维美德提高能效系统——“卓越平衡控制—ABC”

杨保兴 维美德（中国）有限公司

维美德提高能效系统
——“卓越平衡控制—ABC”

Valmet’s Advantage Balance ControlTM

杨保兴 维美德（中国）有限公司

1 引言

当今，一台卫生纸机总能耗的大约70%被用于干燥纸幅，而这其中的大部分被气罩与热风系统耗用，其余则被扬克缸耗用（蒸汽）。

气罩及热风系统的正确设定，加上合适的干燥参数，会大幅提高纸机产能与产品质量，而且可显著降低能耗。

维美德持续支持客户实现最佳参数设定以提升纸机运行性能。经过多年的数据收集，维美德建立了一套数据库，存储着全球范围内大量不同卫生纸机的运行及能耗数据。

现场实践已证实，热风系统的正确设定及维护可以提升纸机运行性能。

2 热风系统平衡与干燥策略

2.1 保持供气量与排气量平衡

热风系统产生热空气，并将其高速吹向运行的纸幅，以完成大部分干燥需求。热风系统的另外一个重要功能就是确保恰当的湿循环空气排放，以及补充低湿度的空气进行空气补偿。

当供气流量（通常指补充空气与用于燃烧器正常运行所需的燃烧空气之和）等同于排气流量时，系统则处于平衡状态。如果供气量大于排气量，系统则处于正压状态，此时，多余湿热空气会经气罩边缘被吹向纸机车间。如果排气量大于供气量，系统则处于负压状态，此时，气罩周边常温空气会被吸入气罩内部。

图1 卫生纸机热风系统

后两种情形均会导致异常的、危险的运行工况以及气罩运行性能变差、能耗增加，从而造成运行成本陡增。

具体来讲，如有1kg/s的热空气被吹向纸机厂房，正压状态可导致每年增加6.3万欧元（约合人民币49.5万元）的能源运行成本（燃气成本按35欧元（约合人民币275.2元）/MWh估算），因为包含在这部分浪费热气中的能源未通过热交换器进行回收。

系统处于正压状态可引起以下问题：

● 气罩周围火险增加；

● 气罩周边设备因过热而发生损坏；

● 毛毯与横幅问题；

● 厂房通风控制变差，冷凝问题蔓延。

同样，负压状态也会导致运行成本增加，如有1kg/s的空气被从外围吸入气罩，每年将增加约5.7万欧元（约合人民币44.8万元）运行成本，因为厂房里的空气是低温的，还未经热交换器预热。另外，系统处于负压状态可引起以下问题：

● 纸边温度低且湿度高；

● 粉尘与污垢沉积在气罩边部，进而增加火险可能；

● 粉尘与污垢的吸入，将导致其沉积在热交换器上，这会降低热交换器性能，并增加火险。

2.2 排出湿空气

除了正确设定热风系统平衡之外，干燥能耗与排风湿度亦密切相关。排风湿度越高，排风量则越少。因此，在热风系统平衡的状态下，所需补充的空气量相应变少。这就意味着，只有少量空气需要被从补充空气的温度加热到喷嘴处喷吹空气温度。因而，能耗减少，其成本也随之降低。

图2 单位干燥能耗与排风湿度的关系

图3 总干燥能耗与用电/天然气的成本比率关系

通过保持热风系统平衡及选择合适的干燥策略，每年可以轻松节约超过10万欧元（约合人民币78.6万元）的能耗成本。

事实证明，通过检测与调整热风系统参数与设置，可以改善系统的运行效率。尽管如此，问题摆在眼前：如何有效地维持这些优化的设置？操作人员的不当习惯或者对“错误设置如何影响系统”的相关信息缺乏认识，都可能轻易地将起初优化设置显现的利好丧失殆尽。甚至不同的纸机运行工况，比如生产变化，或着根据一年中不同的时间段将热交换器用于厂房通风等，都可能导致热风系统平衡的不可控变化，从而使其离最佳的运行状态渐行渐远。

2.3 气罩温度或喷风速度

另外一个影响单位能耗水平与单位干燥成本（及卫生纸生产成本）的重要因素则是选择气罩温度或喷风速度作为主要干燥策略。这取决于纸机、生产情况以及电与燃气的单位成本比率。如果保持相同的纸机状况与生产条件， 在单位能耗曲线上总会存在一个最小值，它表明干燥纸幅最为经济的电能与燃气的组合方式。

