大型造紙企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能實(shí)踐案例與研究
楊家萬(wàn)1 廖祥榮2,* 王寶輝1,5 廖 瑛3 李嘉躍4 蔡賦涵1 郭大亮5 劉 濤1
（1.浙江山鷹紙業(yè)有限公司，浙江海鹽，314304；2.三明市供電服務(wù)有限公司將樂(lè)分公司，福建將樂(lè)，353300；3.漳州城投建材集團(tuán)有限公司，福建漳州，363000；4.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，云南昆明，650031；5.浙江科技學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州，310023）
第一作者：楊家萬(wàn)先生，高級(jí)工程師；主要從事高技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用與高檔紙基包裝材料生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)管理工作。
*通信作者：廖祥榮，工程師；主要從事供用電節(jié)能研究，配電設(shè)備維保與消缺服務(wù)管理工作。在紙制品需求量不斷增加和國(guó)家“雙碳”目標(biāo)背景下，如何通過(guò)技術(shù)、工藝、管理上的探索創(chuàng)新和整合優(yōu)化，突破能耗瓶頸，降低能源成本，是造紙行業(yè)共同面臨的問(wèn)題。本文介紹了國(guó)內(nèi)某大型造紙企業(yè)通過(guò)實(shí)施永磁同步電機(jī)合同能源管理、真空系統(tǒng)節(jié)能改造、干燥部節(jié)能改造、沼氣回收發(fā)電、廠房屋頂光伏發(fā)電等節(jié)能實(shí)踐案例，促進(jìn)造紙生產(chǎn)節(jié)能、低碳、可持續(xù)發(fā)展。該造紙企業(yè)采取合同能源管理模式，將10臺(tái)原普通高壓電機(jī) （總裝機(jī)功率17000 kW，單臺(tái)裝機(jī)功率1700 kW）改造為高效高壓永磁同步電機(jī)（見圖1，總裝機(jī)功率16000 kW，單臺(tái)裝機(jī)功率1600 kW），提高功率因素，減少拖動(dòng)系數(shù)，省去無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備及維護(hù)費(fèi)用，極大提高電機(jī)利用率。改造完成后輸出有功功率滿足生產(chǎn)要求，實(shí)測(cè)功率因數(shù)大幅提高到0.997，電流降低13. 65%，無(wú)功功率降低82. 89%；永磁同步電機(jī)節(jié)電率在23%~28%，平均節(jié)電率為26. 57%，實(shí)測(cè)小時(shí)節(jié)電量2325. 56 kWh。每年按 8000 h 運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，可節(jié)電1860. 45萬(wàn)kWh，折合標(biāo)煤2286. 49 tce（當(dāng)量值，折標(biāo)系數(shù)1. 229 tce/(10 4 kWh)）。
以蘭泰克為代表的Eco-pump變速透平機(jī)（見圖2），結(jié)合先進(jìn)高速電機(jī)和高效風(fēng)機(jī)，通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)從零到最大速度之間的無(wú)極調(diào)速控制，電機(jī)通過(guò)速度控制有效調(diào)節(jié)生產(chǎn)率；葉輪使用碳纖維或鑄鈦材料，直接安裝在電機(jī)軸一側(cè)（單級(jí)）或雙側(cè)（雙級(jí)）上，無(wú)需齒輪箱及耦合器，無(wú)共振頻率；相比水環(huán)式真空泵節(jié)能30％~70％，相比定速透平機(jī)可節(jié)能20％~30％。該造紙企業(yè)將39 臺(tái)水環(huán)式真空泵替換為 22 臺(tái) Eco-pump 變速透平機(jī)，淘汰Y2系列電機(jī)；借助Eco-flow在線脫水測(cè)量系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)部、壓榨部脫水進(jìn)行控制，合理配置網(wǎng)部及壓榨部真空度，從而實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)節(jié)能穩(wěn)定運(yùn)行。改造后的真空系統(tǒng)總裝機(jī)功率從15079 kW降低至12110 kW，實(shí)測(cè)運(yùn)行負(fù)荷平均58. 96%，保有良好的富余量。
