Aplicació de KERUN Inverter a la indústria de la maquinària paperera
-- Sèrie ACD320
Pròleg:
Des de 1990, i especialment des de 1995, la indústria paperera de la Xina ha experimentat un creixement continu de la capacitat de producció efectiva. A finals de 2002, hi havia més de 4.000 fàbriques de paper a la Xina, incloses més de 2.600 d'una escala important. La producció total el 2002 va arribar als 37,8 milions de tones. En els següents 1-2 anys, es van afegir prop de 10 milions de tones de nova capacitat de producció. Actualment, més del 80% dels nous sistemes d'accionament de màquines de paper utilitzen unitats controlades per inversor.
Els inversors aplicats en accionaments de màquines de paper han de tenir actualment les característiques següents:
(1) Ampli rang de regulació de velocitat, amb una eficiència superior al 90% en tot el rang de velocitat;
(2) Factor de potència superior a 0,9;
(3) Distorsió harmònica total del corrent d'entrada inferior al 3%;
(4) Ús de components estàndard fiables i madurs com els IGBT;
(5) Capacitat de reduir el contingut harmònic de sortida i reduir eficaçment el soroll dv/dt i la pulsació del parell.
I. Antecedents de l'aplicació de l'inversor en màquines de paper.
L'equip d'accionament seccional de les màquines de paper a la Xina utilitzava anteriorment sistemes de control de velocitat SCR DC. Problemes com els anells lliscants i les escombretes de carbó van provocar una baixa fiabilitat i precisió, donant lloc a una mecànica obsoleta de les màquines de paper amb velocitats generalment d'uns 200 m/min, cosa que dificulta la competència amb les màquines de paper-estrangeres d'alta velocitat que arriben als 1.000 m/min. La fabricació de paper és un procés de producció continu, fent que el control continu i ordenat de la línia de producció sigui un coll d'ampolla que restringeix la qualitat i la producció del paper. Si bé els sistemes de control de velocitat de CC van tenir un paper important en la història del desenvolupament de màquines de paper, els motors de CC pateixen dificultats de manteniment i poca resistència als factors ambientals, que es manifesten principalment de la següent manera:
(1) Desgast greu del commutador i fallades com els commutadors cremats que provoquen un temps d'inactivitat llarg;
(2) Nombroses dificultats i requisits elevats en el manteniment del motor de corrent continu, el que resulta en costos de reparació elevats;
(3) Tacogeneradors propensos al desgast, causant una baixa precisió en el sistema d'accionament;
(4) Sistemes complexos de control de velocitat de corrent continu, difícils de depurar, que sovint dificulten als tècnics mitjans ajustar-les velocitats de funcionament de la màquina.
La tecnologia de control de velocitat de freqüència variable de CA, amb el seu excel·lent rendiment de regulació de la velocitat i els importants avantatges d'estalvi{0}}d'energia, s'aplica àmpliament a l'economia de la Xina i es considera el mètode de control de velocitat de CA més prometedor. No només posseeix el rendiment superior de regulació de velocitat dels motors de corrent continu, sinó que, per tant, s'està adoptant àmpliament. L'aplicació d'inversors en els accionaments seccionals de les futures màquines de paper s'ha convertit en una tendència inevitable.
L'aplicació d'inversors en els accionaments de les màquines papereres dóna molt bons resultats, com ara la millora de la qualitat del paper des d'una perspectiva de procés, l'augment de la capacitat de producció, la reducció del consum d'energia i l'ampliació dels cicles de manteniment d'aturada.
Prenent com a exemple una màquina de paper Fourdrinier, té dues seccions principals: la secció de l'assecador (extrem sec) i la secció de filferro (extrem humit). Segons els requisits del procés, la velocitat de fabricació del paper oscil·la entre 20 i 100 m/min, amb gramatges de 9 a 30 g/m². En general, el requisit de precisió de la unitat per a les màquines de paper és de l'1 al 3‰. A causa de l'ampli rang de variació de velocitat i un pes bàsic mínim de 9 g/m², es requereix una precisió encara més gran de la unitat. Per tant, s'escull un sistema de control-de llaç tancat per a la unitat de la màquina de paper.
