【论文】大型造纸企业生产过程节能实践案例与研究

大型造纸企业生产过程节能实践案例与研究

杨家万¹  廖祥荣^2,*  王宝辉^1,5 廖 瑛³  李嘉跃⁴  蔡赋涵¹  郭大亮⁵  刘 涛¹

（1.浙江山鹰纸业有限公司，浙江海盐，314304；2.三明市供电服务有限公司将乐分公司，福建将乐，353300；3.漳州城投建材集团有限公司，福建漳州，363000；4.昆明理工大学化学工程学院，云南昆明，650031；5.浙江科技学院环境与资源学院，浙江杭州，310023）

第一作者：杨家万先生，高级工程师；主要从事高技术转化应用与高档纸基包装材料生产技术研发管理工作。

*通信作者：廖祥荣，工程师；主要从事供用电节能研究，配电设备维保与消缺服务管理工作。

在纸制品需求量不断增加和国家“双碳”目标背景下，如何通过技术、工艺、管理上的探索创新和整合优化，突破能耗瓶颈，降低能源成本，是造纸行业共同面临的问题。本文介绍了国内某大型造纸企业通过实施永磁同步电机合同能源管理、真空系统节能改造、干燥部节能改造、沼气回收发电、厂房屋顶光伏发电等节能实践案例，促进造纸生产节能、低碳、可持续发展。

1 合同能源管理模式

该造纸企业采取合同能源管理模式，将10台原普通高压电机 （总装机功率17000 kW，单台装机功率1700 kW）改造为高效高压永磁同步电机（见图1，总装机功率16000 kW，单台装机功率1600 kW），提高功率因素，减少拖动系数，省去无功补偿设备及维护费用，极大提高电机利用率。改造完成后输出有功功率满足生产要求，实测功率因数大幅提高到0.997，电流降低13. 65%，无功功率降低82. 89%；永磁同步电机节电率在23%~28%，平均节电率为26. 57%，实测小时节电量2325. 56 kWh。每年按 8000 h 运行时间计算，可节电1860. 45万kWh，折合标煤2286. 49 tce（当量值，折标系数1. 229 tce/(10 4 kWh)）。

 

图1  高效高压永磁同步电机

2 真空系统节能改造

以兰泰克为代表的Eco-pump变速透平机（见图2），结合先进高速电机和高效风机，通过变频器驱动可实现从零到最大速度之间的无极调速控制，电机通过速度控制有效调节生产率；叶轮使用碳纤维或铸钛材料，直接安装在电机轴一侧（单级）或双侧（双级）上，无需齿轮箱及耦合器，无共振频率；相比水环式真空泵节能30％~70％，相比定速透平机可节能20％~30％。该造纸企业将39 台水环式真空泵替换为 22 台 Eco-pump 变速透平机，淘汰Y2系列电机；借助Eco-flow在线脱水测量系统对网部、压榨部脱水进行控制，合理配置网部及压榨部真空度，从而实现真空系统节能稳定运行。改造后的真空系统总装机功率从15079 kW降低至12110 kW，实测运行负荷平均58. 96%，保有良好的富余量。

 

图2  Eco-pump变速透平机

3 干燥部节能改造

干燥部蒸汽冷凝水系统的优劣决定了蒸汽消耗量，可调式热泵蒸汽冷凝水系统通过尾气流量控制，能明显改善烘缸排水性能，提高排水动力，并充分回收低压蒸汽以减少消耗。图3为可调式热泵结构及烘缸组尾汽流量控制示意图。引入可调式蒸汽冷凝水系统热泵技术，根据纸机各段蒸汽耗用情况及对蒸汽温度、压力的总体要求进行合理设计，优化供气管道布局；使用可调式蒸汽冷凝水系统热泵技术将后段蒸汽尾汽供向前段，充分利用尾段蒸汽；通过多段供汽、尾段蒸汽梯级利用以节约蒸汽消耗，降低热交换清水用量，有效实现系统节能降耗。

 

图3  可调式热泵结构及烘缸组尾汽流量控制示意图

改造实施后，蒸汽单耗平均下降0. 1643 t/t纸，节降率9. 43%，详见表1。每年可节约蒸汽18. 73万t，折合标煤18040. 88 tce （当量值，折标系数0. 03412 tce/GJ），并节约了热交换清水用量。

表1 干燥部热泵节能改造前后蒸汽单耗情况

 

4 沼气回收发电

将IC塔厌氧发酵过程产生的沼气通过管道收集、暂存，脱硫洗涤后通过稳压柜及罗茨风机输送至热电厂，在循环流化床锅炉中完成掺烧发电，以代替部分原煤消耗，如图4所示。改造投用后每年沼气产生量约1602. 73万m³，折合标煤 11443. 49 tce （当量值，折标系数 7. 14 tce/(10⁴ m³)），全部送热电厂锅炉掺烧发电实现热值利用，替代了部分原煤消耗，并通过脱硫洗涤处理去除二氧化硫、减排烟尘。

 

图4  沼气回收发电应用

5 厂房屋顶光伏发电

该造纸企业与专业的光伏发电机构合作实施了屋顶光伏发电项目，如图5所示。项目建设安装晶硅发电系统分布式光伏组件设备，面积约18万㎡，安装容量约 18. 5 MW，所需太阳能电池组件、逆变器等均不需做特别处理，实现光伏发电分散逆变、区块独立单元、分区并网，组件设备及配套设施用电由外网供给，同时配置远程数据采集和监控系统。

 

图5  屋顶光伏发电实施应用

项目光伏组件年均衰减预计不超1%，使用年限在25~30年以上，前3年年均净发电量1525. 51万kWh，折合标煤1874. 85 tce （当量值，折标系数1. 229 tce/(10⁴ kWh)），净发电量随季节气候的光照辐射差异而变化，详见图6。单位面积年净发电量约84. 75 kWh/㎡。

 

图6  屋顶光伏发电项目净发电量

6 结 论

（1）合同能源管理模式下实施永磁同步电机改造案例，代替原普通高压电机，平均节电率为26. 57%。

（2）在纸机关键能耗部位实施节能改造，其中真空系统实施Eco-pump变速透平机节能改造案例，真空系统功耗节降率达到50. 72%。

（3）干燥部实施可调式热泵节能改造案例，蒸汽单耗平均下降0. 1643 t/t纸，节降率9. 43%，每年可节约蒸汽18. 73万t，折合标煤18040. 88 tce（当量值）。

（4）挖掘新能源潜力，发挥资源能源协同效应，实施了废水处理系统沼气回收发电案例，每年可回收沼气约1602. 73万m³，折合标煤11443. 49 tce （当量值）。

（5）厂房屋顶光伏发电应用案例，单位面积年净发电量约 84. 75 kWh/㎡ 。

文章信息：杨家万，廖祥荣，王宝辉，等.大型造纸企业生产过程技能时间案例与研究[J].中国造纸，2022,41（7）：117-124.