生活用紙生產(chǎn)過程節(jié)能降耗實(shí)踐

楊致富 維達(dá)紙業(yè)(浙江) 有限公司

王波 梁新強(qiáng) 維達(dá)國際控股有限公司

1 引言

生活用紙因市場需求穩(wěn)定增長且設(shè)備投資門檻較低，在過去的10多年中得以蓬勃快速發(fā)展。2007年全國生活用紙總產(chǎn)能為500萬t左右，到2017年其總產(chǎn)能接近1,300萬t［1］。從市場需求上來看，雖然消費(fèi)量穩(wěn)步增長，但消費(fèi)增速要遠(yuǎn)低于產(chǎn)能投放增速。2017年全國生活用紙表觀消費(fèi)量約為900萬t，不到總產(chǎn)能的70%。在產(chǎn)能過剩的大背景下，生活用紙行業(yè)開機(jī)率不足，市場開拓難度和費(fèi)用增加，行業(yè)利潤受到強(qiáng)烈擠壓。另一方面，隨著電商的興起，消除了之前存在的小品牌、小紙廠的銷售半徑的瓶頸。同時，隨著國產(chǎn)紙機(jī)技術(shù)的突破，憑借其價格優(yōu)勢以及出色的能耗水平，迅速在行業(yè)立足。電商+國產(chǎn)紙機(jī)的組合，大幅度提升了中小型生活用紙企業(yè)的競爭力，給維達(dá)等生活用紙行業(yè)巨頭形成了一定的沖擊。

因此想辦法降低生產(chǎn)成本，提升公司盈利水平，成為生活用紙行業(yè)從業(yè)人員的首要任務(wù)。作為生活用紙企業(yè)的生產(chǎn)管理者，分析生產(chǎn)成本組成、選擇可行的方向并制定合理的實(shí)施計(jì)劃，成為檢驗(yàn)生活用紙企業(yè)管理者的重要指標(biāo)。

2 生活用紙生產(chǎn)成本的構(gòu)成

和傳統(tǒng)的造紙工業(yè)類似，原料、能源、設(shè)備折舊、輔料、人工、設(shè)備維修構(gòu)成了生活用紙的主要成本［2］。但生活用紙的成本構(gòu)成中，各部分的比例又與文化紙、工業(yè)用紙有所不同。

2.1 原料

纖維原料成本是生活用紙成本的最重要構(gòu)成部分，但不同于文化紙和包裝用紙，生活用紙不能通過添加填料等提高灰分的辦法來降低漿板耗用。生活用紙生產(chǎn)中，纖維原料成本約占總成本的75%～85%［3］。

2.2 能源

能源成本是生活用紙成本構(gòu)成中僅次于纖維原料成本的組成部分。能源成本（電、蒸汽）占總成本的12%～15%，在過程成本（制造成本）中，占比高達(dá)65%～70%［4］。尤其是近年來煤、天然氣等能源價格持續(xù)高位，進(jìn)一步推高了原紙的生產(chǎn)成本。圖1為華東某地市場煤炭信息價格走勢，從2016年下半年開始價格持續(xù)高位。而對于使用煤改氣的生活用紙企業(yè)而言，其蒸汽的能源消耗占比會更高。

2.3 設(shè)備折舊

設(shè)備折舊在總成本占比2%～6%，占過程成本的6%～18%。這部分的固定費(fèi)用，基本沒有降低的空間。

2.4 人工、輔料、維修因其占比較低，成本優(yōu)化空間不大。

3 成本優(yōu)化的方向

3.1 纖維原料

考慮到生活用紙的特殊性，我們無法通過降低漿板耗用來降低成本，但在生活用紙的纖維原料組成上，通常需要使用一定量的針葉長纖維，來保證成紙的強(qiáng)度。受市場影響，針葉/闊葉木漿的價格差一直在波動，甚至出現(xiàn)價格倒掛。但是從2017年10月開始，針葉/闊葉木漿期貨存在明顯差價，在之后的10個月中，差價一直維持在90美元/t左右（如圖2所示），這為原料的成本節(jié)降提供了空間。而現(xiàn)貨市場的價格差波動更大，進(jìn)入2019年，針葉/闊葉木漿現(xiàn)貨價格平均差價基本維持在500～700元/t（數(shù)據(jù)來源：公開數(shù)據(jù)整理）。若通過磨漿工藝的優(yōu)化，可顯著改善闊葉木漿強(qiáng)度，則可節(jié)降針葉木漿用量，節(jié)降纖維成本。每降低1%的針葉木漿耗用比例，噸紙可以減少5～7元的原料成本。

