园区集中供汽卫生纸机的节能分析与实践

张 弛 雷文军 谭 炽

(1.天津科技大学,天津,300222；2.广西横县江南纸业有限公司,广西南宁,530313)



·集中供汽·

园区集中供汽卫生纸机的节能分析与实践

张 弛1雷文军2谭 炽2

(1.天津科技大学,天津,300222；2.广西横县江南纸业有限公司,广西南宁,530313)

对造纸工业园区集中供汽情况下卫生纸机用汽用能存在的问题进行分析,结合3个工程实例，针对性地对蒸汽冷凝水系统、烘缸干燥系统和气罩及其热风系统等提出节能方案,介绍了工程实施的节能效果。

集中供汽；卫生纸机；节能；气罩

近年来,在各地政府的要求下,越来越多的造纸工业园区推行了关停纸厂自备燃煤锅炉、实施由园区电厂热电联产集中供汽的举措,如广西六景工业园于2015年12月份进行了集中供汽试运行,保定满城纸厂区集中供汽进入倒计时等。本课题通过对集中供汽的卫生纸机节能进行分析,探讨和实践生产企业适应新形势的应对方案。

1 问题分析

一般来说,园区集中供汽对于没有自备电厂的中小型生活用纸生产企业或卫生纸厂影响较大,主要体现在几个方面。

(1)卫生纸企业大多以低速圆网纸机为主,由于加热介质为低价的煤,因此,虽然吨纸汽耗本来就高,但抄纸成本尚能平衡,一旦集中供汽,用汽成本提高的压力将凸显出来,甚至没有利润可言,这就要求卫生纸厂对造纸机进行节能降耗的升级改造。

(2)集中供汽大多采用的是电厂的过热蒸汽,到达纸机的蒸汽压力一般不大于0.8 MPa,这对于高速卫生纸机中需要较高汽压的热交换器、热泵、高压烘缸等将有较大影响,从而导致卫生纸厂需要对卫生纸机的工艺流程重新设计,并对所需设备重新选型。

(3)目前加热设备产生的冷凝水均采用重新返回锅炉的处理方法,而采用集中供汽后电厂只供蒸汽不回收冷凝水[1],因此冷凝水的回收,需要重新思考。

(4)鉴于园区内各造纸厂的产品及生产设备具有较高的一致性,距离电厂较远的造纸厂可能会出现供汽不稳定的情况。有条件的园区可以采取分布式集中供汽建设模式,供汽半径控制在3～5 km[2]；另一方面,是否可以像电价一样实施峰谷阶梯汽价,值得探讨。

2 节能措施

采用园区集中供汽后,对于使用圆网纸机的卫生纸厂需重点考虑降低吨纸汽耗,在纸机干燥环节可采取一些节能措施。

图1 四种喷嘴类型

(1)新建纸机可以考虑选择高速宽幅纸机,对现有纸机可以进行技术改造，提高车速。

(2)对于很难提高车速的圆网机,则使用高速热风气罩、热泵、高效烘缸、聚氨酯托辊等技术,以降低汽耗，实现节能。

高速热风气罩通过高速热风喷吹在纸幅表面,实现冲击干燥,其干燥速率与热风喷吹风速成正比,如果风速达到60 m/s以上,干燥速率可达40 kg/(m2·h)以上,甚至可以承担比烘缸更高的干燥比率,对于圆网卫生纸机,高速热风气罩可以明显降低烘缸耗汽量及用汽压力,特别是在集中供汽下，降低纸机对高品质蒸汽的需求,而热风的热量来源可以利用烘缸尾汽和冷凝水加热空气实现。气罩喷嘴风速要靠中压风机实现,会产生一定电耗,为尽可能降低电耗,既要考虑气罩及热风系统与烘缸干燥的匹配,又要考虑采用合适的配置来降低热风系统内的风阻,比如热风喷嘴应采用流线形结构,喷嘴结构如图1所示,其中图1(c)采用数控冲压成型,不仅风阻较小,而且传热效率较高,是比较节能的选择。

