大型造紙企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能實(shí)踐案例與研究
造紙行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè),紙和紙板不僅是生活材料,更是重要的生產(chǎn)資
本文主要介紹了國(guó)內(nèi)某大型造紙企業(yè)通過(guò)實(shí)施永磁同步電機(jī)合同能源管理、真空系統(tǒng)Eco-pump變速透平機(jī)節(jié)能改造、干燥部熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造、沼氣回收發(fā)電、廠房屋頂光伏發(fā)電等項(xiàng)目的節(jié)能實(shí)踐案例,以期對(duì)國(guó)內(nèi)造紙企業(yè)節(jié)能改造及相關(guān)科學(xué)研究提供參考,為推動(dòng)現(xiàn)代造紙產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色發(fā)展提供指導(dǎo)。
1 合同能源管理模式
合同能源管理是節(jié)能服務(wù)公司和用能單位以契約形式約定節(jié)能目標(biāo),由節(jié)能服務(wù)公司承擔(dān)項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造供貨、安裝調(diào)試、性能考核、竣工驗(yàn)收、人員培訓(xùn)、設(shè)備維修、質(zhì)保服務(wù)全過(guò)程,項(xiàng)目產(chǎn)生收益由雙方按約定比例分享,約定期限、效益核算方式由雙方共同確認(rèn)。節(jié)能服務(wù)公司向用能單位提供節(jié)能設(shè)備和服務(wù),在約定期限內(nèi)收取約定比例的節(jié)能效益來(lái)收回投資并獲得收益;用能單位也從中獲得相應(yīng)節(jié)能效益,并在約定期滿后獲得節(jié)能設(shè)備所有權(quán)及全部節(jié)能效
經(jīng)專家現(xiàn)場(chǎng)考察和技術(shù)研討,確認(rèn)國(guó)內(nèi)某大型造紙企業(yè)的雙盤(pán)磨高壓電機(jī)等有很大節(jié)能空間,決定選用高效高壓永磁同步電機(jī)代替原普通高壓電機(jī),保守評(píng)估節(jié)能率在15%以上。
永磁同步電機(jī)由永磁體勵(lì)磁作為轉(zhuǎn)子產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),三相定子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下通過(guò)電樞反應(yīng)感應(yīng)三相對(duì)稱電流并在空間中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受到電磁力作用運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)
該造紙企業(yè)采取合同能源管理模式,將10臺(tái)原普通高壓電機(jī)(總裝機(jī)功率17000 kW,單臺(tái)裝機(jī)功率1700 kW)改造為高效高壓永磁同步電機(jī)(見(jiàn)
圖1 高效高壓永磁同步電機(jī)
Fig. 1 High-efficiency high-voltage permanent magnet synchronous motor
2 真空系統(tǒng)節(jié)能改造
真空系統(tǒng)是紙機(jī)重要耗能部位之
針對(duì)水環(huán)式真空泵、透平風(fēng)機(jī)缺點(diǎn)局限,以蘭泰克為代表的Eco-pump變速透平機(jī)(見(jiàn)
圖2 Eco-pump變速透平機(jī)
Fig. 2 Eco-pump variable speed turbine
該造紙企業(yè)原有39臺(tái)水環(huán)式真空泵,配備Y2系列電機(jī),裝機(jī)功率14842 kW,負(fù)載均高于95%,運(yùn)行功率約14321 kW;為保證水環(huán)式真空泵正常運(yùn)行,需循環(huán)水泵提供水環(huán)水,其裝機(jī)功率237 kW,運(yùn)行功率167 kW;故總裝機(jī)功率15079 kW,總運(yùn)行功率14488 kW。另外,水環(huán)水在運(yùn)行過(guò)程中溫度會(huì)逐漸升高,為降低水環(huán)水溫度保證真空泵正常運(yùn)行,必須配備冷卻水塔;由于真空泵運(yùn)行噪音大,需配備消音池和消音囪;水環(huán)水、消音池用水均密閉循環(huán),水質(zhì)較臟會(huì)產(chǎn)生臭氣,一方面增加冷卻水塔維護(hù)費(fèi)用,另一方面產(chǎn)生大量帶有異味的白霧,影響廠區(qū)環(huán)境。
