楊保興 維美德（中國）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）有限公司

1 引言

當今，一臺衛(wèi)生紙機總能耗的大約70%被用于干燥紙幅，而這其中的大部分被氣罩與熱風系統(tǒng)耗用，其余則被揚克缸耗用（蒸汽）。

氣罩及熱風系統(tǒng)的正確設定，加上合適的干燥參數，會大幅提高紙機產能與產品質量，而且可顯著降低能耗。

維美德持續(xù)支持客戶實現最佳參數設定以提升紙機運行性能。經過多年的數據收集，維美德建立了一套數據庫，存儲著全球范圍內大量不同衛(wèi)生紙機的運行及能耗數據。

現場實踐已證實，熱風系統(tǒng)的正確設定及維護可以提升紙機運行性能。

2 熱風系統(tǒng)平衡與干燥策略

2.1 保持供氣量與排氣量平衡

熱風系統(tǒng)產生熱空氣，并將其高速吹向運行的紙幅，以完成大部分干燥需求。熱風系統(tǒng)的另外一個重要功能就是確保恰當的濕循環(huán)空氣排放，以及補充低濕度的空氣進行空氣補償。

當供氣流量（通常指補充空氣與用于燃燒器正常運行所需的燃燒空氣之和）等同于排氣流量時，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，多余濕熱空氣會經氣罩邊緣被吹向紙機車間。如果排氣量大于供氣量，系統(tǒng)則處于負壓狀態(tài)，此時，氣罩周邊常溫空氣會被吸入氣罩內部。

圖1 衛(wèi)生紙機熱風系統(tǒng)

后兩種情形均會導致異常的、危險的運行工況以及氣罩運行性能變差、能耗增加，從而造成運行成本陡增。

具體來講，如有1kg/s的熱空氣被吹向紙機廠房，正壓狀態(tài)可導致每年增加6.3萬歐元（約合人民幣49.5萬元）的能源運行成本（燃氣成本按35歐元（約合人民幣275.2元）/MWh估算），因為包含在這部分浪費熱氣中的能源未通過熱交換器進行回收。

系統(tǒng)處于正壓狀態(tài)可引起以下問題：

● 氣罩周圍火險增加；

● 氣罩周邊設備因過熱而發(fā)生損壞；

● 毛毯與橫幅問題；

● 廠房通風控制變差，冷凝問題蔓延。

同樣，負壓狀態(tài)也會導致運行成本增加，如有1kg/s的空氣被從外圍吸入氣罩，每年將增加約5.7萬歐元（約合人民幣44.8萬元）運行成本，因為廠房里的空氣是低溫的，還未經熱交換器預熱。另外，系統(tǒng)處于負壓狀態(tài)可引起以下問題：

● 紙邊溫度低且濕度高；

● 粉塵與污垢沉積在氣罩邊部，進而增加火險可能；

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

2.2 排出濕空氣

除了正確設定熱風系統(tǒng)平衡之外，干燥能耗與排風濕度亦密切相關。排風濕度越高，排風量則越少。因此，在熱風系統(tǒng)平衡的狀態(tài)下，所需補充的空氣量相應變少。這就意味著，只有少量空氣需要被從補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濕度的關系

圖3 總干燥能耗與用電/天然氣的成本比率關系

通過保持熱風系統(tǒng)平衡及選擇合適的干燥策略，每年可以輕松節(jié)約超過10萬歐元（約合人民幣78.6萬元）的能耗成本。

事實證明，通過檢測與調整熱風系統(tǒng)參數與設置，可以改善系統(tǒng)的運行效率。盡管如此，問題擺在眼前：如何有效地維持這些優(yōu)化的設置？操作人員的不當習慣或者對“錯誤設置如何影響系統(tǒng)”的相關信息缺乏認識，都可能輕易地將起初優(yōu)化設置顯現的利好喪失殆盡。甚至不同的紙機運行工況，比如生產變化，或著根據一年中不同的時間段將熱交換器用于廠房通風等，都可能導致熱風系統(tǒng)平衡的不可控變化，從而使其離最佳的運行狀態(tài)漸行漸遠。

2.3 氣罩溫度或噴風速度

另外一個影響單位能耗水平與單位干燥成本（及衛(wèi)生紙生產成本）的重要因素則是選擇氣罩溫度或噴風速度作為主要干燥策略。這取決于紙機、生產情況以及電與燃氣的單位成本比率。如果保持相同的紙機狀況與生產條件， 在單位能耗曲線上總會存在一個最小值，它表明干燥紙幅最為經濟的電能與燃氣的組合方式。

