新式和现有纸机真空系统能耗的思考

１ ｍｍＨｇ（１ ｍｍＨｇ＝１３３．３
Ｐａ）的条件下运行，真空泵
黔能减排
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对新式和现有纸机真空系统能耗的思考
Ｅｎｅｒｇｙ
Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｆｏｒ Ｎｅｗ ａｎｄ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｐａｐｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ
徐千（Ｘｕ Ｑｉａｎ）许英（Ｘｕ Ｙｉｎｇ）编译
Ｖａｃｕｕｍ Ｓｙｓｔｅｍｓ
摘要：纸机真空系统的安装功率为３７０～６０００ ｋＷ，但是很多真空系统并没有得到合理的控制和操作， 对脱水过程的作用也常常被曲解。真空系统效率不高，会导致真空系统中几个或全部真空泵的负载功率 增加。本课题组用５年的时间对８０多个真空系统进行了研究，结果表明，每个真空系统都有可能节省能 耗。本课题通过几个实例证明了真空系统中哪一部分可以节省能量，对真空系统的检查是找到问题的常
专门处理废水的冷却塔已经获得了成功的应用。 冷却塔增加了一个添加化学品水处理的过程，要求操
作工进行维护和监控。化学品的添加按照清水的节约 量和高真空系统的效率来进行调整。密封水的温度并 不直接影响真空泵的能耗，当密封水温度为１５．６０Ｃ （６００Ｆ）和４２．２℃（１１０ ｏＦ）时，真空系统的能量需求
例２：２８０型挂面纸板机中，密封水的压力从３０ Ｐａ降至１０ Ｐａ后，整个真空系统的能耗减少了将近
１６０ｋＷ。这个系统有９个２８３１７０ Ｌ／ｍｉｎ（１００００竹
ｍｉｎ）、安装功率为３３７５ｋＷ的真空泵，仅仅改变阀门 的设定值，每年可节省５４６００美元。 （３）真空泵背压 一些旧的系统上真空泵会出现背压，如果不对空
Ｅｃ。ｎ。ｍｉｚｅ
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在真空系统中少数泵会发生汽水共腾和密封水流 量过大的问题。喷嘴磨损后，孔会消失，真空泵可容 纳过多的密封水或者使汽水共腾，但是能耗也将增大。 同样，真空度的波动是由于汽水共腾，这主要表现在 电动机电流表示数的变化上。汽水共腾可能是由于水 和汽在真空泵和其他真空设备之间没有分离的缘故， 在有预分离器存在时，可能是由于分离能力不够、真 空水腿、排出泵汽蚀余量低造成的。在检查真空系统 时，这些问题都要考虑到。 真空发生设备操作不当或误用也可导致系统效率
率。更重要的是，工厂里的节能措施，可以有助于工 厂处于盈利状态。 为确保真空系统在尽可能节能的状态下运行，有 几个步骤是必须的，这包括： ・真空系统的检查和调整 ・真空泵和辅助设备（包括齿轮和传送带的驱动 器和电动机）的日常维护 ・更换和校准测量仪表和生产过程检测用仪表 （真空计、密封水压力计、真空泵油箱的液位变送器、 电动机安培表） ・通过记录和经常检查真空系统的运行数据来了 解真空系统 ・通过巡视对能量消耗进行监控（ＥＭＢＷＡ） 不找出导致能量消耗过大的原因，真空系统的检 查就不能算完成。通常，必须做一些探测性的工作才 能找出问题的根源。详细的检测包括真空系统、纸机 附属真空维修和纸机总体运行，这一过程需要２～３ 天的时间。与操作员和维修人员讨论、观察毛毯水分 状况、检查滤水情况、在纸机周围和下层观测真空系
基本保持一致。冷却水增加了真空泵的效率，形成更
高的运行真空度。 例１：设计１台具有６泵真空系统的新型纸机， 该真空系统使用的密封水为４２．２℃（１１０ ｏＦ）的过滤
