制浆造纸工业的节能技术

邝仕均

(中国制浆造纸研究院,北京,100020)

制浆造纸工业的节能技术

邝仕均

(中国制浆造纸研究院,北京,100020)

简要介绍了制浆造纸工业已经采用或有可能采用的一些节能技术。

制浆造纸工业;节能技术

在低碳经济时代,节能已成为制浆造纸工业的重要课题。全球制浆造纸工业已经或正在致力开发各种技术,想方设法降低能耗。本文所列是制浆造纸工业已经采用或有可能采用的一些节能技术,制浆造纸企业可根据自身情况考虑采用或从中得到借鉴和启示。

1 制 浆

1.1 化学法制浆

1.1.1 添加蒸煮助剂提高制浆得率

制浆过程添加化学助剂可以促进药液渗透,使得蒸煮均匀,从而可以增加制浆得率,降低吨浆能耗,降低原料消耗,提高生产效率。其中蒽醌化合物是常用的蒸煮助剂。近年也在开发新的助剂,例如美国能源部资助的化学药品 Chemstone OAE-11的研发,据报道,这种助剂既可用于阔叶木也可用于针叶木,可以防止细小纤维被过度蒸煮[1]。使用这种助剂由于缩短蒸煮时间,每蒸煮 1 t木片可以节能 132 MJ,同时还可以使得率增加 2%～5%,减少筛渣、漂白药品用量及含硫化合物排放。磷酸酯是另一种新的蒸煮助剂,在硫酸盐蒸煮中加入这种助剂可以提高木素脱除率[2],从而提高得率和漂白浆白度,并保护纸浆的黏度。采用这种助剂估计可节能 8%～10%,得率约增加 4%～6%。

1.1.2 连续蒸煮控制系统

改进蒸煮器性能可以明显减少生产损失、操作成本和对环境的负面影响,同时可以提高纸浆的产量和质量。控制系统可以使生产工艺优化。例如,美国能源局赞助的一个计算机模型,用来计算各种木片通过连续蒸煮器时的物料平衡、能量平衡和扩散模拟,有助于强化工艺的改进。这种模型在 Texas一家工厂第一次应用就使得制浆工艺的温度有所降低,从而节约能耗约 1%。

1.1.3 间歇蒸煮器改造

较小的工厂要安装较大的间歇蒸煮器,操作上可能并不是很有效率;特种浆厂和那些需要生产各种不同纸浆的工厂也不适合采用连续蒸煮。对于间歇蒸煮有几种方法可以降低能耗,如间接加热和冷喷放[3]。间接加热是用 1根中央管把蒸煮液从蒸煮锅抽出,经过外部一个热交换器,再从两个不同位置送回蒸煮锅内。这可以减少直接蒸汽用量,估计可以节能 3165 MJ/t浆。但是这需要有热交换器的额外维修费用。对于冷喷放系统,是在蒸煮结束时用未漂浆洗浆废液把热蒸煮废液置换出来,蒸煮废液的热被回收用于随后的蒸煮加热,可以减少用来加热蒸煮药液和木片的蒸汽用量。回收的黑液可以用来预热和浸渍装锅的木片,或加热白液或过程用水。据估计对日产 1000 t的工厂,每年可节能约 200万美元,但这一措施需要增加的设备费用也较高 (如泵,黑液贮槽等)。

1.1.4 蒸煮锅喷放闪蒸热回收

在硫酸盐化学浆厂,热浆和蒸煮液在放锅时会产生蒸汽。对于间歇蒸煮,蒸汽一般以热水形式贮存在槽内;对于连续蒸煮,抽出的黑液流到一个槽内进行闪蒸。这些过程所回收的热可以用来预汽蒸木片,加热水甚至蒸发黑液。Georgia-Pacific公司位于 Arkansas州 Crossett工厂进行能源审计时,建议该厂两条平行间歇蒸煮生产线改进喷放热回收。当时该厂用 1个冷却塔将喷放蒸汽收集槽过量的热除去,用 1个蒸汽加热器产生热水用于漂白车间。审计组建议安装新的热交换器重新布置水流管线,这样可以关闭冷却塔和蒸汽加热器,估计可节省可观的燃料和天然气,每年可节省 235万美元,1年就可以收回投资费用。惠好公司在华盛顿州的 Longview工厂建议增加蒸煮热回收系统,估计每年可节约天然气费用达 28万美元。

