硫酸鹽漿廠節(jié)能技術(shù)改造實(shí)踐

李乾金陳 燕張振忠

（1．四川永豐漿紙股份有限公司，四川沐川，614500；2．江蘇力普電子科技有限公司，江蘇南通，222300）

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硫酸鹽漿廠節(jié)能技術(shù)改造實(shí)踐

李乾金1陳 燕1張振忠2

（1．四川永豐漿紙股份有限公司，四川沐川，614500；2．江蘇力普電子科技有限公司，江蘇南通，222300）

介紹了我國(guó)造紙行業(yè)主要的耗能設(shè)備、國(guó)家支持的節(jié)能項(xiàng)目及硫酸鹽漿廠堿回收溶解槽尾氣余熱利用原理、方案、案例及效果。

高壓電機(jī)；變頻節(jié)能；溶解槽；余熱利用

在國(guó)家列入“十二五”重點(diǎn)節(jié)能規(guī)劃中，造紙行業(yè)被列為我國(guó)傳統(tǒng)高耗能行業(yè)之一。近年來，造紙行業(yè)市場(chǎng)疲軟，行情低迷，產(chǎn)能過勝，中小型造紙廠普遍處于虧損狀態(tài)。能源結(jié)構(gòu)不合理，能源利用效率低，設(shè)備能耗高，能耗成本占產(chǎn)品成本比重達(dá)到8%～14%，虧損加大。實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造，降低能源消耗，顯得尤其緊迫和必要。

1 主要耗能設(shè)備

漿廠主要耗能設(shè)備為大功率風(fēng)機(jī)、水泵、漿泵、大型削片機(jī)和工程機(jī)械。二次能源轉(zhuǎn)換設(shè)備有工業(yè)鍋爐、空氣壓縮機(jī)。大功率風(fēng)機(jī)、水泵主要分布于熱電廠、堿回收車間燃燒工段；漿泵主要分布于制漿車間蒸煮和洗選漂工段；工程機(jī)械主要分布于原料場(chǎng)和煤場(chǎng)。大型漿廠的工程機(jī)械每月耗油量多達(dá)幾十甚至上百噸。工業(yè)鍋爐主要是燃煤鍋爐，將一次能源轉(zhuǎn)換為二次能源（電和汽）供下一工序使用，熱效率一般不低于82%。

國(guó)家財(cái)政重點(diǎn)支持的節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目有以下幾大類：電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能、余熱余壓利用、能量系統(tǒng)優(yōu)化、燃煤鍋爐（窯爐）改造、節(jié)約和替代石油。漿廠最容易實(shí)施的節(jié)能項(xiàng)目為前三類。下面針對(duì)硫酸鹽漿廠介紹電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能和余熱余壓利用原理、方案、應(yīng)用案例和效果。

2 電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造原理、方案、應(yīng)用案例及效果

國(guó)家財(cái)政重點(diǎn)支持的電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目有以下幾大類：采用高效節(jié)能電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、變壓器等更新淘汰低效落后耗電設(shè)備；對(duì)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施變頻調(diào)速、永磁調(diào)速、無功補(bǔ)償?shù)裙?jié)能改造；采用高新技術(shù)改造拖動(dòng)裝置，優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制；輸電、配電設(shè)備和系統(tǒng)節(jié)能改造等。對(duì)于已建多年的硫酸鹽漿廠，電機(jī)系統(tǒng)變頻調(diào)速改造是投資省見效快的好辦法。

2.1 電機(jī)變頻調(diào)速改造節(jié)能原理

耗能設(shè)備風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載，平時(shí)設(shè)備工頻啟動(dòng)和運(yùn)行，電機(jī)為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，由于生產(chǎn)過程有四季的交替、冷熱的變化、產(chǎn)品不同品質(zhì)規(guī)格的變化，所需用的風(fēng)（水）量也隨著變化，風(fēng)（水）量的多少靠調(diào)節(jié)閥門的大小來控制，有30%左右的能量浪費(fèi)在風(fēng)門（閥門）上。因此，這種介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)方式，用電設(shè)備有著很大的節(jié)能空間，特別是功率大的高壓或低壓電機(jī)。風(fēng)機(jī)（泵）的特性分析及節(jié)能原理（見圖1）。

