制浆造纸企业节能降耗减污增效措施

危志斌 张瑞杰

(山东太阳纸业股份有限公司天园分公司，山东兖州，272100)

随着造纸工业的快速发展，伴随着资源消耗过快、能源供应日渐紧张、环境污染日益加重，人们愈加意识到节能降耗、减污增效的必要性。造纸工业为能源消耗大户，受到资源、环境、效益等方面的约束，亟需加快技术进步，朝着高效率、高质量、高效益、低消耗、低污染、低排放的现代化造纸工业方向发展，采取节能降耗、减污增效的有效措施，走资源节约型和环境友好型之路。

1 我国造纸工业的发展状况

造纸工业是我国社会经济的重要组成部分，已在世界造纸工业中发挥着举足轻重的作用。 “十一五”期间，我国造纸工业生产持续稳定增长，运营质量显著提高。2011 年更上一层楼，全国纸及纸板生产量为9930 万t，比2010 年的9270 万t 增长了7.12%;消费量为9752 万t，比2010 年的9173 万t 增长了6.13%，人均年消耗量为73 kg (13.40 亿人)，比2010 年的增加了5 kg。2011 年比2001 年生产量增长了210.31%，消费量增长了164.78%。2001—2011年，纸及纸板的生产量年均增长了11.99%，消费量年均增长了10.23%［1］。据中国造纸协会发布的中国造纸工业年度报告［2］，2007 年中国造纸一改过去消费量大于生产量的局面，供需结构出现拐点(见表1)。充分说明我国造纸工业的发展形势很好。

表1 2005—2010 年全国纸及纸板产量、消费量、进口量和出口量 万t

2 我国造纸工业面临的形势

虽然我国造纸工业发展形势比较乐观，但随着全球气候变暖、资源消耗过快，人们更加注重环境保护、推行绿色低碳制浆和造纸，“十二五”期间国家政策也对造纸工业的节能减排要求更加严格，所以对本身能耗和水资源消耗就比较高的我国造纸工业来说仍任重而道远。

2.1 政府承诺

国务院总理温家宝在2009 年12 月18 日丹麦哥本哈根气候变化会议领导人会议上发表了题为《凝聚共识 加强合作 推进应对气候变化历史进程》的重要讲话，承诺到2020 年单位国内生产总值CO2排放比2005 年下降40% ～45%。造纸工业作为能源消耗大户，节能减排任务繁重。

2.2 《造纸工业发展“十二五”规划》指导思想

由于受到资源、环境、效益等方面的约束，造纸工业加快技术进步，朝着高效率、高质量、高效益、低消耗、低污染、低排放的现代化方向持续发展，呈现出企业规模化、技术集成化、产品功能化、生产清洁化、资源节约化、环保低碳化、林纸一体化、管理信息化和产业全球化，以及绿色发展的突出特点［3］。

2.3 工信部明确“十二五”节能减排十项重点工作

工业领域“十二五”主要节能减排的奋斗目标是:2015 年单位工业增加能耗、CO2排放量和用水量分别比“十一五”末降低20%左右、20%以上和30%，工业COD、SO2排放总量减少10%，工业氨氮、氮氧化物排放总量减少15%，工业固废综合利用率提高到72%左右。“十二五”工业节能减排需扎实推进的十项重点工作是:①严格控制“两高”和产能过剩行业新上项目;②坚决完成淘汰落后产能各项任务;③切实加强节能降耗技术改造;④全面提升企业节能管理;⑤积极推进清洁生产和重金属污染防治;⑥大量发展节能环保产业;⑦加快推进“数字能源”和绿色ICT 战略;⑧加强工业固废物质综合利用和循环经济发展;⑨大力推进工业节约用水;⑩完善工业节能减排政策机制。

2.4 《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》三条红线

2012 年2 月16 日，国务院新闻办发布会介绍了《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》，对实行最严格水资源管理制度工作进行全面部署和具体安排，进一步明确水资源管理“三条红线”的主要目标。一是确立水资源开发利用控制红线，到2030 年全国用水总量控制在7000 亿m3以内。二是确立用水效率控制红线，到2030 年用水效率达到或接近世界先进水平，万元工业增加值用水量降低到40 m3以下。三是确立水功能区限制纳污红线，到2030 年主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内，水功能区水质达标率提高到95%以上。为实现上述红线目标，进一步明确了2015 年和2020 年水资源管理的阶段性目标。

