一、概述：

在制漿（化學(xué)法）和造紙生產(chǎn)過(guò)程中主要產(chǎn)生三類廢水：黑（紅）液、中段廢水和紙機(jī)白水。黑（紅）液主要是蒸煮制漿廢水，中段水包括紙漿洗滌、篩選、漂白廢水，紙機(jī)白水為抄紙車間廢水。其中蒸煮廢水的環(huán)境污染最嚴(yán)重，占整個(gè)造紙工業(yè)污染的90%。

而酸法制漿產(chǎn)生的紅液是造紙業(yè)廢水處理的關(guān)鍵。造紙紅液處理的系統(tǒng)為MVR蒸發(fā)器。MVR蒸發(fā)器，是英文mechanical vapor recompression的簡(jiǎn)稱。MVR是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對(duì)外界能源的需求的一項(xiàng)技術(shù)。

二次蒸汽，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的壓縮，壓力和溫度得以升高，熱焓隨之增加，被送到蒸發(fā)器的加熱室當(dāng)作加熱蒸汽即生蒸汽使用，使料液維持蒸發(fā)狀態(tài)，而加熱蒸汽本 身將熱量傳遞給物料本身冷凝成水。這樣，原來(lái)要廢棄的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潛熱，又提高了熱效率。

目前該技術(shù)普遍應(yīng)用于化工、制藥、造紙、污水處理、海水淡化等行業(yè)。

二、MVR蒸發(fā)器系統(tǒng)

 MVR蒸發(fā)器是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而減少對(duì)外界能源的需求的一項(xiàng)技術(shù)。

其工作過(guò)程是低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，溫度、壓力提高，熱焓增加，然后進(jìn)入換熱器冷凝，以充分利用蒸汽的潛熱。除開(kāi)車啟動(dòng)外，整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程中無(wú)需生蒸汽。 

多效蒸發(fā)過(guò)程中，蒸發(fā)器某一效的二次蒸汽不能直接作為本效熱源，只能作為次效或次幾效的熱源。如作為本效熱源必須額外給其能量，使其溫度(壓力)提高。蒸汽噴射泵只能壓縮部分二次蒸汽，而MVR蒸發(fā)器則可壓縮蒸發(fā)器中所有的二次蒸汽.

溶液在一個(gè)降膜蒸發(fā)器里，通過(guò)物料循環(huán)泵在加熱管內(nèi)循環(huán)。初始蒸汽用新鮮蒸汽在管外給熱，將溶液加熱沸騰產(chǎn)生二次汽，產(chǎn)生的二次汽由渦輪增壓風(fēng)機(jī)吸入，經(jīng)增壓后，二次汽溫度提高，作為加熱熱源進(jìn)入加熱室循環(huán)蒸發(fā)。正常啟動(dòng)后，渦輪壓縮機(jī)將二次蒸汽吸入，經(jīng)增壓后變?yōu)榧訜嵴羝?，就這樣源源不斷進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)。蒸發(fā)出的水分最終變成冷凝水排出

由于成本原因，單級(jí)離心壓縮機(jī)和高壓風(fēng)機(jī)被普遍用于機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)。

蒸發(fā)風(fēng)機(jī)增加泵是紅液蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件，該裝置的可靠穩(wěn)定運(yùn)行是整套，紅液蒸發(fā)系統(tǒng)正常運(yùn)行的根本保證。由于蒸發(fā)風(fēng)機(jī)增壓風(fēng)機(jī)泵在整套系統(tǒng)中的特殊功用，所以其是一個(gè)特殊的負(fù)載類型，即非風(fēng)機(jī)又不能等同于普通泵類負(fù)載，其對(duì)整個(gè)蒸發(fā)器生產(chǎn)過(guò)程中的工藝控制有很大影響。

三、化機(jī)漿蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵工作原理

化機(jī)漿蒸發(fā)風(fēng)機(jī)泵主要用于廠區(qū)廢液處理，現(xiàn)場(chǎng)工藝流程如圖1所示。

圖1現(xiàn)場(chǎng)工藝流程

工作流程：蒸發(fā)風(fēng)機(jī)把高溫（大于100℃）的高溫蒸汽打入蒸發(fā)管道，然后把后級(jí)的蒸汽再抽回到蒸發(fā)器，如果蒸發(fā)器溫度低于100℃，那么由廠來(lái)的高溫蒸汽將補(bǔ)充到蒸發(fā)風(fēng)機(jī)里，保持蒸汽溫度高于100℃。通過(guò)泵將預(yù)熱器加熱、濃縮處理的廢水引入到MVR蒸發(fā)器中，在熱交換器中，利用蒸汽對(duì)廢水進(jìn)行循環(huán)加熱、蒸發(fā)、濃縮等處理，得到的蒸餾水回流到預(yù)熱器中，以用于預(yù)熱原液得到的濃縮液和蒸汽則進(jìn)入分離器中，通過(guò)分離器，分離出的蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)，而分離出的濃縮液則被直接回流至收集罐中，對(duì)濃縮液進(jìn)行處理可回收其中的有用物質(zhì)、達(dá)到污水零排放，保護(hù)環(huán)境。 

