何東發(fā)

(永豐余造紙(揚(yáng)州)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225131)

1 造紙業(yè)的能源系統(tǒng)介紹

目前，我國造紙企業(yè)有六千多家，主要原料為木材、竹、秸稈和廢紙等；造紙業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為全自動(dòng)化模式生產(chǎn)，在工藝、設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)等方面已經(jīng)達(dá)到了比較成熟的階段。江蘇玖龍紙業(yè)、江蘇理文紙業(yè)、金東紙業(yè)、長(zhǎng)豐紙業(yè)和無錫榮成紙業(yè)等造紙廠在資源綜合利用基礎(chǔ)上，都設(shè)有自備電廠來進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，其主要目的是保障企業(yè)內(nèi)能源內(nèi)部需求供給，同時(shí)將企業(yè)內(nèi)廢棄物無害化處置。熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)目的是以熱定電為原則，在機(jī)組發(fā)電的同時(shí)，適當(dāng)提高抽汽溫度(微過熱蒸汽)，便于較長(zhǎng)距離輸送到造紙車間內(nèi)，再進(jìn)行減溫灑水成飽和蒸汽供用汽設(shè)備使用，目的是整體來提高能源利用效率。永豐余造紙(揚(yáng)州)有限公司自備電廠也是從自身的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性考慮來籌建的，其熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(能源加工轉(zhuǎn)換中心)流程如圖1所示。

當(dāng)前形勢(shì)下，造紙業(yè)要達(dá)成“雙控”、“雙碳”目標(biāo)，需要調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，更多的應(yīng)該利用新技術(shù)、新設(shè)計(jì)來進(jìn)行切實(shí)可行的節(jié)能改造，節(jié)約能源是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的首要方式。為此，該公司需要關(guān)注的關(guān)鍵能源設(shè)備有：(1)能源加工轉(zhuǎn)換設(shè)備。從自備電廠鍋爐的熱效率、發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率以及熱能轉(zhuǎn)化和分配合理性著手，來提高熱能利用率。(2)末端制程消耗設(shè)備。蒸汽系統(tǒng)良好的設(shè)計(jì)、強(qiáng)化烘缸傳熱能力、梯級(jí)平衡利用和熱回收利用等手段，可有效地降低紙機(jī)產(chǎn)品能耗。

圖1 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)流程圖

2 加工轉(zhuǎn)換過程節(jié)能

造紙屬傳統(tǒng)制造業(yè)，其設(shè)備投資大、利潤(rùn)薄，能源成本約占生產(chǎn)成本的12%～20%。造紙業(yè)想要綠色化長(zhǎng)足發(fā)展，必然要有自己的能源加工轉(zhuǎn)換中心，且其能源中心(自備電廠)大多是以火電為主。造紙業(yè)火電廠的熱電聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)方式主要分為背壓式汽輪機(jī)和調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)。傳統(tǒng)的火力發(fā)電，它的能源利用率不高，在35%左右，而熱電聯(lián)產(chǎn)能源利用率都在60%以上。2017年8月，發(fā)改委、能源局在《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確指出，推進(jìn)生物質(zhì)直燃發(fā)電全面轉(zhuǎn)向熱電聯(lián)產(chǎn)。由于熱電聯(lián)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了能量梯級(jí)利用，高品位熱能用于發(fā)電，低品位熱能用于供熱，提高了能源利用率，因而分散式熱電聯(lián)產(chǎn)迅速發(fā)展起來。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組每年可以節(jié)省3 000 tce煤，節(jié)能效果明顯[1]。

2.1 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)良的設(shè)計(jì)

以永豐余造紙(揚(yáng)州)有限公司自備電廠為例：(1)該廠鍋爐產(chǎn)出的(12.6 MPa、538 ℃)高溫高壓蒸汽全部進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行膨脹做功，進(jìn)行發(fā)電；(2)第一級(jí)抽出來的中壓蒸汽(2.85 MPa、344 ℃)供生活用紙紙機(jī)以及高壓加熱器換熱使用；(3)第二級(jí)抽出來的低壓蒸汽(0.67 MPa、200 ℃)主要供三臺(tái)紙機(jī)制程換熱使用；(4)第三級(jí)抽出來的低壓蒸汽(0.09 MPa、119 ℃)供低壓加熱器換熱使用。從歷年來統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，能源利用率都可以達(dá)到70%以上，已屬高效能機(jī)組。

