森兰变频器在糖厂压榨机上的应用———森兰变频器在糖厂压榨机上

［摘要］：制糖压榨机采用交流变频调综合考虑抽出率和压榨量设定合适的转速，再由自控系统根据进榨均衡的要求自动调节压榨机的转速，最大限度的提高榨糖产量且节省电能。［关键词］：压榨机 变频调速 抽出率 节省电能　　　
  一、概述
  　　糖是人们的主要生活资料之一，糖与蛋白质、脂肪及无机盐等是保证人体健康的主要营养品，每克糖可在人体内产生16748J热量，维持人体的活动。因此，糖是人类特别是运动员、婴儿的重要食品，糖又是人们日常生活中的重要调味品之一。糖除直接供食用以外，还是一种重要的工业原料。食品工业、医药工业和化学工业都与糖有着密切的关系。我国是世界上用甘蔗制糖最早的国家之一，已有2000多年的历史。甘蔗制糖工艺大概分以下几个过程：
  
　　甘蔗在进入压榨机或渗出器之前必须现进行破碎处理 －－- 称为预处理。预处理的目的是将条状的甘蔗破碎成片状或丝状的蔗料，使甘蔗的纤维组织撕裂，糖分细胞充分破裂。将预处理过的蔗料用压榨机进行压榨，压出蔗汁。压榨出来的蔗汁还含有很多杂质，必须经过多道工序来进行蔗汁的处理，才能保证下道工序的顺利进行。这些工序包括：亚硫酸法清净(或其他方法的清净)、预灰和加热工序、蔗汁的硫熏中和、蔗汁的沉降、蔗汁的过等。蔗汁经过清净处理后含大量水分的稀汁经过蒸发工段，除去大量的水分，浓缩成60度Bx左右的糖浆，结晶后产出商品白砂糖。
  
   
二、压榨工艺分析
　　压榨机是以甘蔗为原料制糖取汁的主要设备。设备全套由电动机、减速机、传动主机(即压榨机)和液压系统组成。作为糖厂重要的生产设备，5级或6级压榨电动机的总容量占糖厂全厂装机容量的一半以上，但长久以来一直沿用传统的控制方式：定速运行、直流调速或液压传动系统。
   
　　影响糖份抽出率的因素较多，若压榨机抽出率提高1%，则总收回率提高0.88%～0.92%。影响抽出率的因素主要有以下几方面原因：
  1、压榨效能一般用压榨机的处理量和抽出率这两个指标来衡量。一般来说在压榨设备一定的条件下，要提高压榨量，往往抽出率有所下降，反之，要提高抽出率，则会影响压榨量，所以处理量和抽出率是互相矛盾、相互制约的，综合考虑，设定一合适的压榨速度既要求有一定压榨量，又不致使抽出率过低。
2、甘蔗中的纤维受压后离开榨机出口时又膨胀，此时被压榨的纤维随着自身的膨胀在出口处会吸去已榨出的一部分蔗汁，同时受到机效能的影响，甘蔗中的糖份不可能全部榨出，采用“加重前辊负荷使整机负荷减轻以提高压榨效能”的技术原理，改变、缩小榨机前后辊开口及开口比，提高前辊出汁率，减轻后辊排汁压力，减少重吸，降低蔗渣水份，从而达到单机及整机列抽出率提高的同时降低榨机电能耗的最终目的。
3、蔗料的破碎度及形态是保证第一级榨机抽出的前提。甘蔗破碎度好，蔗汁易于压出，抽出率提高。
4、从输蔗机输送过来的蔗层厚度均匀对提高抽出率非常重要。如果蔗层过厚，压榨不彻底；如果蔗层过薄，压不干蔗层，二者均影响抽出率。
5、在榨季后期，由于榨辊的磨损越来越严重，导致榨辊的间隙扩大，使抽出率下降。 定速运行时，电机经减速器减速后、榨辊的速度既满足有一定压榨量，又不致使抽出率过低的要求。由于压榨机转速不可调，当原料甘蔗改变时，榨辊的速度应作相应的变化，才能保证蔗糖的抽出率在控制范围内。另外，根据现场情况，可能还会对各级的速度进行调节。至于输蔗机输送过来的蔗层厚度的变化，一般是对输蔗机进行自动控制，即蔗层厚度变化时，输蔗机的转速自动改变，可保证均衡进榨，但单纯对输蔗机调速不一定能完全满足均衡进榨的要求。
  
　　早期压榨机调速较多采用直流调速系统，该系统能满足压榨机调速要求，很好地解决了定速运行时所存在的问题。运行也相对稳定可靠，是目前糖厂还在使用的控制方法。但也存在许多问题：
①、直流电动机的效率比交流异步电动机效率低2%-3%，耗能较大。
②、制糖车间环境较差，直流电机故障率高，影响生产；维修、保养麻烦，费用大。制糖车间中，含有糖份的灰尘沉积在直流电动机整流子上，使整流子烧蚀，榨季后期烧蚀更严重，往往不得不停下来维修整流子。
  