（1）預(yù)熱器待處理的原液在進(jìn)人蒸汽換熱器之前的溫度較低，為了充分利用系統(tǒng)內(nèi)的熱能，需采用換熱器對(duì)原液進(jìn)行預(yù)加熱。

（2）蒸發(fā)器預(yù)熱后的原液通過(guò)進(jìn)料泵將其載入蒸發(fā)器，與經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)壓縮升溫升壓后的蒸汽進(jìn)行換熱，使其迅速汽化蒸發(fā)。

（3）分離器：分離器是蒸汽和濃縮液進(jìn)行分離的裝置。

（4）壓縮機(jī)（風(fēng)機(jī)泵）是MVR系統(tǒng)的核心部件,它通過(guò)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)二次蒸汽進(jìn)行壓縮，提高其熱焓，然后再將溫度和壓力提高了的二次蒸汽作為熱源用于系統(tǒng)加熱 。

（5）控制系統(tǒng)：工控機(jī)和PLC等構(gòu)成了MVR蒸發(fā)器的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。通過(guò)軟件編程，實(shí)時(shí)采集各種傳感器的狀態(tài)信號(hào)、從而自動(dòng)控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、閥門(mén)的開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)液體的流速和流量、溫度和壓力的控制和調(diào)節(jié)等、使系統(tǒng)工作達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。同時(shí)該設(shè)備還具有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)記錄參數(shù)和提供報(bào)表的各種功能。

（6）清洗系統(tǒng)溶液蒸發(fā)一段時(shí)間后，會(huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢通過(guò)添加化學(xué)溶劑去除。

（7）真空系統(tǒng)：真空系統(tǒng)的作用是維持整個(gè)系統(tǒng)的真空度，從裝置中抽出部分空氣、不凝氣體以及溶液帶入的氣 體，以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定的蒸發(fā)狀態(tài)。

四、變頻器調(diào)速節(jié)能原理

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與頻率f、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s、電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p有以下關(guān)系：

N＝60f(1-s)/p

由以上公式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率也會(huì)發(fā)生變化，n與f之間呈線性關(guān)系，當(dāng)f在0～50Hz變化時(shí)，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。當(dāng)負(fù)荷變化而引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，則輸出功率也隨之遞減從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)負(fù)載，軸功率P與流量Q，揚(yáng)程H的關(guān)系為：

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時(shí),Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：

可見(jiàn)流量Q和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80％的額定流量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80％，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時(shí)所需功率將僅為原來(lái)的51.2％。

如圖2所示，從風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線圖來(lái)分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。

圖2  增壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線圖

當(dāng)所需風(fēng)量、流量從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)擋板的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì)增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時(shí)所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。

考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過(guò)實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)通過(guò)調(diào)速控制可節(jié)能10％～40％，有些風(fēng)機(jī)負(fù)載節(jié)能比例達(dá)50%以上。

五、英威騰GD5000系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

深圳英威騰研發(fā)生產(chǎn)的GD5000系列高壓變頻器采用多單元串聯(lián)技術(shù)，有自身的基本功能，也有與其它廠家變頻器獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，下面對(duì)GD5000系列高壓變頻器可靠性作一介紹：

自2002年成立以來(lái)，已具有八年以上的生產(chǎn)變頻器設(shè)備及備品配件或類似設(shè)備的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，公司已于2006年1月通過(guò)IS09001質(zhì)量保證體系認(rèn)證。變頻裝置采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、dv/dt及共模電壓等問(wèn)題的特性，不需加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)，不需要更換電機(jī)。變頻裝置內(nèi)部通訊應(yīng)采用光纖連接，以提高通訊速率和抗干擾能力。

1) 在功率單元模塊設(shè)計(jì)上，針對(duì)不同電流范圍采用獨(dú)特進(jìn)出線設(shè)計(jì)，抗干擾能力更強(qiáng)；

2) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)上，全面采用抗電磁干擾措施，最有效保證變頻器的可靠運(yùn)行。

