造紙工業(yè)廢氣資源綜合利用：固碳制備輕質(zhì)碳酸鈣的工程實踐

摘要： 本課題介紹了造紙熱電廢氣資源綜合利用處理工藝，應(yīng)用于特種紙生產(chǎn)的輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)運(yùn)行情況。生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，項目生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣（輕鈣） 可分為漿狀輕鈣（固含量20%） 和餅狀輕鈣（固含量gt;50%） 2類。產(chǎn)品參數(shù)中顆粒平均粒徑為1. 0～2. 2 μm，比表面積為7～16 m2/g，可供貨于相關(guān)造紙企業(yè)。對造紙工業(yè)廢氣資源綜合利用，年度能耗量為1 032. 4萬kWh，折算成消耗標(biāo)準(zhǔn)煤293. 2 tce（等價值），固定廢氣中二氧化碳達(dá)5. 4萬t，可有效實現(xiàn)節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：熱電廢氣；綜合利用；輕鈣生產(chǎn)；節(jié)能減排

中圖分類號：TS79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 02. 016

造紙工業(yè)作為能源消耗相對較高的行業(yè)，是溫室氣體排放的重要來源之一[1-3]。全球造紙工業(yè)在1961—2019 年期間產(chǎn)生了435 億t 二氧化碳當(dāng)量（CO2eq） 的溫室氣體排放，占同期全球人為溫室氣體排放的4.2%。在不采取任何減排措施的情況下，預(yù)測到2050年，全球主要造紙國家的凈溫室氣體排放量將達(dá)到一個顯著水平，無法實現(xiàn)凈零排放目標(biāo)[4]。中國作為造紙大國，2019年全國能耗總量為48.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中造紙工業(yè)能耗為3 847萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能耗總量的0.5%；盡管如此，紙漿單位產(chǎn)品的綜合能耗與發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定差距[5-7]。因此，在“雙碳”目標(biāo)下，如何實現(xiàn)造紙工業(yè)的節(jié)能降耗并減少碳排放，是該行業(yè)實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

造紙工業(yè)的碳排放主要可以分為3 類：直接排放、過程排放和間接排放[8]。其中，直接排放來源于自備熱電站、石灰窯和紙機(jī)干燥等環(huán)節(jié)，在這些過程中，煤炭、天然氣、柴油等化石燃料的燃燒會釋放出大量二氧化碳。據(jù)統(tǒng)計，浙江衢州某造紙企業(yè)末端廢氣資源中可利用的二氧化碳量達(dá)5.4 萬t/年，因此，利用造紙工業(yè)排放的這些末端廢氣資源，加強(qiáng)低碳、零碳、負(fù)碳的科技攻關(guān)，同時，結(jié)合造紙工業(yè)特點，推進(jìn)末端減碳技術(shù)在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)并發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

輕質(zhì)碳酸鈣（簡稱輕鈣） 是一種重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，其最大應(yīng)用領(lǐng)域是造紙工業(yè)[9-10]。目前，輕鈣在造紙工業(yè)領(lǐng)域中的用量已超過滑石粉。我國輕鈣企業(yè)超過500家，2017年，中國輕鈣市場規(guī)模為91.1億元，同比增長8.9%；到2021年，中國輕鈣市場規(guī)模達(dá)到了115.0億元，同比增長6.2%。整體來看，我國輕鈣行業(yè)的集中度非常低，企業(yè)規(guī)模普遍較小，且質(zhì)量穩(wěn)定性差。在輕鈣生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的穩(wěn)定性與成本控制是核心要素，同時，在工程設(shè)計中，設(shè)備的選用、能耗的控制以及余熱的利用均是關(guān)鍵的技術(shù)考量因素[11]。本工程項目利用企業(yè)現(xiàn)有的鍋爐尾部排放煙氣與Ca（OH）2反應(yīng)產(chǎn)生輕鈣供造紙企業(yè)使用。本研究構(gòu)建了“廢氣資源化-熱能梯級利用-產(chǎn)品自循環(huán)”三位一體的技術(shù)體系：通過耦合鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)與輕鈣合成工藝，實現(xiàn)二氧化碳捕集與碳酸鈣合成的原位耦合；開發(fā)余熱回收裝置將反應(yīng)熱回用于紙機(jī)干燥環(huán)節(jié)，形成跨工序的能量協(xié)同網(wǎng)絡(luò)；所產(chǎn)輕鈣直接通過管道輸送至造紙車間，替代外購填料。本工程項目在節(jié)能減排方面的綜合貢獻(xiàn)，為可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)，以期為相關(guān)行業(yè)提供技術(shù)參考和實踐經(jīng)驗。