II. Anàlisi dels beneficis-d'estalvi d'energia
A partir de la comparació del consum d'energia d'una màquina de paper abans i després de la readaptació a una fàbrica, les dades són les següents:
Consum d'energia de control de CC: Velocitat a 90 m/min: P90=74A × 180 V + 3 × 220=13980W=13.98 kW (accionament de CC)
Basat en 300 dies de producció per any: consum total d'energia de la màquina=300 × 24 × 13.98=100, 656 (kWh)
Control d'inversor Consum d'energia: Velocitat a 90 m/min: P90=1.732 × 16A × 380V=10530W=10.53 (kW) (accionament inversor)
Consum total d'energia de la màquina=300 × 24 × 10.53=75,816 (kWh)
Estalvi d'electricitat anual=100,656 - 75,816=24,840 (kWh)
A partir d'això, l'estalvi energètic real després d'aplicar l'inversor es pot derivar com:25%
III. Anàlisi dels beneficis del procés
(1) Augment de la taxa operativa de la màquina de paper: més del 27% (derivat de la producció mitjana mensual, excloent altres factors). Això pot augmentar el valor de la producció.
(2) Taxa de rendiment del producte millorada: 1,6%
En resum, l'adopció de l'inversor millora el rendiment operatiu de la màquina de paper, millorant encara més l'eficiència econòmica.
IV. Aplicació d'inversors en equips auxiliars de màquines papereres
Les instal·lacions auxiliars de les màquines de paper inclouen els sistemes següents: sistema de subministrament d'estoc, sistema d'aigua blanca, sistema de buit, sistema d'aire comprimit, sistema de preparació i lliurament de productes químics, sistema de subministrament d'aigua, sistema de vapor, etc. Per garantir un funcionament continu i equilibrat de la màquina de paper, la capacitat de les seves instal·lacions auxiliars generalment ha de superar la capacitat màxima de producció de la màquina de paper en un 15%-30%, la qual cosa comporta una pèrdua d'energia important.
4.1 Aplicació del inversor al sistema de subministrament d'estocs
El sistema de subministrament d'estocs ha de complir les condicions següents:
(1) Lliurament estable d'estoc a la màquina de paper, amb error que no superi el ±5%;
(2) Distribució i consistència d'estoc estable i uniforme;
(3) Reservar una certa quantitat d'estoc per permetre l'ajust de la capacitat de subministrament per adaptar-se als canvis de velocitat i grau de la màquina de paper;
(4) Purificar i netejar l'estoc;
(5) El mànec es va trencar de diverses seccions de la màquina de paper.
Normalment, el sistema de subministrament d'estoc consta de bombes d'estoc i bombes de ventilador a les canonades i equips de purificació com ara pantalles de pressió i netejadors. Per assolir els cinc objectius anteriors, el pas més important és canviar les bombes d'existències i les bombes del ventilador d'un funcionament a plena-velocitat a un funcionament de velocitat variable mitjançant inversors, per complir en última instància els requisits del subministrament d'estoc automatitzat.
Prenent com a exemple la bomba del ventilador per il·lustrar el procés de control de velocitat amb un inversor: aquest control d'inversor és adequat per a un sistema de control de velocitat de doble bucle tancat-, amb el bucle exterior per a la velocitat i el bucle interior per a corrent o parell. El punt de consigna de velocitat per a la bomba del ventilador prové de dues fonts: una es deriva dels canvis en la relació de velocitat-a-estoc del cable i l'altra prové del controlador de pressió de la caixa principal. El primer és l'ajust principal, el segon és l'ajustament-fins. La relació entre la velocitat d'estoc-a-del cable d'una màquina de paper és essencialment constant. Per tant, un cop canvia la velocitat del cable, segueix la velocitat de la bomba del ventilador. Per millorar la precisió del regulador de velocitat i reflectir el procés real a la caixa principal, és comú prendre la sortida del controlador PID de pressió de la caixa principal, que varia en un ± 5%, com un punt de consigna de velocitat addicional per a la bomba del ventilador. El valor de la velocitat real s'obté a partir del mostreig de la velocitat real del motor d'accionament, que es pot adquirir mitjançant dispositius com tacogeneradors o codificadors rotatius fotoelèctrics. El punt de consigna actual es pren del senyal de sortida del bucle de velocitat. El valor de corrent real es pren a partir de les mesures dels transformadors de corrent a la sortida de l'inversor de CA de cada punt d'accionament. Per tant, per al control de velocitat de freqüència variable de la bomba del ventilador, la implementació del control PID pot aconseguir efectes ideals d'estalvi d'energia-.