带传动和齿轮传动）的要求进行。但是，在这个工厂 的真空系统中，同步电动机的使用是为了确保一定的 功率因数。因为真空泵始终以相同的速度运转，电量 随着功率因数的改变而改变，所以这也是一个考虑因 素。另外，一些工厂选择使用高速同步电动机（１２００
（４）电动机和驱动器
密封水温度升高（高于３２．２—３７．７℃）会降低 真空泵的效率，减小真空系统的能力。在高真空设备 （如伏辊）上真空系统的能力降低可高达２５％。这意
味着伏辊同有的真空度下降而影响脱水能力，或者要
真空泵由用Ｖ带和减速齿轮传动的异步和同步
电动机带动，其中有几台泵是由蒸汽轮机带动的。因 为ｖ带传动的机械效率通常比减速齿轮低，因此在 较大的驱动力下（大于１５０ ｋＷ），建议选用减速齿轮
万方数据
导能减排
高时，它将在最高效率下运行。其次，假如出现使真 空泵能耗高的问题时，电动机可继续运行，直到电动 机跳闸。通常生产实践中使用更大型号的电动机去代 替正好匹配的电动机，可消除过载和跳闸的问题。 例４：生产高级纸张的２１６型纸机，配备１６９９００
Ｌ／ｍｉｎ（６０００ ｆｔ３／ｍｉｎ）的真空泵（要求功率为３６５马力）。
１０．１５
动机，以减少零部件数量和储藏室存货。很多真空泵 的电动机来自于旧的磨浆机，这些电动机提供的功率 比真空泵需要的要多出５０％。然而，大型号电动机 存在如下问题：首先，当电动机的负荷为７５％或更
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Ｐａ，造纸工作者“越多越好的”做法就是使
成本增高的一个实例。 国际造纸２００９年第２８卷第５期
低下，例如： ・在低真空脱水板上使用真空泵而非离心风机 ・对真空系统控制程序的误解 ・真空泵的错误使用（特别是高真空或低真空设 备） 建议在纸机的低真空区配用离心风机，主要指成 形区、案板和各种各样的与上网和夹网成形器相连的 真空吸水箱。虽然ｌ台以３００ ｒ／ｍｉｎ的速度运行的真 空泵要比以３６００ ｒ，ｍｉｎ运行的风机稳定，但是当选择 设备时要考虑到能耗问题。 首先，最好不要将低真空的设备与吸水箱集管相 连。从低真空设备到吸水箱系统，真空度的变化会引 起真空能力的损失（２６７～４００ Ｐａ至１．３３～２．０ ｋＰａ）。当 要控制真空度在４００ Ｐａ时，使用风机的能耗为真空 泵能耗的５０％～６０％。当真空设备真空度的最大值 为５３３ Ｐａ，推荐使用大负荷、全不锈钢离心风机，它 们可以提供良好、稳定的服务。 例６：２８０型牛皮纸袋纸造纸机采用２０世纪４０ 年代的老式真空泵使案板产生真空。这种真空泵由电 动机（１１０ｋＷ）提供５０ｋＷ的动力，它们可由风机代替， 风机只需要配用１２．７或１８．７ ｋＷ的电动机，节省３５ ｋＷ的能量，每年可节省１２５００美元。 由于真空控制不当和（或）管路损失，一些真空 泵在高于需要水平的真空度条件下运行。通常，真空 度增大时，能耗增大，一般采用真空止流阀控制真空 度，而非节流阀。真空泵无需在比纸机需要真空度大
密封水流量过大时，能量需求增加２％一５％或 者更多，这主要取决于泵的型号和操作条件。除此之
外，过量的水必须被泵送入真空系统和从真空系统泵 送出，这将消耗更多的能量。密封水流量大通常是因
为压力不稳或缺少密封水孔。同样，在使用喷嘴时， 喷嘴会产生磨损，使多余的水进入真空泵。通常情况 下，真空泵的密封水压为３０一４０ Ｐａ，而推荐水压为
１尽可能减少能量浪费 纸机真空系统是帮助纸页在成形部和压榨部脱水 采用的必须且有效的手段，真空系统的性能和效率需 经常进行维护，否则治标不治本的处理方法会使一些 性能的衰退继续下去或者被掩盖掉。通常一些小问题 一旦检测出就及时修复可大大节省成本，并提高利润
