江河纸业PM2纸机是二十世纪五六十年代原产于欧洲的一台纸机生产线，九十年代由天津某造纸厂从国外引进。该纸机幅宽3270mm，原设计车速300～350m/min，2006年，这台旧生产线被拆除运到江河纸业后，经过江河人的检修和改进又重新焕发了青春。该纸机在生产38～80g/m2无碳复写纸原纸，运行车速达到800m/min，各项性能指标和原纸机相比都上升了一个新的台阶。当年这台旧纸机升级改造成功的案例曾引起了业内同行的广泛关注。
1 改造原因
经过十多年的运行，这台纸机的部分零部件出现老化。另外，随着时代的变迁，设计理念也在不断地进步，虽然车速和成纸质量仍然非常稳定，但能耗和经济指标越来越受到关注。2017年底，江河纸业委托其全资子公司河南大指造纸装备集成工程有限公司（以下简称“大指公司”）对这台纸机进行全面升级，升级的核心是：节能改造。
2 升级改造内容（图1）
2.1 网部改造
网部改造主要内容有两方面：一是流浆箱升级改造，将旧的流浆箱更换为大指公司全新理念设计制造的Integra-Jet系列的稀释水流浆箱；二是顶网升级改造，将原来带倒挂箱的BelBond顶网成形器改进为大指Integra-Form型顶网成形器。这两项改造在先前已经完成，纸的匀度得到了进一步提高，能耗也明显降低。
图1 PM2升级改造示意
2.2 Integ ra-Mini Shoe应用于压榨改造
压榨部原设计的结构是真空吸移、三辊两压加正压，压榨辊传动总装机功率790kW，纸页出压榨干度一般是43%～46%。此次升级改造压榨部的重点项目是采用靴式压榨。
靴式压榨由于线压高、压区宽、纸页干度高，是当今世界上公认的效率最高、最先进的压榨方式，且比压小，因此使湿纸页出压榨干度高的同时，可以有较好的松厚度 指 标。通常靴压设计线压力为800～1300k N/m，而靴板宽度为200～280mm，我们称这样的靴压为“标准靴压”。但标准靴压多数随成套纸机配置，又由于受辊重量、压榨空间、设备成本等因素的限制，标准靴压并不适用于本次压榨部改造。
为克服上述受限因素，在标准靴压研发及使用经验基础上（大指公司自2012年为江河纸业P M6机提供了国内首台幅宽5600mm、设计车速1400m/min靴式压榨成功运行后，一直致力于靴式压榨的研究和推广工作），推出Integra-Mini Shoe系列，即“迷你靴压”。
迷你靴压设计线压力为300～700k N/m，而靴板宽度为80～180mm，靴辊直径1250mm、1100mm、750mm。不同形式压榨比压对比如图2所示。
图2 迷你靴压与其它形式压榨比压对比
基于PM2纸机实际情况，降低改造成本和运行费用，大指公司此次为PM2纸机设计的靴压结构参数为：设计线压650k N/m，压宽150m m，最大设计比压比压4.3MPa，改造后设计车速为900m/min;靴辊直径为1250mm，配对背辊为直径1500mm的普通压榨辊。用这种普通结构的压榨辊作配对背辊，与辊筒内带液压加载单的配对背辊相比，在保证使用性能的前提下成本能降低80%以上。由于迷你靴压设计线压低于标准靴压，所以，与常规靴式压榨相比，靴套、毛布、密封等易损件的使用寿命大幅度延长，使得运行成本大大降低。改造后压榨部的结构为真空吸移、三辊两压区，即真空预压加靴式压榨的方式，压榨辊传动总装机功率为650kW，比改造前降低18%。压榨改造前后对比如图3～图5所示。
图3 压榨改造前后对比
图4 DCS靴压控制画面
图5 改造后的压榨部
2.3 干燥部改造
干燥部原来采用的是铸铁机架，传动侧机架为齿箱结构，里面装有齿轮，用于烘缸的传动。改造时更换了所有的机架，传动改进为大指最新设计理念的导辊传动。
