園區(qū)集中供汽衛(wèi)生紙機(jī)的節(jié)能分析與實(shí)踐

張 弛 雷文軍 譚 熾

(1.天津科技大學(xué),天津,300222；2.廣西橫縣江南紙業(yè)有限公司,廣西南寧,530313)

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園區(qū)集中供汽衛(wèi)生紙機(jī)的節(jié)能分析與實(shí)踐

張 弛1雷文軍2譚 熾2

(1.天津科技大學(xué),天津,300222；2.廣西橫縣江南紙業(yè)有限公司,廣西南寧,530313)

對(duì)造紙工業(yè)園區(qū)集中供汽情況下衛(wèi)生紙機(jī)用汽用能存在的問題進(jìn)行分析,結(jié)合3個(gè)工程實(shí)例，針對(duì)性地對(duì)蒸汽冷凝水系統(tǒng)、烘缸干燥系統(tǒng)和氣罩及其熱風(fēng)系統(tǒng)等提出節(jié)能方案,介紹了工程實(shí)施的節(jié)能效果。

集中供汽；衛(wèi)生紙機(jī)；節(jié)能；氣罩

近年來(lái),在各地政府的要求下,越來(lái)越多的造紙工業(yè)園區(qū)推行了關(guān)停紙廠自備燃煤鍋爐、實(shí)施由園區(qū)電廠熱電聯(lián)產(chǎn)集中供汽的舉措,如廣西六景工業(yè)園于2015年12月份進(jìn)行了集中供汽試運(yùn)行,保定滿城紙廠區(qū)集中供汽進(jìn)入倒計(jì)時(shí)等。本課題通過對(duì)集中供汽的衛(wèi)生紙機(jī)節(jié)能進(jìn)行分析,探討和實(shí)踐生產(chǎn)企業(yè)適應(yīng)新形勢(shì)的應(yīng)對(duì)方案。

1 問題分析

一般來(lái)說,園區(qū)集中供汽對(duì)于沒有自備電廠的中小型生活用紙生產(chǎn)企業(yè)或衛(wèi)生紙廠影響較大,主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面。

(1)衛(wèi)生紙企業(yè)大多以低速圓網(wǎng)紙機(jī)為主,由于加熱介質(zhì)為低價(jià)的煤,因此,雖然噸紙汽耗本來(lái)就高,但抄紙成本尚能平衡,一旦集中供汽,用汽成本提高的壓力將凸顯出來(lái),甚至沒有利潤(rùn)可言,這就要求衛(wèi)生紙廠對(duì)造紙機(jī)進(jìn)行節(jié)能降耗的升級(jí)改造。

(2)集中供汽大多采用的是電廠的過熱蒸汽,到達(dá)紙機(jī)的蒸汽壓力一般不大于0.8 MPa,這對(duì)于高速衛(wèi)生紙機(jī)中需要較高汽壓的熱交換器、熱泵、高壓烘缸等將有較大影響,從而導(dǎo)致衛(wèi)生紙廠需要對(duì)衛(wèi)生紙機(jī)的工藝流程重新設(shè)計(jì),并對(duì)所需設(shè)備重新選型。

(3)目前加熱設(shè)備產(chǎn)生的冷凝水均采用重新返回鍋爐的處理方法,而采用集中供汽后電廠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)鑒于園區(qū)內(nèi)各造紙廠的產(chǎn)品及生產(chǎn)設(shè)備具有較高的一致性,距離電廠較遠(yuǎn)的造紙廠可能會(huì)出現(xiàn)供汽不穩(wěn)定的情況。有條件的園區(qū)可以采取分布式集中供汽建設(shè)模式,供汽半徑控制在3～5 km[2]；另一方面,是否可以像電價(jià)一樣實(shí)施峰谷階梯汽價(jià),值得探討。

2 節(jié)能措施

采用園區(qū)集中供汽后,對(duì)于使用圓網(wǎng)紙機(jī)的衛(wèi)生紙廠需重點(diǎn)考慮降低噸紙汽耗,在紙機(jī)干燥環(huán)節(jié)可采取一些節(jié)能措施。

