孔令波 劉煥彬 李繼庚 陶勁松

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室，華南理工大學(xué)造紙與污染控制國家工程研究中心，廣東廣州，510640)

造紙過程節(jié)能潛力分析與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

孔令波 劉煥彬 李繼庚 陶勁松

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室，華南理工大學(xué)造紙與污染控制國家工程研究中心，廣東廣州，510640)

介紹了造紙脫水過程的特點，對比分析了國內(nèi)外造紙過程的能耗狀況，闡述了造紙過程各工段的用能狀況及節(jié)能潛力。結(jié)合生產(chǎn)實際探討了造紙過程的節(jié)能技術(shù)，重點介紹了干燥部相關(guān)的節(jié)能技術(shù)，并對其應(yīng)用做了綜述。

造紙過程;節(jié)能潛力;節(jié)能技術(shù)

造紙過程是造紙工業(yè)能耗最大的單元之一，我國造紙過程的平均能耗水平與世界先進(jìn)水平相差較大，這主要是由我國造紙工藝裝備水平不高及能量系統(tǒng)優(yōu)化程度較低造成的［1］。低碳經(jīng)濟(jì)時代，怎樣運(yùn)用節(jié)能技術(shù)促進(jìn)造紙過程向低能耗、低排放、低污染方向發(fā)展是我國造紙工業(yè)面臨的主要問題之一。針對此問題，本文首先對我國造紙過程的能耗現(xiàn)狀和節(jié)能潛力進(jìn)行了分析，然后結(jié)合生產(chǎn)實際探討造紙過程各工段的節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用。

1 造紙過程的能耗狀況與節(jié)能潛力

1.1 造紙脫水過程的特點

紙張的抄造過程是一個不斷脫水的過程，該過程由網(wǎng)部、壓榨部和干燥部組成。網(wǎng)部是通過重力、脈沖或真空的作用將上網(wǎng)低濃漿料 (0．1% ～1．0%)脫水至15%～25%的干度;然后借助壓榨部機(jī)械力的作用進(jìn)一步脫水至33%～55%;最后在干燥部多組烘缸的蒸發(fā)作用下逐漸脫除紙幅內(nèi)殘留的水分，出干燥部紙幅干度一般為90% ～95%［2］。干燥過程蒸發(fā)出來的水分在空氣系統(tǒng)上升氣流的作用下向氣罩上方運(yùn)動，經(jīng)抽風(fēng)機(jī)排出干燥部;排出的濕熱空氣先經(jīng)過換熱系統(tǒng)回收余熱，再由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排至大氣［3］。

造紙過程以干燥部脫水量為最少，以圖1所示的某新聞紙機(jī)脫水過程為例，99%的水分是在網(wǎng)部和壓榨部脫除的，干燥部脫除的水分僅占上網(wǎng)紙料含水量的 0．96%。

1.2 我國造紙過程能耗狀況

我國造紙過程的單位產(chǎn)品綜合能耗為:噸漿紙比國際先進(jìn)水平高0．18～0．48 t標(biāo)煤［4］;噸紙和紙板比

圖1 某新聞紙機(jī)脫水過程

國際先進(jìn)水平高120%［5］;就不同紙種來看，由表1所示的國際先進(jìn)能耗水平［6］和2008年廣東相關(guān)紙廠實際能耗［7］的比較可知其差距亦較大。通過以上對比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前我國造紙過程的節(jié)能空間較大。

表1 造紙過程綜合能耗對比［6-7］kg標(biāo)煤/t(風(fēng)干)

表2 造紙過程各工段用能狀況及節(jié)能潛力［8-9］

1.3 造紙過程用能狀況及節(jié)能潛力

表2給出了造紙過程各工序的用能狀況及節(jié)能措施，并對各工段的節(jié)能潛力進(jìn)行了初步分析評估。

盡管干燥部脫水量不到上網(wǎng)漿料含水量的1%，但卻是造紙過程能耗最大的工段，約占造紙總能耗的65%以上［10］。由表2可知，干燥部節(jié)能潛力最大，為0．4～2．1 GJ/t(風(fēng)干)(包括熱和電);其次是網(wǎng)部節(jié)能潛力，為60～190 kWh/t(風(fēng)干);壓榨部和壓光/卷紙的自身節(jié)能潛力均較低。

2 網(wǎng)部節(jié)能潛力與節(jié)能技術(shù)

