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“雙碳”目標(biāo)下工程行業(yè)助力制漿造紙行業(yè)綠色建造與可持續(xù)發(fā)展
我國是紙漿消費大國，且隨著國內(nèi)疫情得到有效控制，宏觀經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，造紙行業(yè)的需求也在不斷擴(kuò)大。2018年我國人均生活用紙消費量6.4 kg，2019年達(dá)6.9 kg，預(yù)計2022年有望突破8 kg。與此同時，瑞典、美國等發(fā)達(dá)國家的人均生活用紙消費量已達(dá)20 kg以上，日本、韓國人均生活用紙消費量達(dá)15 kg以上，說明我國生活用紙人均消費量與發(fā)達(dá)國家相比，仍有2~3倍成長空間。
此外，“限塑令”的實施也為造紙行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。2020年，上海、浙江、江蘇、云南、貴州等地均發(fā)布了關(guān)于加強(qiáng)塑料污染治理的相關(guān)方案和要求，其中包括逐步限制甚至禁止部分一次性塑料用品的使用。隨著“限塑令”的實施，“以紙代塑”市場真正被打開。
為滿足紙漿市場需求，制漿造紙行業(yè)將不斷擴(kuò)大生產(chǎn)，進(jìn)而加大對能源的投入使用。傳統(tǒng)造紙企業(yè)是以煤為主要能源的高耗能產(chǎn)業(yè)，與我國追求的綠色經(jīng)濟(jì)、“雙碳”目標(biāo)相悖。因此，如何采取強(qiáng)有力的碳減排措施，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的低碳化，是制漿造紙行業(yè)助力國家落實“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵。
為實現(xiàn)造紙行業(yè)的碳達(dá)峰、碳中和，國家發(fā)布多項政策，從宏觀角度提出要求，如加快造紙行業(yè)改造升級，完善綠色建造體系；規(guī)定2025年是禁止、限制使用塑料制品的最后期限，“以紙代塑”為傳統(tǒng)造紙業(yè)帶來新機(jī)遇；鼓勵高車速、大幅寬的新型造紙機(jī)以及循環(huán)、低碳技術(shù)的引用等，行業(yè)節(jié)能和綠色改造是一致認(rèn)同的建設(shè)目標(biāo)。
因此，本文從工程行業(yè)角度出發(fā)探討制漿造紙企業(yè)應(yīng)對“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，綠色建造的重要性，應(yīng)當(dāng)采取何種關(guān)鍵性的碳減排措施、調(diào)整高碳能源結(jié)構(gòu)，以及未來數(shù)字化、智慧化工廠的建設(shè)趨勢，希望能給制漿造紙行業(yè)讀者們帶來一定的啟示，思考采用新技術(shù)、新模式，抓住國內(nèi)不斷攀升的造紙市場與“雙碳”目標(biāo)帶來的新的發(fā)展機(jī)遇。
國家在十四五發(fā)展規(guī)劃及“碳達(dá)峰”“碳中和”的目標(biāo)中對造紙行業(yè)的發(fā)展方向提出以下關(guān)鍵詞：綠色低碳發(fā)展、降低碳排放強(qiáng)度、智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系和高質(zhì)量發(fā)展等。因此，必須從其能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的整個流程予以把關(guān)，實現(xiàn)每一環(huán)節(jié)的低排放、綠色生產(chǎn)。工程行業(yè)能很好地實現(xiàn)整個流程的管控，從綠色建造出發(fā)，將“雙碳”目標(biāo)完全融入咨詢、設(shè)計、工藝技術(shù)、施工、運營全過程。
2021年3月，《綠色建造技術(shù)導(dǎo)則（試行）》中指出綠色建造是指按照綠色發(fā)展的要求，通過科學(xué)管理和技術(shù)創(chuàng)新，采用有利于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少排放、提高效率、保障品質(zhì)的建造方式，實現(xiàn)人與自然和諧共生的工程建造活動。綠色建造應(yīng)將綠色發(fā)展理念融入工程策劃、設(shè)計、施工、交付的建造全過程，充分體現(xiàn)綠色化、工業(yè)化、信息化、集約化和產(chǎn)業(yè)化的總體特征。