3 ABC—维美德卓越平衡控制系统

ABC—维美德卓越平衡控制系统（ABC—Advantage Balance Control™）正是针对解决上述问题而开发。ABC系统使工厂能够采用自动的、连续的方式保持最佳的热风系统运行参数，比如平衡状态、排风湿度以及在气罩温度与喷风速度间选择最佳的参数等。

图4 ABC系统的电脑监控界面

通过一系列结合工厂具体情况的算法设定与一整套安装在气罩与热风系统关键部位的传感器，ABC系统持续监测并调整干燥参数与热风系统流动特性 （空气温度、压力、流量与湿度值），以实时维持最低的单位干燥能耗成本。除了现场传感器外，系统还包括控制面板的安装，其通过总线系统与工厂DCS与QCS相连接。

该系统既可通过局域网又可通过安全的VPN连接访问。通过任何互联网及简单的网络浏览器访问ABC页面也是可行的。该系统每15s收集并计算近百个变量。这些变量被存储下来，也能被用作经常性报告，分发到卫生纸厂内不同的控制级别。

实质上ABC系统所起的作用就是将服务工程师在能耗优化阶段所做的调整变成自动地、连续的优化。该系统既可容易地装配在新纸机上又可以装配在运行多年的纸机上。

ABC系统可以有不同层级的应用，从仅仅管理单机、将访问权限限定给若干人等的基本层级，上升到整个公司层级，可用于不同工厂、不同纸机的管理与基准分析，实施SQL数据库与SCADA数据采集与监管系统。

4 ABC系统应用案例

ABC系统已经有多个安装实例，经测试效果极佳。装配在Viking Kagit ve Seluloz土耳其工厂的ABC系统就是实例之一。这家工厂生产生活用纸，主要是卫生纸、餐巾纸与擦拭纸，定量在16～26g/m2，使用原生浆与脱墨浆。

工厂总监Ahmet Senyasa先生指出：“降低能源需求或提升干燥能力是我们一直以来所追求的目标”。基于这样的需求，工厂决定将旧热交换器更换为新型高效热交换器。

图5 Viking Kagit ve Seluloz厂在ABC系统应用前后的天然气消耗情况对比

“在就热交换器更换项目进行谈判期间，维美德人员给我们介绍了ABC系统及其节能潜力。为纸机装配ABC系统的最终选择使我们工厂成为应用这项技术的先锋。”

这两项改造，新热交换器与ABC系统，节约了工厂的燃气用量。“尽管现在该系统仅运行了5个月（而且为了排除季节因素影响，必须至少运行一年以上），我们依然可以说，10%～15%的能耗节降已经实现。其中一部分——约5%～10%可归功于新的热交换器。”

总之，“自安装运行以来，系统运行高效，且实现进一步节能的潜力极大。系统运行正常，而补充空气几乎处于全关状态。很小的调整就能使我们将更多热交换器的能力用于控制燃烧空气温度，我们正期待进一步实现节约1%～2%的燃气消耗。”

安装ABC系统后，工厂还喜获另一项利好。即气罩与热风系统的设定被实时监测与优化，这就意味着，能耗高低不再受到不同操作人员技能差异的影响，因为ABC系统在持续地、自动地监测并设定最优的工况。

5 总结

总之，维美德气罩ABC系统的优点包括：

1. 可以持续、自动地维护干燥设置与参数，带来最低的能耗水平。最佳的设定带来达30～40kWh/t纸的能源节省，对于一台单幅（幅宽2.8m）纸机而言，相当于每年节省5万欧元（约合人民币39.3万元），而对于双幅（幅宽5.6m）纸机，则是每年节省10万欧元（约合人民币78.6万元）；

2. ABC系统依据现场参数动作，因此不存在人工解读带来的误差；

3. 可以本地及远程访问以查看系统状态、查看存储的数据用以更新基准；

4. 可以持续保持气罩流量的最佳平衡，避免负压或正压状态产生的问题：延长气罩周边设备寿命 （较少暴露于湿、热空气），减少因火险及维护需要导致频繁停机的状况；

5. 保障操作人员操作环境的高度安全与舒适水平，特别是在气罩附近工作的时候，比如更换扬克刮刀片时；

6. 可以容易、快速的提供远程协助服务，解决气罩与热风系统运行发生的相关问题。