楊保興 維美德（中國(guó)）有限公司

維美德提高能效系統(tǒng)
——“卓越平衡控制—ABC”

Valmet’s Advantage Balance ControlTM

楊保興 維美德（中國(guó)）有限公司

1 引言

當(dāng)今，一臺(tái)衛(wèi)生紙機(jī)總能耗的大約70%被用于干燥紙幅，而這其中的大部分被氣罩與熱風(fēng)系統(tǒng)耗用，其余則被揚(yáng)克缸耗用（蒸汽）。

氣罩及熱風(fēng)系統(tǒng)的正確設(shè)定，加上合適的干燥參數(shù)，會(huì)大幅提高紙機(jī)產(chǎn)能與產(chǎn)品質(zhì)量，而且可顯著降低能耗。

維美德持續(xù)支持客戶實(shí)現(xiàn)最佳參數(shù)設(shè)定以提升紙機(jī)運(yùn)行性能。經(jīng)過(guò)多年的數(shù)據(jù)收集，維美德建立了一套數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)著全球范圍內(nèi)大量不同衛(wèi)生紙機(jī)的運(yùn)行及能耗數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐已證實(shí)，熱風(fēng)系統(tǒng)的正確設(shè)定及維護(hù)可以提升紙機(jī)運(yùn)行性能。

2 熱風(fēng)系統(tǒng)平衡與干燥策略

2.1 保持供氣量與排氣量平衡

熱風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生熱空氣，并將其高速吹向運(yùn)行的紙幅，以完成大部分干燥需求。熱風(fēng)系統(tǒng)的另外一個(gè)重要功能就是確保恰當(dāng)?shù)臐裱h(huán)空氣排放，以及補(bǔ)充低濕度的空氣進(jìn)行空氣補(bǔ)償。

當(dāng)供氣流量（通常指補(bǔ)充空氣與用于燃燒器正常運(yùn)行所需的燃燒空氣之和）等同于排氣流量時(shí)，系統(tǒng)則處于平衡狀態(tài)。如果供氣量大于排氣量，系統(tǒng)則處于正壓狀態(tài)，此時(shí)，多余濕熱空氣會(huì)經(jīng)氣罩邊緣被吹向紙機(jī)車間。如果排氣量大于供氣量，系統(tǒng)則處于負(fù)壓狀態(tài)，此時(shí)，氣罩周邊常溫空氣會(huì)被吸入氣罩內(nèi)部。

圖1 衛(wèi)生紙機(jī)熱風(fēng)系統(tǒng)

后兩種情形均會(huì)導(dǎo)致異常的、危險(xiǎn)的運(yùn)行工況以及氣罩運(yùn)行性能變差、能耗增加，從而造成運(yùn)行成本陡增。

具體來(lái)講，如有1kg/s的熱空氣被吹向紙機(jī)廠房，正壓狀態(tài)可導(dǎo)致每年增加6.3萬(wàn)歐元（約合人民幣49.5萬(wàn)元）的能源運(yùn)行成本（燃?xì)獬杀景?5歐元（約合人民幣275.2元）/MWh估算），因?yàn)榘谶@部分浪費(fèi)熱氣中的能源未通過(guò)熱交換器進(jìn)行回收。

系統(tǒng)處于正壓狀態(tài)可引起以下問(wèn)題：

● 氣罩周圍火險(xiǎn)增加；

● 氣罩周邊設(shè)備因過(guò)熱而發(fā)生損壞；

● 毛毯與橫幅問(wèn)題；

● 廠房通風(fēng)控制變差，冷凝問(wèn)題蔓延。

同樣，負(fù)壓狀態(tài)也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行成本增加，如有1kg/s的空氣被從外圍吸入氣罩，每年將增加約5.7萬(wàn)歐元（約合人民幣44.8萬(wàn)元）運(yùn)行成本，因?yàn)閺S房里的空氣是低溫的，還未經(jīng)熱交換器預(yù)熱。另外，系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)可引起以下問(wèn)題：

● 紙邊溫度低且濕度高；

● 粉塵與污垢沉積在氣罩邊部，進(jìn)而增加火險(xiǎn)可能；

● 粉塵與污垢的吸入，將導(dǎo)致其沉積在熱交換器上，這會(huì)降低熱交換器性能，并增加火險(xiǎn)。

2.2 排出濕空氣

除了正確設(shè)定熱風(fēng)系統(tǒng)平衡之外，干燥能耗與排風(fēng)濕度亦密切相關(guān)。排風(fēng)濕度越高，排風(fēng)量則越少。因此，在熱風(fēng)系統(tǒng)平衡的狀態(tài)下，所需補(bǔ)充的空氣量相應(yīng)變少。這就意味著，只有少量空氣需要被從補(bǔ)充空氣的溫度加熱到噴嘴處噴吹空氣溫度。因而，能耗減少，其成本也隨之降低。

