卫生纸造纸机的真空系统电耗占总电耗的20%~25%。严格的节能减排政策，日益激烈的市场竞争，促使造纸企业必须寻求节能降耗的空间。随着科技技术的发展，一些造纸企业开始针对真空系统进行优化升级，如真空泵变频节能改造，真空泵伺服电机节能改造，透平真空泵应用等，广东某造纸企业根据实际的改造案例，对比3种真空泵节能改造的优劣，分析其投入与产出，为卫生纸造纸企业的真空系统节能降耗提供参考依据。
1改造案例的现有设备参数
本案例所用纸机为日本真空圆网造纸机，车速1000m•min-1，幅宽3400mm，真空系统采用2台罗茨真空泵。网部真空泵：品牌伊藤铁工，型号RS-300C，风量170m3•min-1，真空度-200mmHg，功率160kW，实际运行电流182A，实际真空度-15~-20kPa。压榨、毛毯真空泵：品牌伊藤铁工，型号RS-350C，风量190m3•min-1，真空度-300mmHg，功率200kW，实际运行电流215A，实际真空度-15~-20kPa。以上两台真空泵原配置是工频电机，采用软启动控制，只要纸机开机生产，不管什么车速，什么定量，电机均是满载运行，不能对工艺的改变作出调整，能耗偏高。以下改造案例的测试条件是：定量15g•m-2卫生纸，车速1050m•min-1，电流数据采自变频器或伺服驱动器的输入侧，数据均是多次采集后取平均值。
2工频电机改变频电机和变频控制
变频调速技术是一种以改变频率来达到电机调速目的的技术，变频调速具有效率高、调速范围宽、精度高、调速平稳、无级变速等优点，因而被广泛使用，是国家电机能效提升计划非常重要的技术。对真空泵升级最直接、最简单、最成熟的改造就是将工频电机更换成变频电机，采用变频控制的方式控制电机的转速。根据生产的实际情况，调节真空泵的电机转速，达到节电的目的。变频改造的回收期只有8~9个月。如果你想节约投资，用原来的工频电机，只增加变频控制，改造成本可以节约一半，回收期只4个月，但你要面对电机温度升高，能效偏低，容易烧损等问题。
3工频电机改伺服电机和伺服控制
伺服电机，它与变频电机最主要的区别是自身带有编码器，然后将编码器信号传输到伺服电机驱动器里面，构成一个闭环控制系统，具有启动快，停止快，带负载能力比变频电机好的特性，可以实现对速度、转矩、位置3种控制方式，在要求较高的场合应用较多。伺服电机价格一般是变频电机的4~5倍，对真空泵升级改造采用伺服电机的做法比较奢侈，大部分造纸企业都不会采用这种方案。但国内有一些伺服电机的制造企业颠覆传统买和卖的合作方式，开创出一种新的合作模式，即伺服电机厂家对企业进行调研后，根据调查的结果，免费对能耗高、节能空间大的设备进行伺服电机进行改造，通过改造前后的用电数据进行对比，将节省下来的钱按比例分成，伺服电机厂家一般3~5年回收投资成本并盈利，企业也在改造过程中节约能耗，获得利益，达到双赢的结果。本文的案例也是采用这种合作方式进行的改造。伺服电机改造的节能量大约32%，比变频电机改造提高10%，但由于伺服电机的价格偏高，回收期需要16个月。如果采用节能合同的方式，节能收益对半分三年，供应商回收约67.5万元，企业节能获利约67.5万元，这种双赢的合作模式，也是一个很好的选择。
4透平真空泵代替罗茨真空泵
透平真空泵的工作原理是利用叶片和气体相互之间的共同作用，叶轮的高速转动，提高气体压力和动能，并利用相继的通流元件使气流减速，将动能转变为压力能。为了获得最终需要的压力，一般使用多级组合压缩的方式。而作为真空发生器使用时，排出的最终压力为大气压，吸入压力则为负压[2]。透平式真空泵用在真空系统时，叶轮运行速度较高，多级机的操作速度一般在5000r•min-1，单级机的操作速度在10000r•min-1以上[3]。由于气体挟带的水分或其他异物进入高速运动的透平风机，可能会对其造成致命的损害，因此透平风机吸入口前必须有大型的水泥或全不锈钢结构的气水分离室，把气流速度控制在3m•s-1以内。空气在被加速压缩和释放过程中会产生较大的噪音，设计安装时，一般将透平式真空泵安装在较为密闭的房间，防止噪音扩散。通过现场调研和检测相关的运行参数，确定采用一台单级透平真空泵代替两台罗茨真空泵，透平泵的选型如下：品牌杭州傻龙，型号TBJIG-S310/1.36，风量300m³•min-1，真空度-25kPa，功率250kW，初步理论计算每小时节约电能60kW•h，每年节约30万元。改造完毕并经过两个月的运行，得出详细的参数对比，具体数据见表3。通过表3的数据对比看出：透平真空泵的节能量大于以上两种改造方法，达到40%的节能量，究其原因主要在于透平真空泵有80%的超高效率，而传统的水环真空泵或罗茨真空泵的效率只有40%~50%，甚至更低[4]。但由于泵体价格高和需要修改真空管路，导致投资回收期约19个月，但节能是长期效益，从长远的角度来看，是非常好的一个改造项目。
5结束语
在对真空系统研究和分析的过程中，我认为纸页的干燥应该遵循的规则是：纸页干燥的总水量=压榨脱水量+真空抽吸脱水量+蒸发水量，真空抽吸水量越大，会导致压榨脱水量减少和纸机传动负载增加，压榨脱水相对真空抽吸，压榨脱水使用的能耗低，效率高，应该优先考虑，所以合理的真空抽吸量是降低能耗的重要措施。以上3种真空泵的改造方法，都是在合理的调整真空抽吸量来匹配生产工艺需求，达到真空脱水和压榨脱水最大化。同时，因改造方法的不同，设备效率也有所不同，通过对比，从长远的经济效率来看，选用透平真空泵是最好的。随着国内研发制造实力的增强，设备成本的降低，相信透平式真空泵一定会广泛地应用于我国造纸工业，为国家的节能减排目标做出贡献。
参考文献：
[1]李振波，李继庚.造纸机真空系统节能优化的研究[J].中国造纸，2016，35(9):8-15.
[2]曹海兵，李六柏.透平风机在卫生纸机的应用[J].纸和造纸，2018，37(4):9-10.
[3]刘斌.透平式真空泵在现代纸机上的应用[J].中国造纸，2012，31(1):52-55.
[4]向长江.造纸机的真空系统[J].纸和造纸，2016，35(5):8-9.
《卫生纸造纸机真空系统的节能降耗》来源：《纸和造纸》，作者：梁新强