該造紙企業(yè)對(duì)原有真空系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造,將39臺(tái)水環(huán)式真空泵替換為22臺(tái)Eco-pump變速透平機(jī),淘汰Y2系列電機(jī);改善刮刀和接水盤(pán)的脫排水效果,借助Eco-flow在線脫水測(cè)量系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)部、壓榨部脫水進(jìn)行控制,合理配置網(wǎng)部及壓榨部真空度,從而實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)節(jié)能穩(wěn)定運(yùn)行。改造后的真空系統(tǒng)無(wú)需配置循環(huán)水泵、冷卻水塔、消音池和消音囪,總裝機(jī)功率從15079 kW降低至12110 kW,實(shí)測(cè)運(yùn)行負(fù)荷平均58.96%,保有良好的富余量。
根據(jù)改造前后真空系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析(見(jiàn)
3 干燥部節(jié)能改造
紙機(jī)干燥部是在烘缸通入高溫蒸汽對(duì)濕紙幅干燥脫水,約35%~40%的水分需通過(guò)干燥部脫
干燥部蒸汽冷凝水系統(tǒng)的優(yōu)劣決定了蒸汽消耗量,可調(diào)式熱泵蒸汽冷凝水系統(tǒng)通過(guò)尾氣流量控制,能明顯改善烘缸排水性能,提高排水動(dòng)力,并充分回收低壓蒸汽以減少消耗,滿足各種類型紙機(jī)和不同生產(chǎn)規(guī)模需
圖3 可調(diào)式熱泵結(jié)構(gòu)及烘缸組尾汽流量控制示意圖
Fig. 3 Schematic diagram of adjustable heat pump structure and tail steam flow control of drying cylinder group
該造紙企業(yè)生產(chǎn)線紙機(jī)干燥部為多段進(jìn)汽的控制方式,蒸汽耗用量較大。實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造后,引入可調(diào)式蒸汽冷凝水系統(tǒng)熱泵技術(shù),根據(jù)紙機(jī)各段蒸汽耗用情況及對(duì)蒸汽溫度、壓力的總體要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì),同時(shí)優(yōu)化供氣管道布局;根據(jù)干燥前后段紙幅含水率差別,以及逐級(jí)提高蒸汽壓力與溫度的要求,使用可調(diào)式蒸汽冷凝水系統(tǒng)熱泵技術(shù)將后段蒸汽尾汽供向前段,充分利用尾段蒸汽;通過(guò)多段供汽、尾段蒸汽梯級(jí)利用以節(jié)約蒸汽消耗,降低熱交換清水用量,有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗。改造實(shí)施情況如下。
(1)濕端烘缸(包括壓榨后第一組烘缸,施膠后第一組烘缸)原設(shè)計(jì)不變,利用后段汽水分離器二次閃蒸的蒸汽加熱,不夠時(shí)再由新鮮蒸汽補(bǔ)充。
(2)其他烘缸組均為標(biāo)準(zhǔn)熱泵系統(tǒng),采用尾汽流量控制來(lái)調(diào)節(jié)烘缸排水,操作壓力在0.05~0.6 MPa之間,并根據(jù)各工段需求調(diào)節(jié)操作壓力范圍,熱泵的引射蒸汽和烘缸組主干燥蒸汽則使用1.2 MPa中壓蒸汽,進(jìn)入烘缸組的蒸汽全部在該組循環(huán)利用,干燥過(guò)程中保證蒸汽不變成冷凝水;各烘缸蒸汽組可在給定壓力范圍內(nèi)工作,在紙機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中或生產(chǎn)斷紙時(shí)均實(shí)現(xiàn)蒸汽的穩(wěn)定利用,不造成浪
(3)冷凝水余熱回用:前烘、后烘第三組后烘缸的總冷凝水分別收集到汽水分離器,一次閃蒸后分別回用到前烘、后烘第二組烘缸使用,前烘、后烘第二組烘缸的冷凝水分別匯合進(jìn)入汽水分離器二次閃蒸供給低溫段使用;紙機(jī)的總冷凝水(102~105℃)進(jìn)入熱風(fēng)系統(tǒng),汽-汽回收后為新風(fēng)預(yù)熱再回到電廠。
(4)氣罩換熱器加熱:熱風(fēng)系統(tǒng)的空氣在汽-汽回收后的加熱分為兩個(gè)部分:第一部分為冷凝水預(yù)熱器,優(yōu)先使用整條紙機(jī)的總冷凝水給新風(fēng)做預(yù)熱,充分提高新風(fēng)溫度;第二部分為新鮮蒸汽加熱,熱風(fēng)溫度不足部分由新鮮蒸汽補(bǔ)充。
改造實(shí)施后,蒸汽單耗平均下降0.1643 t/t紙,節(jié)降率9.43%,詳見(jiàn)
4 沼氣回收發(fā)電
大型造紙企業(yè)通常配置完備的廢水處理系統(tǒng),厭氧發(fā)酵過(guò)程能產(chǎn)生大量沼