“雙碳”目標(biāo)包括“碳達(dá)峰”“碳中和”2類內(nèi)容：“碳達(dá)峰”是指在某一個時間點，二氧化碳的排放不再增長達(dá)到峰值，之后逐步回落；“碳中和”是指企業(yè)、團(tuán)體或個人測算在一定時間內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放，實現(xiàn)二氧化碳的“零排放”，兩者能讓二氧化碳排放量得以“收支相抵”。
綠色建造將“雙碳”目標(biāo)落實于綠色策劃、綠色設(shè)計、綠色建材、綠色施工、智慧工地、綠色交付、建筑信息模型等工程服務(wù)過程。聚焦于制漿造紙行業(yè)的“雙碳”目標(biāo)，綠色建造主要從能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整入手（綠色策劃），推動技術(shù)創(chuàng)新與突破（綠色設(shè)計），利用數(shù)字化對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行管理（綠色交付、建筑信息模型），嚴(yán)格從“能源端—生產(chǎn)端—排放端—運維端”全過程管控碳排放。
據(jù)統(tǒng)計，制漿造紙行業(yè)碳排放量約為1億t/a，約占全國總排放量的1%，大部分來自化石燃料燃燒，以高碳含量的煤為主。因此，實現(xiàn)綠色建造的首要問題在于調(diào)整傳統(tǒng)造紙業(yè)高耗能的能源結(jié)構(gòu)，包括優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系、提高利用效能和利用可再生能源進(jìn)行替代。本文以某公司在優(yōu)化造紙行業(yè)能源結(jié)構(gòu)上的探索與成效為例進(jìn)行論述。
林漿紙一體化循環(huán)發(fā)展，是世界發(fā)達(dá)國家造紙工業(yè)的經(jīng)驗，即在市場機(jī)制的促使下，將原來分離的林、漿、紙3個環(huán)節(jié)整合在一起，讓造紙企業(yè)負(fù)擔(dān)起造林的責(zé)任，自行解決木材原料問題，發(fā)展生態(tài)造紙，形成“以紙養(yǎng)林、以林促紙”的產(chǎn)業(yè)格局，促進(jìn)造紙企業(yè)永續(xù)經(jīng)營和造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
20世紀(jì)90年代，某公司開始為國際一流造紙企業(yè)提供林漿紙一體化項目的咨詢與設(shè)計服務(wù)，選用先進(jìn)的工藝流程及國內(nèi)外領(lǐng)先設(shè)備，從而節(jié)約能源和資源，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)、綠色管理、污染可治理等目標(biāo)。在工程中，該公司多選擇竹為原材料，造紙行業(yè)對生產(chǎn)用料的大量需求，也會促進(jìn)竹林的種植面積不斷擴(kuò)大，可有效提高竹林碳儲量，起到很好的生物固碳效果。
解決能源用料端的措施還包括能源重復(fù)利用及可再生能源的替代。該公司優(yōu)先采用優(yōu)化堿回收、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，對制漿造紙廠進(jìn)行改造。如在堿法制漿時，將其中的化學(xué)藥品和熱能回收、再利用，實現(xiàn)能源的重復(fù)使用；根據(jù)生產(chǎn)所需的蒸汽配備自備電站，以熱定電，提高能源利用率；開發(fā)光伏、風(fēng)能等新能源技術(shù)應(yīng)用等。通過采用生物質(zhì)原料和可再生能源、優(yōu)化堿回收、熱電聯(lián)產(chǎn)等方式調(diào)整制漿造紙工業(yè)以煤為主的能源用料結(jié)構(gòu)。
造紙工業(yè)的“節(jié)能減排”目標(biāo)，除國家政策的指導(dǎo)，更需企業(yè)采取實際行動進(jìn)行技術(shù)升級與創(chuàng)新，改變現(xiàn)有高排放、高污染的生產(chǎn)現(xiàn)狀。
由該公司設(shè)計的某大型新建竹漿廠為提高資源綜合利用水平，充分利用黑液、廢渣、污泥、生物質(zhì)氣體等典型生物質(zhì)能源，提高熱電聯(lián)產(chǎn)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的余壓、余熱等能源利用率，以及對廢氣、廢液以及其他廢棄物進(jìn)行回收利用的能力，最大限度實現(xiàn)資源化，如
圖1 竹漿廠資源化應(yīng)用示意圖