1 造紙熱電廢氣綜合利用系統(tǒng)

浙江某能源發(fā)展有限公司是一家經(jīng)營燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)、新能源、生物質(zhì)能源、公共工程項目的企業(yè)。該企業(yè)根據(jù)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019 年本）》開展廢氣資源綜合利用碳減排工程。目前，一期工程已建成2臺130 t/h高溫高壓（9.81 MPa，540 ℃） 循環(huán)流化床鍋爐（1用1備） 和1臺CB 15 MW抽背汽輪發(fā)電機(jī)組（8.83 MPa， 535 ℃）； 二期已建成2 臺130 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐配1臺 CB 15 MW高溫高壓抽汽背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，1臺130 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐配1臺B18高溫高壓背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組。造紙熱電廢氣綜合利用系統(tǒng)通常包括廢氣收集、凈化處理、能源回收和再利用等多個環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)能夠收集造紙過程中產(chǎn)生的廢氣，通過凈化處理去除其中的有害物質(zhì)，然后利用廢氣中的熱能進(jìn)行發(fā)電或供熱，實現(xiàn)能源的再利用。

廢氣收集系統(tǒng)：造紙過程產(chǎn)生大量的廢氣（熱電廢氣、工藝廢氣） 等通過專門的收集系統(tǒng)被收集起來。收集到的廢氣經(jīng)過凈化處理，去除其中的有害物質(zhì)。常見的凈化處理方法包括活性炭吸附、催化燃燒、洗滌塔凈化等。這些方法能夠有效地去除廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）、顆粒物、二氧化硫等污染物。進(jìn)一步利用廢氣中二氧化碳與經(jīng)過吸附和碳化反應(yīng)生成造紙用輕鈣，達(dá)到固碳效果。

能源回收系統(tǒng)：經(jīng)過凈化處理的廢氣中仍然含有大量的熱能，這些熱能通過熱交換器、熱泵等設(shè)備被回收利用，并用于加熱造紙過程中的水或其他介質(zhì)；或利用廢氣中的熱能驅(qū)動蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電；也可以將熱能傳遞給造紙機(jī)的烘缸等加熱系統(tǒng)，形成熱循環(huán)。

本工程項目綜合利用5.4萬t二氧化碳，副產(chǎn)物為12萬t輕鈣，其中輕鈣將提供給浙江某特種紙公司用作高檔造紙?zhí)盍?，有效提高紙張品質(zhì)，同時提高紙張灰分，提高脫水效果，降低蒸汽消耗，減少網(wǎng)布和切紙刀磨耗；系統(tǒng)區(qū)域造紙企業(yè)通過管道將輕鈣漿料直接輸送到紙機(jī)，減少了使用干粉輕鈣的裝卸和分散環(huán)節(jié)，減少了揚(yáng)塵，進(jìn)一步節(jié)能減排，有助于降低該特種紙公司的綜合造紙成本。同時，將餅狀輕鈣打包輸送到其他較遠(yuǎn)距離造紙企業(yè)，形成收益閉環(huán)。

2 工藝流程及說明

圖1是造紙工業(yè)廢氣資源綜合利用工藝流程圖。由圖1可知，廢氣資源綜合利用工藝流程的主體為某能源企業(yè)熱電廢煙氣預(yù)處理-石灰料消化過篩-碳化反應(yīng)-低固產(chǎn)品過篩-中固含產(chǎn)品處理與包裝工序，支線為廢煙氣余熱回收體系用于驅(qū)動蒸汽輪機(jī)發(fā)電和造紙機(jī)烘缸加熱，最終產(chǎn)品為造紙用輕鈣。

