李長國
（主要從事造紙裝備的設計和改造工作）
江河紙業PM2紙機是上世紀五六十年代原產于歐洲的一臺紙機生產線，上世紀九十年代由天津某造紙廠從國外引進。該紙機幅寬3270mm，原設計車速300-350m/min，2006年，這臺舊生產線被拆除運到江河紙業后，經過江河人的檢修和改進又重新煥發了青春。該紙機在生產38-80g/㎡無碳復寫紙原紙，運行車速達到800m/min，各項性能指標和原紙機相比都上升了一個新的臺階。當年這臺舊紙機升級改造成功的案例曾引起了業內同行的廣泛關注。
1、改造原因
經過十多年的運行，這臺紙機的部分零部件出現老化。另外，隨著時代的變遷，設計理念也在不斷地進步，雖然車速和成紙質量仍然非常穩定，但能耗和經濟指標越來越受到關注。2017年底，江河紙業委托其全資子公司河南大指造紙裝備集成工程有限公司（以下簡稱“大指公司”）對這臺紙機進行全面升級，升級的核心是：節能改造。升級改造主要包含以下內容。
2、升級改造內容
圖1 改造示意圖
2.1、網部改造
網部改造主要內容有兩方面，一是流漿箱升級改造。將舊的流漿箱更換為大指公司全新理念設計制造的Integra-Jet系列的稀釋水流漿箱。二是頂網升級改造，將原來帶倒掛箱的Bel Bond頂網成形器改進為大指Integra-Form型頂網成形器，這兩項改造在先前已經完成。經過改造，紙的勻度得到了進一步提高，能耗也有了大幅度降低。
2.2、Integra-Mini Shoe應用于壓榨改造
壓榨部原設計的結構是真空吸移，三輥兩壓加正壓，壓榨輥傳動總裝機功率790kW，紙頁出壓榨干度一般是43-46%。此次升級改造壓榨部的重點項目是采用靴式壓榨。
靴式壓榨由于線壓高，壓區寬，紙頁干度高，是當今世界上公認的效率Z高、Z先進的壓榨方式，且比壓小，因此使濕紙頁出壓榨干度高的同時，可以有較好的松厚度指標。通常靴壓設計線壓力為800-1300KN/M，而靴板寬度為200-280mm，我們稱這樣的靴壓為“標準靴壓”。但標準靴壓多數隨成套紙機配置，又由于受輥重量、壓榨空間、設備成本等因素的限制，標準靴壓并不適用于本次壓榨部改造。
為克服上述受限因素，在標準靴壓研發及使用經驗基礎上（大指公司自2012年為江河紙業PM6機提供了國內首臺幅寬5600mm，設計車速1400m/min靴式壓榨成功運行后，一直致力于靴式壓榨的研究和推廣工作），推出Integra-Mini Shoe系列，即“迷你靴壓”。迷你靴壓設計線壓力為300-700KN/M，而靴板寬度為80-180mm，靴輥直徑1250mm、1100mm、750mm 。
圖2 迷你靴壓與其他形式壓榨比壓對比圖
圖3 壓榨改造前后對比示意圖
基于PM2紙機實際情況，降低改造成本和運行費用，大指公司此次為PM2紙機設計的靴壓結構參數為：設計線壓650kN/m，壓寬150mm，Z大設計比壓比壓4.3MPa，改造后設計車速為900m/min。靴輥直徑為1250mm，配對背輥為直徑1500mm的普通壓榨輥。用這種普通結構的壓榨輥作配對背輥，與輥筒內帶液壓加載單元的配對背輥相比，在保證使用性能的前提下成本能降低80%以上。由于迷你靴壓設計線壓低于標準靴壓，所以，與常規靴式壓榨相比，靴套、毛布、密封等易損件的使用壽命大幅度延長，使得運行成本大大降低。改造后壓榨部的結構為真空吸移，三輥兩壓區，即真空預壓加靴式壓榨的方式，壓榨輥傳動總裝機功率為650kW，比改造前降低18%。
圖4 DCS靴壓控制畫面
圖5 改造后的壓榨部
2.3、干燥部改造
