造纸工业能耗与先进节能技术装备 (续)

张 辉

(南京林业大学江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室，江苏南京，210037)

(上接2013年第3期)

4 有效节能的新装备

4.1 新的节能型除砂器

新的节能型除砂器的节能原理见图14，其中有两次稀释系统。每支除砂器内含有三段正向除砂器，每支除砂器都配有中段稀释水。

新的节能型除砂器在不同进浆浓度下的除砂效率见图15。很明显，在较高的进浆浓度下，仍有很高的除砂率。除砂过程工作浓度提高，不仅节水，而且可大大减少泵送流量而节约能源。

4.2 新的节能型多圆盘过滤机

新的节能型多圆盘过滤机采用框架型轴式，不同于传统的中心轴式多圆盘过滤机，主要用于白水回收和损纸浓缩。相应的工作原理比较见图16。其中节能型见图16(a)、(c)，传统型见图16(b)、(d)。

节能型框架式多圆盘过滤机又分内框架轴式和外框架轴式两种形式，见图17。

图17 内框架和外框架多圆盘过滤机结构原理图

框架式多圆盘浓缩机节能原理:对于中心轴式和框架轴式多圆盘浓缩机，两种型式扇形片有效过滤面积差不多;但每一扇形片过滤液出口截面积却相差很大。前者扇形片内滤液需经径向流到轴上长方孔内再转为轴向流出，而后者扇形片内滤液出口无需流到轴上，直接悬空流出，滤液流出口截面积大得多，故流动阻力小得多，可允许较高的流量过滤，效率高而且节能。另外，后者进料浓度高，游离度高，流量大，较少量的浊滤液循环。

框架式转子臂同时搅拌，可防止浆料在槽体中凝聚;且便于安装，结构坚固。

安装内外框架式扇形片的优点:较宽的滤液通道，流动阻力小，可允许较高的流量;便于安装，结构坚固。

4.3 节能型双盘磨技术

节能型双盘磨浆料具有更高的强度，更高的磨浆效率，较低的维护成本。

传统的悬臂式双盘磨为浮动轴式，见图18。其特征为动盘与转轴固定在一起，随轴作轴向移动来调节两磨腔的间隙。

图18 传统的浮动轴式悬臂式双盘磨

节能型悬臂式双盘磨也称改进的固定轴式或动盘浮动式悬臂双盘磨，见图19。其特征为轴固定，动盘平衡靠平衡动盘在花键上滑动，无需润滑的盘式联轴器。

图19 节能型的固定轴式悬臂式双盘磨

悬臂式双盘磨的节能原理主要是采用等流量技术。轴固定、动盘在花键上浮动的设计优化了浆料流量在两磨区的分配，平衡的浆压，改进了动盘的中心度和自动校正盘片间的平行度，消除了动态不平衡力:动盘不再受浮动轴式盘磨加载时的不平衡力的冲击，可有效地减少磨浆过程中无用摩擦功率的损耗，同时延长盘片等的寿命。

4.4 透平式真空泵在现代纸机中的应用

透平式真空泵的工作原理:利用其装在外壳和扩散系统内的多级 (或单级)叶轮来形成梯度真空(见图20)，抽吸量大、真空度水平稳定，真空泵的入口都装有防浪涌阀，具有设备集中、效率高、能耗低的特点。

图20 多级透平式真空泵工作原理图

透平式真空泵与传统水环式真空泵效率比较见图21。由图21可见，透平式真空泵在运行过程的密封水量比水环式真空泵低得多;而产生的真空效能，透平式真空泵是水环式真空泵的5倍，因而节能效果明显。

图21 透平式真空泵与传统水环式真空泵效率比较

以国内某大型造纸企业为例，纸机车速2000 m/min，幅宽10.2 m，原采用水环式真空泵设计功率为8366.2 kW，现采用透平式真空泵功率为4686.2 kW，年节约电3003万 kWh，折算标煤为10511 t标煤;年回收余热有效热量2550万kWh，折算标煤为3132.7 t标煤，年节约水17万m3。