2. 1 煙氣處理

輕鈣生產(chǎn)過程中需以富含二氧化碳的煙氣為原料。此類煙氣主要來自于電廠煙囪，經(jīng)過靜電除塵器處理后，已達(dá)到國家規(guī)定排放要求。煙氣首先經(jīng)過位于輕鈣工廠內(nèi)的文丘里裝置，以進(jìn)一步去除其中的顆粒物；然后經(jīng)過填料冷卻塔處理，使煙氣溫度進(jìn)一步冷卻，以利于壓縮機(jī)高效率工作。煙氣冷卻通過循環(huán)冷卻水完成，在填料冷卻塔中，煙氣直接與冷卻水接觸，將溫度控制在30～35 ℃。冷卻水溫度的調(diào)控主要通過調(diào)節(jié)其流經(jīng)冷卻塔的流量，并結(jié)合啟停冷卻塔風(fēng)扇或調(diào)節(jié)變頻器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以控制空氣對流強(qiáng)度，從而實現(xiàn)冷水溫度的精確調(diào)控。

為提升二氧化碳富集效率并降低能耗，系統(tǒng)在冷卻處理環(huán)節(jié)后增設(shè)了吸附/吸收單元。通過采用具有高選擇性和快速脫附特性的新型材料，在常溫條件下實現(xiàn)煙氣中二氧化碳的初步富集，捕集效率提升至90%以上。經(jīng)吸附富集的氣體進(jìn)入兩級壓縮系統(tǒng)，在提升壓力的過程中同步實施膜分離工藝。整個過程通過耦合吸附與膜分離技術(shù)，形成多級提純工藝，最終獲得滿足輕鈣生產(chǎn)要求的高濃度二氧化碳?xì)怏w。

2. 2 石灰料消化過篩

2. 2. 1 石灰卸料和儲存

石灰是輕鈣生產(chǎn)的主要原材料，以固體方式運(yùn)輸。小顆粒狀活性石灰（典型的顆粒粒徑≤ 35 mm）由市場外購，通過散裝卡車配合汽車翻板或自卸卡車卸料到1個緩沖料斗，通過石灰螺旋輸送機(jī)后，石灰直接送入斗式提升機(jī)入口，并提升至石灰料倉。石灰卸料和斗式提升機(jī)產(chǎn)生的粉塵由袋式除塵器收集并回收，廢氣經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。

2. 2. 2 石灰消化和過篩

石灰由螺旋輸送機(jī)從料倉中送至消化器。在消化器中，加入工藝水并與生石灰反應(yīng)，生成消石灰Ca（OH）2。反應(yīng)方程式為CaO + H2O = Ca（OH）2。

控制閥調(diào)節(jié)水流、控制溫度，確保消化反應(yīng)在設(shè)定的溫度下進(jìn)行。計算機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，以匹配生石灰的反應(yīng)活性，確保所有生石灰轉(zhuǎn)化為Ca（OH）2。低固含量的消石灰乳液從消化器中溢流到振動篩，反應(yīng)后的大顆粒殘渣被篩出；消化乳液通過振動篩進(jìn)入緩沖罐，然后被泵送至消化乳液儲罐；篩出的大顆粒殘渣進(jìn)入脫水螺旋機(jī)，經(jīng)水洗和脫水處理后，在重力作用下落到正下方的渣坑區(qū)域臨時存放。對某些特殊晶型和粒徑要求的輕鈣，消化乳液在輸送至儲罐并進(jìn)入碳化工序之前，需先經(jīng)過板式換熱器進(jìn)行冷卻處理，以降低其溫度。

2. 3 碳化反應(yīng)

消化乳液泵入碳化反應(yīng)釜，鼓風(fēng)機(jī)將處理后含有二氧化碳的煙氣從碳化釜底部送入，消石灰與二氧化碳進(jìn)行碳化反應(yīng)。反應(yīng)方程式為Ca（OH）2 + CO2 =CaCO3 + H2O。

