山东某纸业公司热能变频自动化节能改造项目可行性研究报告(甲级设计院编制).doc

第一章 总 论

1.1 项目背景与概况
1.1.1 项目名称
纸机热能变频自动化节能技术改造项目
1.1.2 项目承办单位概况
1.1.2.1 项目承办单位的全称：山东****纸业有限公司
法人代表：****
1.1.2.2 项目承办单位概况
山东****纸业有限公司始建于1986年，是一家集脱墨制浆、造纸于一体的大型股份制企业，位于****南15公里105国道西侧，地理位置优越，交通十分便利。
公司总资产6.4亿元，占地面积50万平方米。现有员工1280人，其中专业技术人员212人，大中专毕业生109人，造纸年生产能力15万吨，现有抄纸生产线11条，以废纸脱墨浆和商品木浆为原料主要生产新闻纸（10万吨）、无碳复写原纸（2万吨）、装饰原纸（3万吨）等几大系列产品。2005销售收入4.14亿元，利润总额0.45亿元，2006年销售收入5.45亿元，利润总额0.65亿元。
公司在圆满完成原料和产品结构调整之后，把新闻纸作为企业的主导产品，通过改造和扩建，现有2400/350、3300/550新闻纸生产线各一条，尤其是3300/550新闻纸生产线的建成和顺利投产，大大提高了公司抄造生产线的装配水平和新闻纸产品的技术含量及市场竞争力。为了不断提高产品的质量和档次，公司与天津科技大学建立了长期合作关系，聘用韩国造纸专家引进韩国先进的造纸技术，几经努力共克难关，不但提高了公司抄造技术水平和产能，而且成功开发出了45g超薄型新闻纸产品，满足了报业客户对高质量、低成本新闻纸产品的需求。
公司引进了具有世界先进水平的德国百乐克治污设施及技术，强化了废水资源化利用，实现了废水资源化利用率高达95％的目标，通过了山东省环保局清洁生产认证绩效审核验收。
企业在顺利完成结构调整，实现清洁生产，保护环境的过程中，稳步走上可持续发展道路，先后被农业银行、工商银行山东省分行评为“AAA级信用企业”，并获得“全省诚信守法民营企业”、“全省科技进步民营企业”、“全市首届信用民营企业”、“全省优秀民营科技企业”等多项荣誉称号。
1.1.3 项目主管部门
****县经济贸易委员会
1.1.4 可行性研究报告研究范围及编制单位
1.1.4.1 研究范围
a、项目的改造规模及产品方案；
b、技术方案及主要设备选择和工程方案；
c、节能、节水措施；
d、环境影响评价；
e、劳动安全、工业卫生与消防；
f、组织机构与人力资源配置；
g、项目实施进度；
h、投资估算及资金筹措；
i、融资方案；
j、财务评价。
1.1.4.2 编制单位
单位名称：山东省****设计院
工程咨询资格证书：甲级
证书编号：工咨甲****
1.1.5 可行性研究报告编制依据
a、山东省人民政府节约能源办公室“关于上报国家2007年节能备选项目有关材料的预备通知”及附件“2007年节能备选项目汇总表”
b、国家发改委《节能技术改造项目节能量确定原则和方法》
c、国家发改委颁布的行业标准QBJS5-2005《轻工业建设项目可行性研究报告编制内容深度规定》；
d、《山东省节能减排综合性工作实施方案》
e、山东****纸业有限公司与山东省****设计院签订的编制本项目可行性研究报告的《技术咨询合同》；
f、****纸业有限公司提供的有关基础资料。
1.1.6 项目提出的理由和过程
1.1.6.1项目提出的理由
我国人口众多，能源资源相对不足，人均拥有量远低于世界平均水平。由于我国正处在工业化和城镇化加快发展阶段，能源消耗强度较高，消费规模不断扩大，特别是高投入、高消耗、高污染的粗放型经济增长方式，加剧了能源供求矛盾和环境污染状况。能源问题已经成为制约经济和社会发展的重要因素。