圖1 風(fēng)機(jī)（泵）流量Q與壓力H的關(guān)系曲線

風(fēng)機(jī)（泵）是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、揚(yáng)程H及風(fēng)機(jī)軸功率之間的關(guān)系為Q1=Q2（n1/n2）、H1=H2（n1/n2）2、P1=P2（n1/n2）3。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)（泵）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的軸功率P（kW）為：P∝QH/η（η為效率）。

圖1中曲線n1為風(fēng)機(jī)（泵）在轉(zhuǎn)速n1下“揚(yáng)程﹣流量（H﹣Q）”的特性；曲線n2為風(fēng)機(jī)（泵）在轉(zhuǎn)速n2下H﹣Q的特性；曲線R1、R2為管阻特性。假設(shè)風(fēng)機(jī)（泵）在標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)A點(diǎn)效率最高，輸出風(fēng)量Q為100%，功率P1與AH1OQ1成正比。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，當(dāng)風(fēng)量（水量）需從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)閥門方法（相當(dāng)增加管阻），使管阻特性從曲線R1變到R2，系統(tǒng)由原來的標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)A變到新的工作點(diǎn)B運(yùn)行。此時(shí)風(fēng)機(jī)（泵）的揚(yáng)程增加，軸功率P2與面積BH2OQ2成正比。如果采用變頻器控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)機(jī)（泵）的揚(yáng)程H3大幅降低，軸功率P3與面積CH3OQ2成正比。軸功率P3和P1、P2相比將顯著減小，節(jié)省的功率ΔP與面積BH2H3C成正比，節(jié)能效果十分顯著（圖中陰影部分就是設(shè)備的節(jié)能空間）。

2.2 高壓電機(jī)變頻調(diào)速改造方案

與低壓電機(jī)變頻改造相比，高壓電機(jī)（10 kV）改造方案復(fù)雜一些。下面就高壓電機(jī)一用一備系統(tǒng)和無備用系統(tǒng)變頻改造方案進(jìn)行介紹。

2.2.1 高壓電機(jī)一用一備系統(tǒng)變頻改造方案

對(duì)于兩臺(tái)設(shè)備一用一備系統(tǒng)，要求變頻器也要一拖二，在設(shè)備切換時(shí)，先把變頻器正常拖動(dòng)的設(shè)備切換到工頻，然后再用變頻器啟動(dòng)備用設(shè)備，在備用設(shè)備啟動(dòng)完畢后，再停掉第一臺(tái)設(shè)備，以確保整個(gè)切換過程中系統(tǒng)風(fēng)（水）的流量要求。

系統(tǒng)改造時(shí)，根據(jù)工廠實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合安全、經(jīng)濟(jì)、適用的原則，應(yīng)用一套變頻控制系統(tǒng)采用一拖二運(yùn)行方式。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)電機(jī)容量選用1臺(tái)變頻器，其變頻器通過工頻旁路柜直接串在原來的供電回路中，二次回路不作改動(dòng)，保護(hù)仍由原來的二次系統(tǒng)完成，原有的操作方式不變。控制系統(tǒng)由變頻調(diào)速器、風(fēng)機(jī)（泵）電機(jī)和工/變頻轉(zhuǎn)換柜等組成。系統(tǒng)中的旁路開關(guān)柜用于工頻、變頻轉(zhuǎn)換，一旦變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

一拖二自動(dòng)旁路構(gòu)成方案如圖2所示。

圖2 一拖二自動(dòng)旁路構(gòu)成圖

2.2.2 高壓電機(jī)無備用系統(tǒng)變頻改造方案

對(duì)于高壓電機(jī)無備用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)電機(jī)容量選用1臺(tái)變頻器，其變頻器通過工頻旁路柜直接串在原來的供電回路中，二次回路不作改動(dòng)，保護(hù)仍由原來的二次系統(tǒng)完成，原有的操作方式不變?？刂葡到y(tǒng)由變頻調(diào)速器、風(fēng)機(jī)（泵）電機(jī)和工/變頻轉(zhuǎn)換柜等組成。系統(tǒng)中的旁路開關(guān)柜用于工頻、變頻轉(zhuǎn)換，一旦變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，見圖3。

由圖3可見，手動(dòng)旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，QS1與QS3采用一個(gè)雙投隔離開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自然機(jī)械互鎖。當(dāng)QS1、QS2閉合，QS3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)QS1、QS2斷開，QS3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來，便于調(diào)試、檢修和維護(hù)。