造紙用輕鈣的所有特性（如粒徑、晶型和pH值等） 均在碳化過程中形成并得到控制，通過精準(zhǔn)控制反應(yīng)條件（如溫度、pH值、攪拌速度），提升反應(yīng)速率和產(chǎn)品質(zhì)量。氣體經(jīng)充分利用后從碳化反應(yīng)釜上部逸出，經(jīng)捕沫器和除霧器凈化后，再經(jīng)單獨的風(fēng)機(jī)增壓后送回到電廠煙囪。碳化的全過程均被計算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)視和控制，當(dāng)反應(yīng)到終點時，控制系統(tǒng)會按程序停止通氣。輕鈣漿液為白色，pH值為中性，填料級固含量約為20% （最大），并被送至預(yù)篩罐。對某些特殊晶型和粒徑要求的輕鈣，通過添加劑（如晶型控制劑、表面活性劑） 或超聲/微波輔助手段，調(diào)控碳酸鈣的晶型（如方解石型或文石型）、粒徑和形貌，滿足造紙行業(yè)對輕質(zhì)碳酸鈣的特定需求（如高白度、低吸油值）。

2. 4 低固含量產(chǎn)品過篩

預(yù)篩泵將輕鈣漿液泵至產(chǎn)品篩進(jìn)行過篩處理，漿液中的殘渣將被篩出并落入廢渣輸送螺旋機(jī)。處理后的輕鈣漿液落入緩沖罐并被泵至產(chǎn)品過濾器，然后送至產(chǎn)品儲罐；濕的廢渣將被排到廢渣坑，分離的水將排至室內(nèi)廢水溝。本工程系統(tǒng)通過管道將造紙企業(yè)所需的漿狀輕鈣直接輸送至車間紙機(jī)。

2. 5 中固含量產(chǎn)品處理與包裝

2. 5. 1 中固含量產(chǎn)品處理

使用板框壓濾機(jī)，將漿狀輕鈣從最高固含量約20%脫水至固含量50%～55%的餅鈣；作為批次操作，漿狀輕鈣輸送泵將從產(chǎn)品罐向壓濾機(jī)輸送漿狀輕鈣以捕獲固體。當(dāng)壓濾工序完成后，操作工人打開壓濾機(jī)，并讓濾餅自動下落至濾餅皮帶輸送機(jī)。當(dāng)進(jìn)料罐液位較低時，濾液將循環(huán)回流至壓濾機(jī)進(jìn)料罐，以維持通過壓濾機(jī)的穩(wěn)定流量。隨后，濾液將被輸送至濾液罐，進(jìn)行進(jìn)一步循環(huán)或處理。

2. 5. 2 中固含量產(chǎn)品包裝

將來自壓濾機(jī)的餅鈣，通過皮帶輸送機(jī)給料控制結(jié)構(gòu)，無級變頻調(diào)速控制給料速度，結(jié)合精度控制實現(xiàn)包裝速度和精度的自動控制，使產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠。包裝時只需人工掛袋，給定信號后，便可完成自動灌裝、自動計量、滿稱時自動停機(jī)、卸袋的工作循環(huán)，隨后由叉車或輸送機(jī)直接輸出后轉(zhuǎn)運(yùn)到產(chǎn)品倉庫。

根據(jù)化工生產(chǎn)裝置自控發(fā)展趨勢，熱電廢氣綜合利用系統(tǒng)自控采用中央控制室和就地控制室相結(jié)合的原則。本工程項目所有須集中測量和控制的信號均接至分散控制系統(tǒng)（DCS） 內(nèi)，各裝置重要的機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)、開停信號、電流信號均引入該DCS，并通過信號通信傳輸至DCS控制室。為確保工藝裝置生產(chǎn)過程的自動控制滿足集中控制和檢測的需求，所選用的現(xiàn)場儀表需適應(yīng)工藝介質(zhì)的特性，并保障裝置長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，主控裝置采用DCS，保證裝置安全、高效、長周期運(yùn)行；主要設(shè)備的溫度、壓力等參數(shù)采用集中顯示，其他次要部分采用就地顯示。

本工程項目綜合利用熱電廠煙氣中的二氧化碳，煙氣被利用后經(jīng)除霧處理送回?zé)犭姀S煙囪，除部分卸料粉塵外，不新增廢氣源；廢渣用于熱電廠脫硫脫硝系統(tǒng)，“三廢”較少。產(chǎn)品質(zhì)量高且穩(wěn)定，漿狀輕鈣直接通過管道運(yùn)送至衛(wèi)星造紙廠利用，減少運(yùn)輸中間的排放及能耗；其他餅狀輕鈣打包輸送到當(dāng)?shù)靥胤N紙相關(guān)企業(yè)。