3.2 能源

近幾年國產(chǎn)紙機(jī)在行業(yè)安裝很多。最新的國產(chǎn)紙機(jī)在設(shè)計(jì)時充分考慮了設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在傳動配置、熱回收方面都做了大量的工作。因此其能源耗用相較先前國內(nèi)各大生活用紙廠的進(jìn)口紙機(jī)較低。

更多的大型生活用紙集團(tuán)、工廠選擇了進(jìn)口紙機(jī)。進(jìn)口紙機(jī)設(shè)計(jì)余量較大，在紙機(jī)穩(wěn)定性、可靠性、功能性、車速和設(shè)計(jì)產(chǎn)能相對更有優(yōu)勢。對于各大生活用紙集團(tuán)，其運(yùn)行中的紙機(jī)中，有很大一部分開機(jī)時間接近甚至超過了10年。而設(shè)計(jì)時間更早的紙機(jī)，很多新的節(jié)能技術(shù)沒有機(jī)會配備，這部分生產(chǎn)線，在能源節(jié)降上存在相當(dāng)大的空間。

另外，維達(dá)集團(tuán)自2016年開始，逐步在部分生產(chǎn)基地和紙機(jī)生產(chǎn)線安裝MES（Manufacturing Execution System）系統(tǒng)。隨著MES系統(tǒng)的逐步完善，大量在線數(shù)據(jù)的開發(fā)和應(yīng)用，在工廠制定矢量節(jié)能規(guī)劃，發(fā)現(xiàn)和鎖定技改節(jié)能收益，展現(xiàn)了不可或缺的重要價值。

3.3 紙機(jī)效率

相比較而言，衛(wèi)生紙機(jī)單機(jī)產(chǎn)出較小，很少會有工廠能像工業(yè)用紙、文化紙機(jī)一樣配備完善的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，從而無法實(shí)時監(jiān)控紙機(jī)的效率數(shù)據(jù)（如損紙率等）。而一般的生活用紙的損紙率可能高達(dá)8%～10%，這部分損失的規(guī)避，對提高紙機(jī)效率，降低成本及減少折舊具有重要的意義。

另外，生活用紙為了保證紙張吸水性、手感，在剝離烘缸時進(jìn)行起皺。在相同的目標(biāo)要求下，通過工藝改進(jìn)，提升紙機(jī)卷取率，也具有非常大的經(jīng)濟(jì)價值。

根據(jù)如上分析，對于生活用紙企業(yè)，其成本節(jié)降的主要方向應(yīng)集中在降低針葉木漿耗用、節(jié)降能耗以及提升紙機(jī)運(yùn)行效率上。

4 成本優(yōu)化的實(shí)踐

4.1 磨漿工藝優(yōu)化，降低針葉木漿比例

造紙行業(yè)是“七分漿，三分紙”，要想生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)異的紙張，需要將精力更多放在漿料的品質(zhì)提升和管控上。生活用紙?jiān)趯?shí)際生產(chǎn)過程中，對強(qiáng)度、松厚度都具有很高的要求，而強(qiáng)度和松厚度又存在強(qiáng)烈的矛盾關(guān)系。重磨漿紙張強(qiáng)度好，但松厚度不夠，此時需要提高起皺率，以彌補(bǔ)厚度的不足，這樣會犧牲了紙機(jī)運(yùn)行效率；反之，輕磨漿則紙張松厚度改善，但強(qiáng)度又變差，紙機(jī)運(yùn)行效率保證了，但又需要增加針葉木漿用量彌補(bǔ)強(qiáng)度損失，導(dǎo)致成本的上升。

對多數(shù)紙廠而言，在制定磨漿工藝時，會設(shè)定一個打漿度的范圍值。只要在這個范圍內(nèi)則視為正常。而磨漿參數(shù)，如通過量、磨漿濃度、磨漿功率等是相互影響的，而這些影響則是打漿度無法真實(shí)反映出來的。為了更好的反映磨漿過程對成紙強(qiáng)度、松厚度的關(guān)系，以便尋找到磨漿工藝的最優(yōu)解，達(dá)到紙張料強(qiáng)度、松厚度、磨漿能耗的最佳平衡，我們對各個參數(shù)對漿料的抗張指數(shù)、松厚度進(jìn)行對比測試。