1.2 机械法制浆

1.2.1 木材微波处理

用微波处理原木段,可使木材内的木素软化,降低 T MP制浆能耗。Scott等人[4]认为高功率微波处理黑云杉生产 T MP浆可节能 15%,还可以改进纸浆质量。但经微波处理所得纸浆要加强漂白才能获得所需白度,虽然增加了漂白成本但由于能够节省能耗和改善纸浆质量,因此还是经济的。初步估计 20 kW和50 kW的微波处理系统投资分别为 750万美元和 1250万美元。

1.2.2 生物处理

用霉菌或酶处理木片可以软化木材内的结合,使制浆过程能耗降低。Swaney等人[5]进行的中试项目已达到 50 t规模。在机械制浆以前木片经过生物处理,由于能明显提高纸浆强度性能,明显降低能耗(可以降低磨浆能耗 33%),生物制浆显示明显优势。木片经筛选以后加热到 100℃已达到灭菌作用,然后在室温下冷却后加入霉菌和营养物。再把木片堆垛存放 1～4周,天气和季节性因素对处理效果十分重要。由于木片必须堆放 4周,工厂的场地可能成为问题。这一技术还未见有工厂应用的报道。

1.2.3 盘磨机的改进

在加拿大魁北克一家新闻纸厂采用盘磨机控制策略,以减少超高得率亚硫酸盐浆的游离度波动,由于降低电机负荷,每吨产品节电 51.3 kWh[6]。磨浆处理设置方面则将原来用的盘磨机改为锥形精浆机。此外,通过把磨浆浓度从 50%降至 30%,对于 T MP和RMP工艺而言,可以节电 7%～15%[7]。Martin等人[3]估计机械磨浆通过这些改进节电可达 11%。

1.2.4 从整体能耗考虑优化磨浆

无论是原生纤维还是再生纤维都要通过磨浆以获得纤维的最佳性质,但是磨浆同时会增加纤维的保水值,这会使网部脱水能力下降,从而增加了干燥部的蒸汽消耗,保水值增加有可能导致每吨纸能耗增加30～40美元[8]。因此,对于磨浆操作的优化策略,应把保水值考虑进去。

1.2.5 热制浆

这是 T MP工艺的变种,从第一段磨浆机出来的浆在热混合器内和随后的第二段磨浆机内进行短时间的高温处理。第一段磨浆机内的温度低于木素软化温度。在第二段磨浆机内,较高的操作压力减少了所产生蒸汽的体积流量。与其他节能技术不同的是,这一方法的优点是可以根据需要直接由操作人员接通或断开。但缺点是白度稍有降低,撕裂指数也略有下降。据估计这种方法可使 T MP的比能耗节约达 20%[9-10]。

1.2.6 RTS制浆

RTS表示短停留时间、高温、高速的制浆方法。这一工艺主要是通过提高第一段磨的旋转速度来减少能量消耗,这导致停留时间减少,盘磨间隙较小,有更高的磨浆强度。木片进行第一段高速磨浆之前在160℃高温下处理短暂时间,使得单位磨浆能耗下降而不降低纸浆质量,白度还可以提高 1个百分点[11-13]。据估计,单位能耗要比传统磨浆系统降低 15%。有人甚至认为增加 T MP盘磨转速可以降低能耗达 15%～30%,这取决于磨盘形式和磨浆机类型。RTS浆的强度略好于 T MP浆,而它们的光学性能相似。