3) 三核控制技術(shù)，高壓變頻器主控系統(tǒng)采用DSP＋FPGA+ARM和液晶觸摸屏巧妙配合，提供中文觸摸式操作界面，控制系統(tǒng)高度集成化，抗干擾能力強(qiáng)、功能更強(qiáng)大、控制更精準(zhǔn)，增加了產(chǎn)品的可靠性。

4) 豐富的控制功能，我司高壓變頻器繼承了其低壓控制的特點(diǎn)，控制功能非常豐富。表現(xiàn)在頻率控制方式非常靈活。分為A頻率控制與B頻率控制，A頻率控制可以有多種控制源（包括PID控制、多段速控制都屬于這方面內(nèi)容）；B頻率控制同樣有多種控制源，用戶可以靈活的選擇采用A頻率控制源，B頻率控制源還是A+B，A、B中最大值。通過(guò)這種數(shù)學(xué)上的抽象，英威騰的高壓變頻器不僅能滿足簡(jiǎn)單場(chǎng)合的工藝控制的要求，還可以滿足特定場(chǎng)合的工藝控制要求。另外，對(duì)于命令通道的選擇也同樣是豐富多樣的?？梢曰緷M足多種多樣的應(yīng)用場(chǎng)景。

5) 模塊冗余配置，功率單元采用一定冗余配置。功率開(kāi)關(guān)器件按實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的2倍以上配置電流和電壓，如采用1700V高壓IGBT，器件參數(shù)余量大，可靠性較高。

6) 低諧波設(shè)計(jì)，額定負(fù)載時(shí)輸入側(cè)的（對(duì)電網(wǎng)的影響）諧波＜2％；輸出側(cè)的（對(duì)電機(jī)的影響）諧波＜2％；

7) DSP控制系統(tǒng)對(duì)調(diào)制波形優(yōu)化處理，確保輸出完美無(wú)諧波波形。

8) AVR功能，可以根據(jù)母線電壓的波動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出PWM信號(hào)的占空比，從而減輕電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)于輸出電壓波動(dòng)的影響。

9) V/F控制的轉(zhuǎn)矩提升功能，提供低頻轉(zhuǎn)矩提升功能，其主要是用來(lái)解決低頻時(shí)定子電阻引起的電壓損失導(dǎo)致磁通不足的問(wèn)題。

10) 多種V/F曲線的選擇提供多種的V/F曲線形式（如：多點(diǎn)V/F曲線，1.3次冪、1.7次冪、2.0次冪V/F曲線），可以滿足各種不同的負(fù)載要求。

11) 輸入電壓適應(yīng)性強(qiáng)，允許網(wǎng)側(cè)電壓在10%～-15%之間波動(dòng)。同時(shí)具有AVR功能，能夠根據(jù)母線電壓的波動(dòng)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓。網(wǎng)側(cè)電壓在短時(shí)間小于85%～65％額定值或大于110%～120％額定值，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不停機(jī)，保證電機(jī)持續(xù)運(yùn)行。

12) 超長(zhǎng)瞬時(shí)掉電不停機(jī)，有效避免電網(wǎng)不穩(wěn)定帶來(lái)的停機(jī)問(wèn)題，我司高壓變頻器采用更好的瞬停處理方式，可以做到適應(yīng)電網(wǎng)晃電1S以上，不管是風(fēng)機(jī)，還是水泵，都可以做到該效果。如果風(fēng)機(jī)類負(fù)載，最多可以電網(wǎng)晃電5S都沒(méi)有問(wèn)題。

13) 超低頻轉(zhuǎn)速追蹤能力，有效保證掉電快速再啟動(dòng)，具有全頻段的轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤啟動(dòng)功能，不論電機(jī)掉電多久，不論電機(jī)在頻段高低時(shí)，都能自動(dòng)搜索跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，按照設(shè)定加減速時(shí)間恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，不用顧慮電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)即時(shí)的啟動(dòng)和停止控制，保證機(jī)組安全啟動(dòng)。

14) 對(duì)稱旁路功能，單元體雙旁路技術(shù)，系統(tǒng)可靠性更高，采用的是機(jī)械式旁路（外部旁路）與電子旁路（內(nèi)部旁路）可選的策略，其中機(jī)械式旁路可在200ms完成功率單元的自動(dòng)旁路，而電子旁路，因?yàn)槎际请娮釉骷刂疲鋭?dòng)作時(shí)間就會(huì)很快，毫秒級(jí)就能完成旁路的動(dòng)作。并且不論是機(jī)械式旁路還是電子旁路，都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格重載，小慣量負(fù)載的驗(yàn)證的，完全可以可靠的旁路。