圖1 四種噴嘴類型

(1)新建紙機(jī)可以考慮選擇高速寬幅紙機(jī),對(duì)現(xiàn)有紙機(jī)可以進(jìn)行技術(shù)改造，提高車速。

(2)對(duì)于很難提高車速的圓網(wǎng)機(jī),則使用高速熱風(fēng)氣罩、熱泵、高效烘缸、聚氨酯托輥等技術(shù),以降低汽耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

高速熱風(fēng)氣罩通過高速熱風(fēng)噴吹在紙幅表面,實(shí)現(xiàn)沖擊干燥,其干燥速率與熱風(fēng)噴吹風(fēng)速成正比,如果風(fēng)速達(dá)到60 m/s以上,干燥速率可達(dá)40 kg/(m2·h)以上,甚至可以承擔(dān)比烘缸更高的干燥比率,對(duì)于圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī),高速熱風(fēng)氣罩可以明顯降低烘缸耗汽量及用汽壓力,特別是在集中供汽下，降低紙機(jī)對(duì)高品質(zhì)蒸汽的需求,而熱風(fēng)的熱量來(lái)源可以利用烘缸尾汽和冷凝水加熱空氣實(shí)現(xiàn)。氣罩噴嘴風(fēng)速要靠中壓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn),會(huì)產(chǎn)生一定電耗,為盡可能降低電耗,既要考慮氣罩及熱風(fēng)系統(tǒng)與烘缸干燥的匹配,又要考慮采用合適的配置來(lái)降低熱風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)阻,比如熱風(fēng)噴嘴應(yīng)采用流線形結(jié)構(gòu),噴嘴結(jié)構(gòu)如圖1所示,其中圖1(c)采用數(shù)控沖壓成型,不僅風(fēng)阻較小,而且傳熱效率較高,是比較節(jié)能的選擇。

氣罩的進(jìn)風(fēng)通道為分段進(jìn)風(fēng),其中濕端和干端每個(gè)分區(qū)設(shè)百葉式調(diào)節(jié)風(fēng)門,方便調(diào)節(jié)橫向送風(fēng)風(fēng)量,構(gòu)成橫幅水分調(diào)節(jié)裝置,成紙的橫幅水分越均勻,紙機(jī)消耗的蒸汽就越少,這也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重要手段。

氣罩的熱風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置熱回收裝置,該裝置為氣-氣熱交換器,利用氣罩排出的濕熱尾氣預(yù)熱進(jìn)入氣罩系統(tǒng)的新鮮空氣,回收部分熱能,節(jié)約蒸汽。氣-氣熱交換器一般為列管式,換熱管有圓形和橢圓形,有不銹鋼管板焊接的,也有鋁合金脹管的。

熱泵是一種蒸汽噴射器,其工作原理為：高壓蒸汽將低壓噴吹蒸汽重新壓縮,使之成為中壓(即干燥壓力)蒸汽[3], 熱泵應(yīng)用在衛(wèi)生紙機(jī)的蒸汽冷凝水系統(tǒng)能夠降低噸紙汽耗,有較明顯的節(jié)能效果[4], 熱泵系統(tǒng)可以和熱風(fēng)氣罩配合使用,其冷凝水可以用來(lái)加熱空氣,進(jìn)一步節(jié)能。值得注意的是,熱泵系統(tǒng)的投資較大,特別是新型的自控可調(diào)式熱泵[5]。當(dāng)圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定,從而蒸汽冷凝水的工況較穩(wěn)定時(shí),可以考慮使用固定式熱泵,固定式熱泵比可調(diào)式熱泵便宜很多,為進(jìn)一步降低投資額,可以多臺(tái)烘缸共用一臺(tái)熱泵,或多臺(tái)衛(wèi)生紙機(jī)綜合設(shè)計(jì)熱泵系統(tǒng)。