Fig. 1 Schematic diagram of resource utilization in bamboo pulp mill
該公司設(shè)計時，系統(tǒng)配置以國產(chǎn)設(shè)備為主，關(guān)鍵部位引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備，并注重對已有環(huán)保設(shè)施的完善，嚴(yán)控系統(tǒng)排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過一系列清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排措施，各類實際運行指標(biāo)（如主要公用工程消耗定額、污水（液）、廢氣、廢渣排放量及排放指標(biāo)）均達(dá)到并趕超國內(nèi)領(lǐng)先水平，大幅度降低了制漿造紙的綜合能耗。
蒸煮技術(shù)同樣需要進(jìn)行技術(shù)革新?，F(xiàn)代制漿蒸煮技術(shù)主要分為間歇蒸煮和連續(xù)蒸煮。傳統(tǒng)的間歇蒸煮具有生產(chǎn)靈活、機(jī)械可靠性較好和投資低等優(yōu)
該公司承接的制漿造紙工廠漂白漿漂白工段如
圖2 ECF漂白流程
Fig. 2 Schematic diagram of ECF bleaching proces
為保證工廠的低碳、清潔生產(chǎn)，需要對電能消耗及生產(chǎn)中產(chǎn)生的能源利用進(jìn)行改造升級及產(chǎn)能提高，對工廠進(jìn)行節(jié)電改造，解決車間耗電較高的問題。該公司在工程設(shè)計中優(yōu)化或減少工藝設(shè)備，如通過切削或更換離心泵葉輪，使泵在高效率區(qū)運行；通過使用變頻電機(jī)，優(yōu)化變壓器荷載及供配電線路等。某項目中，該公司對40余項泵的流量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，修改管道，停泵、換泵及切割葉輪，大幅度降低了間接煤炭發(fā)電的能耗，耗電量從5412 kW降低至4838 kW，實現(xiàn)總節(jié)電3597 kW。
據(jù)統(tǒng)計，2014年我國污水處理廠電耗占全國總電耗的0.26%，加上工業(yè)廢水處理電耗和污泥處理電耗，所占比例超過2
在制漿造紙行業(yè)的廢水處理中，該公司設(shè)計時以“中水回用”的方式將制漿造紙廢水全部回收利用，通過開源實現(xiàn)能量自給，從根本上解決綠色低碳發(fā)展問題。該項目中水循環(huán)回用技術(shù)，利用沼氣實現(xiàn)能源替代。經(jīng)過優(yōu)化后的污水處理工藝，可以有效回收有機(jī)物能量，利用沼氣熱聯(lián)發(fā)電，實現(xiàn)“碳中和”。此外，這一技術(shù)處理后的工業(yè)廢水回用率達(dá)98%；每年實現(xiàn)節(jié)約用水約2000萬t，減少向水體中排放COD、BOD分別為1500 t和400 t，最大限度避免污水碳源流失，減少甚至無需補(bǔ)充反硝化的外加碳源，實現(xiàn)處理過程中的碳平衡。
2021年，我國將“限塑令”升級為“禁塑令”，可再生、代塑包裝成為了食品、外賣等多行業(yè)的熱門話題。
該公司致力于數(shù)字化工廠設(shè)計，將數(shù)據(jù)化管理應(yīng)用于紙膜成型工段。以其總承包的某綠色環(huán)保紙漿模塑新材料智能工廠項目為例，一方面創(chuàng)新研發(fā)傳統(tǒng)塑料包裝的替代品——紙漿模塑包裝產(chǎn)品；另一方面融入先進(jìn)的BIM智慧制造技術(shù)，實現(xiàn)對工廠設(shè)計、建造、生產(chǎn)、運維等一系列服務(wù)環(huán)節(jié)的智能管理。
該項目選擇生長快、復(fù)合率高的竹漿、蔗渣漿等天然植物，節(jié)省了大量木材，貫徹林漿紙一體化。同時，在紙膜成型工段應(yīng)用傳感識別、人機(jī)智能交互、智能控制技術(shù)和裝備，促進(jìn)車間計劃排產(chǎn)、加工裝配、檢驗檢測等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能協(xié)作與聯(lián)動，并在整個工廠的運維接入制造執(zhí)行系統(tǒng)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、企業(yè)資源計劃（ERP）等系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)全流程動態(tài)智能管控。