1.2.7 T MP热回收

热磨机械法制浆产生大量的副产品蒸汽,这些低压蒸汽常被污染,但它们的大部分热能可以通过热回收设备回收用于其他工艺过程。热回收的途径:①对于一个综合工厂来说可以采用机械再次增压,所产生的洁净蒸汽可以用于纸机干燥部;②用热交换器加热的水用于纸机,或作为锅炉补给水;③用于重沸器产生洁净的过程用蒸汽;④其他设备如热蒸汽再次增压,热泵系统等。现代化新的 T MP厂都带有热回收系统,估计压力磨浆系统典型热回收系统每吨浆可以通过热回收产生 1.1～1.9 t洁净蒸汽用于干燥部,投资回收期最快的几个月,但运行费用和维修费用明显增加。

2 纸浆的洗、选、漂

2.1 改进未漂浆洗涤

传统的洗涤技术是由 3～4个鼓式真空洗浆机组成一个系列,而先进的洗浆系统用压力扩散或洗涤压榨来代替传统方法。据报道,这些系统能更有效地把浆洗净,且用更少的电耗、蒸汽和漂白药品。尤其是洗涤压榨有更好的效果,且已在工厂广为应用,估计采用这些先进的洗涤系统生产 1 t浆可节能 10 MJ,12 kWh电。

2.2 未漂浆蒸汽循环洗浆机

据统计目前美国纸浆洗涤设备平均年龄为 45年,因此开发和采用新的更有效的洗浆技术可以提供明显的节能机会。美能源部资助开发了一种采用逆流洗涤、蒸汽和高压力差的新型蒸汽循环洗浆机。因为可在浆层浓度高达 28%～32%的条件下进行洗涤,比传统洗浆机节约用水 70%～75%。结果使电耗下降达 21%,而未漂浆生产所需燃料能耗下降 40%。这一技术正在处于示范和商业化过程中。

2.3 ClO2热交换

C lO2溶液在送去漂白车间使用之前通常被冷却以获得最大的 ClO2浓度。但是在 ClO2进入混合器之前进行预热,可以降低漂白车间的蒸汽用量,因此这是一个重要的节能环节。可以在输送 ClO2的回路上安装热交换器,用再生热源进行预热。如在 Crossett工厂审计时发现,可以用冷凝器的供水来预热 ClO2。该厂有两个冷凝器为 ClO2车间提供冷水,每个冷凝器把 21℃井水冷却至 7℃。建议采用一个预冷凝器,可以采用来自漂白车间的 10℃的 ClO2溶液来冷却送来的井水,而同时对 ClO2溶液进行预热,由此可减少漂白车间的蒸汽消耗。

2.4 漂白车间废水热回收

漂白车间废水含有大量的热量,如果不回收便排放会被浪费掉,可以安装热交换器来回收这些热,产生热水。Geoyia-Pacific公司位于 Arkansas州的 Crossett厂在审计时建议安装热交换器回收漂白车间废水的热,产生的热水供纸机使用。估计投资 160万美元,每年可节能 939 TJ,约 240万美元,大约 0.7年可回收投资费用。

3 纸机系统

3.1 连续水力碎浆

浆板碎浆通常是间歇进行,如果改成连续式,由于提高过程效率可以达到节能目的,据估计通过减少碎浆电机功率,可能节能达 40%。

3.2 优化成形部和压榨部脱水

纸机运行过程中,水分依次在网部、压榨部和干燥部被脱除。据经验,在压榨部脱除 1 kg水所需的能量是在成形部的 5倍,而在干燥部脱除 1 kg水所需的能量是成形部的 25倍,因此应尽量在干燥部前脱水。许多纸机在成形部脱水都不尽理想,其原因包括设备的限制,低、高真空脱水元件处的仪表和控制配置不足或是欠维护。比较旧的纸机常常有过量的高真空元件,这会增加真空系统工作动力,增加成形毛毯牵引负荷,从而增加传动动力。

纸幅离开网部和压榨部以后再湿的可能性应引起注意,纸幅再湿会增加干燥部的能耗。研究表明,对所生产的纸种选用合适的毛毯是十分重要的,这可以减少再湿现象。当纸机产品变换时,优化毛毯的选择也很重要。此外,优化纸幅路径和毛毯路径的几何形状同样重要,使它们三者尽量分开以减少再湿。为减少纸幅离开长网纸机和压辊时的再湿,对伏辊和真空辊使用双重刮刀是个有效的办法。

