和功率放大器四部分組成，它們之間沒有機(jī)械接觸。其工作基本原理是通過位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子的軸偏差信號(hào)，將該信號(hào)反饋到主控制器，控制器接收到信號(hào)后，計(jì)算輸出控制信號(hào)，通過功率放大器控制線圈電流，調(diào)節(jié)電磁力的大小，從而將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮于工作位置。磁懸浮軸承無機(jī)械摩擦，沒有震動(dòng)，是磁懸浮真空泵節(jié)能降噪的重要原因。

磁懸浮透平真空泵——流體部件

葉輪采用三元流后彎式設(shè)計(jì)，CAE有限元分析，最高效率達(dá)到89.8%。葉輪是采用五軸加工中心整體銑削而成，強(qiáng)度、剛性可靠，并經(jīng)過100%X射線探傷和115%超轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)，保證高效、安全、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。耐磨、耐腐蝕、耐紙漿纖維沖擊，穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，壽命長(zhǎng)達(dá)20年。

磁懸浮透平真空泵——變頻控制及斷電保護(hù)

磁懸浮透平真空泵配置了高效變頻器，同時(shí)系統(tǒng)配備自發(fā)電和輔助軸承多重?cái)嚯姳Ｗo(hù)措施。

磁懸浮透平真空泵可在大氣壓為101kPa，環(huán)境相對(duì)濕度為70%，380V的運(yùn)行環(huán)境下工作，其主要配置功能包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、防喘振、動(dòng)平衡自糾正功能、安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。

磁懸浮透平真空泵典型案例

助力雙碳目標(biāo)

一臺(tái)600kW磁懸浮透平真空泵，一年估算可節(jié)約電340萬kWh，減少二氧化碳排放1,942t，節(jié)約標(biāo)煤1,043t。

磁懸浮透平真空泵改造案例一

山東濰坊，某造紙集團(tuán)，2020年一臺(tái)特種紙機(jī)改造升級(jí)選用TRV132磁懸浮透平真空泵替代傳統(tǒng)水環(huán)真空泵。改造前水環(huán)泵均時(shí)耗電110kWh，安裝磁懸浮透平真空泵后，2021年上半年均時(shí)耗電53.9kWh，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電量44.9萬kWh，節(jié)電率51%；同時(shí)真空系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸汽經(jīng)過回收用于紙機(jī)熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能31.2%，綜合節(jié)能率達(dá)82.2%。

圖3 磁懸浮透平真空泵改造案例一現(xiàn)場(chǎng)圖

磁懸浮透平真空泵改造案例二

圖4 磁懸浮透平真空泵改造案例二現(xiàn)場(chǎng)圖

四川成都，某衛(wèi)生紙生產(chǎn)企業(yè)，一臺(tái)衛(wèi)生紙機(jī)改造升級(jí)，安裝了一臺(tái)TRV90磁懸浮透平真空泵替代傳統(tǒng)羅茨真空泵，改造后運(yùn)行穩(wěn)定，噪音降低至80dB左右，綜合節(jié)電率46%。

磁懸浮動(dòng)力裝備在造紙行業(yè)的其他應(yīng)用

天瑞重工磁懸浮動(dòng)力裝備因“節(jié)能降噪、免維護(hù)、無污染和智能化”等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于造紙行業(yè)。除了磁懸浮透平真空泵應(yīng)用于紙機(jī)真空系統(tǒng)，磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)已在造紙污水處理及自備電廠的脫硫脫硝工藝有著大量的應(yīng)用，并獲得客戶的廣泛好評(píng)。天瑞重工除了鼓風(fēng)機(jī)、真空泵兩大產(chǎn)品在市場(chǎng)獲得高度關(guān)注外，后續(xù)研發(fā)的磁懸浮低溫余熱發(fā)電機(jī)組、制冷壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)也相繼應(yīng)用于市場(chǎng)。

磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)是一種節(jié)能環(huán)保的高科技產(chǎn)品。與傳統(tǒng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)相比，節(jié)電30%～40%，噪音由120dB降低至80dB以下，壽命長(zhǎng)達(dá)20年，可使造紙污水處理的整體費(fèi)用降低20%，并在造紙行業(yè)自備電廠的脫硫脫硝工藝中有著成熟的應(yīng)用。

磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)——案例一

2016年山東臨沂，某造紙集團(tuán)污水處理廠安裝4臺(tái)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)。改造前每天平均用電量11,531.3kWh，改造后每天平均用電量7,180.6kWh，日均節(jié)電4,300多kWh，全年節(jié)電158萬kWh，節(jié)電率37.7%。噪音由原來的130dB降至70dB左右。

磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)——案例二

2020年6月，山東濰坊，某造紙集團(tuán)熱電聯(lián)產(chǎn)自備電廠安裝5臺(tái)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，作為脫硫脫硝氧化風(fēng)機(jī)使用，設(shè)備技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定。節(jié)電效果明顯，綜合節(jié)電率達(dá)50%以上。