前沿生活用纸科技助力纸业减碳节能

孔令吉 安德里茨（中国）有限公司

安德里茨作为设备的供应商，一直致力于和客户一道为造纸生产过程中的节能减排贡献力量。安德里茨倡议零排放、零浪费的目标，也在不断研发卫生纸生产中减碳节能的解决方案。

1 助力纸业减碳节能

图1为卫生纸生产流程图。从此图中能更好地找到节能降耗的切入点。作为输入端，主要就是原料的消耗，卫生纸的原料包括商品木浆、以及各种其他替代纤维，如蔗渣浆、竹浆、麦草浆以及废纸浆等，输入端也包括了卫生纸在成形、脱水、干燥过程中所需要的能源，包括蒸汽、燃气、电、水等。作为排出端，主要有废水、排气及一些固体废弃物。安德里茨旨在从输入端入手，降低吨纸的能耗——及降低水、电、蒸汽、燃气以及降低同等使用效果下的原料消耗，来达到节能降耗的目的。

图1 卫生纸的生产流程图

PrimeLineTIAC卫生纸机试验机，能够生产传统的干起皱卫生纸，生产塑纹型（类TAD）和结构型（TAD）生活用纸。纸机包括完整的备浆系统、流送系统、生活用纸纸机附属系统以及先进的全自动化系统。可以试验不用的原料配比、化学品、织物等，研究不同操作条件，并获取相关参数。作为平台，能够测试和研发可持续性卫生纸技术，具有商业规模，并涵盖备浆设备和全新的数字化技术。

从表1可以看出，以一台幅宽为5.6m，车速为2,000m/min，燃气为气罩加热介质的卫生纸机为例，其每吨纸的平均燃气消耗约为600kWh，同样，每吨纸蒸汽消耗约为750 kWh，每吨纸电的消耗约为890kWh，将所消耗的燃气、蒸汽、电都折算为等效的CO2排放，意味着正常生产每吨卫生纸就需要排放约653kgCO2。按照每天182.4t的产量来计算，每年就需要排放约40,964t的CO2。

表1 卫生纸机生产过程的总能源消耗和碳排放案例

2 降低能耗和碳排放的潜在机会

2.1 安德里茨试验纸机

如图2所示，按照上文中的案例，每年排放CO240,496t。若采用安德里茨提供的各种设备、技术，例如钢制扬克缸取代传统的铸铁缸、靴压取代传统的单真空压或双压、扬克缸端盖保温技术、再蒸发技术、流送双稀释设计、真空透平机取代传统水环式真空泵等，可以将综合能耗降低17%，折算成等效的CO2排放，则可以减少15%的CO2排放量。如果考虑热电联产、可再生能源等还有进一步降低能耗的空间。

图2 采用安德里茨试验机降低能耗和碳排放的潜在机会

2.2 靴压

针对于生活用纸低定量、高车速以及作用力于扬克缸上的这些特点。安德里茨的靴压也有一些针对性的优化设计：靴压的加载是通过两根U型软管来实现的，使得横幅压力更为均匀的同时也可以分别控制这两根软管的压力来实现不同的压力曲线，加上150kN/m的高线压力，可获得更高的压榨后干度，也就意味着节省了后续的干燥能源。由于可以实现不同的压力曲线，靴压能够在不同的模式下运行（图3）：干燥模式下和真空压榨相比压榨后干度最高可以提高6个百分点，从而可以节省24%的干燥热能（图4）；质量模式/松厚度模式下和传统压榨相比，可以改善纸页松厚度，即可以提高纸页质量或可以节省10%的纤维。

图3 靴压的两种运行模式：质量模式（左侧）和干燥模式（右侧）

图4 安德里茨不同模靴压与传统真空压榨生产的纸张干度对比

另外，安德里茨应用于卫生纸机的靴压还有一些其他优势：如边缘可控，压区更宽（125mm），具有专利的靴板形状设计可以减少回湿，确保整个横幅水分的均一性等，也可以考虑悬臂设计，从而缩短换毯、换靴套时间，提高生产效率。

