中高密度纖維風(fēng)干機的變頻節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：文章著眼于高密度纖維板的制造行業(yè)，我們將系統(tǒng)的從各個方面來認識和分析纖維風(fēng)干機以及相關(guān)的主要設(shè)備和風(fēng)干機的工藝原理，對于纖維風(fēng)干機進行變頻調(diào)速改造，可以極大的提高干燥后纖維的質(zhì)量并起到節(jié)能環(huán)保的作用，從而在材料和設(shè)備維護方面為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟價值。

關(guān)鍵詞：纖維風(fēng)干機；風(fēng)干設(shè)備；變頻調(diào)節(jié)

引言

如今在我國，通用機械（包括風(fēng)機、泵、壓縮機等）的應(yīng)用量非常大，而且面廣，應(yīng)用于各行各業(yè)，它們合計起來的用電量占全國總發(fā)電量的將近1/3左右。在過去這類機械采用的是不調(diào)速交流電動機的驅(qū)動形式，會大量浪費能源。如果把這類機械的交流傳動系統(tǒng)由工頻運行改為變頻調(diào)速運行形式，取消中間擋板及閥門的調(diào)節(jié)方式，平均可剩下30%-40%電能，節(jié)能效果是非常可觀的。

中高密度纖維板的生產(chǎn)過程中，纖維干燥是其中一個非常重要的環(huán)節(jié)，纖維板的質(zhì)量在很大程度上取決于干燥纖維的質(zhì)量。干燥期間，不但要求在限定時間內(nèi)完成干燥，而且，附著在纖維上的脲醛膠不能被固化。此外，據(jù)統(tǒng)計干燥系統(tǒng)的能耗，幾乎達到整條生產(chǎn)線的一半，因此，對干燥系統(tǒng)進行節(jié)能改造，對于降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)盈利具有十分重要的意義。

1 風(fēng)干系統(tǒng)工作流程

在中高密度纖維板生產(chǎn)過程中，首先，由螺旋卸料機將處理后的濕纖維送入干燥管。在干燥管中濕纖維與熱空氣混合進行熱交換，再由風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)速將纖維帶到干燥管末端。最后，干燥后的纖維由于離心力作用落到旋轉(zhuǎn)閥中轉(zhuǎn)入下道工序，旋轉(zhuǎn)閥能隔離水蒸汽使水蒸汽從旋轉(zhuǎn)分離器頂部排入大氣。

2 干燥參數(shù)確定

干燥管長度確定：根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，我們了解到干燥時間一般在3-5s之間比較有利。

由相關(guān)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)，開始進入干燥機的濕纖維含水率一般為50%-60%左右，易附著到干燥管上。因此，我們根據(jù)物料特性、懸浮速度、密度等參數(shù)并結(jié)合生產(chǎn)實際，來確定干燥熱風(fēng)的風(fēng)速，一般取的是最重纖維所需的最低速度。在以往的生產(chǎn)過程中，氣流速度一般在28-30m/s左右，根據(jù)干燥管長度公式L=T*V（式中T為干燥時間，V為氣流速度），計算得L=100-120m左右。

干燥風(fēng)量（Q）的確定

一般15000m3/a的中密度纖維板生產(chǎn)線的干燥管道直徑D取800mm左右；30000m3/a的中密度纖維板生產(chǎn)線取l000mm左右。以此類推，本文所述干燥機的生產(chǎn)能力為220000m3/a，干燥管道選用D為2250mm。

風(fēng)機風(fēng)量：Q=FV（風(fēng)速V，風(fēng)管面積F）。此項目選擇電機型號為：YSK710-6-1700kw/10Kv，風(fēng)機參數(shù)為：風(fēng)壓=5500pa，風(fēng)量=748000m3/h。

干燥機進出口溫度的確定

考慮到干燥后纖維在旋風(fēng)分離器分離，水蒸氣由頂部排到空氣中，因此出口溫度就必須保證在水蒸汽排出過程中不會發(fā)生二次冷凝，所以選擇合適的干燥能力和干燥溫度是致關(guān)重要的，一般尾部溫度控制在：60-70℃為宜。

因為濕纖維含水率一般在50%-60%之間，而干燥后的纖維含水率一般在8%-12%之間，所以汽化的水的質(zhì)量一般為干纖維的1.1倍左右，因此計算得風(fēng)機入口處溫度需要控制在160-170℃之間。

3 干燥風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能潛力計算

從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電機驅(qū)動的風(fēng)機，軸功率P與風(fēng)量（流量）Q，風(fēng)壓（揚程）H的關(guān)系為：P∝Q×H，而軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。即當(dāng)需要80%的額定風(fēng)量時，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率由50赫茲到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的51.2%。

改造前實測：P11=1.732×U×I×COSΦ=1150（KW）

干燥主風(fēng)機：P21=P額×（Q2/Q額）÷η=1700×0.783÷0.96≈840（KW）

干燥主風(fēng)機：一小時節(jié)約用電：1150-840=310（KW.h）

一年節(jié)約用電：310X24X300=2232000（KW.h）以每千瓦時0.7元計，每年僅電費就可節(jié)約150萬元以上。

節(jié)能比例：310÷1150×100%≈27%

4 控制系統(tǒng)設(shè)計思路

西門子S7-300 PLC的組成是由CPU315模塊，通信模塊和一塊16點輸入和一塊16點輸出數(shù)字量模塊，還有一塊8點模擬量輸入和一塊4點模擬量輸出模塊組成。因系統(tǒng)需處理的信息較少，所以PLC硬件不多也沒有必要設(shè)置從站，不過可以為以后設(shè)備更新和改造方便留下了足夠的空間。具體硬件配置和模塊的功能分配見下圖：

5 結(jié)束語

在了解了風(fēng)干機的工作原理和流程之后，對干燥管長度、干燥風(fēng)量和干燥機進出口溫度等干燥參數(shù)進行了分析和確定，確定了干燥管長度在100到120mm之間，干燥風(fēng)機風(fēng)量Q為748000m3/h，干燥機進口溫度為160到170度左右，出口溫度為60度到70度之間。隨后進行了干燥風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能潛力計算，得出了節(jié)能比例為27%，這是一個可觀的節(jié)能數(shù)據(jù)，僅電費一年就可為企業(yè)節(jié)約150多萬，半年即可收回成本。最后進行了控制系統(tǒng)和電路的設(shè)計，利用的是西門子S7-300 PLC，具有很高的穩(wěn)定性和抗干擾性，對整個系統(tǒng)設(shè)計和功能的實現(xiàn)起到了很大的作用。

參考文獻

[1]天津電氣傳動設(shè)計研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊[M].第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]D.Kastha.Investigation of fault modes of voltage-fed inverter system for induction motor drive. The IEEE.1994.

[3]鄧星鐘.機電傳動控制[M].第四版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.