与成形部一样,压榨部的优化有助于提高干燥部前的脱水。压榨水平衡能提供有价值的信息,这些信息表明水分是在压榨部什么地方被挤出的。但是许多纸机不具有可以从真空箱和压辊压区测量水分的合适仪表。压榨有很多变量,不可能有单独一套参数能对所有纸种都压榨到最大脱水程度。在设计允许条件下压区负荷应最大化,而且对辊面的包覆材料 (从软到硬)和辊面的形式 (带孔的、波纹的或是其他形式的)都应是整个压榨部研究的一部分。此外,应考虑毛毯设计的改变,在采取优化过程每一步都应经过试验。一般而言当纸幅通过压榨部,它的温度下降,因而要采取措施保持它出压榨时的温度,甚至提高温度。出压榨纸页温度升高 8℃,烘缸用蒸汽可节约 4%。此外较高的压榨温度可以改进纸料的脱水,从而进一步减少烘缸用蒸汽。用温度较高的压榨喷淋水 (超过 54℃),或者在真空箱添加蒸汽喷嘴,使蒸汽在真空开孔处被吸进毛毯,都可以提高纸幅温度。最后应再次强调,在压榨部纸幅不应发生再湿或者应把再湿减小至最低程度。

3.3 夹网成形

夹网成形器是替代长网纸机的另一种成形器,又可以分为刮刀式成形器、辊式成形器和辊式-刮刀式成形器,当纸料在两个夹网之间脱水后形成纸幅,辊子、刮刀或真空把纸幅过量的水除去。成形部很短,纸幅成形时间仅为长网成形的几分之一,可在高车速下生产出相同匀度质量的纸张。结合压榨部的改造或者提高干燥能力,可使纸机产能增加 30%。夹网纸机的节能主要来自电耗减少,而且还可以提高质量,据估计每吨纸可以节电 40 kWh[14]。据 AF&PA估计,包括网前箱在内每 2.54 cm网宽设备费用夹网约为 7.550万美元,而长网约为 3.075万美元。

3.4 靴压

靴压可以加大压区,同时增加纸幅在压区的停留时间,这可以挤压出更多的水 (水脱除量约增加 5%～7%),可以达到 35%～50%的干度,从而减少干燥部能耗,减少蒸汽消耗。如果干燥能力不足,由于降低干燥部负荷,这种方法还可以使车间产能增加25%,靴压还可以增加纸幅湿强度。估计通过安装靴压可节省蒸汽达 2%～15%左右,这取决于产品和车间布置。在某生活用纸车间采用 X-N IP T靴压,干燥能耗减少 15%[15]。

3.5 先进的烘缸控制

美国制浆造纸工业所用的蒸汽、电和直接燃料大约有 50%用在造纸过程,造纸过程所耗热能大部分用在纸机干燥部上。因此造纸节能大都和改进干燥过程效率、回收干燥过程废热有关。控制系统是众所周知的优化工艺参数,降低能耗,提高生产率,改进工艺过程质量的手段。其中烘缸控制系统的一个例子是烘缸管理系统控制软件,据报道它可以提供烘缸系统设置点和过程参数的先进控制,以减少蒸汽用量,提高生产效率[16]。这一技术的几个研究案例已见诸报道。Stora Enso的一台 Voith低定量涂布纸机有两组机内涂布头,安装了烘缸管理系统软件后,由于降低了能耗,减少了维修费用和提高了生产率,每年可节省 26.3万美元。

3.6 露点控制

烘缸罩内水蒸气的露点决定热交换效率,但受排气扇安装的影响。应测定和控制纸机烘缸罩内水蒸气的露点水平,以优化干燥过程。烘缸罩工况的优化提供更好的质量控制,使产品质量更加稳定。