具體降碳減排方式和成效如下。
導(dǎo)熱油爐采用低氮型燃燒器，煙氣出口設(shè)置空氣預(yù)熱器，采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)降低煙氣中氮氧化物濃度，鍋爐房排煙溫度小于170℃，氮氧化物濃度小于30 mg/
通過分散控制系統(tǒng)和生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的結(jié)合運用，實現(xiàn)車間內(nèi)物流、檢測、倉儲無人化操作，制造數(shù)據(jù)管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理進(jìn)行數(shù)字化管控。利用數(shù)據(jù)化對工廠進(jìn)行管理后，用工人數(shù)減少近50%。數(shù)字化管理界面及成效如
圖3 “以紙代塑”智慧工廠的數(shù)字化管理界面及成效
Fig. 3 Digital management interface and effect of "replace plastic with paper" smart factory
制漿造紙行業(yè)同樣可以利用數(shù)字化技術(shù)，全流程管控碳排放、追蹤碳痕跡，實現(xiàn)24 h無間斷、全流程的碳管理，彌補(bǔ)人工運維的不足。
圖4 制漿造紙行業(yè)數(shù)字化交付示意圖
Fig. 4 Schematic diagram of digital delivery in the pulp and paper industry
工業(yè)鍋爐系統(tǒng)數(shù)字孿生示意圖如
圖5 工業(yè)鍋爐系統(tǒng)數(shù)字孿生示意
Fig. 5 Schematic diagram of digital twin of industrial boiler syste
傳統(tǒng)工程服務(wù)中采用“割裂式”的移交模式，即只負(fù)責(zé)前期的設(shè)計、采購、施工及調(diào)試等工程服務(wù)，工廠或項目移交后，將不再負(fù)責(zé)運行維護(hù)的工作，這將導(dǎo)致無法快速精準(zhǔn)地實施生命運維期能耗的碳管理。制漿造紙行業(yè)利用數(shù)字化技術(shù)，將傳統(tǒng)的移交模式改為“累進(jìn)式”移交。工程服務(wù)方、業(yè)主需求方通過數(shù)字化交付平臺實現(xiàn)多方云協(xié)同，進(jìn)行無間斷、高效率的數(shù)字化碳管理等運維工作。數(shù)字化交付工作將根據(jù)實際運維補(bǔ)充模型、數(shù)據(jù)，包括根據(jù)業(yè)主提供的施工結(jié)果完善現(xiàn)場的控制器、屏柜等內(nèi)容，還可根據(jù)不同部門的管理習(xí)慣，定制模型分解結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)生產(chǎn)操作，實現(xiàn)數(shù)字化減排降碳的目標(biāo)。
面對制漿造紙巨大的發(fā)展前景和“雙碳”目標(biāo)的挑戰(zhàn)，某公司作為工程行業(yè)龍頭企業(yè)已經(jīng)在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)端和排放端均提出先進(jìn)的降碳減排措施并加以應(yīng)用，并從智慧工廠的角度，啟動研究利用數(shù)字化技術(shù)，實時監(jiān)控各類數(shù)據(jù)，通過數(shù)字化全過程運維，實現(xiàn)減排降碳的目標(biāo)，這也將是工程行業(yè)助力制漿造紙行業(yè)綠色建造與可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新路徑。在“雙碳”目標(biāo)的頂層設(shè)計下，工程行業(yè)積極、提前布局，加大技術(shù)、研發(fā)投入，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，為制漿造紙企業(yè)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展注入綠色新動能，從而推動制漿造紙行業(yè)轉(zhuǎn)型升級以適應(yīng)更新的發(fā)展機(jī)遇。
本文來源：《中國造紙》：http://m.00559.cn/w/zw/24523.html
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