5 锅炉及蒸汽分配系统的节能降耗技术

制浆造纸过程需要大量热能，离不开蒸汽源。造纸企业在锅炉及蒸汽分配系统的节能潜力很大，但往往没引起国内造纸企业的重视，大型企业如此，中小型企业更是如此。

5.1 提高锅炉热效率的有效技术

提高锅炉系统能效路径主要有使燃料充分有效地燃烧及减少系统热损失两个方面。

(1)锅炉能效测量

通过锅炉烟道气流测量与控制，维持优化状态锅炉火焰温度;分析和控制CO、O2和烟气量的比例;进行能量分析可找到能量使用过程的不足与改进之处。本技术的应用一般投入回收期平均为1.5年，优化情况为6个月。

(2)减少烟道气排放量

依靠可视烟气泄漏探测仪跟踪，控制减少烟气排放量，从而减少热量损失，可节约2%～5%的能源。

(3)隔热保温的改进

利用先进有效的保温材料和保温方式，可节约1%的能源。

5.2 蒸汽分配系统可采用的有效节能技术

(1)蒸汽分配控制

因制浆造纸生产过程的变化导致蒸汽实际需要量的波动是经常性的。采用现代控制手段能很好地控制蒸汽流系统，确保动态供需平衡，减少无为浪费，可有效节能2%以上。

(2)现有隔热保温的改进

在蒸汽分配系统上的阀门、管道、用汽设施部位采用可移动的热护罩，可节能约1%～3%。

(3)蒸汽回收装置的改进与维护

应用现代技术的温度调节元件或文丘里喉管蒸汽回收器可节能10%以上，同时改善用汽可靠性。采用超声波探测器和红外温度仪结合进行跟踪监测，加强蒸汽分配系统及回收装置的维护，通常可避免15%～20%的故障发生，以提高运行能效。

蒸汽分配上的节能应用实例:2005年开始，欧洲一家较大的制浆造纸厂应用上述蒸汽分配节能技术措施，同时更换了热交换器、安装了热水箱以改进温热水利用，节能效果十分明显。18个月内，总投资270万欧元，产生了250万欧元的蒸汽节能收益，蒸汽节能项目实施的投资回收期为1.6年。

6 辅助设备系统可采用的有效节能技术

6.1 泵系统可采用的有效节能技术

6.1.1 制浆造纸厂各类泵的电耗

通常制浆造纸厂各类泵的电耗占生产过程总电耗的30%以上;泵生命周期费用中，投资成本约占2.5%，电耗成本约占95%。

6.1.2 改善泵系统能效的有效技术方法

(1)系统方法:在运行过程中，采用较好的泵能效测量，千方百计设法减少泵送阻力，升级优化系统。

(2)减少泵送阻力并进行相关检查:主要包括泵送管道尺寸、管道表面涂层、可调的流速流量与压力等。

(3)加强泵系统维护:包括磨损环和叶轮的及时更换、适合的润滑系统、轴承振动测量与控制。据国外应用报告，以上3项可节能达7%。

(4)减少泵数量:包括中间槽的安装、消除旁路回流、降低系统静压等优化设计配置，可节能达20%以上。

(5)多种泵配置:泵的使用要适应负荷的变化。制浆造纸过程常常有生产负荷波动变化，小功率泵用于正常、稳定负荷状态下运行;大功率泵作为备用，在高峰负荷下运行。

6.2 电机系统可采用的有效节能技术

6.2.1 制浆造纸厂的电能消耗

制浆造纸厂的电能消耗约90%用于电机驱动，其中约70%用于各类泵、风机和物料处理设备。

6.2.2 改善电机系统的能效技术措施

电机节能重要的、也是有效的方法是系统方法:包括电机的能需和能供两个方面。主要对电机配置适合度、电机维护史、修理和更新费用等方面综合评估。通过经常性的评估可提出有效的能效改进措施。