3.7 多通道烘缸

据报道,由Argonne国家实验室开发的多通道烘缸,相对于传统烘缸生产能力可提高 50%,而相对于装有扰流棒的烘缸生产能力可提高 20%。传统烘缸在缸内有冷凝水,成为传热障碍。新式多通道烘缸在和烘缸内表面很近的地方装有比较小的通道,由于明显减小冷凝水层厚度和增加烘缸表面温度而提高热交换效率,这一技术可在技改时采用,所需费用仅是新装烘缸的 20%,多通道烘缸目前正在中试。

3.8 Condebelt干燥

1996年第一台 Condebelt干燥器在芬兰投入应用,随后于 1999年在韩国应用。这种干燥方式是在一个干燥室内,纸幅和连续的热钢带直接接触,该钢带用蒸汽或热风加热,纸幅的水分通过金属带加热被蒸发掉[17]。这种干燥技术有可能完全取代传统的纸机干燥部,比传统蒸汽干燥效率高 5～15倍。但这种干燥方式不适用于定量高的纸张,而且至今在美国还很少应用。尽管干燥区域可以缩小,但投资费用也比较高。据估计这一技术可节省蒸汽消耗 15%,电耗亦稍有下降 (20 kWh/t纸)。

3.9 空气冲击干燥

空气冲击干燥技术是将 300℃的热空气高速喷向湿纸幅上,这种技术蒸汽消耗少,但电耗稍有增加,最有可能用于涂布纸的干燥,但也可以取代传统蒸汽烘缸用于一般纸张。据估计,冲击干燥比传统燃气或红外干燥技术可节省蒸汽 10%～40%,电耗却增加5%。因此,这种方法牵涉到热能和电能应用的平衡,而这种平衡程度因设备而异,因此净能耗的节省还应根据不同设备进行验证。

3.10 纸张燃气干燥

气体技术研究所 (GTI)和美国能源部合作正在开发新的纸张干燥方法,这可能大大提高效率。这种燃气烘缸系统在烘缸内用小凹坑进行燃烧,这可取代目前的蒸汽烘缸,蒸汽烘缸的干燥能力限制了它的生产率。新技术明显增加烘缸温度 (超过 316℃),因此增加干燥速率,从而可以降低能耗,纸机产量估计可增加 10%～20%。这一技术的关键在于扩散燃烧可以高度回收热来预热燃烧空气。

3.11 脉冲干燥

脉冲干燥可把进入干燥部的纸幅水分提高到38%,因而可明显地降低干燥部能耗。脉冲干燥是在一个高温转动辊 (150～500℃)和一个固定的凹面辊之间用很短的接触时间进行压榨,其压力大约比在干燥部和 Condebelt干燥的压力高 10倍[17]。据估计干燥用蒸汽可节约 50%～75%。还有报道认为这一技术可以降低投资费用,增加纸机生产能力,提高产品强度,减少纤维用量,增加废纸纤维用量。但是迄今为止的中试结果表明,这一技术的能源效率改进十分有限,还有待进一步研究。

3.12 真空系统优化

每台纸机都有若干个真空泵和一个真空系统。真空系统所用的动力和整台纸机传动的动力几乎一样。但是如果真空系统效率低会使得脱水时所需的电能和蒸汽增加,提高能源效率有很大空间。如对加拿大14台纸机进行审计以后发现,通过真空系统的改造,改变操作甚至拆除一些真空泵,有可能节省 3.5 MW电力。这 14台纸机用于真空系统的动力总共为 37 MW,纸机传动 34 MW。

有时是存在过量的真空能力,因为系统是新的,在操作上会有明显的变化,这样会对真空系统的性能和要求有影响。过了一段时间,纸料、化学药品、网前箱浓度、留着、成形和压榨毛毯的变化都会对真空的要求和真空系统的性能有影响。一个最近的例子是,对一台最近改造安装了新压榨的纸机调研发现,不适当的真空控制和过度真空度引起许多问题,认为可以通过拆除一些真空泵或降低一些真空泵速度,整个真空系统有可能节省 522 kW。