網(wǎng)部脫水量雖然最多，但脫除等量水分所需的成本卻最低。網(wǎng)部、壓榨部和干燥部脫除等量水分的成本約為 1∶70∶330［11］，網(wǎng)部主要消耗電能，存在60～190 kWh/t(風(fēng)干)的節(jié)電潛力，因此應(yīng)確保網(wǎng)部具備良好的脫水性能。常見的網(wǎng)部節(jié)能措施有高濃成形、夾網(wǎng)成形及真空系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)。

高濃成形可以節(jié)省漿料輸送、脫水和驅(qū)動的動能。視生產(chǎn)紙種不同，高濃成形尚有8%～20%的節(jié)能空間 (相對于成形的電耗而言)［12］。夾網(wǎng)紙機(jī)的成形器比長網(wǎng)紙機(jī)短，不僅能減少電耗，還能提高紙張質(zhì)量。文獻(xiàn) ［13］指出夾網(wǎng)成形可節(jié)電40 kWh/t(風(fēng)干)。

真空系統(tǒng)是僅次于紙機(jī)傳動的第二大耗電單元，占紙機(jī)電耗的10% ～17%［9，14］。某紙廠對真空系統(tǒng)進(jìn)行的評估表明該系統(tǒng)存在約25%的節(jié)能潛力［15］。真空系統(tǒng)管理的有效手段是實施監(jiān)視能耗狀況，常見的節(jié)能措施有:真空度較低的部位用排氣扇取代真空泵，去掉不必要的真空箱，不同部位的真空泵的合理設(shè)置，真空泵之前設(shè)置汽水分離器，定期清洗真空泵，實時控制不同部位的真空度以及變頻控制等。

3 壓榨部節(jié)能潛力與節(jié)能技術(shù)

干燥部與壓榨部脫除同樣質(zhì)量的水分所需的能量比，以未漂硫酸鹽漿紙板機(jī)為例，其值約為7．5∶1［9］。從節(jié)能的角度來看，改善壓榨部性能以提高出壓榨部紙幅干度是更為經(jīng)濟(jì)的一種脫水方式。盡管對壓榨部而言，其自身節(jié)能潛力僅為12～28 kWh/t(風(fēng)干)，但卻能給干燥部帶來巨大的節(jié)能潛力。

濕紙幅經(jīng)壓榨部脫除的水分越多，干燥時能耗就越低。對于“壓榨干度每提高1%，干燥部可節(jié)省多少蒸汽量?”這一問題，文獻(xiàn) ［16-19］都認(rèn)為在3%～5%之間。可節(jié)約蒸汽量之所以不同，是由所選取的初始壓榨干度和卷紙干度不同造成的。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)行紙機(jī)的壓榨干度為33%～55%，卷紙干度為90%～95%，運(yùn)用理論干燥模型預(yù)測壓榨干度每提高1%，干燥部可節(jié)省8．5% ～3%的蒸汽，如圖2所示，這一結(jié)論基本上適宜于當(dāng)前所有的紙機(jī)。

圖2 壓榨干度對干燥部汽耗的影響

靴式壓榨將輥式壓榨的瞬時動態(tài)線性脫水改為了靜壓下長時間的寬壓區(qū)脫水，是一種高效的壓榨脫水方式。靴式壓榨以其優(yōu)越的脫水性能在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，目前可達(dá)到50% ～55%的壓榨干度［20］。國內(nèi)某瓦楞原紙紙機(jī)采用Voith靴壓后，壓榨干度由46%提高至51%，噸紙汽耗降低17%［21］;國外某薄頁紙機(jī)采用X-NIP T靴壓后，干燥部汽耗可降低15%［22］。

壓榨輥面的材料和形式也是影響壓榨效率的重要因素，在設(shè)計時應(yīng)給予重點關(guān)注。壓榨毛毯也是壓榨部優(yōu)化的一個重要部分，因為它不僅有利于濕紙幅脫水，還可以減少紙幅回濕的可能性，從而間接提高了進(jìn)入干燥部的紙幅干度［14］。另外，濕紙幅在經(jīng)過壓榨部時溫度會降低，如果能維持其溫度不變或提高溫度，亦可節(jié)省干燥部汽耗。一般情況下，壓榨時若能使紙幅溫度升高10℃，則干燥部可節(jié)約4%的蒸汽［19］。文獻(xiàn) ［23］對壓榨部的優(yōu)化措施進(jìn)行了詳細(xì)介紹，可作為紙機(jī)壓榨部優(yōu)化的依據(jù)。