（1）進(jìn)漿壓力的影響：測試結(jié)果顯示，磨漿機(jī)進(jìn)漿壓力維持在1.2～1.5kg/cm2時，強(qiáng)度和松厚度可以達(dá)到最優(yōu)平衡。不同的磨漿機(jī)有不同的的最優(yōu)壓力值，這與磨漿機(jī)的類型，磨片型號以及漿料中的針葉木漿比例都有莫大的關(guān)系。

圖3 磨漿機(jī)的磨漿壓力對抗張指數(shù)和松厚度的影響

（2）濃度的影響：測試結(jié)果顯示，在相同磨漿能耗時，不同的濃度數(shù)據(jù)會有明顯的變化。測試條件下，4.0%的磨漿濃度，達(dá)到了強(qiáng)度和松厚度的最優(yōu)解。當(dāng)然，這個最優(yōu)濃度并不是固定不變的，會受纖維構(gòu)成，磨漿機(jī)和磨片的選型等影響。

圖4 磨漿濃度對抗張指數(shù)和松厚度的影響

（3）功率的影響：慣性思維模式里，相同條件下，磨漿功率越高，強(qiáng)度越好。針對闊葉木漿的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，磨漿功率存在最優(yōu)值，超出一個值后，并不會發(fā)生明顯變化，這對磨漿能耗的降低，存在指導(dǎo)性的意義。

圖5 磨漿功率對抗張指數(shù)和松厚度的影響

通過如上大量的測試數(shù)據(jù)的分析和比對，我們初步掌握了各個磨漿機(jī)的最佳工藝，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了在漿料處理能耗基本不變的前提下，針葉木漿用量大幅降低，為公司持續(xù)節(jié)省大量原料成本。同時，所得的數(shù)據(jù)對未來磨片結(jié)構(gòu)改進(jìn)和磨漿工藝優(yōu)化，具有非常大的指導(dǎo)意義。

4.2 強(qiáng)化毛毯清洗，降低紙機(jī)能耗

正如前面提到，對于生活用紙的生產(chǎn)，能源成本（蒸汽和電）在其制造過程成本中占比達(dá)65%以上。造紙的過程就是紙頁成型和脫水的過程，紙頁中水分的脫除速度和脫除效率，對能源的節(jié)降，尤其是在烘缸上的蒸汽節(jié)降起到了決定性作用。因此在選擇攻關(guān)方向上，我們集中力量把毛毯作為第一突破口。毛毯一旦出現(xiàn)問題，既會通過真空負(fù)載增加造成真空電耗和傳動電耗增加，又會降低原紙上缸干度，造成蒸汽耗用的上升；同時，毛毯的狀態(tài)直接決定了紙機(jī)的效率，以及一些外觀質(zhì)量問題，如“針孔”。

高濕強(qiáng)的面巾紙是維達(dá)紙業(yè)的主要產(chǎn)品。高用量的濕強(qiáng)劑(PAE 樹脂) 在進(jìn)入紙機(jī)系統(tǒng)后，極容易在毛毯發(fā)生沉積，從而導(dǎo)致毛毯局部或整體堵塞。毛毯一旦出現(xiàn)堵塞，則會導(dǎo)致真空泵真空度上升，功率上升，電耗大幅度增加。同時，因毛毯真空度升高，毛毯與真空箱的阻力增加，導(dǎo)致傳動負(fù)載上升，以及增加毛毯表面磨損。

圖6 毛毯堵塞后引起的能耗增加

實(shí)際生產(chǎn)過程中，因毛毯問題引起的質(zhì)量隱患，效率下降、以及成本上升防不勝防。近兩年來，我們聯(lián)合上游廠家，組建團(tuán)隊(duì)進(jìn)行集中攻關(guān)，針對毛毯做了大量的技改實(shí)踐，主要集中在如下幾個方面：

（1）更換真空箱面板，將毛毯真空停留時間從2ms延長到4ms，提升真空系統(tǒng)對毛毯的清潔能力。

（2）更換毛毯高壓系統(tǒng)，采用智能高壓系統(tǒng)，降低高壓覆蓋率，提升高壓壓力。同時又具備定點(diǎn)清洗功能，改善毛毯清洗效果。

（3）聯(lián)合化學(xué)品廠家研發(fā)團(tuán)隊(duì)，共同開發(fā)新型的毛毯保潔清洗劑，改善毛毯透氣度，維持紙機(jī)長期高速運(yùn)行，徹底解決毛毯清潔問題。