4 化学品回收

4.1 优化稀释因子控制

在提取黑液时优化稀释因子控制可以减少从稀黑液蒸发的水量,从而减少蒸发器的蒸汽消耗。稀释因子可以通过控制最后一段洗浆的喷淋水量达到一个最佳值来优化,这一最佳喷淋水量是从蒸汽费用、漂白药品费用、废水质量等方面考虑所决定的。惠好公司在华盛顿州 Longview的浆纸厂一个改进蒸煮器洗涤和降低稀释因子的项目,估计每分钟可节省 0.9 m3水,每年节省 327 TJ天然气。

4.2 黑液浓缩

黑液浓缩器用来增加黑液浓度,以便送去回收炉燃烧。燃烧浓度高的黑液可以减少在回收炉内的水蒸发。目前应用的主要有两种浓缩器:浸管式和降膜式。浸管式浓缩器 (Submerged tube concentrator)黑液在浸管内循环,黑液只被加热并不蒸发,然后黑液在浓缩器蒸发器的蒸发室间闪蒸,进行蒸发[18]。投资费用包括浓缩器、输送黑液和蒸汽用的管道和泵。

管式降膜蒸发器的操作几乎和传统升膜蒸发器一样,只不过它们的黑液流向相反,由于黑液流下的速度更快,泡沫又以相反方向流动,使得这种蒸发器不易结垢,可以产生高浓黑液 (高达 70%,而非传统的 50%)。美国一家日产 900 t的浆纸厂安装了黑液浓缩器把黑液浓度由 73%增加至 80%,每年可节约费用 90万美元。

4.3 黑液气化

黑液在美国制浆造纸工业所消耗的燃料中占很大比例,硫酸盐浆厂一般用 Tomlinson回收锅炉燃烧黑液回收化学药品并产生蒸汽,发电。这种锅炉通常效率很低,约为 65%～70%。所谓黑液气化是指通过把黑液中的有机物加工转化成洁净的合成气,后者可用在锅炉,或者用在联合循环过程产生电能或过程用蒸汽。当碱回收炉能力不足而成为生产瓶颈时,黑液气化器可以用作碱回收炉的补充。黑液气化器和联合循环动力系统结合应用可取代传统的碱回收炉系统,并为石灰窑提供燃料,甚至还可生产汽车用燃料或氢。黑液气化有两种主要形式,即低温/固相和高温 /熔融相,气化过程所产生的燃料气体需要清洁以除去杂质,供动力系统和回收制浆化学药品用。

低温气化是以常压下的硫化床为基础,温度在700℃或以下,低于无机盐熔点,无机物中含有大部分来自黑液的焦炭。碳酸钠用作硫化床介质,它可被沉淀出来再用。

高温气化发生在压力 2.5 MPa和温度 950℃以上,在无机物熔点之上,药品以熔融态被回收。更高的温度会导致更高的碳转化率,但也会引起反应器更严重的腐蚀。合成气用水急冷 (产生低压蒸汽)和清洁,然后送去透平机燃烧。第一套高温鼓风黑液气化器生产装置已于 1997年在北卡New Bern的惠好公司安装[19]。

黑液气化的优点是得到的气态燃料有更大的终端应用灵活性,可以减少空气污染物含量。与标准回收炉蒸汽透平机系统相比,联合循环系统能产生更高的电-热比。与碱回收系统相比,气化联合循环系统的缺点包括要获得足够高黑液浓度所需要的能量投资,而且石灰窑和苛化器的负荷会更高。此外因为联合循环系统比蒸汽透平系统能有效产生电能,气化联合循环系统比传统的碱回收炉系统需要更多的燃料才能满足工厂相同的蒸汽要求。但是这额外的燃料应用也会产生更多的电以供本厂用或售给电网。

有研究认为,在热动力学基础上,高效的碱回收炉系统在产生蒸汽和电力方面要比生产规模的低温气化系统效率更高;但认为生产规模的高温气化系统要比高效的碱回收炉系统更有效率。