V. Aplicació del inversor al sistema d'aire comprimit
L'aire comprimit s'utilitza habitualment a les màquines de paper per a dispositius pneumàtics de càrrega/elevació a les seccions de filferro i premsa, dispositius de guia de filferro/feltre, caixes de capçalera-escoixides d'aire, equips de transferència de fulls, ganivets d'aire de recobriment i diversos instruments pneumàtics i dispositius de control.
L'equip principal d'un sistema d'aire comprimit inclou compressors d'aire, receptors d'aire, vàlvules reductores de pressió, filtres d'aire, separadors d'humitat i vàlvules de seguretat. La pressió necessària a la màquina de paper és normalment d'uns 5-6 BAR. A la majoria de fàbriques de paper, dos o més compressors funcionen en paral·lel, mantenint una pressió constant mitjançant un receptor d'aire.
Com que els compressors són de gran-potència i el control de la pressió s'aconsegueix normalment mitjançant la càrrega/descàrrega, els motors sempre funcionen a tota velocitat. La pràctica demostra que aquest mètode de control consumeix una enorme energia i és molt malbaratador. Per tant, la tendència ara és utilitzar un accionament de freqüència variable que controli diverses unitats de freqüència de línia-, formant un sistema de bucle tancat de pressió-.
VI. Aplicació de l'inversor en el sistema de preparació i lliurament de productes químics
S'utilitzen grans quantitats de productes químics en el destintat, la pasta, el recobriment, l'encolat, etc. El seu ús és proporcional a la velocitat de les múltiples unitats de la màquina de paper. Per tant, s'han d'utilitzar sistemes d'accionament de CA de velocitat variable als sistemes de subministrament de productes químics (per exemple, bombes). Els equips de mòlta com els molins de boles, els molins col·loides, els molins de sorra i els dispersors d'alt-cisalla s'utilitzen molt en la preparació química. Les seves característiques principals són una gran potència, un alt consum d'energia i entorns operatius durs. Molts fabricants ja han aconseguit bons resultats utilitzant inversors en equips de mòlta.
Prenent com a exemple un molí de sorra: el seu principi de funcionament consisteix a introduir el material que s'ha de triturar a la cambra mitjançant una bomba d'alimentació. Impulsat per un disc de dispersió giratori d'alta velocitat-, el material és sotmès a un fort impacte i mòlta pel mitjà de mòlta, es dispersa i es barreja amb el dissolvent per formar un recobriment 合格, que després flueix a través d'una pantalla superior. El motor principal d'aquest equip és de 110 KW. Abans d'utilitzar un inversor, era habitual utilitzar un mètode de trot diverses vegades (més de tres) durant l'inici per barrejar el recobriment i el suport de mòlta de manera uniforme. Per a diferents recobriments, poden ser necessàries diferents velocitats de procés, però la màquina només podia funcionar a tota velocitat. Controlar la velocitat d'alimentació per evitar la sobrecàrrega del motor principal era difícil. El consum d'energia va ser greu. L'ús d'un inversor de 110 KW soluciona eficaçment aquests problemes: la velocitat de marxa i el temps de funcionament lent es poden configurar fàcilment per garantir una barreja òptima; la regulació de velocitat continua en línia permet diferents velocitats per a diferents productes; la velocitat d'alimentació es pot controlar simplement supervisant el corrent real de funcionament del motor, amb funcions de pre-alarma i-discontinuació de sobrecàrrega; l'estalvi energètic en general supera el 20%; es redueixen les pèrdues de la caixa de canvis, evitant l'impacte de l'inici-de la freqüència de línia a la caixa de canvis; El corrent d'arrencada suau evita l'impacte de la xarxa, millorant la seguretat de la xarxa. Les aplicacions per lots ja existeixen a les empreses papereres de Shandong, Heilongjiang, Hainan i altres regions.