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?）正是針對解決上述問題而開發(fā)。ABC系統(tǒng)使工廠能夠采用自動的、連續(xù)的方式保持最佳的熱風系統(tǒng)運行參數，比如平衡狀態(tài)、排風濕度以及在氣罩溫度與噴風速度間選擇最佳的參數等。

圖4 ABC系統(tǒng)的電腦監(jiān)控界面

通過一系列結合工廠具體情況的算法設定與一整套安裝在氣罩與熱風系統(tǒng)關鍵部位的傳感器，ABC系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測并調整干燥參數與熱風系統(tǒng)流動特性 （空氣溫度、壓力、流量與濕度值），以實時維持最低的單位干燥能耗成本。除了現場傳感器外，系統(tǒng)還包括控制面板的安裝，其通過總線系統(tǒng)與工廠DCS與QCS相連接。

該系統(tǒng)既可通過局域網又可通過安全的VPN連接訪問。通過任何互聯(lián)網及簡單的網絡瀏覽器訪問ABC頁面也是可行的。該系統(tǒng)每15s收集并計算近百個變量。這些變量被存儲下來，也能被用作經常性報告，分發(fā)到衛(wèi)生紙廠內不同的控制級別。

實質上ABC系統(tǒng)所起的作用就是將服務工程師在能耗優(yōu)化階段所做的調整變成自動地、連續(xù)的優(yōu)化。該系統(tǒng)既可容易地裝配在新紙機上又可以裝配在運行多年的紙機上。

ABC系統(tǒng)可以有不同層級的應用，從僅僅管理單機、將訪問權限限定給若干人等的基本層級，上升到整個公司層級，可用于不同工廠、不同紙機的管理與基準分析，實施SQL數據庫與SCADA數據采集與監(jiān)管系統(tǒng)。

4 ABC系統(tǒng)應用案例

ABC系統(tǒng)已經有多個安裝實例，經測試效果極佳。裝配在Viking Kagit ve Seluloz土耳其工廠的ABC系統(tǒng)就是實例之一。這家工廠生產生活用紙，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所追求的目標”?；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)應用前后的天然氣消耗情況對比

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

這兩項改造，新熱交換器與ABC系統(tǒng)，節(jié)約了工廠的燃氣用量。“盡管現在該系統(tǒng)僅運行了5個月（而且為了排除季節(jié)因素影響，必須至少運行一年以上），我們依然可以說，10%～15%的能耗節(jié)降已經實現。其中一部分——約5%～10%可歸功于新的熱交換器?！?/p>

總之，“自安裝運行以來，系統(tǒng)運行高效，且實現進一步節(jié)能的潛力極大。系統(tǒng)運行正常，而補充空氣幾乎處于全關狀態(tài)。很小的調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，我們正期待進一步實現節(jié)約1%～2%的燃氣消耗?！?/p>

安裝ABC系統(tǒng)后，工廠還喜獲另一項利好。即氣罩與熱風系統(tǒng)的設定被實時監(jiān)測與優(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，因為ABC系統(tǒng)在持續(xù)地、自動地監(jiān)測并設定最優(yōu)的工況。

5 總結

總之，維美德氣罩ABC系統(tǒng)的優(yōu)點包括：

1. 可以持續(xù)、自動地維護干燥設置與參數，帶來最低的能耗水平。最佳的設定帶來達30～40kWh/t紙的能源節(jié)省，對于一臺單幅（幅寬2.8m）紙機而言，相當于每年節(jié)省5萬歐元（約合人民幣39.3萬元），而對于雙幅（幅寬5.6m）紙機，則是每年節(jié)省10萬歐元（約合人民幣78.6萬元）；

2. ABC系統(tǒng)依據現場參數動作，因此不存在人工解讀帶來的誤差；

3. 可以本地及遠程訪問以查看系統(tǒng)狀態(tài)、查看存儲的數據用以更新基準；

4. 可以持續(xù)保持氣罩流量的最佳平衡，避免負壓或正壓狀態(tài)產生的問題：延長氣罩周邊設備壽命 （較少暴露于濕、熱空氣），減少因火險及維護需要導致頻繁停機的狀況；

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候，比如更換揚克刮刀片時；

6. 可以容易、快速的提供遠程協(xié)助服務，解決氣罩與熱風系統(tǒng)運行發(fā)生的相關問題。