4.4 绿液直接用于制浆

这一技术是在制浆前用绿液预处理木片。绿液富含氢硫根离子,这可以加促制浆。这种利用绿液的方式已在芬兰的工厂应用过。据报道可以增加得率,纸浆的强度提高,纸浆更易漂白。蒸煮用碱量可以减少50%,石灰窑的负荷可以减少 30%,能耗可降低25%。估计这一技术很快便能工业化应用。

4.5 富氧石灰窑煅烧

富氧燃烧是为增加燃烧效率而开发的技术,已在采用高温燃烧工艺的工业部门以不同形式被应用。富氧石灰窑燃烧可以使燃料用量减少 7%～12%[20]。据报道,应用富氧技术的投资不高,只需进气管道、氧气喷枪和控制仪表[21],投资回收期估计为 1～3年。

4.6 石灰窑改造

石灰窑可以通过几项改造来降低能耗。可以安装高效过滤器以降低进料的水分,从而减少蒸发能耗;可以用高效耐火砖以减少热辐射损失,据估计用新型高效耐火砖可使石灰窑能耗节约达 5%。可以从石灰和石灰窑排气回收热量来预热进窑的白泥和空气。据估计[3],通过结合应用上述措施每吨产品节能达496 MJ,同时,还可以提高绿液的石灰回收率,减少工厂外购石灰量。

4.7 石灰窑静电除尘器

石灰窑的湿法烟气洗涤器可以用静电除尘器取代,从而节省水电。静电除尘器把石灰窑的粉尘收集起来,直接送回石灰窑,无需增加白泥过滤器的负荷;相反湿法洗涤器要求经过白泥过滤器后才能回用废水,消耗不少用水。据估计,白泥进料水分每降低1% (通过添加干灰),石灰窑能耗可以减少约46 GJ。白泥干度由 70%增加至 75%,每吨石灰可以少用燃料 422 MJ[8]。

4.8 回收炉采用改进过的复合材料管

回收锅炉有很多管,压力水在其中循环产生蒸汽,这些管通常由碳钢制造,但往往会产生严重的腐蚀致使管壁变薄,有时甚至损坏,因而有必要寻找更为先进的管材合金。美能源部支持的研究项目开发出新的焊接涂层和共挤压成管的合金,这些先进的合金使得处理高浓黑液成为可能,增加锅炉热效率,减少停机时间,这些新型复合管已在美国 18家硫酸盐浆厂回收炉上应用,自从 1996年工业化以来累计节能4853 TJ[22]。

4.9 回收锅炉沉积监控

控制好回收锅炉传热面上的沉积物,可保证更高的运行效率,由于避免堵塞而减少停机时间,检修日程更具预见性。一种手提红外检测系统已被开发用来早期检测有故障的设备 (管漏或损坏的吹灰器)和炉渣的生成,以防冲击损害并使沉积物变硬前清扫掉。据报道,这一系统能够提供充满颗粒粉尘锅炉的内部清晰图像,能够检测燃烧室内任何地方。2005年美国有 69家单位使用这一系统,自 2002年应用以来由于减少吹灰蒸汽的应用,节能达 1477 TJ。

4.10 四次通风

在美国,大多数碱炉有三段通风,但很少有应用第三段的。通过充分应用第三段通风并增加一个第四段通风入口,可以减少飞灰和管道结垢,从而可以减少回收炉清洗次数。因为可避免锅炉的停机和重新点火,从而达到节能目的。

5 废纸制浆

5.1 增加废纸浆的应用

废纸浆生产所消耗的能量平均来说明显比机械木浆和化学木浆少。根据美国林纸协会数据,约有 200家美国工厂仅用废纸生产纸浆,美国大约 80%的纸厂以不同方式应用废纸,美国的制浆造纸工业不断增加废纸利用,进一步降低和原生浆生产相关的能耗。不过废纸浆会产生污泥,需要加以处理。