該造紙企業(yè)廢水處理系統(tǒng)經(jīng)改造后,將IC塔厭氧發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的沼氣通過(guò)管道收集、暫存,脫硫洗滌后通過(guò)穩(wěn)壓柜及羅茨風(fēng)機(jī)輸送至熱電廠,在循環(huán)流化床鍋爐中完成摻燒發(fā)電,以代替部分原煤消耗,如
圖4 沼氣回收發(fā)電應(yīng)用
Fig. 4 Application of biogas recovery for power generation
改造投用后每年沼氣產(chǎn)生量約1602.73萬(wàn)m3,折合標(biāo)煤11443.49 tce(當(dāng)量值,折標(biāo)系數(shù)7.14 tce/(1
5 廠房屋頂光伏發(fā)電
太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為清潔能源日益受到青睞,多國(guó)已將光伏產(chǎn)業(yè)納入國(guó)家新能源戰(zhàn)
該造紙企業(yè)與專業(yè)的光伏發(fā)電機(jī)構(gòu)合作實(shí)施了屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目。光伏發(fā)電機(jī)構(gòu)作為項(xiàng)目合作投資方,負(fù)責(zé)全部投資(包括光伏組件、并網(wǎng)逆變器、支架、配電設(shè)備、通訊控制調(diào)度設(shè)備等),在造紙廠區(qū)內(nèi)廠房、倉(cāng)庫(kù)、原料大棚等屋頂安裝分布式光伏設(shè)備,如
圖5 屋頂光伏發(fā)電實(shí)施應(yīng)用
Fig. 5 Implementation and application of roof photovoltaic power generation
注 凈發(fā)電量為總發(fā)電量扣除光伏組件設(shè)備及配套設(shè)施本身所耗電量。
項(xiàng)目光伏組件年均衰減預(yù)計(jì)不超1%,使用年限在25~30年以上,前3年年均凈發(fā)電量1525.51萬(wàn)kWh,折合標(biāo)煤1874.85 tce(當(dāng)量值,折標(biāo)系數(shù)1.229 tce/(1
圖6 屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目?jī)舭l(fā)電量
Fig. 6 Net power generation of roof photovoltaic power generation project
6 結(jié)語(yǔ)
采用合同能源管理模式開(kāi)展的節(jié)能項(xiàng)目,節(jié)能服務(wù)公司可在約定效益期內(nèi)通過(guò)節(jié)能收益來(lái)收回投資并獲得收益;用能單位實(shí)現(xiàn)零投入獲得節(jié)能效益并降低能耗,在約定效益期滿后獲得節(jié)能設(shè)備所有權(quán)及全部節(jié)能效益,雙方互利共贏。合同能源管理模式下實(shí)施永磁同步電機(jī)改造案例,代替原普通高壓電機(jī),平均節(jié)電率為26.57%,節(jié)電效果顯著。
在紙機(jī)關(guān)鍵能耗部位實(shí)施節(jié)能改造,其中真空系統(tǒng)實(shí)施Eco-pump變速透平機(jī)節(jié)能改造案例,真空系統(tǒng)功耗節(jié)降率達(dá)到50.72%,節(jié)能效果顯著,但一次性改造投入也較大,改造前應(yīng)做好評(píng)估;干燥部實(shí)施可調(diào)式熱泵節(jié)能改造案例,蒸汽單耗平均下降0.1643 t/t紙,節(jié)降率9.43%,每年可節(jié)約蒸汽18.73萬(wàn)t,折合標(biāo)煤18040.88 tce(當(dāng)量值)。因此,節(jié)能更應(yīng)關(guān)注重點(diǎn)能耗部位。
挖掘新能源潛力,發(fā)揮資源能源協(xié)同效應(yīng),實(shí)施了廢水處理系統(tǒng)沼氣回收發(fā)電案例,每年可回收沼氣約1602.73萬(wàn)m3,折合標(biāo)煤11443.49 tce(當(dāng)量值),既實(shí)現(xiàn)熱值有效利用并可替代部分燃煤消耗,又有效減少大氣溫室效應(yīng)及環(huán)境污染;廠房屋頂光伏發(fā)電應(yīng)用案例,單位面積年凈發(fā)電量約84.75 kWh/
通過(guò)以上大型造紙企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能實(shí)踐案例,取得良好的節(jié)能效果,每年綜合節(jié)能量40870.26 tce(當(dāng)量值),可為同行提供參考。節(jié)能降耗并非一蹴而就,需長(zhǎng)期持續(xù)推進(jìn)、探索改進(jìn)與管理創(chuàng)新,并綜合考慮技術(shù)可行性、投資回報(bào)率、風(fēng)險(xiǎn)可控性等多重因素。
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