50%～55%的壓榨干度已是目前能達(dá)到的最高水平，但仍有進(jìn)一步提高的可能性。美國林產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線優(yōu)先考慮的研發(fā)需要之一就是提高壓榨干度，目標(biāo)是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再提高10% ～15%，使進(jìn)干燥部紙幅干度達(dá)到65%的水平［24］。進(jìn)干燥部紙幅干度提高10%意味著干燥部節(jié)能可達(dá)30%，因此通過改善紙機(jī)壓榨效率以節(jié)約干燥部能耗還有較大的空間。

4 干燥部節(jié)能潛力與節(jié)能技術(shù)

干燥部是造紙過程能耗最大的工段，電耗60～130 kWh/t(風(fēng)干)，熱耗 2．85 ～4．85 GJ/t(風(fēng)干);同時也是造紙過程節(jié)能潛力最大的工段，約為0．4～2．1 GJ/t(風(fēng)干)。

干燥部傳熱速率q(kJ/(m2·s))和水分蒸發(fā)速率w(kg/(m2·s))是衡量紙幅干燥效率的重要指標(biāo)，分別如式 (1)和式 (2)所示［25-26］。

式中，U為總傳熱系數(shù)，由冷凝水傳熱系數(shù)、烘缸壁厚、烘缸壁導(dǎo)熱系數(shù)、烘缸與紙幅的傳熱系數(shù)、通風(fēng)溫度和流量等因素決定;K為總傳質(zhì)系數(shù)，由干網(wǎng)透氣度、干網(wǎng)張力、通風(fēng)濕度和流量、氣罩空氣露點等因素決定;(Ts-Tp)為烘缸內(nèi)蒸汽與紙幅溫度差;(Pp-Pa)為紙幅表面與周圍空氣的水氣分壓差。

由式 (1)和式 (2)可知，U和K是決定干燥部能效的關(guān)鍵因素。對某臺紙機(jī)而言，U和K主要受冷凝水層厚度、干網(wǎng)透氣度和張力、通風(fēng)溫濕度和流量以及氣罩空氣露點等變量影響。所以，干燥部節(jié)能應(yīng)首先從提高傳熱傳質(zhì)方面入手，以下分別從強(qiáng)化烘缸傳熱、蒸汽梯級利用、通風(fēng)系統(tǒng)、熱回收等方面論述了提高熱、質(zhì)傳遞的相關(guān)技術(shù)。

4.1 強(qiáng)化烘缸傳熱節(jié)能

烘缸作為干燥部的主體，其傳熱性能的好壞對紙機(jī)的能耗影響最大。常見的強(qiáng)化傳熱措施有:增加烘缸內(nèi)壁冷凝水湍動、及時排除冷凝水、端蓋保溫、合理選用干網(wǎng)和調(diào)節(jié)干網(wǎng)張力等。

4.1.1 增加烘缸內(nèi)壁冷凝水湍動

對傳統(tǒng)烘缸內(nèi)壁進(jìn)行適當(dāng)改造，如樹脂掛里、加裝擾流棒以增加冷凝水的湍動程度，可有效提高烘缸的傳熱性能。樹脂掛里既可防止內(nèi)壁腐蝕，又能提高傳熱系數(shù)，文獻(xiàn)［27］指出采用樹脂掛里可使傳熱系數(shù)提高38%，節(jié)約蒸汽約6．9%。加裝擾流棒對傳熱效率的改善因紙機(jī)車速不同而不同［28］，車速越高越有利于傳熱，見表3。文獻(xiàn) ［29］指出，車速為1000～1400 m/min的紙機(jī)烘缸加裝擾流棒可使烘缸傳熱系數(shù)提高40%～50%。

4.1.2 及時排除冷凝水

冷凝水通常是借助固定式或旋轉(zhuǎn)式虹吸管排除烘缸外的，固定式虹吸管普遍應(yīng)用于車速較高的紙機(jī)，可使傳熱效率提高5% ～10%［9］;旋轉(zhuǎn)式虹吸管不僅適于低車速時冷凝水聚集在烘缸下部的情況，也適于高車速時冷凝水在烘缸內(nèi)形成水環(huán)的情況，還可減少干燥部傳動的電耗，是排除烘缸內(nèi)冷凝水的有效裝置［25］。除虹吸管類型及尺寸外，決定冷凝水排除的因素還有:壓差大小、冷凝水管道的尺寸等，在設(shè)計和操作時應(yīng)給予全面考慮。