6.2.3 电机系统节能措施及节能量

制浆造纸生产具有连续性化工流水线生产特点，各种物料输送、工艺性加工处理和驱动用电机很多。电机系统可采用的适用节能技术及节能量见表4。

表4 电机系统节能措施及节能量

6.2.4 变频调速实现节能

电机功率与转速的3次方成正比。定速与变速下的电机功率比较见图22。由图22可见，在非满负荷或波动负荷下工作时，变频调速所需电机功率明显减少，而在实际生产过程中较多的是这种情形。

图22 定速与变速下的电机功率比较

6.3 风机系统可采用的有效节能技术

6.3.1 制浆造纸厂各类风机的电耗

制浆造纸厂各类风机电耗约占总电耗的20%以上。实际生产过程中考虑到风机失效或性能下降时的情形，多数配置比实际需要大很多。

6.3.2 改善风机系统能效的技术措施

以下适当的维护有助于改善风机运行性能及提高其能效。

(1)传动带的检查:传动带用久会磨损而松弛，大大降低传动效率。需定期检查并张紧，可以节能，尤其大型风机更是如此。

(2)风机的清洁:很多风机因叶片表面粘有污物而使能效下降很多，主要是因污物导致叶片不平衡，振动加剧，动摩擦增加，降低运行性能和使系统零件过早磨损。

(3)泄漏检查与维修:风机管道泄漏导致传递到用风终端使用的风量减少，使系统能效降低。定期检查管道系统，及时修理泄漏。

6.4 压缩空气系统可采用的有效节能技术

6.4.1 压缩空气系统的效率

一般从空压机到终端使用的整个系统，效率只有10%。

6.4.2 改善压缩空气系统的能效

(1)热量回收:工业空压机消耗的电能中有90%能转换为热能;在空压机的热回收单元能回收50%～90%可用的热能，回收热可用于空调加热、工艺过程加热、水加热、锅炉水预热处理、热泵应用等。

(2)降低进风温度:如果气流量不变，降低进风温度可减少压缩机能耗。许多工厂用室外空气作为进风源，可降低压缩机进风温度。通常每降低进风温度3℃，可节约压缩机能耗约1%。

(3)泄漏检查与维修:系统泄漏导致能效显著降低。通常维护不良的系统会导致压缩机产能的20%～30%泄漏损失。泄漏除降低能效外，还增加压力波动和工作温度，不利于湿度控制，增加系统过量污染。

6.5 水利用效率方面可采用的有效节能技术

6.5.1 良好的运行管理

保持喷水喷嘴通畅，无污物和结垢;阻隔或拆除多余的管网;在用水设备上安装水表，以便测量跟踪和流量分析;对于清洗用水宜采用高压、低流量。

6.5.2 CO2用于浆料洗涤

洗浆机洗涤水中通入CO2可改善浆料中废液排出，有利于提高洗涤效率，降低水用量约10%，可使压缩机能耗降低1%。

6.5.3 泵的机械密封

机械密封代替水环密封可节水。

7 利用废弃生物质能源

制浆造纸生产过程中产生的废弃生物质能源有:备料工段产生的剩余物 (如树皮、锯木屑、苇膜、苇穗等);废水处理站产生的沼气、污泥等。充分利用这些生物质能源供锅炉燃烧产热发电，节约能源。生物质锅炉以树皮、木屑、生物污泥等为原料，生物质锅炉和碱回收炉的过热蒸汽发电后能满足生产用汽，发电量自给后还有富余。

8 结语

综上所述，一方面制浆造纸工业能耗较大;另一方面，当今国际上造纸工业发展的先进、成熟、可推广的节能技术与装备较多，节能潜力很大。推广应用这些技术与装备，对我国造纸业节能降耗、实现“十二五”造纸业节能减排目标，促进造纸业可持续性发展具有重要意义。

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