2.2.3 操作方式及故障狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)改造后，可以選擇電動(dòng)機(jī)變頻工作，也可以選擇電動(dòng)機(jī)工頻工作，兩個(gè)系統(tǒng)互為備用，增加了系統(tǒng)的可靠性。變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)手動(dòng)（或者自動(dòng)）轉(zhuǎn)為工頻狀態(tài)，不會(huì)影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

圖3 無備用電機(jī)旁路構(gòu)成圖

2.2.4 變頻改造后系統(tǒng)的特點(diǎn)

采用變頻器后，電機(jī)和設(shè)備共同組合為一體，既是動(dòng)力源，又是流量調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的控制方式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程自動(dòng)化，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度。

設(shè)備壽命延長(zhǎng)，維修量減少；反應(yīng)速度快，精度高，控制簡(jiǎn)便；降低了啟動(dòng)電流，提高了電氣保護(hù)質(zhì)量；安裝、維護(hù)方便。

2.3 電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造案例及效果

四川永豐漿紙股份有限公司于2011年與江蘇力普電子科技有限公司合作實(shí)施電機(jī)變頻節(jié)能技改項(xiàng)目，對(duì)全廠25臺(tái)工頻運(yùn)行電機(jī)加裝變頻器，進(jìn)行全面的變頻節(jié)能技術(shù)改造，其中加裝10 kV高壓變頻器7臺(tái)（熱電車間1#循環(huán)水泵、1#引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、1#給水泵；堿回收車間1#給水泵、二次風(fēng)機(jī)）；加裝380 V低壓變頻器18臺(tái)（熱電車間1#冷卻塔風(fēng)機(jī)、2#冷卻塔風(fēng)機(jī)；堿回收車間出Ⅰ效濃黑液泵、至堿灰混合黑液泵、1#溫水泵、一次風(fēng)機(jī)、三次風(fēng)機(jī)等；制漿車間1#除節(jié)機(jī)供料泵、一段篩供料泵、D1塔漿泵、備料洗滌循環(huán)水泵等；漿板車間紙機(jī)漿池漿泵、送制漿車間白水泵等）。2012年7月正式投入運(yùn)行，截至2014年12月，25臺(tái)變頻節(jié)能改造設(shè)備運(yùn)行正常，平均節(jié)能率達(dá)到20%以上。

2013年全年25臺(tái)用電設(shè)備實(shí)現(xiàn)節(jié)電量1428．8萬kWh（折標(biāo)準(zhǔn)煤為4715．0 t）。25臺(tái)電機(jī)技改投用前噸風(fēng)干漿耗電量為149．95 kWh，技改設(shè)備投用后（2013年全年）噸風(fēng)干漿耗電量為93．4 kWh，減少56．55 kWh，減少37．7%，電機(jī)變頻節(jié)能改造項(xiàng)目節(jié)能效果非常顯著。

3 余熱余壓利用改造原理、方案、應(yīng)用案例及效果

國(guó)家財(cái)政重點(diǎn)支持的余熱余壓利用改造項(xiàng)目與造紙有關(guān)的有以下幾大類：廢氣熱交換器改造；化工行業(yè)余熱（尾氣）利用；紡織、輕工及其他行業(yè)供熱管道冷凝水回收、供熱鍋爐壓差發(fā)電改造；工業(yè)生產(chǎn)有機(jī)廢棄物沼氣利用等。對(duì)于已建多年的硫酸鹽漿廠，堿回收車間堿爐溶解槽排出的尾氣余熱大多未進(jìn)行利用或利用效率不高，若這部分尾氣能量加以充分利用，可帶來顯著的節(jié)能效果。

3.1 堿爐溶解槽尾氣余熱利用原理和方案

采用優(yōu)質(zhì)高效的翅片式換熱器，利用堿爐給水對(duì)溶解槽排出的尾氣進(jìn)行冷卻，被加熱的給水送入堿爐除氧器，降低除氧器的蒸汽消耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，減少尾氣的排放量。為充分利用尾氣的余熱，可以采取二級(jí)甚至三級(jí)換熱器加熱給水，流程如圖4所示。