對(duì)于鍋爐系統(tǒng)來說，工程及采購人員常常不了解，如何選擇整套設(shè)備能夠在安全、穩(wěn)定和高效的前提下滿足“紙機(jī)制程使用”所有需求。如在紙機(jī)斷紙或異常情況下，蒸汽參數(shù)和負(fù)荷都發(fā)生變化時(shí)，鍋爐系統(tǒng)能否及時(shí)和持續(xù)供應(yīng)滿足紙機(jī)工藝要求？鍋爐本身及附屬的設(shè)施、汽輪發(fā)電機(jī)組和紙機(jī)之間能不能有效匹配，相互之間能否發(fā)揮自身的最大效能？蒸汽品質(zhì)是否隨時(shí)都能滿足工藝要求(壓力、溫度)等？

如何合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)：根據(jù)負(fù)荷(最大、最小、平均負(fù)荷和負(fù)荷變化率等)要求確定鍋爐蒸發(fā)量和臺(tái)數(shù)；設(shè)計(jì)完整的燃料、給水和蒸汽供應(yīng)流程用來保證安全和高效。如系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)包含可靠的水源、超純水處理、爐水參數(shù)，有哪些設(shè)施可以來保障穩(wěn)定和變工況條件下依然穩(wěn)定地產(chǎn)出高品質(zhì)的蒸汽(如排污系統(tǒng))和鍋爐高效運(yùn)行配置(低壓加熱器、高壓加熱器、過熱器、再熱器、ECO、空氣預(yù)熱器、排污熱回收、煙氣熱回收、除氧熱回收、冷凝水熱回收)等。

整個(gè)鍋爐島能否采用封閉式廠房，鍋爐送風(fēng)機(jī)入風(fēng)口安裝在鍋爐島內(nèi)部上方，利用室內(nèi)平均溫度比室外環(huán)境溫度要高得多的原理，可以降低送風(fēng)空氣加熱器的蒸汽消耗量；另外，鍋爐系統(tǒng)節(jié)能措施[2]見表1。

在整個(gè)設(shè)備生命周期中，鍋爐及輔助系統(tǒng)的核心成本在于燃料的消耗費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用，而非初始投資費(fèi)用。

DCS系統(tǒng)節(jié)能思路是隨著“數(shù)字智能化制造”

表1 鍋爐系統(tǒng)節(jié)能措施

的開展，利用設(shè)備自動(dòng)化、數(shù)據(jù)智能化的手段來構(gòu)建綠色化制造愿景，系統(tǒng)需要具有相應(yīng)功能如下：(1)通過Modbus或其它通訊的方式在服務(wù)器上對(duì)各計(jì)量?jī)x表的蒸汽耗用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)燃燒裝置、供汽品質(zhì)(一次能源供給、給水參數(shù)、爐膛溫度、風(fēng)壓、煙氣溫度、蒸汽壓力與溫度等)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)密集顯示和歷史曲線予以顯示。(2)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視(有故障發(fā)生即用異常色代碼顯示，提醒操作人員注意與判斷)。(3)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，一旦燃料量、給水量、蒸汽流量或溫度和壓力等參數(shù)出現(xiàn)異常情況，立即報(bào)警。(4)進(jìn)行各種計(jì)算與報(bào)表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并可打印輸出。(5)上位機(jī)服務(wù)器所采集到的數(shù)據(jù)和運(yùn)轉(zhuǎn)的畫面，在局域網(wǎng)上資源共享；便于創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型，來優(yōu)化系統(tǒng)操作、技術(shù)改造和節(jié)能減排。

2.2 高能效的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能量說明

國家已制定常規(guī)燃煤抽凝式熱電聯(lián)產(chǎn)單位產(chǎn)品能源消耗限額標(biāo)準(zhǔn)(GB 35574-2017)，單位產(chǎn)品能耗限額等級(jí)見表2。