面对我国能源及环境问题的压力，政府提出了节约型、环境友好型、可持续发展的经济发展战略，努力推动经济、社会、环境的“共赢”。“十一五”规划纲要提出，到“十一五”期末，万元国内生产总值（按2005年价格计算）能耗下降到0.98吨标准煤，比“十五”期末降低20%左右，平均年节能率为4.4%，另外主要污染物排放总量在“十一五”期间要减少10％。2006年以来，全国上下加强了节能减排工作，国务院发布了加强节能工作的决定，制定了促进节能减排的一系列政策措施，节能减排工作取得了积极进展。但是，2006年全国没有实现年初确定的节能降耗和污染减排的目标，加大了“十一五”后四年节能减排工作的难度。更为严峻的是，今年一季度，工业特别是高耗能、高污染行业增长过快，占全国工业能耗和二氧化硫排放近７０％的电力、钢铁、有色、建材、石油加工、化工等六大行业增长２０.６％，同比加快6.6个百分点。实现节能减排目标面临的形势十分严峻。
纵观我国造纸工业的现状，目前都不同程度的存在能耗高、污染严重等制约企业长远可持续发展的问题，国外造纸行业吨纸耗水15m3，耗汽2~3吨，耗电460kWh，排污水5~15 m3，废渣全部燃烧发电，而我国造纸行业平均吨纸耗水35~120m3，耗汽4~6吨，耗电700~900kWh，排污水30~100 m3，废渣无处理设施，对比国外同行业，我国造纸工业差距相当大，成本高，质量低，造成了大量的能源浪费。
山东****纸业有限公司造纸生产线的造纸机传动控制系统已使用多年，稳定性差，故障较多；风机、泵类设备基本未采用变频调速，没有采用集中分散型控制系统（以下简称DCS）控制生产过程，自动化水平较低。
另外，该公司目前供热设备陈旧，能耗较高。现有供热蒸汽锅炉6台，是根据生产扩建情况陆续建设的，锅炉使用年数均在10年以上，炉型均为链条锅炉，目前实际热效率仅为60%左右，且对燃料煤质要求较高，检修率也高，能源利用率较低，已直接影响企业的正常生产和经济效益。
热能和电力消耗是造纸过程中生产成本的主要组成部分，而相关设备的装备水平及控制技术是影响生产效率和经济效益的关键因素，该公司根据国内外造纸行业的发展趋势，通过反复论证考察，认为在造纸行业中要想长期立于不败之地，必须采用国内外先进及适用的技术和设备，对全厂的热源及造纸生产线进行全面地改造，降低能耗，提高效率，以保证企业的可持续发展。
本项目的建设符合国家节能减排发展战略，符合“山东省节能减排综合性工作实施方案”的精神，在降低企业能源消耗，提高经济效益的同时，将为山东省完成“十一五”期间削减二氧化硫排放20%，万元生产总值能耗降低22%的艰巨任务做出自己的贡献。
综上所述，建设本项目是十分必要的。
1.1.6.2 项目提出的过程
山东****纸业有限公司依据企业的实际情况，于2006年开始进行纸机变频改造和DCS控制系统的应用研究，并对新型高效燃煤锅炉进行了市场调查和运行情况实地考察，确定采用循环流化床锅炉作为企业供热的更新换代设备。
2006年9月企业委托咨询机构完成“纸机热能变频自动化节能技术改造”项目建议书；目前本项目已被列入国家国家发改委“2007年节能备选项目”。
1.2 研究工作概况
1.2.1 研究工作概况
山东****纸业有限公司委托山东省****设计院对项目进行可行性研究后，我院即组成了该项目的研究小组到企业进行实地考察，并与企业技术人员就工程技术方案、节能节水措施进行了讨论，重点对项目拟采用设备的先进性、可靠性、价格和性能进行了研究，对于技术改造方案进行了分析研究，对项目投资估算、经济效益等进行了分析测算，在此基础上完成了本可行性研究工作。
1.2.2 项目主要建设条件
1）拟改造地点
山东省****市****县****工业园。
2）改造规模与目标
造纸生产线节能改造规模为对全厂11台造纸机的传动控制系统全部更换，改造为先进可靠的变频传动控制系统；对11条抄纸生产线中需要调速的约660台风机、泵类设备更换变频电机采用变频器控制改造；采用DCS控制11条造纸生产线和2条制浆生产线。造纸生产线节能改造实施后，全厂每年可节电2829.18万kWh，折合标煤1.035万吨。
锅炉改造规模为新建2×35t/h循环流化床蒸汽锅炉，配套建设化学水处理车间，淘汰原有6台低效锅炉。以全厂目前年耗蒸汽48.25万吨计，改造后每年可节约燃煤2.375万吨，折合标煤1.696万吨。
本项目实施后，全厂每年节约标煤总计2.731万吨。