传统的齿箱传动每组烘缸有一个动力输入点，电机通过减速机、传动轴将动力输送给齿箱传动的主动轴，主动轴通过齿箱中的齿轮带动四个烘缸转动，这四个烘缸被称为主动烘缸，四个主动烘缸通过干网再带动整个烘缸组的所有烘缸和导辊转动。由于四个主动烘缸由一组齿数相同的齿轮传动，所以转速相同。而四个烘缸由于加工误差，直径不完全相同，会存在一定的误差。转速相同、直径不同使得四个主动烘缸的表面线速度会有一定的差别。这样干网在四个表面线速度不同的主动烘缸牵引下就会产生内耗，使传动输入功率增高，能耗增加。另外，由于齿轮之间存在有间隙，纸机在高速运转时会产生较高的噪音。并且由于传动装置零部件太多、结构紧凑，造成维修的难度增加，检测维护的工作量非常大。
大指公司之前在其它低速纸机项目上，在干燥部采用导辊传动的方法，解决上述传统传动的缺陷取得了一定的经验。为了降低能耗，经研究决定在本次改造项目上，继续采用导辊传动，尝试导辊传动在高速纸机上的应用，以便于积累更多的数据，总结经验教训，为导辊传动这种创新结构的推广奠定基础。
导辊传动一般是在一条干网设置两到三个传动点，也就是有两三根干网导辊作为传动导辊。一般一个双排烘缸组如果有8～10个烘缸，上下排各有4～5个烘缸，一般每排有两根传动导辊就可以了。传动导辊使用交流变频电机驱动。车速较低时电机通过减速机和传动轴驱动导辊传动；车速较高时可以不使用减速机，电机通过传动轴直接驱动导辊转动。当一组干网中有多根传动导辊时，其中一根导辊的电机采用速度控制，其它电机按照负荷分配进行控制，这样就解决了各传动导辊之间的内耗问题，使传动更加稳定，有效地提高了传动效率，并且减少了振动和噪音。另外，由于取消了传动齿箱，简化了传动装置，传动部件的故障明显减少，维修维护费用和工时大幅度降低。
江河纸业P M2纸机改造后，前干燥烘缸共分为四组。其中第一组为单挂布置，共有三个传动点，分别设置在最后一根导网辊和第三、第五个下排沟纹缸位置，三个传动点均为单点传动；第二、三、四组烘缸为双排布置，共有六组干网，每组干网各有两个传动点，均采用交流变频电机通过万向传动轴直接驱动干网导辊转动，即导辊传动方式。总装机容量与改造前相比降低了40%。
2.4 其它部分改造
对膜转移施胶机、气浮干燥箱、可控中高软压光机等单体设备，按照最新的设计理念进行了相应的优化改进。
3 改造结果
本次改造是江河纸业PM2纸机自2006年安装运行以来规模最大的一次改造，主要目的是节能降耗，同时更新年久失修、老化变形的旧零部件。
本次纸机升级改造自2017年3月份停机开始，历时五个月，于2017年8月20日开始联机调试，到8月28日车速稳定达到800m/min。靴压线压在600k N/m时纸页出压榨部干度达到49%;与改造前相比，综合蒸汽消耗降低20%，相同车速下，纸机噪音与改造前相比，降低了20%～30%，纸页松厚度也有了明显的提高。
至2018年8月份，通过对江河纸业P M2改造后投入运行10个月来的能耗监测进行计算显示，将消耗的电力、蒸汽、清水等按照当量值折标准煤，生产无碳复写纸的吨纸综合能耗为254.3kgce/t。而同等幅宽、车速的其它纸机，生产相同纸种时吨纸综合能耗一般为300～330kgce/t。所以，改造后的江河纸业P M 2纸机，与常规配置的纸机相比综合能耗降低约20%。
经过一年的实际运行证明，升级改造后的纸机运行稳定，节能效果明显，达到了预期目标。同时大指公司在靴式压榨、干燥部导辊传动等方面也积累了更多经验，为将这两项技术推向市场奠定了更加坚实的基础。