表2 單位產(chǎn)品能耗限額等級(jí)表

永豐余造紙(揚(yáng)州)有限公司自備電廠主要節(jié)能措施有：(1)采用高效率的2套200 t/h流化床鍋爐、2套36.6 MW汽輪發(fā)電機(jī)組(抽凝式)。(2)具有先進(jìn)節(jié)能理念能源公司共同來組成系統(tǒng)，比如說選擇芬蘭FOSTER WHEELER公司和德國SIEMENS公司等生產(chǎn)的高效設(shè)備以及高效節(jié)能設(shè)計(jì)方案。(3)采用整套DCS系統(tǒng)集成控制，全自動(dòng)化控制。(4)根據(jù)末端消耗來設(shè)定梯級(jí)蒸汽和電力系統(tǒng)。

該公司年產(chǎn)紙(包裝紙、生活用紙)100 萬t左右，熱電聯(lián)產(chǎn)年供電量為42 611萬kW·h，年供熱量為4 087 761 GJ，根據(jù)表2提供的數(shù)據(jù)計(jì)算，1級(jí)能效的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與3級(jí)能效的系統(tǒng)比，其節(jié)能量計(jì)算如下：

△E1=年供電量×(3級(jí)供電煤耗-1級(jí)供電煤耗)+年供熱量×(3級(jí)供熱煤耗-1級(jí)供熱煤耗) =42 611萬kW·h×(305-270)gce/(kW·h)×10-6+4 087 761 GJ×(42.5-40.5)kgce/GJ×10-3= 23 089 tce

從以上分析來看，造紙業(yè)的能源加工轉(zhuǎn)換過程優(yōu)化措施是：進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)、選擇1級(jí)能效的燃煤抽凝式或背壓式機(jī)組、設(shè)定合理的梯級(jí)蒸汽和電力系統(tǒng)等。以上措施不但可以有效地達(dá)到節(jié)能減排的目的，而且通過碳交易使該公司2021年獲得了五百多萬元以上的碳匯收益。

3 末端消耗過程節(jié)能

3.1 蒸汽冷凝水系統(tǒng)優(yōu)良設(shè)計(jì)以及影響因素

隨著造紙業(yè)的高速發(fā)展，紙機(jī)車速的快速提升，意味著對(duì)壓榨部脫水效果有著更高的要求。與傳統(tǒng)壓榨相比，靴式壓榨的壓區(qū)為傳統(tǒng)壓區(qū)的數(shù)倍。靴形壓榨可以獲得較高線壓力，提高紙頁脫水效率，紙幅中含水量減少，節(jié)省了后段烘缸系統(tǒng)的蒸汽消耗。很多紙廠有意識(shí)地將傳統(tǒng)壓榨輥改為靴式壓榨，提高了紙頁進(jìn)入烘缸部的干度(紙頁由原46%的干度提高至52%以上)；網(wǎng)壓部的紙匹每降低1%的水分，后段烘缸部會(huì)節(jié)省4%～5%的蒸汽量，綜合可節(jié)省20%以上蒸汽消耗。

在生產(chǎn)紙頁或紙板的過程中，耗用蒸汽最多的是紙機(jī)干燥部：烘缸蒸汽冷凝水系統(tǒng)和氣罩通風(fēng)系統(tǒng)蒸汽消耗量占80%以上，因此，為了降低蒸汽消耗，提高烘干效率，越來越多的紙廠非常重視干燥部的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。蒸汽冷凝水系統(tǒng)的作用及要求：控制紙頁或紙板的水分含量滿足最終客戶對(duì)于其產(chǎn)品水分含量的要求(8%～10%)，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)對(duì)水、電和汽的消耗越低越好，操作要簡(jiǎn)單可靠，盡量降低對(duì)操作者能力的要求，追求幾乎完全的自動(dòng)化操作，多段通汽與熱泵系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)比較見表3。