3）主要建设条件
a、资源条件
本项目属于节能减排项目，项目实施后，将会大幅度降低企业电耗和煤耗，不增加原辅材料消耗，同时还能减少一部分锅炉房用水。企业目前用电、用煤都有稳定可靠的来源，可以满足项目实施后对资源的需求。
b、技术条件
山东****纸业有限公司一直高度重视技术创新和技术改造工作，形成了一套行之有效的产品及工艺装备技术开发体系。公司技术力量具有年轻化、知识化、专业化的特点，年富力强，学历层次高，重视科技创新，具有拼搏、锐意进取的团队精神。
公司与****大学建立了长期合作关系，并聘请国外专家对现有造纸生产线进行不断的研究、改造。长期以来，公司在造纸生产线的变频及自动化控制方面积累了丰富的实践经验，具有实施本项目的技术条件。
4）资金条件
项目总投资10066.62万元，包括建设投资和流动资金两部分。建设投资增加10133.61万元，流动资金减少66.99万元。建设投资申请银行贷款7000万元，由企业自筹解决3133.61万元。
企业近几年发展迅猛，经营状况良好，项目所需资金的自筹部分有保障。
1.3 研究结论
1.3.1 推荐方案
1.3.1.1 改造规模和产品方案
a．改造规模
造纸生产线节能改造规模为对全厂11台造纸机和2条制浆生产线实施变频控制改造；对生产线有关的风机、泵类设备更换变频电机采用变频器控制改造；采用DCS控制11条造纸生产线和2条制浆生产线。
锅炉改造规模为淘汰原有6台低效锅炉，新建2×35t/h循环流化床蒸汽锅炉，配套建设水处理车间。
b．产品方案
本项目的实施，不改变企业现有产品方案。
1.3.1.2项目实施地址
本技术改造项目实施地位于山东****纸业有限公司所在地即山东省****市****县****工业园。
1.3.1.3 技术方案、设备方案和工程方案
1）技术方案和设备方案
a．造纸生产线节能改造
造纸机传动系统采用交流变频调速技术，对抄纸车间需调速的风机和泵类设备全部加装变频器，将其普通交流电机改为高效、适应性强的变频电机；生产线增设DCS控制系统，采用车间集中的控制方式，每个车间分别设置集中控制室。
纸机传动变频设备拟采用在业绩优良、技术先进的造纸机传动控制系统，逆变器采用高精度矢量型产品，如ABB公司的ACS800系列、西门子的6SE70系列等，采用公共直流母线形式。其中变频控制器为专用系统，具有与DCS连接的标准通讯接口。DCS拟采用国产知名品牌的成熟产品，与之配套的仪表中，关键生产部位的纸浆浓度变送器等仪表采用进口产品，较为重要的控制测量仪表如压力、差压变送器、电磁流量计、涡街流量计等采用引进技术生产的智能化产品；调节阀采用国内成熟的气动V型调节球阀及气动调节蝶阀，配套的电-气阀门定位器采用可靠的进口产品。
b．锅炉节能改造
淘汰现有6台低效锅炉，新建2×35t/h高效锅炉，配套建设水处理车间。
新建锅炉采用成熟、先进的循环流化床炉型，具有热效率高、负荷调节快、煤种适应性好、污染负荷低、操作简单维修量小等优点；除尘器采用除尘效率99.5%的三电场静电除尘器。
2）工程方案
a．总平面布置
本工程新建建筑物均建于厂内预留用地中，与现有建筑有机结合。
b．土建工程
锅炉房：平面尺寸为42×23米，建筑面积为1722平方米，一层（局部四层），框排架结构；
化学水处理车间：平面尺寸为30×23米，建筑面积为690平方米，一层排架结构。
c．给水
本工程所需要的生产及生活水全部采用地下水，给水系统由公司供水泵站统一供给，符合国家饮用水标准。
d．消防
厂区内设有1000立方米的消防水池及消防泵房各一座。本项目在原厂区内建设，消防等级没有增加，现有消防设施满足本项目要求。
e．排水
排水系统采用清、污分流制，清洁废水和雨水合用排水系统。清洁废水进入厂区内雨水管道，生活污水排入污水处理站，经过处理达标后排放。
f．供电
项目实施后全厂年电力消耗大幅下降；厂内现有电力设施可满足项目改造后的用电需求。
g．自控
新建锅炉房采用集中的DCS控制系统。
h．供热
本项目新建2×35t/h蒸汽锅炉房一座，最大供汽能力70t/h，完全可以满足项目实施后的全厂热负荷。