干燥部原來采用的是鑄鐵機架，傳動側機架為齒箱結構，里面裝有齒輪，用于烘缸的傳動。改造時更換?所有的機架，傳動改進為大指Z新設計理念的導輥傳動。傳統的齒箱傳動每組烘缸有一個動力輸入點，電機通過減速機、傳動軸將動力輸送給齒箱傳動的主動軸，主動軸通過齒箱中的齒輪帶動四個烘缸轉動，這四個烘缸被稱為主動烘缸，四個主動烘缸通過干網再帶動整個烘缸組的所有烘缸和導輥轉動。由于四個主動烘缸由一組齒數相同的齒輪傳動，所以轉速相同。而四個烘缸由于加工誤差，直徑不完全相同，會存在一定的誤差。轉速相同，直徑不同使得四個主動烘缸的表面線速度會有一定的差別。這樣干網在四個表面線速度不同的主動烘缸牽引下就會產生內耗，使傳動輸入功率增高，能耗增加。另外，由于齒輪之間存在有間隙，紙機在高速運轉時會產生較高的噪音。并且由于傳動裝置零部件太多，結構緊湊，造成維修的難度增加，檢測維護的工作量非常大。
大指公司之前在其它低速紙機項目上，在干燥部采用導輥傳動的方法，解決上述傳統傳動的缺陷取得了一定的經驗。為了降低能耗，經研究決定在本次改造項目上，繼續采用導輥傳動，嘗試導輥傳動在高速紙機上的應用，以便于積累更多的數據，總結經驗教訓，為導輥傳動這種創新結構的推廣奠定基礎。
導輥傳動一般是在一條干網設置兩到三個傳動點，也就是有兩三根干網導輥作為傳動導輥。一般一個雙排烘缸組如果有8-10個烘缸，上下排各有4-5個烘缸，一般每排有兩根傳動導輥就可以了。傳動導輥使用交流變頻電機驅動。車速較低時電機通過減速機和傳動軸驅動導輥傳動，車速較高時可以不使用減速機，電機通過傳動軸直接驅動導輥轉動。當一組干網中有多根傳動導輥時，其中一根導輥的電機采用速度控制，其它電機按照負荷分配進行控制，這樣就解決了各傳動導輥之間的內耗問題，使傳動更加穩定，有效地提高了傳動效率，并且減少了振動和噪音。另外，由于取消了傳動齒箱，簡化了傳動配置，傳動部件的故障明顯減少，維修維護費用和工時大幅度降低。
江河PM2紙機改造后，前干燥烘缸共分為四組，其中組為單掛布置，共有三個傳動點，分別設置在Z后一根導網輥和第三第五個下排溝紋缸位置，三個傳動點均為單點傳動。第二、三、四組烘缸為雙排布置，共有六組干網，每組干網各有兩個傳動點，均采用交流變頻電機通過萬向傳動軸直接驅動干網導輥轉動，即所述的導輥傳動方式。總裝機容量與改造前相比降低了40%。
2.4、其他部分改造
對膜轉移施膠機、氣浮干燥箱、可控中高軟壓光機等單體設備，按照Z新的設計理念進行了相應的優化改進。
3、改造結果
本次是江河二號機自2006年安裝運行以來規模Z大的一次改造，本次改造的主要目的是節能降耗，同時更新年久失修，老化變形的舊的部件。
本次紙機升級改造自2017年3月份停機開始，歷時五個月，于2017年8月20號開始聯機調試，到8月28號車速穩定達到800m/min。靴壓線壓在600kN/m時紙頁出壓榨部干度達到49%；與改造前相比，綜合蒸汽消耗降低20%，相同車速下，紙機噪音與改造前相比，降低了20-30%，紙頁的松厚度也有了明顯的提高。
至2018年8月份，通過對江河PM2改造后投入運行10個月來的能耗監測進行計算顯示，將消耗的電力、蒸汽、清水等按照當量值折標準煤，生產無碳復寫紙的噸紙綜合能耗為254.3kgce/t。而同等幅寬、車速的其它紙機，生產相同紙種時噸紙綜合能耗一般為300-330kgce/t。所以，改造后的江河PM2紙機，與常規配置的紙機相比綜合能耗降低約20%。
經過一年的實際運行證明，升級改造后的紙機運行穩定，節能效果明顯，達到了改造的預期目標。同時大指公司在靴式壓榨、干燥部導輥傳動等方面也積累了更多的經驗，為將這兩項技術推向市場奠定了更加堅實的基礎。
（來源：大指裝備）