表3 多段通汽與熱泵系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)比較

通常而言，蒸汽冷凝水系統(tǒng)的類型有多段通汽和熱泵系統(tǒng)[3]。目前市場(chǎng)應(yīng)用情況：(1)在歐洲幾乎全部使用多段通汽系統(tǒng)；北美使用熱泵系統(tǒng)和多段通汽系統(tǒng)各占一半；(2)國內(nèi)進(jìn)口的大型紙機(jī)生產(chǎn)線大都使用多段通汽系統(tǒng)。近年來熱泵系統(tǒng)的使用有逐步推廣之勢(shì)，根據(jù)紙廠的具體情況，有的把熱泵系統(tǒng)改為多段通汽系統(tǒng)，有的把多段通汽系統(tǒng)改為熱泵系統(tǒng)，根據(jù)需要進(jìn)行改變，量體裁衣。

有些設(shè)備商說，只要使用熱泵就能降低蒸汽消耗10%～20%是毫無道理的。實(shí)際上，兩種系統(tǒng)的蒸汽耗量是差不多的，因?yàn)橄到y(tǒng)中需蒸發(fā)水的總量是相同的；蒸發(fā)等量的水需要蒸汽量是相同的；熱泵系統(tǒng)的吹通蒸汽在本段中循環(huán)，多段通汽系統(tǒng)的吹通蒸汽在下一段使用；熱泵在中低溫段的使用會(huì)有利于蒸汽使用平衡；操作起來更方便。

蒸汽冷凝水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮以下幾點(diǎn)：紙種(如板紙、文化用紙、生活用紙等) 及基重范圍；干燥能力和產(chǎn)量；所需工作壓力范圍；壓力梯度要求；可提供的蒸汽汽源壓力、溫度(高壓蒸汽和低壓蒸汽)；高壓蒸汽和低壓蒸汽運(yùn)行成本；干網(wǎng)透氣度和張力、鑄鐵烘缸的導(dǎo)熱性、虹吸器額選型及尺寸；現(xiàn)有可利用的設(shè)備和管道(對(duì)新建和改造而言)；系統(tǒng)初期投資成本和熱回收水平等。

烘缸冷凝水排水越順暢，烘干的熱傳導(dǎo)效率就高；良好的熱傳導(dǎo)就需要吹通蒸汽來協(xié)同處理，吹通蒸汽的作用是與冷凝水混合后降低冷凝水的密度，把冷凝水吹出并帶出烘缸；控制吹通蒸汽適當(dāng)?shù)谋壤ǔ?2%～15%左右，既能達(dá)到其幫助烘缸排水的效果，又不會(huì)排出過量的蒸汽，造成浪費(fèi)或冷凝水流速過快造成管道、閥門的損壞。烘缸系統(tǒng)的吹通蒸汽量和烘缸排水方式主要有壓差控制或流量控制2種不同形式。

簡(jiǎn)單的壓差控制缺點(diǎn)是相互影響太大，斷紙后系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)；吹通蒸汽控制利用流量控制可以有效避免以上問題。要想采用孔板流量計(jì)來控制烘缸的吹通蒸汽與冷凝水固定的比率，其實(shí)只要控制固定的壓差就可以了。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，壓差控制與流量控制的關(guān)系：1)壓差大，吹通蒸汽流量也大。2)壓差小，吹通蒸汽流量也小。3)壓差控制在斷紙的時(shí)候，熱泵開度增大，排空閥有打開排汽的可能。4)流量控制在斷紙的時(shí)候，熱泵開度變小，排空閥不會(huì)打開，汽水分離器壓力高，烘缸的溫度難以降低，且有烘缸積水的風(fēng)險(xiǎn)。壓差控制與流量控制見表4。

表4 壓差控制與流量控制

綜上所述，良好的蒸汽冷凝水系統(tǒng)應(yīng)該有：

1)有效可靠控制烘缸的進(jìn)汽壓力，保證得到最適當(dāng)?shù)暮娓赘酌鏈囟取?)保證烘缸排水通暢，任何時(shí)候烘缸內(nèi)不積水、不淹缸，獲得烘缸最大的干燥效率。3)非正常狀態(tài)下盡量減少烘缸組的排汽，盡可能地做到整個(gè)系統(tǒng)熱平衡。4)控制方式選擇與應(yīng)用合理。5)操作穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單和可靠。6)投資少，效益好，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，紙機(jī)運(yùn)行率高。