表3 擾流棒對傳熱的影響［28］

圖3 烘缸端蓋散熱情況

4.1.3 烘缸端蓋保溫

許多紙機(jī)的烘缸端蓋保溫效果不佳，由此造成了較大的熱損失。筆者對烘缸端蓋進(jìn)行的測試結(jié)果見圖3。圖3(a)所示烘缸端蓋表面溫度高達(dá)121．5℃，而圖3(b)的表面溫度只有67．7℃。烘缸端蓋溫度過高，將會導(dǎo)致大量的熱量會從端蓋散失掉。一個直徑為1．5 m的烘缸每年因端蓋散熱造成的損失約相當(dāng)于86 t蒸汽的熱量［30］。由此可見，烘缸端蓋保溫的節(jié)能效果顯著。

有研究表明，烘缸端蓋90%的散熱損失是可以通過加強(qiáng)保溫而避免的，可降低1．7% ～3．0%的能耗，且投資回收期不到1年［30］。文獻(xiàn) ［31-32］對端蓋保溫的具體措施進(jìn)行了詳細(xì)介紹，可作為企業(yè)實施端蓋保溫措施的技術(shù)支持。

4.1.4 合理選用干網(wǎng)和調(diào)節(jié)干網(wǎng)張力

干網(wǎng)的使用大大提高了紙幅的水分蒸發(fā)速率。Clontz W．R．的測試顯示［33］，干網(wǎng)與干毯相比可使水分蒸發(fā)速率提高7%，同時可節(jié)約干燥部10%的汽耗。如今干網(wǎng)以其優(yōu)越的性能已取代了干毯的歷史地位，幾乎應(yīng)用于所有的紙機(jī)烘缸組，但隨著干網(wǎng)的普及，干網(wǎng)透氣度和張力已成為影響干燥效率的重要因素，對此在優(yōu)化干燥部能量系統(tǒng)時應(yīng)給予關(guān)注。

干網(wǎng)透氣性能對傳熱、傳質(zhì)都有影響，是決定水分蒸發(fā)速率的關(guān)鍵因素。一般透氣度越大越有利于傳質(zhì)，但對于與紙幅有接觸的那部分干網(wǎng)，則不利于傳熱。從節(jié)能的角度來講，透氣度的選取并不是越大越好，而是存在一個對應(yīng)于能耗最小的最佳值。各機(jī)臺應(yīng)結(jié)合各段烘缸組的蒸發(fā)速率和能耗情況合理選用，以使熱、質(zhì)傳遞處于最佳狀態(tài)。另外，在紙機(jī)運(yùn)行一段時間后，干網(wǎng)表面會變臟，這會對它的透氣性能產(chǎn)生影響，所以應(yīng)不定期清洗干網(wǎng)，也可以安裝在線清洗裝置避免類似情況的發(fā)生。對某安裝在線清洗裝置的紙機(jī)進(jìn)行的節(jié)能量審核表明，可以達(dá)到年節(jié)能2%的效果［34］。

干網(wǎng)張力的作用是使紙幅緊貼在烘缸表面，以改善烘缸與紙幅的傳熱。一般張力越大又有利于傳熱。據(jù)統(tǒng)計，干網(wǎng)張力每增加175 N/m，可使干燥效率提高0．7%［9］。對于舊紙機(jī)，TAPPI推薦的干網(wǎng)張力為1．4～1．7 kN/m，而對于現(xiàn)代化紙機(jī)可以高達(dá) 2．6 kN/m［35］。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實際工況的不同，合理調(diào)節(jié)干網(wǎng)張力，以保持干燥效率的最大化和干燥能耗的最小化。

4.2 蒸汽梯級利用節(jié)能

4.2.1 多段通汽節(jié)能

多段通汽的干燥效率較直接通汽有了較大提高，可減少新鮮蒸汽用量。多段通汽由之前的蒸汽直接利用改為了梯級利用，符合逐級用能的原則，有利于充分利用蒸汽的潛熱，并能有效排除冷凝水。由于各段烘缸之間的蒸汽壓力是逐級遞減的，還可以有效地調(diào)節(jié)干燥曲線、改善紙張質(zhì)量。