三、压榨机变频调速系统控制方案
　　综上所述，由于压榨机转速不可调，从输蔗机输送过来的蔗层有大约10%的时间厚度会达不到要求，这样会使蔗汁的平均抽出率低于95.4%。第1座压榨机根据榨量要求保持某一固定转速，2－5座压榨机是靠自身的瞬时调速来稳定各自的料位，从而保证通过各榨机的蔗层厚度均匀，达到高榨、高抽出、低负荷的目的。平均抽出率将可提高0.2%以上，同时由于转速降低，负荷降低，电流下降从而达到节能省电的目的。
  
　　湛江某糖厂原系统为直流调速，为提高抽出率和节能，将蔗机直流电气传动改为交流电气传动，压榨机组为5座Ф670×1200榨机系列，电机功率200kW。改造后的系统由变频器柜、切换柜及远控操作台组成，每座压榨机与1#、2#输蔗带、高速带、1～4#耙齿机的逻辑联锁保护，并具有电机风机故障报警、电源主回路故障报警、变频器故障报警、压榨电机温度高报警，还有“紧急停机”及“联锁/手动”切换功能。所有设备联锁保护、设备故障报警、设备开-停等由远程控操作台内PLC控制完成，功能齐全、质量稳定、可靠，有效解决了蔗渣堵机现象。压榨电动机的电流、转速采用数字式指示仪，具有美观、准确、直观；压榨电动机温度采用8点数字式巡检仪指示，具有节约操作台空间、美观、准确、直观。控制主回路原理图如下：
  
  
系统主要功能有：
1、压榨机改造后系统设有：原系统操作、调整、新系统工频起动、新系统变频起动、新系统自动控制。
2、手动控制：分别为每台电机安装一台变频柜和一个变频转换柜。当变频柜出现故障或异常现象时可通过变频柜将系统切换到原来的起动柜，使压榨机能正常连续生产。变频转换柜内还装有交流电抗器，可有效抑制谐波对电网的影响，同时保护变频器不受电网浪涌电压的冲击。
3、当输蔗机的蔗层厚度变化时，.电子皮带秤将蔗层信号反馈到输蔗机变频器上，使输蔗机变频器根据蔗量的多少调节压榨机的转速，电子皮带秤信号大，表明蔗层厚，变频器将电机的转速升高；电子皮带秤的信号小，表明蔗层薄，变频器将将电机的转速降低，从而保证蔗层厚度均匀，有助于提高抽出率。
4、为了提高抽出率，保证蔗层的厚度是均衡进榨的前提，单纯输蔗机调速不一定能完全满足均衡进榨的要求。再在每座榨机增加霍尔传感器检测电机的实际电流，作为变频器的反馈信号，变频器根据反馈信号控制电机转速。如果蔗层过厚，电机的电流变大，变频器将把电机的转速提高，使蔗层尽快被压榨；如果蔗层过薄，电机的电流变小，变频器将把电机的转速降低，以便尽可能将蔗层压榨彻底。这样使电机电流始终在小范围内波动，从而保证蔗层厚度均匀，有助于提高抽出率。
  
五、 改造后的效益分析
1、提高了抽出率：根据测算，平均抽出率可提高0.2%以上，现在保守估计抽出率提高0.1%，按年榨55万吨甘蔗，糖份13.5%，煮收86%计算：每个榨季多产糖55万吨＊13.5%＊0.1%＊86%=63.85吨 ，按2700元/吨糖计：63.85吨＊2700元/吨=17.2万元 ，使企业每个榨季多创收17.2万元。
2.、节电效果显着：5台榨汁机装机总容量为2000kW，根据测算，改造后吨蔗耗电量从原来的33.02度下降到31.22度，已达到此类规模配置糖厂的正常的合理能耗水平。每榨1吨甘蔗耗电减少1.8度，按年榨55万吨蔗计算：每年节电：55万吨＊1.8度/吨=99万度 按0.5元/度计算：80万度＊0.5元/度=40万元。
3、减少了维修停工损失，节省了大量的维修费用。
  
六、结语、
　　甘蔗制糖榨机交流变频调速即可提高蔗糖的抽出率，又具有显着的节能效果。在能源供给越来越紧张的现代社会，制糖企业的节能降耗工作任重而道远，如何最大限度地提高产量、降低煤、电消耗、节约能源，是企业提高竞争力的有力措施之一，也是提高经济效益的主要手段。
  
参考文献：
1﹑SB70矢量控制变频器用户手册 希望森兰科技股份有限公司。
2、彭海宇 杜俊明 变频调速节能量的计算方法 《自动化博览》2008.5