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统和纸机的运行性能是同样重要的。 真空系统的检查需要全面系统地了解真空辅助脱 水的整个过程（从成形部到压榨部），需要检测的项 目包括真空脱水元件、真空辊、吸水箱、分离器、真 空控制系统、排出泵、气压密封箱／池、真空泵、密 封水系统、冷却塔、空气／水排出系统，且要参照正
用方法。
２００１年，由于区域能源缺乏和能源成本高，西
方国家的很多纸机停止运转。一些工厂由于超过一定 的电力消耗而亏损；还有些工厂，由于纸机停机时间 越来越长，不得不以间歇的方式运行。当电力消耗 接近全容量时，整个生产流程要在３０ ｍｉｎ之内关闭， 这对于纸机运行来说极不合理。一般来讲，能源节省 项目是指在工厂的投资收益率基础上使用现代化设备 或更新陈旧的、效率低的设备（投资收益率是针对能 源节省项目而确定的）。 真空系统的安装功率为３７０～６０００ ｋＷ，这些系 统在低效率下运行时不会影响造纸过程，但会增加运 行成本。造纸厂可以从很多方面节省能源，真空系统 就是其中的一方面。一些真空系统的节能工程只需要 很少的资金就能取得效果，但有的要求更换新设备、 新的管道系统、新地基等。还有一些系统可以通过降 低能量消耗、降低总需求量和维修次数，从而达到预 期的效果。同样，真空系统升级也可改进造纸过程， 并能有效地影响纸机效率、纸张脱水和压榨毛毯性能。
较高的成本和整个系统的低效率。这包括：
・密封水变热 ・由于不规律或较高的密封水压造成的大流量密 封水
・由于系统设计或操作问题造成真空泵背压 ・同步或异步电动机影响功率因数
（１）密封水变热
气，水排出系统进行改进，背压就会扩大。理论上，
一个真空系统在真空排水时不应该有高于６．９ ｋＰａ（１
ｌｂ／ｉｎ２）的背压（以泵流出量计）。纤维或水垢在排水 管中积累会造成背压，在有排水沟的系统中，沟中水 位过高也会造成背压，并且不利于沟中水气分离。
器，中间轴的费用也可以包含在防护装置和机座的成
本中。 例３：２１０型回收挂面纸板机是８泵系统（安装
功率为２７００ ｋＷ），设计以Ｖ带传动，以节省初始成 本。保守地说，增加３％的能量以补偿传动损失，与
减速齿轮传动相比，这个系统要求增加８３ ｋＷ的能 量。每年增加成本为２８６００美元。同步电动机的使用 要按照可靠性、空间需求、不需要电力传输设备（Ｖ
工作特性曲线上要求的功率为１６５ ｋＷ。安装的电动 机可提供３３８ ｋＷ的能量而非要求的２２５ ｋＷ，解决这 一问题每年节省４２０００美元。
２某些泵存在的具体问题 有一些问题会使泵的能耗过高，但对整个系统没 有影响，这些问题通常会造成特定的泵跳闸。例如： ・效率低的老式真空泵与新式的现代真空泵的设 计差别 ・水垢积累 ・汽水共腾和密封水流量大 ・管路损失或系统设计不良 （１）效率低的老式真空泵 虽然许多液体环式泵看起来可运行１０年，但按 照今天的标准，２０世纪５０年代和６０年代设计的泵 效率不够高，新式真空泵运行时能量可节省２５％。通 常情况下，真空泵更新可以分阶段完成，而且不需要 额外的停机时间。同样，使用新式的大型泵可以使１ 台纸机的泵用量减少一半，纸机底座的空间也得到了 释放。 例５：可以用一个新式真空泵来代替一个已使用 ５０年、与浆板烘缸的吸水箱相连的１６９９００ Ｉｄｍｉ《６０００ ｆｔ３／ｍｉｎ）的真空泵，这样可节省９２．５ ｋＷ制动功率和 ４７７．３Ｌ（１０５加仑）密封水／ｍｉｎ。每年节省的能量约 ，合３２２００美元，因为改造一台废弃不用的泵的费用比 安装一台新型节能泵费用要高５０％一７５％。 （２）水垢积累 水垢在泵中积累，将会使真空泵的能耗增加 ２０％一３０％，甚至会造成真空泵内的转子锁死，这一 现象在夏季水温高时发生得更频繁。水处理和除垢在 防止水垢生成方面是很有效的，许多工厂已经开始使 用冷却塔对密封水进行循环使用，而且可以很好地控 制真空泵用水的质量，与化学品供应商共同合作可以 有效地控制真空泵的结垢问题。 （３）汽水共腾／密封水流量过大