1.3.1.5 主要原、辅材料、燃料供应
项目实施后，企业耗煤量大幅下降。全厂煤炭年耗量降为6.98万吨（以Qdy=5000kcal/kg的烟煤计），石灰石年耗量0.5万吨。
新建锅炉对煤种的适应性较强，可以很好的燃烧烟煤、褐煤、煤矸石等。企业用煤可以从现有渠道购进，供应有保障。
1.3.1.6 节能节水、劳动安全、工业卫生与消防
1.3.1.6.1 节能
本项目为节能降耗改造项目，项目实施后，节能量折合成标煤约2.73万吨/年，大大降低了单位产品的能耗，减少污染物的排放。
1.3.1.6.2 节水
项目实施后，锅炉房节约用水3.84万吨/年。
1.3.1.6.3 劳动安全、工业卫生
a、所有设备操作人员都必须接受和通过安全操作规程的培训。
b、生产车间内严禁吸烟和使用明火。
c、所有用电设备均作接地保护装置，凡在进行设备维修时，要切断电源，并挂“有人检修，严禁扳动电源”警告牌，以确保工人安全。
d、凡供热设备及管道，均设保温隔热措施，防止职工烫伤。
e、设计时选用噪声低、振动小的设备，并辅之降噪减振措施，创造良好的工作环境。
1.3.1.6.4 消防
a、原有厂区道路网呈环状布置，路面宽度设计可满足消防车通行要求；生产区均有环形道路相连接，满足消防要求。
b、所有建筑构筑物根据相关规范采取相应的防直击雷的措施；各建筑物按第三类防雷建筑物设置防雷装置。
c、变压器设置完善的保护装置，线路采用过负荷保护。
d、原厂区消防泵房内已设置消防稳压供水设备，负责全厂室内外的消火栓系统供水。消防供水系统在厂区内已形成环状供水管网，在主要厂区车间内均按相应规范设置室内消火栓及灭火器，整个厂区消防设施比较完善。
e、本项目在原厂区内建设，消防等级没有增加，现有消防设施满足本项目要求。
1.3.1.7 环境影响与综合利用评价
1）环境影响
a、废气
本项目改造完成后，节约能源，减少燃煤消耗，锅炉房排烟量将显著减少。锅炉改造后每年节约燃煤2.37万吨，相当于削减SO2排放310吨，减排CO2 5.7万吨。
b、废水
本项目无新增废水排放。原厂区污水处理设施完善，污水均经有效处理后达标排放。
c、固体废弃物
本项目改造完成后，每年可减少锅炉房灰渣排放量0.6万吨。
d、噪声
噪声源以机械性噪声及空气性噪声为主，主要噪声源设备为鼓风机、引风机、水泵等，其噪声级(单机)一般为90～105dB(A)。通过设置隔音间、选用低噪声设备、设橡胶隔振垫等措施进行治理后能保证厂界噪声达到GB12346-90《工业企业厂界噪声标准》。
2）综合利用
本项目循环流化床锅炉产生的灰渣具有良好的活性，是一种很好建材掺合料，可当地就近外运销售，综合利用。
1.3.1.8 项目投入总资金及资金筹措
项目投入总资金10066.62万元，
其中： 建设投资10133.61万元；
流动资金-66.99万元。
项目投入总资金的来源渠道分别为申请银行贷款和企业自有资金。本项目资本金3133.61万元，占总投入资金的30.9%。
1.3.1.9 经济效益和社会效益
a、经济效益
项目达产后年总成本费用减少1646.32万元，其中：固定成本增加903.05万元，可变成本减少-2549.37万元。经营成本减少2297.28万元。
正常生产年份新增利润总额为1646.32万元，息税摊销折旧前利润2297.28万元。所得税为411.58万元, 税后利润1234.74万元。利润指标如下：
内部收益率： 21.01%
税前投资回收期： 5.47年
投资利润率： 16.35%
资本金利润率： 40.26%
本项目各项技术经济指标都较好，主要评价指标都高于行业基准指标，还款期短，抗风险能力强，从经济的角度看项目是比较好的，切实可行。
b、社会效益
本项目属于节能降耗项目，节能效果显著，符合国家节能减排发展战略规划，减少企业电力和煤炭消耗，降低污染物的排放，改善周边环境，具有良好的社会效益。
1.3.1.10主要技术经济指标，详见表1-1
表1-1 主要技术经济指标表
序号
指标名称
单位
数量
备注
1
改造规模