3.2 影響傳熱效果分析

通常而言，干燥部有傳熱速率和水分蒸發(fā)速率2個(gè)重要指標(biāo)，其中影響傳熱系數(shù)U因子的主要因素有虹吸管選型與使用的影響；擾流棒和冷凝水環(huán)的影響；壓差設(shè)定大小的影響；不凝性氣體排除及紙張控制系統(tǒng)的影響等[4]。

1)虹吸管選型與使用的影響。固定式或旋轉(zhuǎn)式的虹吸管，將冷凝水從烘缸內(nèi)部帶走。重型固定式虹吸管，建議使用在高速紙機(jī)的烘缸部，其優(yōu)點(diǎn)在車速為1 000 m/min時(shí)，壓差可操作在0.03 MPa以下順利排水，且性價(jià)比高；但是烘缸內(nèi)的冷凝水卻容易受離心力影響，而降低排水效率。為了避免這一問題，除配有具有斗型吸水口的固定式虹吸管外，同時(shí)在排水管出口配備一個(gè)窺視鏡，以確認(rèn)是否隨時(shí)有吹通蒸汽流動(dòng)，如此可以與烘缸壁保持較小的間隙下操作，排出更多的水，降低冷凝水的水環(huán)厚度。

正確安裝虹吸管也同樣重要。虹吸管與烘缸壁間存在間隙值，當(dāng)這間隙值小于臨界值時(shí)，會(huì)造成蒸汽的阻塞，即烘缸內(nèi)外的壓差會(huì)隨著間隙變小而急劇增加，虹吸管與烘缸壁間的間隙值見表5。

表5 虹吸管與烘缸壁間的間隙值

根據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，虹吸管與烘缸壁間的距離維持在2.0 mm左右為最佳。烘缸系統(tǒng)在選擇虹吸管尺寸大小時(shí)，靠近濕端之烘缸使用較大型的虹吸管，其余的烘缸段可以使用同一尺寸的虹吸管，以避免維修和備品的困擾，虹吸管在工作負(fù)擔(dān)較大的烘缸段，其尺寸必需大到足以應(yīng)付大量或突然增多的水分，但是也不能過大致使負(fù)擔(dān)較低的烘缸段吹通蒸汽量變得太大。

2)擾流棒和冷凝水環(huán)的影響。一種更佳設(shè)計(jì)是在烘缸內(nèi)部增設(shè)擾流棒，如此就不需要凹槽設(shè)計(jì)，也能增加烘缸內(nèi)部冷凝水揣流，減少缸體的驅(qū)動(dòng)力和扭矩，而做到傳熱均一且高傳熱效率的目的；在車速大于600 m/min的情況下，有擾流棒比沒有擾流棒的烘缸系統(tǒng)，烘缸表面溫度會(huì)提高6～10 ℃，烘缸傳遞效果比較分析如圖2所示。

圖2 烘缸傳遞效果比較分析

3)壓差設(shè)定大小的影響。吹通蒸汽流量應(yīng)在冷凝水率的12%～15%左右(質(zhì)量比)，而虹吸管與烘缸壁的間隙要適當(dāng)。實(shí)踐證明：使壓差值維持于比最小值多30%的壓差值，如此烘缸才能順利的排水。

4)不凝性氣體排除。事實(shí)上空氣的熱阻是鐵和鋼的1 500倍以上，當(dāng)烘缸內(nèi)部累計(jì)空氣比例達(dá)到25%時(shí)，蒸汽的溫度將發(fā)生明顯下降，從而降低傳熱效率。舊系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在表面冷凝器出口管上安裝真空泵，通過真空泵不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，直接抽吸并排除空氣，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)最大的問題是真空泵容易汽蝕而損壞；新系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在表面冷凝器出口管上安裝真空發(fā)生器，可有效解決問題。

5)紙張控制系統(tǒng)的影響。QCS系統(tǒng)設(shè)置了多種控制參數(shù)，濃度前饋控制參數(shù)、解耦控制參數(shù)和PID控制參數(shù)等，以保證紙張質(zhì)量和蒸汽系統(tǒng)控制穩(wěn)定；在生產(chǎn)過程中我們將水分控制設(shè)定為自動(dòng)控制狀態(tài)，這樣紙張干燥出口水分可穩(wěn)定控制在上限；正常成品紙水分提高1%，相當(dāng)于1 t紙少蒸發(fā)10 kg的水，直接節(jié)省1.2 kgce。