目前，以三段通汽系統(tǒng)在紙機(jī)上的應(yīng)用為多。圖4為某新聞紙機(jī)三段通汽結(jié)構(gòu)圖，其中III段由1#～5#烘缸組成，GRP3為II段，GRP4和GRP5為I段。各段烘缸間的壓差隨操作條件的不同而異，可按干燥曲線實時自動調(diào)節(jié)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)紙機(jī)的壓差并不是系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的，而是根據(jù)操作經(jīng)驗調(diào)節(jié)的。為了保證烘缸內(nèi)冷凝水的順暢排出，壓差往往設(shè)置的偏大，這就造成了蒸汽的浪費(fèi)。通過完善蒸汽冷凝水的控制系統(tǒng)，合理調(diào)節(jié)各段壓差和二次蒸汽用量，不僅可以節(jié)約蒸汽用量，還能提高紙機(jī)的生產(chǎn)效率。烘缸管理系統(tǒng)控制軟件 (DMSTM)可用來實時優(yōu)化蒸汽冷凝水系統(tǒng)，在Stora Enso Biron PM26的應(yīng)用表明，可以節(jié)約能源費(fèi)用26．3萬美元/年，投資回收期僅為7個月［36］。

圖4 某新聞紙機(jī)三段通汽結(jié)構(gòu)圖

多段通汽系統(tǒng)自身也存在缺陷［37］，如:不利于調(diào)節(jié)紙機(jī)干燥部各段烘缸的供汽壓力和用汽量、烘缸中冷凝水難以順暢排出、烘缸的傳熱效率低、熱能得不到充分利用等。

4.2.2 熱泵通汽節(jié)能

針對多段通汽的不足，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了熱泵通汽技術(shù)。熱泵通汽可以解決多段通汽存在的問題，由于可增加抽吸不凝氣體的能力，并能使烘缸內(nèi)冷凝水順暢排出，從而能提高蒸汽的放熱系數(shù)和烘缸的傳熱效率。熱泵不直接消耗機(jī)械能或電能，而是利用工作蒸汽減壓前后的能量差為動力，來提高二次蒸汽和廢熱蒸汽的品位供生產(chǎn)使用，因此可以降低新鮮蒸汽的消耗量［38］。某紙機(jī)由三段通汽改為熱泵通汽后可節(jié)約 4．94%的蒸汽［39］。

盡管熱泵通汽較多段通汽有眾多優(yōu)勢，但在現(xiàn)代化紙機(jī)上的應(yīng)用卻并不多見，這可能是由于熱泵通汽的能耗成本比多段通汽高，因為熱泵通汽需要額外的高壓蒸汽作為驅(qū)動蒸汽 (約為總通汽量的25%～30%)［37］，而在很多紙廠并沒有現(xiàn)成的高壓蒸汽可利用，況且高壓蒸汽比低壓蒸汽的成本要高。

4.3 通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能

通風(fēng)系統(tǒng)對紙幅干燥速率的影響僅次于蒸汽冷凝水系統(tǒng)。通風(fēng)優(yōu)越的干燥部與無通風(fēng)的相比，可使干燥速率提高25%［26］。另外，有效的通風(fēng)不僅能使干燥速率提高1% ～12%，還可節(jié)省電能和熱能［40］。據(jù)估計，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)可降低熱耗0．76 GJ/t(風(fēng)干)，減少電耗 6．3 kWh/t(風(fēng)干)［41］。

通風(fēng)溫度和濕度是影響干燥效率的重要變量，溫度過高會增加蒸汽消耗，濕度過大則會降低水分蒸發(fā)速率。通風(fēng)溫度以82～93℃為宜，某通風(fēng)量為3400 m3/min的紙機(jī)的送風(fēng)溫度由113℃降為93℃之后，不但干燥效率沒有降低，還節(jié)約蒸汽2180 kg/h［19］。排風(fēng)濕度則因氣罩類型而異，敞開式氣罩一般為40～70 g H2O/kg干空氣，密閉氣罩為120～140 g H2O/kg干空氣，高濕度密閉氣罩則可達(dá)180 g H2O/kg干空氣。