圖2 單位干燥能耗與排風(fēng)濕度的關(guān)系

圖3 總干燥能耗與用電/天然氣的成本比率關(guān)系

通過(guò)保持熱風(fēng)系統(tǒng)平衡及選擇合適的干燥策略，每年可以輕松節(jié)約超過(guò)10萬(wàn)歐元（約合人民幣78.6萬(wàn)元）的能耗成本。

事實(shí)證明，通過(guò)檢測(cè)與調(diào)整熱風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)與設(shè)置，可以改善系統(tǒng)的運(yùn)行效率。盡管如此，問(wèn)題擺在眼前：如何有效地維持這些優(yōu)化的設(shè)置？操作人員的不當(dāng)習(xí)慣或者對(duì)“錯(cuò)誤設(shè)置如何影響系統(tǒng)”的相關(guān)信息缺乏認(rèn)識(shí)，都可能輕易地將起初優(yōu)化設(shè)置顯現(xiàn)的利好喪失殆盡。甚至不同的紙機(jī)運(yùn)行工況，比如生產(chǎn)變化，或著根據(jù)一年中不同的時(shí)間段將熱交換器用于廠房通風(fēng)等，都可能導(dǎo)致熱風(fēng)系統(tǒng)平衡的不可控變化，從而使其離最佳的運(yùn)行狀態(tài)漸行漸遠(yuǎn)。

2.3 氣罩溫度或噴風(fēng)速度

另外一個(gè)影響單位能耗水平與單位干燥成本（及衛(wèi)生紙生產(chǎn)成本）的重要因素則是選擇氣罩溫度或噴風(fēng)速度作為主要干燥策略。這取決于紙機(jī)、生產(chǎn)情況以及電與燃?xì)獾膯挝怀杀颈嚷?。如果保持相同的紙機(jī)狀況與生產(chǎn)條件， 在單位能耗曲線上總會(huì)存在一個(gè)最小值，它表明干燥紙幅最為經(jīng)濟(jì)的電能與燃?xì)獾慕M合方式。

3 ABC—維美德卓越平衡控制系統(tǒng)

ABC—維美德卓越平衡控制系統(tǒng)（ABC—Advantage Balance Control?）正是針對(duì)解決上述問(wèn)題而開(kāi)發(fā)。ABC系統(tǒng)使工廠能夠采用自動(dòng)的、連續(xù)的方式保持最佳的熱風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，比如平衡狀態(tài)、排風(fēng)濕度以及在氣罩溫度與噴風(fēng)速度間選擇最佳的參數(shù)等。

圖4 ABC系統(tǒng)的電腦監(jiān)控界面

通過(guò)一系列結(jié)合工廠具體情況的算法設(shè)定與一整套安裝在氣罩與熱風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵部位的傳感器，ABC系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)并調(diào)整干燥參數(shù)與熱風(fēng)系統(tǒng)流動(dòng)特性 （空氣溫度、壓力、流量與濕度值），以實(shí)時(shí)維持最低的單位干燥能耗成本。除了現(xiàn)場(chǎng)傳感器外，系統(tǒng)還包括控制面板的安裝，其通過(guò)總線系統(tǒng)與工廠DCS與QCS相連接。

該系統(tǒng)既可通過(guò)局域網(wǎng)又可通過(guò)安全的VPN連接訪問(wèn)。通過(guò)任何互聯(lián)網(wǎng)及簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問(wèn)ABC頁(yè)面也是可行的。該系統(tǒng)每15s收集并計(jì)算近百個(gè)變量。這些變量被存儲(chǔ)下來(lái)，也能被用作經(jīng)常性報(bào)告，分發(fā)到衛(wèi)生紙廠內(nèi)不同的控制級(jí)別。

實(shí)質(zhì)上ABC系統(tǒng)所起的作用就是將服務(wù)工程師在能耗優(yōu)化階段所做的調(diào)整變成自動(dòng)地、連續(xù)的優(yōu)化。該系統(tǒng)既可容易地裝配在新紙機(jī)上又可以裝配在運(yùn)行多年的紙機(jī)上。