3.3 干燥部蒸汽系統(tǒng)節(jié)能思路

干燥部節(jié)能應(yīng)先從改善傳熱入手。強(qiáng)化烘缸傳熱、蒸汽梯級(jí)利用、通風(fēng)系統(tǒng)熱平衡和余熱閉式回收。主要節(jié)能思路有：1)合理計(jì)算吹通蒸汽的比例并循環(huán)利用。2)多次循環(huán)利用閃蒸蒸汽。低溫烘缸組吹通蒸汽的利用。3)平衡利用蒸汽。4)盡量使用冷凝水的熱量。

3.3.1 合理利用吹通蒸汽

根據(jù)凱登約翰遜公司的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在吹通蒸汽比例達(dá)到12%～15%的情況下(指吹通蒸汽與進(jìn)入烘缸蒸汽的比例)，烘缸就可以獲得良好的排水；排出的吹通蒸汽如果不能循環(huán)利用，就會(huì)造成排空浪費(fèi)，這在早期的蒸汽系統(tǒng)中是非常常見的，因此在進(jìn)行蒸汽系統(tǒng)平衡核算時(shí)就要精準(zhǔn)計(jì)算，保證吹通蒸汽能夠被循環(huán)利用而不會(huì)排到大氣造成浪費(fèi)。

3.3.2 閃蒸蒸汽的充分利用

閃蒸蒸汽簡(jiǎn)稱閃蒸汽，是高溫高壓冷凝水送到低溫低壓汽水分離器后，冷凝水由于壓力和溫度降低引起的閃蒸產(chǎn)生的二次蒸汽，閃蒸蒸汽如能重復(fù)利用，就可以節(jié)約等量的新鮮蒸汽，達(dá)到降低噸紙耗汽量的效果。同一臺(tái)紙機(jī)的閃蒸汽的汽量，在不同生產(chǎn)工況下都是變化的，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，以便在不同生產(chǎn)條件和工況下，閃蒸汽都能得到完全回用，而不至于發(fā)生排空等浪費(fèi)問題的出現(xiàn)。

一般而言，低溫烘缸組排出的吹通蒸汽壓力低溫度低，再回到烘缸循環(huán)利用比較困難，可以送到氣罩預(yù)加熱器加熱空氣，以便充分利用其熱量，降低紙機(jī)的噸紙耗汽量。最近幾年對(duì)于生產(chǎn)基重比較高的瓦楞紙或箱板紙，為了追求高產(chǎn)，低溫烘缸組的進(jìn)汽壓力也越來越高。針對(duì)這個(gè)新情況，可以考慮將這部分吹通蒸汽通過熱泵加壓后再回用到低溫烘缸組或者對(duì)網(wǎng)部清洗水加熱來進(jìn)行循環(huán)利用，收到了良好的再利用效果。

3.3.3 平衡利用蒸汽

正常而言，在烘缸部分有時(shí)難以做到二次蒸汽的平衡利用，也就是烘缸部分不能完全消耗冷凝水產(chǎn)生的閃蒸蒸汽，此時(shí)就需要系統(tǒng)烘缸罩和暖通供應(yīng)商，提供給他們準(zhǔn)確的二次蒸汽和冷凝水的流量和溫度，在烘缸罩系統(tǒng)進(jìn)行熱能的回收使用，同樣能收到很好的降低噸紙耗汽量的效果：1)將低溫烘缸群的閃蒸蒸汽熱能與網(wǎng)部的清洗水進(jìn)行換熱回收利用。2)將烘缸群多余的閃蒸蒸汽熱能與烘缸罩的熱風(fēng)換熱回收利用。3)將烘缸群的總冷凝水熱能與烘缸罩的熱風(fēng)換熱回收利用。