根據(jù)筆者的調(diào)查，大多數(shù)企業(yè)并沒有認(rèn)識到要對其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就造成了大量的能源浪費(fèi)。實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)環(huán)境、車速和蒸發(fā)速率的變化實時調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)，以使能耗最小。通風(fēng)系統(tǒng)的自動控制包括:調(diào)節(jié)通風(fēng)量，使露點、零位恒定;調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)量，使送風(fēng)濕度恒定;調(diào)節(jié)空氣加熱器蒸汽流量，使送風(fēng)溫度恒定。

4.4 熱回收節(jié)能

紙機(jī)干燥部排出的濕熱空氣 (即氣罩排風(fēng))帶走了蒸汽傳給烘缸的大部分熱量［42］。以某年產(chǎn)30萬t的紙機(jī)為例，約有40 MW的熱量是由氣罩排風(fēng)帶走的，其熱回收系統(tǒng)就可回收20 MW的余熱［43-44］。目前我國半封閉氣罩紙機(jī)排風(fēng)幾乎均無熱回收，即使某配備有密閉氣罩的現(xiàn)代化紙機(jī)也僅回收了30%的余熱。而性能優(yōu)良的熱回收系統(tǒng)這一比例可達(dá)60% ～70%［45］。由此可見，在余熱回收方面存在的節(jié)能潛力還較大。

據(jù)報道，通過安裝熱回收系統(tǒng)可節(jié)約蒸汽0．5 GJ/t紙［46］。另外，通過熱回收系統(tǒng)的優(yōu)化集成亦可以有效降低干燥部的蒸汽消耗，Kilponen L．對某紙機(jī)熱回收系統(tǒng)的優(yōu)化研究表明，可以節(jié)約10%～15%的汽耗［47］;Nordman R．利用夾點技術(shù)對瑞典某制漿造紙企業(yè)進(jìn)行過研究［48］，對于冷、熱物流較復(fù)雜的熱回收系統(tǒng)建議采用夾點技術(shù)來優(yōu)化其換熱網(wǎng)絡(luò)?；趭A點技術(shù)的原理，筆者就造紙機(jī)干燥部換熱系統(tǒng)提出了一種優(yōu)化分析方法，并對某在線涂布紙機(jī)的熱回收系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化研究，結(jié)果表明，可節(jié)約2．3% 的蒸汽［49］。

5 能量系統(tǒng)診斷與優(yōu)化技術(shù)

5.1 能量系統(tǒng)診斷技術(shù)

能量系統(tǒng)診斷技術(shù)是挖掘節(jié)能潛力的有力工具，文獻(xiàn)［50］介紹了干燥部的診斷方法，并給出了關(guān)鍵指標(biāo)的推薦值，可作為我國造紙企業(yè)干燥部能量系統(tǒng)診斷和優(yōu)化的指南。在此基礎(chǔ)上，國外多家機(jī)構(gòu)曾對紙機(jī)能量系統(tǒng)進(jìn)行過診斷與優(yōu)化分析，如Albany、Voith、Feltri等公司曾分別對廣州造紙集團(tuán)的1#紙機(jī)和9#紙機(jī)，岳陽泰格林紙集團(tuán)的1#紙機(jī)，廣東東莞理文紙業(yè)的3#紙機(jī)和4#紙機(jī)進(jìn)行過分析。華南理工大學(xué)劉煥彬團(tuán)隊擁有先進(jìn)的能量系統(tǒng)診斷儀器，已對國內(nèi)多臺紙機(jī)進(jìn)行過系統(tǒng)的分析，如金東紙業(yè)的1#紙機(jī)、2#紙機(jī)和3#紙機(jī)、廣東東莞理文紙業(yè)的1#紙機(jī)和2#紙機(jī)、永發(fā)紙業(yè)的11#紙機(jī)和12#紙機(jī)，為企業(yè)進(jìn)一步挖掘了節(jié)能空間，并提供了相應(yīng)的技改措施。以永發(fā)紙業(yè)的11#紙機(jī)為例，診斷結(jié)果表明，存在約22%的節(jié)能潛力。

5.2 能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化技術(shù)