15) 雙上電限流電路設(shè)計(jì)，有效保護(hù)系統(tǒng)安全、延長(zhǎng)設(shè)備壽命，采用了硬件限流以及軟件限流技術(shù)，當(dāng)有效保護(hù)了因?yàn)樨?fù)載突變而導(dǎo)致的系統(tǒng)過(guò)流故障的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的可靠性

16) 抗輸出短路保護(hù)技術(shù)，系統(tǒng)在輸出線纜短路的時(shí)候，能夠迅速保護(hù)，不會(huì)造成別的不良后果。

六、改造方案

2015年8月末延邊石峴雙鹿實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司化機(jī)漿風(fēng)機(jī)泵增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻調(diào)速改造，本次改造對(duì)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造，采用一拖一自動(dòng)隔離方式，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)可采用工、變頻兩種方式運(yùn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，選用深圳英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的GD5000-A0400-06-S系列高壓變頻器，該裝置變頻器整流器件為二極管，逆變器件為IGBT，控制方式采用無(wú)速度傳感器矢量控制，運(yùn)行性能更加優(yōu)越。2015年8月新系統(tǒng)全部投入運(yùn)行。

表1電機(jī)參數(shù)

表2配套高壓變頻器參數(shù)

七、系統(tǒng)運(yùn)行工藝描述

變頻器的6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘與接觸器后到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘和接觸器送至電動(dòng)機(jī)；6kV電源還可經(jīng)旁路接觸器直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)出線刀閘與接觸器和旁路刀閘與接觸器的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開(kāi)進(jìn)出線刀閘與接觸器，將變頻裝置隔離，手動(dòng)合旁路接觸器，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。旁路柜具備五防閉鎖功能；具備工、變頻方式指示功能；帶電指示功能和帶電閉鎖柜門(mén)功能。

系統(tǒng)改造一次回路如圖3所示。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，給變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)可以直接自動(dòng)（工藝要求手動(dòng)）切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行，這樣可以保證機(jī)組的正常安全運(yùn)行。

為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)6kV開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開(kāi)QF。當(dāng)工頻旁路時(shí)，變頻器始終允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF合閘工頻啟動(dòng)。

變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開(kāi)關(guān)、自動(dòng)旁路柜、GD5000系列高壓變頻器、高壓電機(jī)組成。旁路柜是由三個(gè)真空高壓接觸器KM1、KM2、KM3和高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2組成。正常運(yùn)行時(shí)QS1、QS2全部閉合，只有在檢修時(shí)斷開(kāi)。電機(jī)以變頻方式運(yùn)行時(shí)， KM1、KM2閉合，QS3斷開(kāi)；電機(jī)以工頻方式運(yùn)行時(shí)，KM3閉合， KM1、KM2斷開(kāi)。變頻與工頻之間切換自動(dòng)/手動(dòng)完成。旁路柜嚴(yán)格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計(jì)，變頻輸出開(kāi)關(guān)KM2和工頻開(kāi)關(guān)KM3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。

由于在整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)中前級(jí)用戶開(kāi)關(guān)柜具有過(guò)載保護(hù)裝置，因而手動(dòng)旁路柜不會(huì)對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。同時(shí)用戶開(kāi)關(guān)柜必須按照8-10倍額定電流設(shè)置速斷保護(hù)值，確保躲過(guò)激磁涌流。

圖3  改造后的一次回路圖

八、節(jié)能改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析

增壓風(fēng)機(jī)變頻改造后，高壓變頻器一次投運(yùn)成功。達(dá)到了預(yù)期及節(jié)能以及控制上的要求?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行照片如圖4所示。

圖4現(xiàn)場(chǎng)高壓變頻器

與原有工頻驅(qū)動(dòng)方式相比，目前擋板全開(kāi)，變頻器運(yùn)行在40Hz，與之前擋板調(diào)節(jié)方式相比消耗功率有明顯降低。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)綜合節(jié)電率可達(dá)25%

九、結(jié)束語(yǔ)

增壓風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)變頻改造以后，節(jié)能效果非常明顯，而且啟動(dòng)頻率低，轉(zhuǎn)速低，電流小且平穩(wěn)。實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了以前用工頻啟動(dòng)時(shí)的大電流大轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)、電纜、 開(kāi)關(guān)及機(jī)械設(shè)備的沖擊。不僅延長(zhǎng)了電機(jī)等設(shè)備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。

建議在造紙廠新建項(xiàng)目、技術(shù)改造項(xiàng)目中全面推廣應(yīng)用變頻技術(shù)，淘汰擋板、閥門(mén)等獲利后低效調(diào)節(jié)方式，最大限度較少能源消耗和污染物排放，提交能源利用率，為我國(guó)節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。