3 主要構(gòu)筑物及運(yùn)行參數(shù)

3. 1 煙氣處理構(gòu)筑物

煙氣處理構(gòu)筑物主要由煙氣返回風(fēng)機(jī)、填料冷卻洗滌塔、冷卻塔和冷卻水回水泵組成。①煙氣返回風(fēng)機(jī)選擇單機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)為功率和風(fēng)量，功率指風(fēng)機(jī)輸出能量的能力，風(fēng)量指風(fēng)機(jī)在單位時間內(nèi)能夠排出的空氣體積，二者直接決定了風(fēng)機(jī)能夠提供的動力大小。技術(shù)參數(shù)：功率=45 kW，風(fēng)量=35 000 m3/h。②填料冷卻洗滌塔主要選擇聚丙烯作為填料填充。聚丙烯材料具備耐腐蝕性和耐高溫性、耐老化性和抗紫外線性能、高散熱性能、阻力小且布水和布?xì)庑阅芎?、易成膜和切割氣泡以及成本效益高等?yōu)點。③冷卻水回水泵主要選擇離心泵，主要技術(shù)參數(shù)為功率和水力輸送能力，功率指泵在運(yùn)行時所需的驅(qū)動力，直接反映了泵的能量轉(zhuǎn)換效率，水力輸送能力直接決定了泵能夠輸送的水量和水流速度?；谀芰哭D(zhuǎn)換效率、運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性、水力輸送效率以及系統(tǒng)匹配與適應(yīng)性等方面的考慮，選擇上述技術(shù)參數(shù)可以確保冷卻水回水系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。技術(shù)參數(shù)：功率=11 kW，水力輸送能力=35 000 147 m3/h。

3. 2 石灰料消化過篩構(gòu)筑物

石灰料消化過篩構(gòu)筑物主要由斗式提升機(jī)、石灰料倉、石灰倉除塵器、石灰卸料除塵器、消化器、消化篩以及篩后消化乳液緩沖罐及攪拌器組成。①斗式提升機(jī)主要選擇板鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行平穩(wěn)和承載能力強(qiáng)的優(yōu)點，技術(shù)指標(biāo)為功率和產(chǎn)能，二者是衡量其性能和使用效率的關(guān)鍵指標(biāo)。技術(shù)參數(shù)：功率=11 kW，產(chǎn)能=25 t/h。②石灰料倉是一種封閉式的儲存散裝物料的罐體，能夠儲存大量的石灰粉物料。通過封閉式設(shè)計，石灰料倉能夠有效地防止物料受到外部環(huán)境的影響，材質(zhì)選用碳鋼，基于本工程項目產(chǎn)能，設(shè)計容量=300 t/臺。③石灰倉除塵器和石灰卸料除塵器均選用具備在線反吹功能的布袋除塵器，能夠?qū)煔庵械姆蹓m顆粒有效分離。在線反吹功能確保了除塵器在工作過程中能夠持續(xù)進(jìn)行清灰操作，從而維持較高的除塵效率，對于石灰倉這類易產(chǎn)生大量粉塵的場所尤為重要。技術(shù)指標(biāo)為功率和產(chǎn)能，處理氣體流量越大或顆粒物濃度越高，則所需的功率也越大，產(chǎn)能通常指布袋除塵器在單位時間內(nèi)能夠處理的煙氣量或粉塵量。在選擇時，應(yīng)充分考慮功率和產(chǎn)能這2個主要技術(shù)指標(biāo)，以確保除塵器能夠滿足石灰倉的實際工況需求并實現(xiàn)高效運(yùn)行。石灰倉除塵器技術(shù)參數(shù)：功率=1.5 kW，產(chǎn)能=1 490 m3/h；石灰卸料除塵器技術(shù)參數(shù)：功率=15 kW，產(chǎn)能=16 000 m3/h。④消化器選擇臥式攪拌消化器，具有混合均勻度高、殘留量少、適應(yīng)性強(qiáng)和維護(hù)方便等特點。充分考慮功率和產(chǎn)能這2個主要技術(shù)指標(biāo)，以確保消化器能夠滿足生產(chǎn)線的實際需求并實現(xiàn)高效運(yùn)行。主要技術(shù)參數(shù)：功率=18.5 kW，產(chǎn)能=10 t/h（干噸，氫氧化鈣）。消化器配套的消化篩選用單層圓篩（直徑1.8 m） 基于石灰處理效率。主要技術(shù)參數(shù)：功率=3.75 kW。⑤篩后消化乳液緩沖罐及攪拌器選用軸流式攪拌槳，具有高效的攪拌效果、節(jié)能降耗、適應(yīng)性強(qiáng)以及易于安裝和維護(hù)等優(yōu)異性能和適用特點，主要材質(zhì)為碳鋼。主要技術(shù)參數(shù)：容量=3.7 m3，功率=1.1 kW。