气罩的进风通道为分段进风,其中湿端和干端每个分区设百叶式调节风门,方便调节横向送风风量,构成横幅水分调节装置,成纸的横幅水分越均匀,纸机消耗的蒸汽就越少,这也是实现节能的重要手段。

气罩的热风系统设置热回收装置,该装置为气-气热交换器,利用气罩排出的湿热尾气预热进入气罩系统的新鲜空气,回收部分热能,节约蒸汽。气-气热交换器一般为列管式,换热管有圆形和椭圆形,有不锈钢管板焊接的,也有铝合金胀管的。

热泵是一种蒸汽喷射器,其工作原理为：高压蒸汽将低压喷吹蒸汽重新压缩,使之成为中压(即干燥压力)蒸汽[3], 热泵应用在卫生纸机的蒸汽冷凝水系统能够降低吨纸汽耗,有较明显的节能效果[4], 热泵系统可以和热风气罩配合使用,其冷凝水可以用来加热空气,进一步节能。值得注意的是,热泵系统的投资较大,特别是新型的自控可调式热泵[5]。当圆网卫生纸机产品相对稳定,从而蒸汽冷凝水的工况较稳定时,可以考虑使用固定式热泵,固定式热泵比可调式热泵便宜很多,为进一步降低投资额,可以多台烘缸共用一台热泵,或多台卫生纸机综合设计热泵系统。

高效烘缸可以大幅节约蒸汽,其内壁有环形沟槽,也叫加肋缸,该肋相当于翅片,起到加强传热的作用[6],合理的肋型可以使高效烘缸的传热效率达到普通烘缸的1.15～1.3倍。图2所示是一种典型的高效烘缸肋型。

图2 一种高效烘缸肋型

聚氨酯托辊指的是包覆层为聚氨酯的烘缸托辊。相比橡胶托辊它更加耐磨,包覆层寿命更久、使用周期更长,而且表面可以开沟纹,表面开孔率更大,脱水能力更强,利于干燥环节节约蒸汽[7],同时,毛布更干净,毛布使用寿命更长,清洗毛布所需要的水耗、电耗更低。

(3)集中供汽后,对卫生纸机产生冷凝水的排放、回用有如下一些建议：①冷凝水的温度一般为80～125℃,其热能可以用来预热气罩空气或车间湿部防滴水吊顶空气等；②经冷却后可用于冲洗网毯,也可送入碎浆机或浆池；③若电厂送来的蒸汽是过热蒸汽,冷凝水也可用于减温减压。

(4)园区集中供汽到纸机的蒸汽压力一般不大于0.8 MPa,这对于低速圆网卫生纸机影响不大,但对于高速卫生纸机将有较大影响。如集中供汽后某纸厂的高速纸机车速平均降低20 m/min,产量减少6%,汽耗也有所增加。针对这种情况,应当重新选择适合新工况的流程和设备,如热泵应当选用喷射系数更高的,气罩用空气加热器应当采用热泵或增加热交换器片数,同时气罩热风风速适当提高以加强气罩的干燥能力。另外,提升自动化控制水平,如热泵自动控制系统,以适应各种工况的变化,减少断纸和蒸汽排空,降低汽耗。

3 工程实例

图3 实例一的热泵系统图

3.1 实例一

河北某卫生纸厂对其低速圆网卫生纸机的改造。该纸厂有4台1880 mm小纸机和6台2800 mm及3500 mm纸机,迫于成本压力,小纸机停产,而宽幅纸机实施节能改造,以应对集中供汽等。改造方案为气罩由原有的排气罩更换为高速热风气罩,同时增设固定式热泵,这两部分靠蒸汽冷凝水系统整合在一起,构成了集中供汽下的低速圆网卫生机的节能方案。改造方案实施后，生产14.5～16.5 g/m2高档卫生纸,烘缸汽压降至0.28～0.30 MPa,综合吨纸汽耗由原来的4.3 t降至3.4 t,节汽20%,其热泵系统图见图3。