ABC系統(tǒng)可以有不同層級(jí)的應(yīng)用，從僅僅管理單機(jī)、將訪問(wèn)權(quán)限限定給若干人等的基本層級(jí)，上升到整個(gè)公司層級(jí)，可用于不同工廠、不同紙機(jī)的管理與基準(zhǔn)分析，實(shí)施SQL數(shù)據(jù)庫(kù)與SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)管系統(tǒng)。

4 ABC系統(tǒng)應(yīng)用案例

ABC系統(tǒng)已經(jīng)有多個(gè)安裝實(shí)例，經(jīng)測(cè)試效果極佳。裝配在Viking Kagit ve Seluloz土耳其工廠的ABC系統(tǒng)就是實(shí)例之一。這家工廠生產(chǎn)生活用紙，主要是衛(wèi)生紙、餐巾紙與擦拭紙，定量在16～26g/m2，使用原生漿與脫墨漿。

工廠總監(jiān)Ahmet Senyasa先生指出：“降低能源需求或提升干燥能力是我們一直以來(lái)所追求的目標(biāo)”?；谶@樣的需求，工廠決定將舊熱交換器更換為新型高效熱交換器。

圖5 Viking Kagit ve Seluloz廠在ABC系統(tǒng)應(yīng)用前后的天然氣消耗情況對(duì)比

“在就熱交換器更換項(xiàng)目進(jìn)行談判期間，維美德人員給我們介紹了ABC系統(tǒng)及其節(jié)能潛力。為紙機(jī)裝配ABC系統(tǒng)的最終選擇使我們工廠成為應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的先鋒?！?/p>

這兩項(xiàng)改造，新熱交換器與ABC系統(tǒng)，節(jié)約了工廠的燃?xì)庥昧俊！氨M管現(xiàn)在該系統(tǒng)僅運(yùn)行了5個(gè)月（而且為了排除季節(jié)因素影響，必須至少運(yùn)行一年以上），我們依然可以說(shuō)，10%～15%的能耗節(jié)降已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。其中一部分——約5%～10%可歸功于新的熱交換器。”

總之，“自安裝運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行高效，且實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能的潛力極大。系統(tǒng)運(yùn)行正常，而補(bǔ)充空氣幾乎處于全關(guān)狀態(tài)。很小的調(diào)整就能使我們將更多熱交換器的能力用于控制燃燒空氣溫度，我們正期待進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)約1%～2%的燃?xì)庀??！?/p>

安裝ABC系統(tǒng)后，工廠還喜獲另一項(xiàng)利好。即氣罩與熱風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)定被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化，這就意味著，能耗高低不再受到不同操作人員技能差異的影響，因?yàn)锳BC系統(tǒng)在持續(xù)地、自動(dòng)地監(jiān)測(cè)并設(shè)定最優(yōu)的工況。

5 總結(jié)

總之，維美德氣罩ABC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：

1. 可以持續(xù)、自動(dòng)地維護(hù)干燥設(shè)置與參數(shù)，帶來(lái)最低的能耗水平。最佳的設(shè)定帶來(lái)達(dá)30～40kWh/t紙的能源節(jié)省，對(duì)于一臺(tái)單幅（幅寬2.8m）紙機(jī)而言，相當(dāng)于每年節(jié)省5萬(wàn)歐元（約合人民幣39.3萬(wàn)元），而對(duì)于雙幅（幅寬5.6m）紙機(jī)，則是每年節(jié)省10萬(wàn)歐元（約合人民幣78.6萬(wàn)元）；

2. ABC系統(tǒng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)動(dòng)作，因此不存在人工解讀帶來(lái)的誤差；

3. 可以本地及遠(yuǎn)程訪問(wèn)以查看系統(tǒng)狀態(tài)、查看存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)用以更新基準(zhǔn)；

4. 可以持續(xù)保持氣罩流量的最佳平衡，避免負(fù)壓或正壓狀態(tài)產(chǎn)生的問(wèn)題：延長(zhǎng)氣罩周邊設(shè)備壽命 （較少暴露于濕、熱空氣），減少因火險(xiǎn)及維護(hù)需要導(dǎo)致頻繁停機(jī)的狀況；

5. 保障操作人員操作環(huán)境的高度安全與舒適水平，特別是在氣罩附近工作的時(shí)候，比如更換揚(yáng)克刮刀片時(shí)；

6. 可以容易、快速的提供遠(yuǎn)程協(xié)助服務(wù)，解決氣罩與熱風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生的相關(guān)問(wèn)題。