2.3 钢制扬克缸

安德里茨早在20世纪90年代初就开始尝试小直径的钢制扬克缸，到2008年，随着金属涂层、制造、焊接技术的成熟，开始生产大规格的钢制扬克缸。和铸铁扬克缸相比，钢制扬克缸壁厚更薄，从而保证了更高的热传导能力和蒸发效率，干燥所需的蒸汽和电耗降低10%。另外，由于钢材的柔韧性更高，抗张强度、允许的设计应力、弹性模数更大，可以承受更高的蒸汽压力和线压力，从而可以防止热冲击、机械事故和潜在的爆炸风险。此外，钢制扬克缸从投入运行第一天开始就可以良好运行，没有磨合期，也不会因为长期使用而降低性能。还可以配合安德里茨新型的喷涂材质，改进的T型虹吸管技术等。

钢制扬克缸效率更高，更安全，在配合高线压的靴压，可以节约干燥能源24%。

2.4 蒸汽发生器

安德里茨的蒸汽发生器具有安装快速方便，结构紧凑，质量轻、维护要求不高、投资回报更快等优点，不仅适用于新投资的项目，也适用于现有纸机的改造，达到节能减排的效果。流程如图5所示，使用燃气气罩的卫生纸机热风系统，尾气中含有较高的热能，安德里茨高效的蒸汽发生器能够利用尾气中的热能来加热扬克缸排出的冷凝水，从而再蒸发产生二次蒸汽，重新返回到扬克缸中供纸页干燥使用，可以降低约10%的蒸汽消耗量，总的干燥能耗可以降低5%。再蒸发后的尾气仍具有热能，可以采用气/气热回收设备，预热热风系统所要补充的新风和燃烧器需要的助燃风，从而达到充分利用热能的效果。最后，利用气/水热回收来加热生产过程中和厂房通风所需的热水等，从而达到进一步节能降耗的效果。

图5 再蒸发系统流程图

以一台幅宽为5.6m，车速为2,000m/min，以燃气为气罩加热介质的卫生纸机为例，在使用再蒸发系统的情况下，每吨纸可以节省蒸汽0.13t，每吨蒸汽按照180元来计算的话，可以节省23.4元，全年的产量按照5.8万t来计算的话，每台纸机全年蒸汽的节省费用大概在135万元。

2.5 其他节能降耗技术

安德里茨在卫生纸生产过程中还有一些其他节能降耗的技术和方案（如图6）：

图6 其他模块节能降耗的技术和方案

1.采用双稀释的流送系统，将压力筛从传统的流浆箱前移到冲浆泵前，这样可以在较高的浓度（约1.1%）和较低的流量下筛选，使得压力筛所需能量更少，降低能耗的同时，由于冲浆泵无需考虑网前筛的压降和回流的损失，所需能量也相应更低。综合考虑，流送系统可以降低10%的能耗。

2.除了采用钢制扬克缸取代铸铁缸以外，还考虑到了扬克缸两个端盖的保温，可以减少没有纸页包覆的两个端面造成的热损失，采用端盖保温技术，可以降低蒸汽消耗约5%。

3.真空的电耗在卫生纸生产过程中的总电耗中占比较大，传统的水环式真空泵，效率低、需要密封水。采用真空透平风机来取代传动的水环式真空泵，可以节约真空电耗约25%，同时可以利用温度在140°C以上透平机的尾气来加热工艺系统和厂房通风所需的热水、提高了总能源效率。