在同樣生產(chǎn)條件下，返回的冷凝水溫度越低，說明蒸汽系統(tǒng)的熱量使用的越充分，尤其是生產(chǎn)高克重的紙機(jī)，總冷凝水罐里的冷凝水溫度還是比較高的，有的紙機(jī)的冷凝水溫度甚至達(dá)到120 ℃。如果能夠把冷凝水的溫度降低到80 ℃，那么回收的熱量是相當(dāng)可觀的。

3.3.4 密閉式烘缸罩熱平衡

全封閉式汽罩，利用廢熱回收裝置，將收集烘缸群內(nèi)紙匹、干網(wǎng)蒸發(fā)出來大量濕氣體的熱，進(jìn)行熱回收，提高系統(tǒng)熱效率10%～15%；良好地設(shè)計(jì)，不僅可以有效調(diào)節(jié)罩內(nèi)氣流，而且可以使紙匹橫向水分均勻分布，提高紙機(jī)生產(chǎn)效率，烘缸罩熱平衡通風(fēng)示意如圖3所示。

圖3 烘缸罩平衡通風(fēng)示意圖

從圖3可以看出，25 ℃的冷空氣與氣罩排氣進(jìn)行氣-氣交換，將送風(fēng)提高到62 ℃左右；把低溫烘缸組排出的閃蒸蒸汽送到氣罩1級(jí)加熱器汽-氣回收的熱量，送風(fēng)被提高到82 ℃左右；把總冷凝水罐的冷凝水送到氣罩2級(jí)加熱器水-氣回收的熱量，送風(fēng)被提高到95～110 ℃左右。在中國的中部及南部的大部分季節(jié)，烘缸罩的新鮮蒸汽加熱器閥門可以關(guān)閉，基本可以不用新鮮蒸汽來加熱空氣。加上目前比較流行的透平機(jī)熱能回用，甚至在北方寒冷地區(qū)的冬季，在充分利用閃蒸蒸汽、冷凝水的熱能前提下，不足部分利用飽和蒸汽的熱能來補(bǔ)充，烘缸罩新鮮蒸汽加熱器的閥門開度都可以很小，有效降低了紙機(jī)的噸紙耗汽量。

3.3.5 冷凝水熱量的末級(jí)利用

選用全封閉式冷凝水回收系統(tǒng)，將末端不能利用的冷凝水(約160 t/h)回收到自備電廠的冷凝水罐，余熱和水都全部回收到鍋爐給水系統(tǒng)利用；不僅減少鍋爐補(bǔ)給水水處理費(fèi)用，而且將冷凝水的顯熱全部回收利用(此熱量占紙機(jī)所耗蒸汽熱量的15%左右)，可以將400 t/h鍋爐給水由20 ℃提高到65～70 ℃左右；進(jìn)一步降低了鍋爐的煤炭消耗量，如此循環(huán)節(jié)能。

3.4 高能效的系統(tǒng)節(jié)能量說明

根據(jù)《江蘇省包裝用紙和紙板單位產(chǎn)品綜合能耗限額及計(jì)算方法》(DB32/2536—2013)技術(shù)指標(biāo)中規(guī)定了造紙業(yè)(瓦楞原紙)先進(jìn)能效(≤400 kgce/t)和限額能效(≤450 kgce/t)；按每天產(chǎn)能2 650 t紙，其年節(jié)能量計(jì)算如下：

△E2=(限額能效的系統(tǒng)噸紙綜合能源單耗量-先進(jìn)能效的系統(tǒng)綜合能源單耗量)×日產(chǎn)能×天數(shù)=(450 kgce/t-400 kgce/t)×2 650 t×350 d=46 375 tce

△E=△E1+△E2=23 089 tce+46 375 tce=69 464 tce

4 結(jié)語

本文就高能效系統(tǒng)與低能效系統(tǒng)的能耗相比，年節(jié)約標(biāo)煤量約為69 464 t，是達(dá)成“雙控”、“雙碳”目標(biāo)重要的抓手；造紙業(yè)目前要迎接“雙碳”目標(biāo)下的挑戰(zhàn)，在“雙碳”背景下促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排技術(shù)迭代，重點(diǎn)還是通過熱電聯(lián)產(chǎn)、清潔能源利用、蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能技術(shù)改造方面，來實(shí)現(xiàn)與促進(jìn)造紙業(yè)的綠色低碳發(fā)展。