3. 3 碳化反應(yīng)構(gòu)筑物

碳化反應(yīng)構(gòu)筑物主要由碳化反應(yīng)釜、碳化反應(yīng)釜攪拌器、除霧器/捕沫器、鼓風(fēng)機(jī)和碳化罐輸送泵組成。①碳化反應(yīng)釜主要用于吸附二氧化碳后進(jìn)行相關(guān)碳化反應(yīng)，材質(zhì)選用碳鋼，基于產(chǎn)品產(chǎn)量和吸附閾值進(jìn)行控制。主要技術(shù)參數(shù)：設(shè)計容量=60 m3/臺。配套的碳化反應(yīng)釜攪拌器選用渦輪式攪拌槳提升石灰與二氧化碳?xì)怏w間的接觸速率，提升反應(yīng)動力。主要技術(shù)參數(shù)：功率=185 kW/臺。②除霧器/捕沫器選用折流板式編織鋼絲網(wǎng)塊，可以提高除霧/捕沫效率和優(yōu)化流體流動狀態(tài)。③鼓風(fēng)機(jī)選擇多級離心鼓風(fēng)機(jī)，具有穩(wěn)定區(qū)域廣、輸送的氣體清潔、干燥且無油以及易損件少和安裝、操作、維護(hù)簡便等優(yōu)點。主要技術(shù)指標(biāo)為功率和鼓風(fēng)能力，功率是鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中消耗的電功率，功率大小取決于鼓風(fēng)機(jī)的流量和壓力，鼓風(fēng)能力是鼓風(fēng)機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，通常用流量來表示，即單位時間內(nèi)輸送氣體的體積。具體技術(shù)參數(shù)：功率=330 kW/臺， 鼓風(fēng)能力=12 000 m3/（h?1· 臺?1）。④碳化罐輸送泵選用離心泵，功率指泵在運(yùn)行時所需的驅(qū)動力，直接反映了泵的能量轉(zhuǎn)換效率，輸送能力直接決定了泵能夠輸送的流體流量和速度。具體技術(shù)參數(shù)：功率=75 kW，輸送能力=727 m3/h。

3. 4 低固含量產(chǎn)品過篩主要構(gòu)筑物

低固含量產(chǎn)品過篩主要構(gòu)筑物包括輕鈣預(yù)篩罐及其攪拌器、預(yù)篩泵、產(chǎn)品振動篩、產(chǎn)品廢渣螺旋輸送機(jī)、輕鈣產(chǎn)品輸送泵、PCC磨機(jī)和PCC磨機(jī)輸送泵。①輕鈣預(yù)篩罐，主要作用是進(jìn)行初步篩分，確保進(jìn)入下一道工序的輕鈣物料粒度均勻，去除過大或過小的顆粒，有助于提高后續(xù)工藝的效率，同時也能夠優(yōu)化最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。材質(zhì)選用碳鋼，設(shè)計容量=132 m3。配套的預(yù)篩罐攪拌器選用軸流式攪拌槳，其獨特的葉片設(shè)計，能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的軸向和徑向流動，使物料在預(yù)篩罐內(nèi)得到充分的混合與分散。主要技術(shù)參數(shù)為功率=11 kW。②預(yù)篩泵和輕鈣產(chǎn)品輸送泵均選用離心泵，主要技術(shù)參數(shù)為功率和輸送能力，預(yù)篩泵具體技術(shù)指標(biāo)為：功率=15 kW，輸送能力=102 m3/h；輕鈣產(chǎn)品輸送泵具體技術(shù)指標(biāo)為：功率=55 kW/臺，輸送能力=159 m3/h。③PCC磨機(jī)主要用于輕鈣產(chǎn)品的破碎與磨粉，滿足制漿造紙過程中填料加填，其主要技術(shù)參數(shù)為：功率=30 kW。粉碎后的輕鈣產(chǎn)品選用螺桿泵作為輸送泵，具有流速穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、低脈動、低應(yīng)力及良好的自吸運(yùn)行的能力。針對產(chǎn)品特點和輸送產(chǎn)量，其主要技術(shù)參數(shù)為：輕鈣顆粒輸送能力=4.5 m3/h，功率=4 kW。