通過一系列的優(yōu)化和改善，紙機(jī)真空能耗在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)顯示，維達(dá)某工廠川之江BF-12紙機(jī)噸紙真空耗電下降了42.8%。目前優(yōu)化后的紙機(jī)真空泵能耗與使用透平真空的能耗數(shù)據(jù)相近。同時，毛毯壽命從2個月延長到5個月以上（圖7）。

對毛毯清潔問題進(jìn)行攻關(guān)解決的同時，對蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化我們也做了如下工作，并取得了一定的成績：

（1）對壓榨部進(jìn)行優(yōu)化，以提升紙頁上缸干度。

（2）安裝熱回收系統(tǒng)，通過回收排風(fēng)熱焓，降低蒸氣耗用。

圖7 維達(dá)紙業(yè)某工廠毛毯壽命數(shù)據(jù)

經(jīng)過如上一系列的針對毛毯及烘缸熱能回收的技術(shù)改造，工廠紙機(jī)的運(yùn)行能耗明顯下降，為公司持續(xù)節(jié)約大量的能源成本。

4.3 紙機(jī)效率的探索

從某種意義上來看，生活用紙紙機(jī)效率損失屬于一種隱性損失。每一次的損失都不大，所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中極容易被忽略。我們通過大量的數(shù)據(jù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)效率累計(jì)損失驚人，對生產(chǎn)成本有直接的影響。為了最大可能的提升效率，大量的技術(shù)力量投放在整個紙機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和分析上，在如下幾個方面顯著改善了紙機(jī)運(yùn)行效率：

（1）通過對磨漿工藝的優(yōu)化，有效改善了纖維松厚度和強(qiáng)度的平衡，卷取率得以提升；

（2）毛毯問題的解決，確保整個毛毯周期內(nèi)，紙機(jī)能滿負(fù)荷運(yùn)行，大大減少因毛毯脫水問題引起的紙機(jī)降速和斷紙問題，同時減少因毛毯質(zhì)量缺陷引起的產(chǎn)量損失；

（3）使用合金刀替代普通鋼刀，用于衛(wèi)生紙起皺，將單片刮刀使用壽命從2小時延長到了80小時，減少了總產(chǎn)量約0.8%的損紙量。

5 成本優(yōu)化的成效

通過對如上紙機(jī)系統(tǒng)各部的持續(xù)技術(shù)改造，維達(dá)紙業(yè)某工廠在纖維成本、能耗、紙機(jī)運(yùn)行效率和碳排放等各個方向均取得了長足的進(jìn)步。

（1）纖維：如圖8所示，對比2018年1月，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，2018年12月，長纖漿耗用比例下降10%以上，節(jié)省了可觀的纖維成本。

圖8 維達(dá)紙業(yè)某工廠長纖漿耗用趨勢圖

（2）能耗：以川之江BF-12為例，對比2014年，2018年噸紙蒸汽耗用下降33.7%，電耗下降19%。如圖9所示。

圖9 維達(dá)紙業(yè)某工廠BF12紙機(jī)噸紙能耗變化趨勢

（3）紙機(jī)效率：通過持續(xù)不斷的數(shù)據(jù)收集分析，并對系統(tǒng)進(jìn)行改造。2018年較2017年，紙機(jī)卷取率提升了2%以上，相當(dāng)于增加了2%以上的產(chǎn)能。與此同時，損紙率持續(xù)下降，從最高的8%逐步降低到3%附近，并保持穩(wěn)定。如圖10所示。

圖10 維達(dá)紙業(yè)某工廠卷取率和損紙率變化趨勢

（4）碳排放：對比2013年，2018年碳排放下降21.7%。如圖11所示。

圖11 維達(dá)紙業(yè)某工廠噸紙?zhí)寂欧帕孔兓?/p>

6 結(jié)束語

通過對磨漿工藝、毛毯清潔、壓榨部、熱回收等一系列技術(shù)的改造和優(yōu)化，公司節(jié)省了大量的原料成本和能源成本，為公司利潤提升做出持續(xù)的貢獻(xiàn)。技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化在節(jié)降成本的同時，碳排放量大幅度降低，為中國造紙工業(yè)的節(jié)能減排和綠色可持續(xù)發(fā)展持續(xù)貢獻(xiàn)自己的力量。