造纸能力
t/a
15万

厂内供热锅炉更新改造
t/h
2×35

2
节能量

折合成标煤
万t/a
2.7318

3
项目总投资
万元
10066.62

3.1
建设投资
万元
10133.61

其中：建设期借款利息
万元
258.3

3.2
流动资金
万元
-66.99

4
工作制度

4.1
年工作日
d
340

4.2
日工作时
h
22.5

5
项目定员总计
人
60

其中：生产人员
人
42

管理及技术人员
人
18

其他人员
人
0

6
主要原辅材料、物料、燃料和动力年用量

水
m3/a
-3.84×104

电
kWh/a
-2.83×107

7
年总成本
万元
-1646.32

8
年销售收入
万元

9
年利税
万元

10
年利润总额
万元
1646.32

11
静态投资回收期（Pt）:税前
a
5.47

12
投资利润率
%
16.53

13
资本金净利润率
%
40.26

14
财务内部收益率

14.1
项目财务内部收益率：税前
%
21.01

税后
%
17.24

14.2
资本金财务内部收益率：
%
24.85

1.3.2研究结论
综上所述，本项目节能效果明显，社会效益显著，经济效益较好。项目采用的改造方案和主要设备技术先进，运行简单可靠。企业自身已经具备了实施本项目的一切有利条件。
第二章 改造规模与产品方案

2.1 改造规模
2.1.1造纸生产线节能改造规模
造纸生产线节能改造规模为2条废纸制浆生产线和11条造纸生产线，以及以此有关的风机、水泵设备等。
改造内容为对全厂11台造纸机的传动控制系统全部更换改造为先进可靠的变频传动控制系统；对11条抄纸生产线中需要调速的约660台风机、泵类设备更换变频电机采用变频器控制改造；并采用DCS控制11条造纸生产线和2条制浆生产线。
在保证设备连续、可靠运转，在提高产品质量的同时，大幅度降低电力消耗。项目实施后，全厂每年可节电2829.18万kwh，折合标煤1.035万吨。
2.1.2锅炉改造规模
锅炉改造规模为新建2×35t/h循环流化床蒸汽锅炉，配套建设化学水处理车间，淘汰原有6台低效锅炉。
新建锅炉房热效率不低于83%，远高于现有锅炉的62%，以全厂目前年耗蒸汽48.25万吨计，改造后每年可节约燃煤2.375万吨，折合标煤1.696万吨。
2.2产品方案
本项目的实施，不改变企业目前的产品方案。