3.2 实例二

河北某卫生纸厂新建一台高速新月形卫生纸机。该纸厂原有的圆网纸机已停产,锅炉正在拆除。为缓解集中供汽等成本和环保压力,同时适应未来市场对喷浆纸需求增长的需要,该纸厂新建一台高速新月形喷浆纸机,车速750 m/min,出纸幅宽3500 mm,生产14～25 g/m2的高档生活用纸,计算吨纸汽耗2.2～2.5 t。在纸机系统中,托辊采用包聚氨酯的大直径真空托辊,烘缸采用高效烘缸,气罩采用高速热风冲击式气罩,热风系统设有热回收装置,蒸汽冷凝水系统采用可调式热泵,冷凝水分三级热回收,其热泵系统图见图4。

图4 实例二的热泵系统图

3.3 实例三

广西某生活用纸原纸厂对其一台双缸3500 mm纸机(生产擦手纸)的改造。该纸厂原有的2台1575 mm圆网纸机和2台1880 mm纸机因环保要求已停产。为了应对园区集中供汽,也为了节能提速,该纸厂于2015年9月对其3500 mm纸机实施改造,将原有呼吸气罩更换为高速热风气罩,热风系统增加了不锈钢管板焊接式热回收装置,并配置在线清洗和过滤装置,风机装机容量由150 kW增至200 kW；增设热泵系统,采用2台可调式热泵和2台固定式热泵,冷凝水5级热回收,同时完善了自动化仪表和DCS控制系统,各种变送器配置齐备,风机、泵类采用变频控制,与DCS及纸机联动。此次节能改造总投资额150多万元,预算动态投资回收期为1.76年,2015年10月完成改造,当年12月份园区集中供汽试运行。节能提速效果明显,车速由300 m/min提升至360 m/min,集中供汽试运行时,车速为340 m/min；吨纸汽耗由3.1 t降至2.4 t,节汽22.5%,而电耗并未增加,且成纸品质特别是横幅性能指标有所提升,断纸率有所下降,其热泵系统流程及DCS实际运行界面见图5。

4 结 语

园区采用集中供汽后,虽然卫生纸机的节能方案复杂,但是节能效果明显。

纸厂应采取技术、管理等措施积极应对,并顺势而为,抓住机会,完成升级转型,而节能改造、升级提速、高速大纸机更新换代将是集中供汽下的卫生纸机节能的主要发展趋势。

图5 实例三的热泵系统DCS界面

为企业实施节能改造,具有极好的社会效益,相信政府会出台园区补贴、节能奖励等越来越多的鼓励政策,节能量测量、有效热能计量、峰谷阶梯汽价、区域梯级用能等创新性量化技术也会有越来越多的人重视、研究,从而为节能审计、能量精细化管理和节能项目的精准扶持提供依据。

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(责任编辑：马 忻)

Energy Saving of Tissue Machine with Centralized Steam Supply in Industrial Zone

ZHANG Chi1,*LEI Wen-jun2TAN Chi2

(1. Tianjin University of Science and Technology, Tianjin, 300222;2.GuangxiHengxianJiangnanPaperCo.,Ltd.,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530313)(*E-mail: abcd7291@qq.com)

Steam supply problem of tissue machine based on centralized steam supply in industrial zone was discussed. Some energy saving methods were correspondingly provided mainly relating to steam condensate system, Yankee drying system, Yankee hood and its hot air system and so on. Based on engineering practice, the energy saving schemes were designed and their system diagrams were drawn, and the energy saving effect of the implementation of the projects was introduced.

concentrated steam supply; tissue machine; energy saving; Yankee hood

张 弛先生,在读工程硕士研究生；主要从事纸机及其节能设计研究工作。

2016- 04-13(修改稿)

TS755

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.10.011