圖4 堿爐溶解槽尾氣余熱利用流程圖

3.2 堿爐溶解槽尾氣余熱利用案例和效果

四川永豐漿紙股份有限公司于2011年實(shí)施堿爐溶解槽尾氣余熱利用改造項(xiàng)目，利用堿爐給水（流量127 m3/h左右）冷卻溶解槽尾氣，新增1臺(tái)換熱面積為126 m2的列管式換熱器，使得溶解槽尾氣溫度由95℃下降到83℃，堿爐給水溫度由21℃上升到52℃，溫度上升31℃，除氧器蒸汽消耗明顯下降。由于列管式換熱器換熱面積不足，尾氣排放溫度依然較高，于2014年再增加1臺(tái)換熱面積為713 m2的翅片式換熱器與原換熱器串聯(lián)使用，使得溶解槽尾氣溫度由83℃下降到70℃以下，堿爐給水溫度由52℃上升到70℃，溫度再上升18℃，除氧器蒸汽消耗進(jìn)一步下降。

上述數(shù)據(jù)表明，堿爐給水由21℃上升到70℃，溫度上升49℃，按公式（1）計(jì)算出理論節(jié)能量為26136600 kJ/h，即892．8 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/h，每年（每天24 h，運(yùn)行330天計(jì)）預(yù)計(jì)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7070．98 t，節(jié)能效果顯著。

式中，Q為每小時(shí)節(jié)約的能量（kJ/h），C水為水的比熱（4．2 kJ/kg），m為每小時(shí)通過換熱器的給水質(zhì)量（127000 kJ/kg），ΔT為給水的溫升（49℃）。

4 結(jié) 語(yǔ)

四川永豐漿紙股份有限公司電機(jī)變頻節(jié)能技改和堿爐溶解槽尾氣余熱利用技改兩個(gè)項(xiàng)目投用后，全年可實(shí)現(xiàn)節(jié)能11785 t標(biāo)準(zhǔn)煤。全年每噸風(fēng)干漿綜合能耗由技改前（2010年）的395．8 kg標(biāo)準(zhǔn)煤下降到（2013年）225．6 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)約了170．2 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能效果非常明顯，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

節(jié)能技術(shù)改造涉及面廣，涵蓋的環(huán)節(jié)較多，本文僅就對(duì)硫酸鹽漿廠比較典型的高壓電機(jī)變頻節(jié)能和余熱余壓利用這兩方面結(jié)合案例進(jìn)行了論述，同樣可以延伸到漿廠其他環(huán)節(jié)及其他行業(yè)領(lǐng)域。

［1］LIFang﹣yuan，YE Ming．Application of AC Converter in Paperboard Machine for Energy Conservation［J］．China Pulp&Paper，2005，24（2）：35．李方園，葉 明．變頻控制及在紙機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用［J］．中國(guó)造紙，2005，24（2）：35．

［2］Lang Ying，Dong Ru﹣ying．Analysis of Energy Saving Potential in Pa﹣per Making Industry Based on Energy Saving Monitoring［J］．Energy Engineering，2007（3）：15．郎 鶯，董茹英．基于節(jié)能監(jiān)測(cè)的造紙行業(yè)節(jié)能潛力分析［J］．能源工程，2007（3）：15．

［3］Wu Min﹣qiang．Technical Issues on Pump and Fan Energy Saving［M］．Beijing：China Electric Power Press，1998．吳民強(qiáng)．泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)問題［M］．北京：中國(guó)電力出版社，1998．

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（責(zé)任編輯：馬 忻）

Experience of a K raft Pulp M ill Energy﹣saving Technology M odification

LIQian﹣jin1，*CHEN Yan1ZHANG Zhen﹣zhong2
（1．Sichuan Yongfeng Pulp and Papet Co.，Ltd.，Muchuan，Sichuan Ptovince，614500；2．Jiangsu Lipu Electtonic Co.，Ltd.，Nantong，Jiangsu Ptovince，222300）（*E﹣mail：xshy118@126．com）

The principle，scheme，application and results of high﹣voltagemotor frequency conversion energy﹣saving technology weremainly described．In addition，the principle，scheme，practice utilization and result ofwaste heat utilization of tail gas from soda recovery dissolving tanks in kraft pulp millwere introduced．

high voltagemotor；inverter energy saving；dissolving tanks；utilization ofwaste heat

李乾金先生，工程師；主要從事制漿造紙工藝研究和生產(chǎn)管理。

TS743+．11

A

0254﹣508X（2015）09﹣0070﹣04

2015﹣02﹣03（修改稿）