第三章 改造地点

3.1 厂址现状
3.1.1 厂址地理位置
山东****纸业有限公司位于****市中西部****县****镇，105国道西侧，东南距****县城30公里，北距****市20公里。****南邻聊城市高唐县，并与****市的****市、****县、****区、****县、****县接壤，地理坐标为北纬36º57´40"~37º21´5"，东经116º11´35"~116º42´0。
厂区位于****镇西部****工业园内，厂区南、北、西侧均为农田，东为105国道，厂区占地面积50万平方米。工程所需设备及材料可由京沪铁路转公路进厂亦可由105国道直接进厂。
3.1.2 土地权属类别
项目所在地均为企业自有工业用地。
3.2 厂址改造条件
3.2.1 地形、地貌
项目所在地属于鲁西北黄河冲积****，地势平坦。****县地势自西南向东北缓慢倾斜，海拔高程由27米下降到18米，地面坡降为八千分之一至一万分之一。由于长期受黄河冲击的影响,县境内形成了西高东低的排列顺序。
其地表类型有：河滩高地，缓平坡地，浅平洼地，北河槽状洼地，沙质河槽地，沙丘地。
3.2.2 地震烈度
该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，第一组。
3.2.3 工程地质、水文地质及气象条件
a、工程地质
项目所在地无不良地质作用或地质灾害。王杲铺工业园地质情况优良，结构稳定，地耐力为180 kPa，浅表地下水对混凝土无腐蚀性。本地区标准冻土深度0.6米，场地土类型为中软场地土，其建筑场地类别II类。
b、水文地质
****市跨省大河主要有黄河、卫运河、漳卫新河。跨市的骨干排涝河道有徒骇河、德惠新河和马颊河。以上河流除黄河外，均系海河流域南系。除跨省、市大河外，市内有大于1000平方公里流域面积的较大支流两条：新赵牛河和六五河，还有流域面积100～300平方公里的支流53条，30～100平方公里的114条，基本形成了干支相通，流域相连，能排能调的河流水利系统。境内河流均属雨源型河流，其水量与上游地区及本市降水量分布极不均匀的气候特点密切相关。
****市是水资源贫乏的城市，在多年强开采条件下，已造成地下水位持续下降，水资源已成为束缚本市经济可持续发展的重要因素。
c、气象条件
基本气候特点是季风影响显著，四季分明、冷热干湿界限明显，春季干旱多风回暖快，夏季炎热多雨，秋季凉爽多晴天，冬季寒冷少雪多干燥，具有显著的暖温带大陆性季风气候特征。
主导风向： 东南风
平均无霜期： 201天
雨季： 6-10月
极端最高气温： 42.5℃
极端最低气温： -19.2℃
年平均温度： 12.9℃
年平均相对湿度： 69%
年平均日照时数： 2724.8小时
大气压： 1020.2mbar
大气压： 998.5mbar
年平均降雨量： 522.3mm
最大风速： 14.3m/s
最高蒸发量： 105~130mm
最低蒸发量： 0.04~2.3mm
最大冻土深度： 480mm
3.2.4 社会环境条件
****县位于鲁西北黄河冲击****，属暖温带大陆性季风气候，总面积1047平方公里，辖8镇3乡，总人口44万。2000年全县实现工农业总产值49.09亿元，国内生产总值29.36亿元，财政收入1.49亿元。
****县农业发达。主要农作物有小麦、玉米、棉花、蔬菜等，被誉为"京津蔬菜园区"。畜牧业发展迅速，是闻名全国的"鸽乡"和蛋鸡大县。
****县工业门类较为齐全。主要有造纸、纺织、化工、机械、建材、酿酒（白酒、啤酒、葡萄酒）等。形成了德齐龙化工、征宙机械、****纸业、沪平永发造纸、照东方纸业、棉纺、青啤（****）分公司等一批骨干企业集团（公司）。产品出口美国、加拿大、德国、英国、法国、意大利、日本、香港等30多个国家和地区。
****县能源充足。距国家大型华鲁发电厂35公里，现有22万kVA变电站1座，11万kVA变电站2座，3万kW热电厂一处。
3.2.5 交通运输条件
****县交通条件便利。京沪铁路、京福高速公路设立南北两个出口、105国道、101、315、318省道穿越县境。距济南机场80公里，距****市区20公里。
项目所在地即位于105国道西侧，交通条件非常便利。
综上所述，本工程所在地域经济繁荣，靠近中心城市和都市圈，经济发展潜力巨大，协作配套能力强，有利于本项目的顺利开展。
第四章 技术方案、设备方案和工程方案