高效烘缸可以大幅節(jié)約蒸汽,其內(nèi)壁有環(huán)形溝槽,也叫加肋缸,該肋相當(dāng)于翅片,起到加強(qiáng)傳熱的作用[6],合理的肋型可以使高效烘缸的傳熱效率達(dá)到普通烘缸的1.15～1.3倍。圖2所示是一種典型的高效烘缸肋型。

圖2 一種高效烘缸肋型

聚氨酯托輥指的是包覆層為聚氨酯的烘缸托輥。相比橡膠托輥它更加耐磨,包覆層壽命更久、使用周期更長(zhǎng),而且表面可以開溝紋,表面開孔率更大,脫水能力更強(qiáng),利于干燥環(huán)節(jié)節(jié)約蒸汽[7],同時(shí),毛布更干凈,毛布使用壽命更長(zhǎng),清洗毛布所需要的水耗、電耗更低。

(3)集中供汽后,對(duì)衛(wèi)生紙機(jī)產(chǎn)生冷凝水的排放、回用有如下一些建議：①冷凝水的溫度一般為80～125℃,其熱能可以用來(lái)預(yù)熱氣罩空氣或車間濕部防滴水吊頂空氣等；②經(jīng)冷卻后可用于沖洗網(wǎng)毯,也可送入碎漿機(jī)或漿池；③若電廠送來(lái)的蒸汽是過熱蒸汽,冷凝水也可用于減溫減壓。

(4)園區(qū)集中供汽到紙機(jī)的蒸汽壓力一般不大于0.8 MPa,這對(duì)于低速圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)影響不大,但對(duì)于高速衛(wèi)生紙機(jī)將有較大影響。如集中供汽后某紙廠的高速紙機(jī)車速平均降低20 m/min,產(chǎn)量減少6%,汽耗也有所增加。針對(duì)這種情況,應(yīng)當(dāng)重新選擇適合新工況的流程和設(shè)備,如熱泵應(yīng)當(dāng)選用噴射系數(shù)更高的,氣罩用空氣加熱器應(yīng)當(dāng)采用熱泵或增加熱交換器片數(shù),同時(shí)氣罩熱風(fēng)風(fēng)速適當(dāng)提高以加強(qiáng)氣罩的干燥能力。另外,提升自動(dòng)化控制水平,如熱泵自動(dòng)控制系統(tǒng),以適應(yīng)各種工況的變化,減少斷紙和蒸汽排空,降低汽耗。

3 工程實(shí)例

圖3 實(shí)例一的熱泵系統(tǒng)圖

3.1 實(shí)例一

河北某衛(wèi)生紙廠對(duì)其低速圓網(wǎng)衛(wèi)生紙機(jī)的改造。該紙廠有4臺(tái)1880 mm小紙機(jī)和6臺(tái)2800 mm及3500 mm紙機(jī),迫于成本壓力,小紙機(jī)停產(chǎn),而寬幅紙機(jī)實(shí)施節(jié)能改造,以應(yīng)對(duì)集中供汽等。改造方案為氣罩由原有的排氣罩更換為高速熱風(fēng)氣罩,同時(shí)增設(shè)固定式熱泵,這兩部分靠蒸汽冷凝水系統(tǒng)整合在一起,構(gòu)成了集中供汽下的低速圓網(wǎng)衛(wèi)生機(jī)的節(jié)能方案。改造方案實(shí)施后，生產(chǎn)14.5～16.5 g/m2高檔衛(wèi)生紙,烘缸汽壓降至0.28～0.30 MPa,綜合噸紙汽耗由原來(lái)的4.3 t降至3.4 t,節(jié)汽20%,其熱泵系統(tǒng)圖見圖3。

3.2 實(shí)例二

河北某衛(wèi)生紙廠新建一臺(tái)高速新月形衛(wèi)生紙機(jī)。該紙廠原有的圓網(wǎng)紙機(jī)已停產(chǎn),鍋爐正在拆除。為緩解集中供汽等成本和環(huán)保壓力,同時(shí)適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)對(duì)噴漿紙需求增長(zhǎng)的需要,該紙廠新建一臺(tái)高速新月形噴漿紙機(jī),車速750 m/min,出紙幅寬3500 mm,生產(chǎn)14～25 g/m2的高檔生活用紙,計(jì)算噸紙汽耗2.2～2.5 t。在紙機(jī)系統(tǒng)中,托輥采用包聚氨酯的大直徑真空托輥,烘缸采用高效烘缸,氣罩采用高速熱風(fēng)沖擊式氣罩,熱風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有熱回收裝置,蒸汽冷凝水系統(tǒng)采用可調(diào)式熱泵,冷凝水分三級(jí)熱回收,其熱泵系統(tǒng)圖見圖4。