2.6 生物质燃料

采用生物质燃料取代传统的化石燃料，安德里茨可以提供大直径扬克缸配合蒸汽气罩的方案。这样扬克缸和气罩的热源皆为生物质为燃料的锅炉产生的高压蒸汽，保证产能的同时无需燃气等化石燃料。同时，也可以考虑采用生物质合成气体取代传统的化石燃料，作为扬克气罩燃烧器的燃料来使用。安德里茨为位于卢卡的Sofidel公司提供了合成气体燃烧器方案，比萨大学（UniPi）能源部提供生产合成气体技术，每年可以减少碳排放8,500t（使用这项技术，从碳排放的角度来讲节约50%）。

2.7 热电联产

采用热电联产，纸厂不仅可以满足自身的电力需求，还可以输送多余的电力到公共电网上，也为其他工业行业的节能降耗做出一份贡献。

采用热电联产来提高总的能源转化效率，也就是利用燃气透平机为纸厂发电（图7），透平机的热空气不仅可用于加热扬克气罩的热风系统，还可产生扬克缸使用的蒸汽，更进一步用于其他工艺系统和厂房通风的加热，从而提高总的能源转化效率。采用热电联产，所有热风、蒸汽、电等的能源消耗只需要燃气，从而可以减少约50%碳排放。

图7 燃气透平机的工作流程图

3 节约纤维、水和化学品

在达到同样使用效果的前提下，节约原生纤维的用量也是从另一个角度来节能降耗，从而实现减少碳排放的目的。

安德里茨的塑纹型纸机（类TAD）由于采用湿端速差起皱技术，塑纹型卫生纸机和传统干起皱相比，可获得更高的松厚度和更好的质量，从而可以用较低的定量或较少的纸页长度生产类似的后加工产品，节约高达20%的纤维用量。通过安德里茨位于奥地利格拉茨的试验机试验表明，和普通干起皱的卫生纸相比，塑纹型纸机生产的厨房纸巾松厚度和吸水性都更高，松厚度可以达到12～16cm³/g，吸水性可以达到8～14g/g，以上试验数据表，塑纹型纸的质量已经非常接近结构型的纸，也即TAD纸。如表2的数据显示，安德里茨试验机生产的塑纹型纸和欧洲采用传统干起皱技术生产的厕用卫生纸相比，每个卷筒的长度和卷重都更低，换言之，也就是同样的纤维量，塑纹型纸可生产出更多的纸卷，从以上试验结果可以看出，177t的纤维量，传统干起皱方式仅生产出1,945,000卷卫生纸，而采用安德里茨塑纹型纸却可以生产出2,110,000卷筒纸，后加工的卷数提高了8%。进一步验证了，这种塑纹型纸机节省纤维的效果。

表2 PrimeLineTEX与PrimeLineTM生产的产品对比

其他节约纤维用量的措施包括：（1）采用白水多盘等设备回收白水中的纤维，以达到循环使用、减少纤维用量的目的，同时可以考虑采用纳米纤维来替代部分原生木材纤维，纳米纤维具有高强、脱水快等特性，从而减少能源消耗和化学品的消耗。（2）采用替代纤维来取代传统的原生木纤维，如云贵川等地竹资源比较丰富的地方可以用竹纤维部分或全部替代木纤维生产生活用纸，山东、宁夏等地可以用麦草浆来替代木浆，两广地区可以将甘蔗渣处理后来替代木浆纤维。

4 数字化

图8 安德里茨METRIS系统

Metris系统包括很多的优化模块，可以帮助卫生纸机生产过程中消除障碍，持续生产高质量产品，提高效率并降低能源消耗和其他生产成本。具体体现为：Metrix控制系统可以优化流程，减少人工干预的失误；使生产过程始终处于良好的状态；使系统设定可以确保在高效率下运行。从备浆到卷纸，以及各个辅助系统的自动化控制，提高工作效率，利用大数据经验进行预设定。通过扬克气罩横幅风量的自动调节，来实现纸页水分的良好控制；也可以通过流浆箱横幅稀释水控制来精确控制纸页横幅定量差，优化纤维使用；可以在优化能源的操作条件下运行，综合节约能源达6%。