3 制浆造纸企业节能降耗、减污增效措施

当前，我国造纸工业的快速发展面临资源和环境的双重制约，实施可持续发展战略，建设资源节约型、环境友好型造纸企业势在必行。由于落后产能仍占总产能的35%，COD 排放量约占行业排放总量的47%［4］，加之其他产能中也并非所有企业都采用最有效的节能减排新技术，所以我国制浆造纸企业亟需采取节能降耗、减污增效的有效措施，确保能顺利完成“十二五”规划等节能减排要求。

制浆造纸企业使用的原材料主要包括原料、水(包括蒸汽)和电等，以下主要从这几个方面分别阐述相关的节能降耗、减污增效措施。

3.1 原料方面的节能降耗、减污增效措施

3.1.1 纤维原料

纤维原料是造纸工业消耗最大，也是流失较大的原料，如何控制和合理使用纤维原料，不但对节能降耗，而且对减污增效、降低纸产品的成本和能耗都有着相当重要的作用。

3.1.1.1 加大废纸浆用量

获得1 t 废纸浆的耗电量只是1 t 木浆耗电量的20%［5］，因此使用废纸浆能大幅度地降低制浆电耗;同时，废纸制浆也减少了木材的使用，保护了生态环境;而且，废纸制浆消耗的化学品也极少，去除了蒸煮、漂白和碱回收等复杂制浆过程，故也减少了黑液对水资源的污染和臭气及碱回收烟气对大气的污染。世界各国也越来越重视本国废纸资源的回收利用，世界废纸回收量由2005 年的1.826 亿t 提高到2010 年的2.234 亿t;回收率由2005 年的49.8% 提高到2010 年的56.6%，我国也达到了43.8%［3］。如何合理有效地使用废纸浆已成为众多造纸企业关注的焦点。造纸企业在很多纸种中开始使用或加大使用脱墨浆，比如卫生纸、书写及印刷纸、铜版纸、灰底白纸板等纸种，为节能降耗和减污增效找到了一条切实可行的途径。

3.1.1.2 化学机械木浆

化学机械木浆是指利用化学方法和机械方法共同对木材纤维原料进行作用制成的浆，基本上保留了原料中的木素，只是溶出抽出物和部分短链半纤维素［6］。化学机械木浆的得率一般在85%以上，而一般的化学木浆得率在46%以下，所以使用化学机械木浆能节省将近50%的木材资源;同时因漂白程度不高，制浆过程中化学品的用量也相对减少，没有蒸煮黑液对水体的污染，故在造纸过程中加大化学机械木浆的配比已成为节能降耗和减轻污染的主要措施。山东太阳纸业就是典型的例子，山东太阳纸业生产的轻型纸，化学机械木浆的配比达70%左右，不但大幅度降低了生产成本、保护了环境，而且赢得了市场。目前，山东太阳纸业化学机械木浆的年产量已超过40 万t，为降低化学木浆的用量开辟了一条新途径，大幅度降低了纸产品能耗和成本，也大幅度减少了污染物的排放量。3.1.1.3 填料回收

大型文化纸机流送系统的除渣器末端需要源源不断地排渣，虽是排渣但同时也带走了大量的浆料纤维，如果不回收利用则成为固体废弃物排入环境，量相当大。如以一台抄宽4950 mm、车速1200 m/min的纸机为例，每天的固体废弃物排放量为10 t 左右，其中CaCO3为7 t 左右，浆料纤维为3 t 左右。如果使用填料回收系统，按回收50%计算，则每天可以回收3.5 t CaCO3和1.5 t 浆料纤维，每月将可能回收105 t CaCO3和45 t 浆料纤维。其节能降耗、减污增效效果很明显。

3.1.2 化工原料

化工原料在制浆造纸过程中的使用对提高浆料和纸产品质量起到了至关重要的作用。但部分化工原料的使用可能对环境造成污染，比如含元素氯漂剂在纸浆漂白过程废水中会产生AOX，而AOX 含有二恶英类物质，该类物质为脂溶性的累积物质［7-10］，是剧毒性物质。又如造纸过程中使用的浆内和表面增白剂，可能含有致癌物质。所以如何减少有毒有害化学品的使用或寻找替代品是造纸业界人士关心的大事，同时如何高效地使用相关化学品使造纸过程实现清洁生产也是广大造纸工作者正在努力做的工作。