4.1 项目组成
本节能改造项目由以下两部分内容组成：
1）造纸生产线节能改造
2）锅炉节能更新改造
4.2 技术方案、设备方案
4.2.1造纸生产线节能改造
4.2.1.1变频节能改造
4.2.1.1.1改造内容
变频节能改造主要由造纸车间纸机传动系统变频改造,风机泵类设备变频改造；制浆车间泵类设备变频改造；污水处理场风机变频改造；深井泵变频改造等组成，见表4-1。
表4-1 变频节能改造内容
序号
车间名称
规模或内容
备注
1
废纸脱墨浆生产线
变频改造降低耗电量
改造
2
造纸生产线
变频改造降低耗电量
改造
3
污水处理场
变频改造降低耗电量
改造
4
深井泵
变频改造降低耗电量
改造
4.2.1.1.2 变频改造方案分析
a. 纸机传动系统
我国造纸机分部传动设备，以前采用SCR直流调速方式，由于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高，从而导致纸机的机械落后，最高车速也只有200m/min左右，很难同国外的1000m/min的高速纸机相比。
造纸是一个连续生产的过程，因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位，但由于直流电机存在维护难、适应环境能力差，主要表现如下:
(1) 整流子磨损严重, 烧毁整流子的故障, 导致停机时间长;
(2) 直流电机维修困难多, 要求高, 修理费用也高;
(3) 测速发电机易磨损，造成传动系统精度低
(4) 直流调速控制系统复杂, 调试困难, 一般技工很难调出好的机器。
交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式。它不但具有直流电机优良的调速性能，同时具有交流电机简单、可靠，因而逐渐被广泛应用。由此看来，造纸机分部传动机械的变频化已是大势所趋。
造纸机传动的变频改造有非常好的效果，如从工艺上改善纸品、增加产能、降低能耗、延长停机检修周期。
b. 纸机附属设备
造纸机的辅助设施包括以下几个系统:供浆系统、白水系统、真空系统、压缩空气系统、化学品制备及传送系统、供水系统、蒸汽系统等。为了使造纸机能够连续均衡地运转，它的辅助设施能力，一般应超过造纸机的最大生产能力的15%～30%。
b-1.纸机供浆系统变频器的应用:
供浆系统必须满足下列几个条件:
(1) 向造纸机输送的浆料要稳定，误差不能超过±5%;
(2) 浆料的配比和浓度要稳定均匀;
(3) 贮备一定的浆料量，使供浆能力可以调节，以适应造纸机车速和品种的改变;
(4) 对浆料进行净化精选;
(5) 处理造纸机各部分损纸。
通常情况下，供浆系统由供浆管路的浆泵、冲浆泵和净化设施的压力筛、除渣器组成，要达成以上五点目的，最主要就是要对浆泵和冲浆泵从全速运行改造为速度可调节的变频运行，最终满足供浆自动化。
以冲浆泵为例来说明变频器的速度控制流程:该变频控制宜采用双闭环系统的速度控制方式，外环是速度闭环，内环是电流或转矩闭环。冲浆泵速度的设定值一方面是由浆速和网速比变化而获得，另一方面是来自于流浆箱的压力控制器。前者是主调，后者是微调。纸机的浆速和网速比基本上是恒定的，因此纸机的网速一旦变化，冲浆泵的转速也跟随变化;为了提高速度调节器的精确性和反映流浆箱的实际工艺过程，通常还需取流浆箱的压力PID控制输出值的±５％的变化来作为冲浆泵附加的速度设定值。速度的实际值取自传动电机的实际速度采样，可通过旋转测速电机或光电旋转编码器等检测装置获取。电流的设定值取自速度环的输出信号，电流的实际值取自各个传动点的交流变频器输出端电流互感器的测量值。因此对于冲浆泵的变频调速而言，需要对其进行PID控制，需正确选择速度反馈方式和PID的各类参数。
b-2.烘干部通风系统的变频器应用:
在烘干部，纸页中蒸发出来的所有水汽被空气吸收后，必须通过强制通风不断地从造纸车间排除。烘干部通风良好与否，直接影响到纸页中水分的蒸发速度和整个烘干过程的经济性;通风良好，可降低空气中的蒸汽饱和度，从而减低烘缸蒸汽的消耗量，提高烘干速度。
排除烘干部蒸发水量所必需的空气量，与进入以及排出的空气温度和湿度有关，也与采用的通风系统、气候条件和季节有关。通常，在现代纸机中采用强制的空气循环以求高效，用进气鼓风机将加热到80度左右的干燥空气送进烘干部下层，使在烘缸之间吸附热汽形成向上的气流，然后通过排气抽风机将汇集在气罩中的湿热空气抽出室外(最后回收余热)。在高速纸机中，由于烘缸数量的增多，通常都分成几段的鼓风机和排风机组。采用变频器之后，可以根据通风空气量的专家计算公式，随时调节进气量(鼓风机的转速)和排气量(排风机的转速)，而无须采用传统的风门控制，进一步降低能耗，降低风机的噪音，提高机械寿命。
b-3.纸机其它附属系统变频器的应用
在其它附属系统中,通过变频器改造,同样可起到提高控制精度,降低电能消耗的作用。
4.2.1.1.3 纸机传动系统变频改造
该厂造纸机原有传动系统，设备老化严重，存在电能消耗大；稳定精度低，速度波动频繁；受温度的变化而造成速度的慢漂移；系统维修费用高，值班室不能离人；车速慢等一系列突出问题。
造纸机传动系统由传动电机、电机调速器及其控制系统组成，传动控制系统包括电机调速器及其控制系统，根据现有问题，拟采用目前技术先进、性能优越、质量稳定可靠的交流变频器及其控制系统代替原有的纸机传动控制系统。交流变频调速技术除了卓越的调速性能外，同时具有显著的节能效果，因而逐渐被广泛应用。
本项目拟采用在国内造纸行业具有良好应用业绩、技术性能先进的造纸机传动控制系统，逆变器采用高精度矢量型产品，如ABB公司的ACS800系列，采用公共直流母线形式。其中变频控制器为专用系统，具有与DCS连接的标准通讯接口。
每段整流器的容量（KVA）必须大于该段所有传动点电机的正常负载之和，且有20%的余量，传动控制器的负载一般要控制在80%以下。
要求所采用系统除了保证较高的控制精度外，还应具备完善的保护功能，如：相序检测、缺相检测、欠压检测、过压检测、瞬间过流、长时过流、无测速机、超频、超速、接地、通讯故障等。功率单元冷却风机要与传动连锁，强迫风冷电机要与传动连锁；
系统能采集各传动分部有功及无功功率并统计汇总将数据上传纸机DCS系统。
系统采用基于微处理器的速度环自动调整，程序设定加、减速时间，最大、最小速度值，电机识别，故障跳闸；系统具有启动、停止、爬行、运行、张力调整、组启动和紧急停车功能；系统应具有工艺和生产要求的通讯和连锁功能，实现与外部系统(MCS\DCS\QCS等)的通讯和电气连锁，如：冷却、润滑、断纸、网毯张紧等造纸工艺的连锁；满足部分传动点特殊要求，如：主从控制、张力控制、对称可逆调速或纸机供货商认为需要的其他特殊功能。
4.2.1.1.4 风机及泵类电机变频改造
现有生产设备中的风机，无论生产需求的大小，其电动机都全速运转，所需的风量或压头，主要采用风门、挡板开度的大小来调整，这样，运行工况的变化则使得能量以风门和挡板的节流损失被消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗，从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用居高不下。而各种泵类根据不同的生产需求往往采用调节阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制，这样不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏，还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。
风机泵类设备多采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在起动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点，不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。
出于对节能的迫切需求和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频器后易操作，免维护，控制精度高，并且可实现高功能化等特点，变频器越来越多地应用于工程项目之中，国内大量的工程实例表明：变频器用于风机泵类设备驱动控制场合，取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式，既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并大大减少了设备维护，维修费用，还降低了停产周期，直接和间接的经济效益十分明显。
本次改造拟采用变频器控制电机转速以取代风门、挡板及阀门，对抄纸车间需调速的风机和泵类设备全部加装变频器，同时为适应调速范围广的要求，其普通交流电机改为高效、适应性强的变频电机，同时将原有普通电缆改为变频专用电缆，以变频器进行起、停，调速控制和保护，原有配电电缆不作改动，对变频器的控制由用于造纸生产线工艺控制的DCS完成。
4.2.1.1.5 效果比较
根据国内同型纸机改造的实例，经过变频改造后，实际运行的电功率较改造前可降低20~30%，根据本项目的实际情况，各车间取值在22~27%不等，采用变频器后提高纸机的运转性能，进一步提高了经济效益。改造完成后全厂年节电量可达3015×104kWh。
改造前后的对比情况详见表4-2。