3. 5 中固含量含產(chǎn)品處理與包裝構(gòu)筑物

中固含量產(chǎn)品處理與包裝構(gòu)筑物主要包括種子罐及其攪拌器、壓濾機(jī)、濾液壓濾罐、濾液壓濾罐輸送泵、濾餅壓濾水輸送泵和酸洗儲存/循環(huán)輸送泵。①種子罐主要用于中固含量產(chǎn)品的初步儲存與分散，基于項目產(chǎn)能設(shè)計容量=5.7 m3。種子罐攪拌器選用軸流式攪拌槳，其適用于固體懸浮、液體混合和傳熱等要求泵吸能力高、大流量、低剪切的場合。種子罐攪拌器可產(chǎn)生強(qiáng)烈的軸向流動，從而有效地促進(jìn)種子罐內(nèi)物料的混合和均勻分布。主要技術(shù)參數(shù)為：攪拌槳功率=4 kW/臺。②壓濾機(jī)選用板框壓濾機(jī)，能夠有效地將固體與液體分離，具有過濾推動力大且濾餅含水率低的優(yōu)點。主要技術(shù)參數(shù)為：功率=11 + 2.2 +1.1=14.3 kW（每臺）。③濾液壓濾罐主要用于儲存濾液并靜置，實現(xiàn)水資源循環(huán)，材質(zhì)迭用碳鋼，設(shè)計容量=94.6 m3。配套的濾液壓濾罐輸送泵選用離心泵，其主要技術(shù)參數(shù)為：濾液輸送能力=45 m3/h，功率=15 kW。④酸洗儲存/循環(huán)輸送泵也選用離心泵，主要技術(shù)參數(shù)為：輸送能力=90 m3/h，功率 =15 kW。

本工程項目構(gòu)筑物的實施依據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求，綜合考慮產(chǎn)量、壓力、溫度、腐蝕等因素，確保從投料到出產(chǎn)品的全過程符合工藝要求。通過合理設(shè)計各環(huán)節(jié)設(shè)備的體積（直接關(guān)聯(lián)到設(shè)計產(chǎn)量），滿足工藝和設(shè)備條件的需求。相關(guān)建筑依據(jù)GB 55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》、GB 50222—2017《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》、GB 50352—2019《民用建筑設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50009—2012 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和GB/T 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)開展實施。本工程項目設(shè)計的過程中充分的考慮了系統(tǒng)節(jié)能、設(shè)備節(jié)能措施，考慮了裝置規(guī)模配置合理性和用能合理性，有效降低了物料的浪費和能量單耗，提高了能量利用效率。

4 實際運(yùn)營結(jié)果及固碳評價

本工程項目所涉及的原料、中間副產(chǎn)品、副產(chǎn)品和輔助化學(xué)品包括：二氧化碳、生石灰、檸檬酸、磷酸和氨基磺酸等，其毒性均為輕度危害或輕微危害，無中度或中度以上毒性的物料；項目設(shè)計分2 期實施，每期可消耗約2.7萬t二氧化碳，最終消耗量控制在5.4萬t左右。項目所需二氧化碳由熱電廠經(jīng)過管道運(yùn)輸提供，項目副產(chǎn)漿狀輕鈣通過管道運(yùn)輸至造紙廠使用，減少運(yùn)輸過程的污染和能耗；其他餅狀輕鈣打包輸送到距離相對較遠(yuǎn)的造紙基地。項目其他原材料及輔助材料主要通過汽車進(jìn)行運(yùn)輸。