干燥部蒸汽冷凝水系統(tǒng)的優(yōu)劣決定了蒸汽消耗量，可調(diào)式熱泵蒸汽冷凝水系統(tǒng)通過(guò)尾氣流量控制，能明顯改善烘缸排水性能，提高排水動(dòng)力，并充分回收低壓蒸汽以減少消耗。圖3為可調(diào)式熱泵結(jié)構(gòu)及烘缸組尾汽流量控制示意圖。引入可調(diào)式蒸汽冷凝水系統(tǒng)熱泵技術(shù)，根據(jù)紙機(jī)各段蒸汽耗用情況及對(duì)蒸汽溫度、壓力的總體要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，優(yōu)化供氣管道布局；使用可調(diào)式蒸汽冷凝水系統(tǒng)熱泵技術(shù)將后段蒸汽尾汽供向前段，充分利用尾段蒸汽；通過(guò)多段供汽、尾段蒸汽梯級(jí)利用以節(jié)約蒸汽消耗，降低熱交換清水用量，有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗。
圖3 可調(diào)式熱泵結(jié)構(gòu)及烘缸組尾汽流量控制示意圖改造實(shí)施后，蒸汽單耗平均下降0. 1643 t/t紙，節(jié)降率9. 43%，詳見表1。每年可節(jié)約蒸汽18. 73萬(wàn)t，折合標(biāo)煤18040. 88 tce （當(dāng)量值，折標(biāo)系數(shù)0. 03412 tce/GJ），并節(jié)約了熱交換清水用量。表1 干燥部熱泵節(jié)能改造前后蒸汽單耗情況
將IC塔厭氧發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的沼氣通過(guò)管道收集、暫存，脫硫洗滌后通過(guò)穩(wěn)壓柜及羅茨風(fēng)機(jī)輸送至熱電廠，在循環(huán)流化床鍋爐中完成摻燒發(fā)電，以代替部分原煤消耗，如圖4所示。改造投用后每年沼氣產(chǎn)生量約1602. 73萬(wàn)m3，折合標(biāo)煤 11443. 49 tce （當(dāng)量值，折標(biāo)系數(shù) 7. 14 tce/(104 m3)），全部送熱電廠鍋爐摻燒發(fā)電實(shí)現(xiàn)熱值利用，替代了部分原煤消耗，并通過(guò)脫硫洗滌處理去除二氧化硫、減排煙塵。
該造紙企業(yè)與專業(yè)的光伏發(fā)電機(jī)構(gòu)合作實(shí)施了屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目，如圖5所示。項(xiàng)目建設(shè)安裝晶硅發(fā)電系統(tǒng)分布式光伏組件設(shè)備，面積約18萬(wàn)㎡，安裝容量約 18. 5 MW，所需太陽(yáng)能電池組件、逆變器等均不需做特別處理，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電分散逆變、區(qū)塊獨(dú)立單元、分區(qū)并網(wǎng)，組件設(shè)備及配套設(shè)施用電由外網(wǎng)供給，同時(shí)配置遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。
圖5 屋頂光伏發(fā)電實(shí)施應(yīng)用項(xiàng)目光伏組件年均衰減預(yù)計(jì)不超1%，使用年限在25~30年以上，前3年年均凈發(fā)電量1525. 51萬(wàn)kWh，折合標(biāo)煤1874. 85 tce （當(dāng)量值，折標(biāo)系數(shù)1. 229 tce/(104 kWh)），凈發(fā)電量隨季節(jié)氣候的光照輻射差異而變化，詳見圖6。單位面積年凈發(fā)電量約84. 75 kWh/㎡。
圖6 屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目?jī)舭l(fā)電量（1）合同能源管理模式下實(shí)施永磁同步電機(jī)改造案例，代替原普通高壓電機(jī)，平均節(jié)電率為26. 57%。（2）在紙機(jī)關(guān)鍵能耗部位實(shí)施節(jié)能改造，其中真空系統(tǒng)實(shí)施Eco-pump變速透平機(jī)節(jié)能改造案例，真空系統(tǒng)功耗節(jié)降率達(dá)到50. 72%。（3）干燥部實(shí)施可調(diào)式熱泵節(jié)能改造案例，蒸汽單耗平均下降0. 1643 t/t紙，節(jié)降率9. 43%，每年可節(jié)約蒸汽18. 73萬(wàn)t，折合標(biāo)煤18040. 88 tce（當(dāng)量值）。（4）挖掘新能源潛力，發(fā)揮資源能源協(xié)同效應(yīng)，實(shí)施了廢水處理系統(tǒng)沼氣回收發(fā)電案例，每年可回收沼氣約1602. 73萬(wàn)m3，折合標(biāo)煤11443. 49 tce （當(dāng)量值）。（5）廠房屋頂光伏發(fā)電應(yīng)用案例，單位面積年凈發(fā)電量約 84. 75 kWh/㎡ 。文章信息：楊家萬(wàn)，廖祥榮，王寶輝，等.大型造紙企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程技能時(shí)間案例與研究[J].中國(guó)造紙，2022,41（7）：117-124.