能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化技術(shù)用于過程行業(yè)可大幅降低企業(yè)能耗，并能顯著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，屬國家發(fā)改委重點推廣的關(guān)鍵技術(shù)，也是國家十大節(jié)能工程實施方案之一。劉煥彬團(tuán)隊運(yùn)用“三環(huán)節(jié)”方法對造紙過程能量系統(tǒng)進(jìn)行過研究，開發(fā)了適于造紙企業(yè)的“三環(huán)節(jié)能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化技術(shù)”［51-57］。針對造紙企業(yè)的復(fù)雜流程，還開發(fā)了集造紙企業(yè)能量流、物料流、信息流于一體的“造紙企業(yè)能量系統(tǒng)優(yōu)化信息平臺 (MEOP 1．0版本)”，該平臺將系統(tǒng)、準(zhǔn)確、實時地調(diào)度生產(chǎn)能量配給，優(yōu)化熱電廠運(yùn)行，減少人為調(diào)度的局限性，使企業(yè)能量調(diào)度達(dá)到全局優(yōu)化的目的，在廣州造紙集團(tuán)的應(yīng)用表明可達(dá)到5%的節(jié)能效果［58］，現(xiàn)階段正在廣東東莞理文紙業(yè)開發(fā)完善其MEOP 2．0 版本。

6 結(jié)語

造紙過程是一個不斷脫水的過程，從節(jié)能的角度來看，改善網(wǎng)部和壓榨部的脫水性能是更為經(jīng)濟(jì)的一種脫水方式。常見的網(wǎng)部節(jié)能技術(shù)有:高濃成形、夾網(wǎng)成形及真空系統(tǒng)優(yōu)化等。常見的壓榨部節(jié)能技術(shù)有:大輥壓榨、靴式壓榨及升溫壓榨等。通過強(qiáng)化烘缸傳熱、蒸汽梯級利用、通風(fēng)系統(tǒng)以及熱回收系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)提高熱質(zhì)傳遞效率，可有效節(jié)約烘缸蒸汽用量。

雖然干燥部脫水量不及上網(wǎng)漿料含水量的1%，但卻是造紙過程能耗最大的工段，電耗60～130 kWh/t(風(fēng)干)、熱耗 2．85 ～4．85 GJ/t(風(fēng)干)，約占造紙過程總能耗的65%以上。當(dāng)前我國造紙過程干燥部的節(jié)能潛力最大，為0．4～2．1 GJ/t(風(fēng)干);網(wǎng)部次之，為60～190 kWh/t(風(fēng)干);壓榨部最小，僅為12～28 kWh/t(風(fēng)干)。盡管壓榨部的自身節(jié)能潛力小，但卻能給干燥部帶來巨大的節(jié)能潛力。一般情況下，壓榨干度每提高1%，干燥部可節(jié)省3%～8．5%的蒸汽。目前壓榨干度已達(dá)到了50% ～55%，今后仍有進(jìn)一步提高的潛力，預(yù)計可達(dá)到65%的水平，相當(dāng)于存在約30%的節(jié)能空間。

能量系統(tǒng)診斷與優(yōu)化技術(shù)是提高紙機(jī)運(yùn)行效率、減少紙機(jī)干燥部能耗的有效手段，可為企業(yè)挖掘更大的節(jié)能空間;能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化技術(shù)則是從系統(tǒng)優(yōu)化的角度研究企業(yè)級的能量系統(tǒng)，不僅包括了上述單項節(jié)能優(yōu)化技術(shù)，而且還提出了過程系統(tǒng)用能效率的改進(jìn)措施和工程實施方案，是目前我國造紙過程節(jié)能技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

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Potential Analysis and Application Techniques of Energy Efficiency in Papermaking Process

KONG Ling-bo LIU Huan-bin*LI Ji-geng TAO Jin-song
(State Kay Lab of Pulp and Paper Engineering，National Engineering Research Center of Papermaking and Pollution Control，South China University of Technology，Guangzhou，Guangdong Province，510640)
(*E-mail:hbliu@scut．edu．cn)

This paper firstly introduced the characteristics of dewatering process in a paper machine，then the energy consumption status of papermaking process both at home and abroad were compared，and the energy consumption status and energy efficiency potential of each papermaking units were discussed．Finally，the energy efficiency techniques and its applications in papermaking process were reviewed．

papermaking process;energy efficiency potential;energy efficiency techniques

TK01+8;TS7

A

0254-508X(2011)08-0055-08

孔令波先生，在讀博士研究生;主要研究方向:制漿造紙節(jié)能與過程優(yōu)化技術(shù)。

2011-03-01(修改稿)

本課題由廣東省科技廳節(jié)能減排重大專項 (2010A080801002)資助。

(責(zé)任編輯:常 青)