表4-2 节能改造前后主要数据对比
序号
车间名称
总装机容量(kW)
其它(kW)
纸机传动系统(kW)
风机类(kW)
泵类(kW)
变频改造的设备容量(kW)
改造前年耗电量(万kWh)
改造后年耗电量(万kWh)
年节电量(万kWh)
1
废纸脱墨浆生产线120t/d
1938
540

1398
1048.5
938.4
690
248.4
2
废纸脱墨浆生产线180t/d
3132
1020

2112
1584
1407.6
1114
293.6
3
3300新闻纸生产线
6840
1540
1750
350
3200
4500
3088.9
2334
754.9
4
2400新闻纸生产线
2310
420
660
130
1100
1615
1084.6
822
262.6
5
1760新闻纸生产线
1530
380
410
60
680
980
684.42
544
140.42
6
1760新闻纸生产线
1530
380
410
60
680
980
684.42
544
140.42
7
1760新闻纸生产线
1530
380
410
60
680
980
684.42
544
140.42
8
1760新闻纸生产线
1530
380
410
60
680
980
684.42
544
140.42
9
1880新闻纸生产线
1613
370
371
66
806
1041.5
734.4
574
160.4
10
1880新闻纸生产线
1613
370
371
66
806
1041.5
734.4
574
160.4
11
1760装饰原纸生产线
2190
410
430
140
1210
1477.5
979.2
799
180.2
12
1575新闻纸生产线
985
240
150
45
550
607.5
476
35