VII. Aplicació d'inverter en el sistema de ventilació de l'assecador
A la secció de l'assecador, tota la humitat evaporada de la làmina, absorbida per l'aire, s'ha d'eliminar contínuament de la sala de màquines de paper mitjançant ventilació forçada. L'eficàcia de la ventilació de l'assecador afecta directament la taxa d'evaporació de la humitat de la làmina i l'economia global del procés d'assecat. Una bona ventilació redueix la saturació de vapor de l'aire, reduint així el consum de vapor als cilindres assecadors i augmentant la velocitat d'assecat.
El volum d'aire necessari per eliminar la humitat evaporada de la secció de l'assecador està relacionat amb la temperatura i la humitat de l'aire d'entrada i sortida, així com amb el sistema de ventilació utilitzat, les condicions climàtiques i la temporada. Normalment, les màquines de paper modernes utilitzen la circulació d'aire forçada per a una alta eficiència, utilitzant ventiladors de subministrament per subministrar aire sec escalfat (al voltant de 80 graus) a la part inferior de la secció de l'assecador, creant un flux d'aire ascendent absorbint vapor calent entre els cilindres de l'assecador i després utilitzant ventiladors d'extracció per extreure l'aire calent humit recollit a la campana cap a l'exterior (amb una eventual recuperació de calor). A les màquines de paper-d'alta velocitat, a causa de l'augment del nombre de cilindres d'assecador, normalment s'utilitzen diversos conjunts de grups de ventiladors de subministrament i d'escapament en seccions. Després d'adoptar inversors, basats en fórmules de càlcul del volum d'aire de ventilació, el volum d'aire de subministrament (velocitat del ventilador de subministrament) i el volum d'aire d'escapament (velocitat del ventilador d'escapament) es poden ajustar en temps real-sense utilitzar el control tradicional de l'amortidor, reduint encara més el consum d'energia, reduint el soroll del ventilador i allargant la vida mecànica.
VIII. Aplicació d'inverter en sistemes d'aigua
Les màquines de paper són grans consumidores d'aigua, incloent sistemes d'aigua blanca, sistemes d'efluents, sistemes d'aigua de segellat, sistemes de dutxa, sistemes d'aigua dolça, etc. Sovint es requereix un subministrament d'aigua a pressió constant a la xarxa de canonades. Tradicionalment, el control de la pressió s'aconseguia mitjançant bypass i vàlvules de control, rarament utilitzant inversors. Tanmateix, a causa de l'escassetat general de recursos hídrics a la Xina, l'aplicació d'inversors pot estalviar aproximadament un 10% d'aigua i un 30% d'energia, reduint inevitablement els costos operatius diaris de les fàbriques de paper.
Normalment hi ha dues maneres d'utilitzar inversors en sistemes d'aigua: control d'inversor únic i mode d'alternança d'inversor.
Control d'un sol inversor:La sortida de l'inversor controla permanentment una bomba, mentre que les altres bombes s'alimenten directament des de la xarxa de freqüència de línia-. Els seus senyals d'arrencada/parada es controlen manualment o per lògica PLC.
Mode d'alternança del inversor:L'inversor acciona cada bomba al seu torn segons una seqüència establerta. L'inversor pot determinar automàticament el nombre de bombes en funcionament (dins d'un rang establert) en funció dels requisits de control de llaç-tancat de pressió. L'inversor només acciona una bomba en un moment donat. Quan la bomba impulsada per inversor-arriba al límit de freqüència superior establert i es necessita una bomba addicional, l'inversor canvia aquesta bomba al funcionament de freqüència de línia-i simultàniament comença a conduir una altra bomba amb freqüència variable.
IX. Conclusió
En resum, l'adaptació de maquinària de paper amb sistemes d'accionament inversor no només demostra efectes significatius d'estalvi d'energia- i redueix els costos de manteniment dels equips, sinó que també genera beneficis econòmics substancials per a les empreses. Es pot afirmar amb confiança que les perspectives d'aplicació dels sistemes de control de velocitat de freqüència variable a la indústria de la maquinària paperera seran cada cop més àmplies.