5.2 高效碎浆机转子

通过用计算流体力学模拟研究碎浆机转子和纸浆之间的相互作用,提出新的转子设计从而优化了动力消耗。据报道,用一个优化过的新转子代替原有的转子,可以使转子电机能耗减少 10%～30%。Wausan Paper在威斯康辛 Rhinelander的一家工厂安装并试用一个新的 373 kW高效碎浆机转子,电力消耗可以下降 23%。用相同的碎浆时间所产生的浆料质量和用传统的转子一样;Canfor在大不列颠哥伦比亚 Prince George的 Northwood硫酸盐浆厂试用一个新的高产能、空气动力、可变速的碎浆机转子,转子设计允许在低速下运转,但仍然可以有效地清洁碎浆机的筛孔,这种新型转子可以使电力消耗减少达 50%以上。

5.3 转鼓式碎浆机

通常用于废纸碎浆。该设备较缓和的机械作用使得污染物能保持完整状态,而且能耗比传统机械碎浆机低,用水较少,减少对纤维的切断。有分析认为,脱墨浆生产线用连续转鼓式碎浆机取代间歇式碎浆机,单位能耗可下降 25%以上。

5.4 废纸浆分级

安德里兹公司曾试验过在脱墨生产线上把废纸浆长、短纤维分级,这使脱墨线有可能被简化 (比传统脱墨浆线投资减少 13%～22%),电能和热能分别减少 11%～13%和 40%[23]。这一措施已在瑞士的Perlen Paper新闻纸厂试用。

5.5 电动液压除去污染物

废纸浆中的胶黏物会明显降低产品的质量。一项由美国能源局赞助的示范项目表明,一种新的污染物去除技术可以有效去除这类污染物。这是基于水中放电的原理,在除渣和筛选过程用电火花放电来强化筛选及除渣过程的胶黏物去除效率,从而增加浮选脱墨的效率[24]。这个方法已在 Appleton Papers、Stora Enso等公司的几家纸厂进行试验,认为所观察到的胶黏物去除、浮选、净化的改进导致在去除污染物和净化设备的直接能耗下降 10%～15%。

5.6 脱墨废水的热回收

通常废纸浆厂排放的脱墨废水温度都比较高,这可以回收低能级的热量。在废水回路装上热交换器可以回收这些热量用于水的加热。某工厂有 3台纸机生产新闻纸和特种纸,以 60%来自旧报纸和旧杂志纸的纤维为原料,工厂综合废水温度约为 49℃,流量为 2.7 m3/min,使用热交换器可以产生加热经过滤的纸机喷淋水,这可以节省工厂蒸汽用量。

6 其 他

6.1 激光-超声波纸幅挺度传感器

Lawrence Berkeley国家实验室的研究人员已开发出一种新型激光超声波传感器,可以用来在线测量纸幅的弯曲挺度和撕裂强度这两项重要性能。传统的做法是每当一轴纸下机后对样品进行检测,如果指标不合标准,整辊纸便要回抄或作为次品处理。新的激光-超声波传感器可以实时测量这些重要物理性能,这可使生产者优化生产出合格产品所需的原料量。据此,美国每年大约在能源方面节省 2亿美元,在纤维方面节省 3.3亿美元。这一技术已通过生产试验。在工厂试验中,由于这一技术能使纸机在更接近产品标准下运行,可使定量下降 2%,而必须要回收的不合格部分可减少 1% (这可减少重新处理废纸所用的能耗),工厂总的能耗可以下降 3%。

6.2 先进的纤维填料

矿物填料通常在纸品生产中取代部分木材纤维。由于纸张强度和质量的要求,加填一般是限制在15%～20%。现在正开发出新的无机纤维填料,可以把加填量增加至 50%,在许多产品中可以保持其强度和质量。据报道,使用填料可使吨纸生产能耗降低,其原因一方面是减少纸浆的用量,另一方面由于可以增加压榨干度而减少干燥能耗。

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Energy Sav ing Technologies for Pulp and Paper I ndustry

KUANG Shi-jun
(China National Pulp&Paper Research Institute,Beijing,100020)

Some energy saving technologies,which have been used or have application potential in pulp and paper industry,were briefly introduced.

pulp and paper industry;energy saving technology

TS7

A

0254-508X(2010)10-0056-08

(E-mail:ksj@cnppri.com.cn)

2010-06-26

(责任编辑:郭彩云)