本工程項目生產(chǎn)的輕鈣將提供給浙江某特種紙公司用作高檔造紙?zhí)盍?，以有效提高紙張品質(zhì)，如提高紙張松厚度、平滑度、不透明度和白度等指標(biāo)；同時提高紙張灰分、脫水效果，降低蒸汽消耗，減少網(wǎng)布和切紙刀磨耗等；對生產(chǎn)的4種輕鈣產(chǎn)品的相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。由表2可知，本工程項目產(chǎn)品分為4類，輕鈣主要形貌結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出紡錘形、簇狀和針形。其中產(chǎn)品1、產(chǎn)品2和產(chǎn)品3平均粒徑均在1.0 μm以上，產(chǎn)品比表面積根據(jù)粒徑大小對應(yīng)增減，漿狀輕鈣固含量保持在20%以上。產(chǎn)品4主要粒徑在1.0 μm 左右， 漿狀輕鈣固含量較低（14.0%）。以上4類產(chǎn)品經(jīng)過中固含量產(chǎn)品處理工藝后形成的餅狀輕鈣，固含量均達(dá)到50%以上，可用于本地區(qū)其他特種紙企業(yè)生產(chǎn)使用。

本工程項目在實施期內(nèi)生產(chǎn)過程能耗如表3 所示。由表3可知，項目年能耗為1 032.4萬kWh，折算成消耗標(biāo)準(zhǔn)煤為2 93.2 tce（等價值）。實施期內(nèi)固定二氧化碳量5.4 萬t，折算成減少碳排放2.02 萬t（以標(biāo)準(zhǔn)煤計）。本工程項目符合浙江省衢州市產(chǎn)業(yè)政策和有關(guān)節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)。本工程項目各生產(chǎn)車間采用先進(jìn)節(jié)能設(shè)備，布置智能化能源供應(yīng)系統(tǒng)，可有效降低能耗。同時依托能源、造紙企業(yè)的優(yōu)勢公用資源（企業(yè)熱電廠等原料的供應(yīng)，廢水、廢氣處置等公用工程的供應(yīng)，副產(chǎn)品核心區(qū)域聯(lián)通輸運(yùn)），充分體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。

5 結(jié)論

本項目構(gòu)建了“廢氣資源化-熱能梯級利用-產(chǎn)品自循環(huán)”三位一體的技術(shù)體系，充分利用集團(tuán)上下游的優(yōu)勢，體現(xiàn)出明顯的可持續(xù)發(fā)展特點，符合國家產(chǎn)業(yè)政策的發(fā)展方向，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。創(chuàng)新地開發(fā)了新型分離技術(shù)，實現(xiàn)低能耗、高效率的二氧化碳富集，同時通過晶型調(diào)控技術(shù)，滿足了造紙行業(yè)對輕質(zhì)碳酸鈣的特殊性能需求。項目計劃新建年處置及綜合利用5.4 t二氧化碳和12 t輕鈣的生產(chǎn)裝置，項目總投資為2 980 萬元，預(yù)計達(dá)產(chǎn)后年均收入為16 920萬元，年均凈利潤為9 412萬元。隨著國內(nèi)輕鈣市場的穩(wěn)定增長及集團(tuán)對輕鈣需求的增加，本工程項目將有效滿足內(nèi)部需求。同時，輕質(zhì)碳酸鈣漿料可通過管道直接輸送，展現(xiàn)出綠色、環(huán)保和節(jié)能的特性，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。該模式的成功實踐表明，造紙企業(yè)通過工藝耦合創(chuàng)新，可同步實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量提升，為高耗能流程工業(yè)的碳中和轉(zhuǎn)型提供了可量化的示范模板?？傊竟こ添椖坎粌H將為企業(yè)創(chuàng)造新的利潤增長點，還將提升產(chǎn)品性價比，展現(xiàn)出良好的企業(yè)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

參 考 文 獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：呂子露）

基金項目：國家自然科學(xué)基金（62303265）；浙江省“尖兵領(lǐng)雁+X” 重點研發(fā)項目（2024C03120）； 衢州市科技計劃項目（2024Z012）。