圖4 實(shí)例二的熱泵系統(tǒng)圖

3.3 實(shí)例三

廣西某生活用紙?jiān)垙S對(duì)其一臺(tái)雙缸3500 mm紙機(jī)(生產(chǎn)擦手紙)的改造。該紙廠原有的2臺(tái)1575 mm圓網(wǎng)紙機(jī)和2臺(tái)1880 mm紙機(jī)因環(huán)保要求已停產(chǎn)。為了應(yīng)對(duì)園區(qū)集中供汽,也為了節(jié)能提速,該紙廠于2015年9月對(duì)其3500 mm紙機(jī)實(shí)施改造,將原有呼吸氣罩更換為高速熱風(fēng)氣罩,熱風(fēng)系統(tǒng)增加了不銹鋼管板焊接式熱回收裝置,并配置在線清洗和過濾裝置,風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量由150 kW增至200 kW；增設(shè)熱泵系統(tǒng),采用2臺(tái)可調(diào)式熱泵和2臺(tái)固定式熱泵,冷凝水5級(jí)熱回收,同時(shí)完善了自動(dòng)化儀表和DCS控制系統(tǒng),各種變送器配置齊備,風(fēng)機(jī)、泵類采用變頻控制,與DCS及紙機(jī)聯(lián)動(dòng)。此次節(jié)能改造總投資額150多萬(wàn)元,預(yù)算動(dòng)態(tài)投資回收期為1.76年,2015年10月完成改造,當(dāng)年12月份園區(qū)集中供汽試運(yùn)行。節(jié)能提速效果明顯,車速由300 m/min提升至360 m/min,集中供汽試運(yùn)行時(shí),車速為340 m/min；噸紙汽耗由3.1 t降至2.4 t,節(jié)汽22.5%,而電耗并未增加,且成紙品質(zhì)特別是橫幅性能指標(biāo)有所提升,斷紙率有所下降,其熱泵系統(tǒng)流程及DCS實(shí)際運(yùn)行界面見圖5。

4 結(jié) 語(yǔ)

園區(qū)采用集中供汽后,雖然衛(wèi)生紙機(jī)的節(jié)能方案復(fù)雜,但是節(jié)能效果明顯。

紙廠應(yīng)采取技術(shù)、管理等措施積極應(yīng)對(duì),并順勢(shì)而為,抓住機(jī)會(huì),完成升級(jí)轉(zhuǎn)型,而節(jié)能改造、升級(jí)提速、高速大紙機(jī)更新?lián)Q代將是集中供汽下的衛(wèi)生紙機(jī)節(jié)能的主要發(fā)展趨勢(shì)。

圖5 實(shí)例三的熱泵系統(tǒng)DCS界面

為企業(yè)實(shí)施節(jié)能改造,具有極好的社會(huì)效益,相信政府會(huì)出臺(tái)園區(qū)補(bǔ)貼、節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)等越來(lái)越多的鼓勵(lì)政策,節(jié)能量測(cè)量、有效熱能計(jì)量、峰谷階梯汽價(jià)、區(qū)域梯級(jí)用能等創(chuàng)新性量化技術(shù)也會(huì)有越來(lái)越多的人重視、研究,從而為節(jié)能審計(jì)、能量精細(xì)化管理和節(jié)能項(xiàng)目的精準(zhǔn)扶持提供依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：馬 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

張 弛先生,在讀工程碩士研究生；主要從事紙機(jī)及其節(jié)能設(shè)計(jì)研究工作。

2016- 04-13(修改稿)

TS755

A

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