3.1.2.1 使用无元素氯(ECF)或全无氯(TCF)漂白

随着造纸工业的进步，制浆技术也发展迅速，以前制浆规模较小的浆厂几乎都使用CEH 三段漂白，随着人们对环境污染的进一步认识，这些使用含氯漂白的工艺基本被淘汰，或亟需淘汰，正使用ClO2、O3或H2O2代替，尤其是H2O2漂白工艺技术比较成熟，现代大型的纸浆厂无论是化学浆还是机械浆都采用了该技术，此漂白工艺不会对环境造成污染，使漂白技术上了一个台阶。

3.1.2.2 使用酶促打浆降低磨浆能耗

能源问题成为制约造纸工业发展的大问题，如何节约能源成为近代造纸工业关心的焦点问题。而使用酶促打浆能大幅度降低磨浆能耗。如生产大型文化用纸的纸机，在每吨绝干针叶木浆中使用0.10 ～0.15 kg的酶进行酶促打浆后，游离度仍控制在350 ～400 mL，但电耗能降低15% ～30%，即每吨绝干浆减少电耗45 ～90 kWh，节能效果相当明显。按1 天使用100 t绝干针叶木浆计算，每天减少电耗4500 ～9000 kWh，1 年则将减少电耗153 ～306 万kWh。因酶的制备技术也日渐成熟，无论对磨浆质量还是成本控制都有保障，所以这无疑对造纸工业降低能耗找到了切入点。3.1.2.3 使用淀粉酶降低表面施胶成本和减轻环境污染

造纸工业生产过程中表面施胶几乎都要用到淀粉，以往主要使用氧化木薯淀粉、氧化玉米淀粉或氧化阳离子木薯淀粉、氧化阳离子玉米淀粉，而使用淀粉酶则直接可以使用木薯或玉米原淀粉进行转化，无需氧化或阳离子化，不但可以为造纸企业显著降低表面施胶成本，而且可以省去淀粉厂氧化和阳离子化的工艺过程，减轻了淀粉制备过程中粉尘对大气的污染和淀粉废水对水资源的污染。如山东太阳纸业天章19#纸机生产81 g/m2涂布原纸，表面施胶胶料成本每吨纸降低了86.4 元，下降幅度达42.1%［11］，实现年降低成本达2000 万左右。

3.2 水资源(包括蒸汽)方面的节能降耗、减污增效措施

造纸行业是名副其实的用水大户。2008 年我国造纸行业用水占全国工业总耗水的8.89%，而其总产值只有4660 亿元，仅占全国工业总产值340507 亿元的1.39%，单位产值耗水量之大让人触目惊心［12］。如何降低新鲜水消耗成为造纸企业关心的焦点问题之一。

3.2.1 使用多圆盘白水回收机加大白水回收

制浆造纸过程中需要使用大量的水，如果这些水不循环利用的话则只能排放而使用新鲜水。通过多圆盘白水回收机回收的白水量相当可观，如一台4950 mm、车速1200 m/min 的纸机，在使用部分湿浆(外来浆，不需要碎浆，浓度5%左右)时，纸机每小时可能产生1500 m3的可回收的白水，使用多圆盘白水回收机回收后，一天将回收36000 m3白水，这些白水如果能合理利用的话，就可以每天节约36000 m3新鲜水，节水相当可观，而且从水资源保护和废水处理来看也至关重要。山东太阳纸业大型纸机及制浆车间清水水耗能降低到世界先进水平，主要原因就是加大了白水回用力度。

3.2.2 制浆车间加大造纸白水回用

制浆车间从湿法备料到成浆稀释都需要使用水，但这些水中除了多段逆流洗涤能循环使用内部水外还需要补充大量的新鲜水。造纸车间通过多圆盘白水回收机回收的清滤液在制浆车间很多用水点都可以替代新鲜水。比如，湿法备料中木片或草料的洗涤可以使用清滤液、黑浆的洗涤可以使用清滤液、漂白洗涤可以使用清滤液、黑浆和漂白浆可以使用清滤液稀释，可降低新鲜水水耗，从节约水资源和降低成本上都很可观。一个年产5 万t 的制浆厂，通过使用清滤液，一个月可以降低新鲜水水耗12 万m3左右。

纸板生产的制浆过程除了可以利用多圆盘白水回收机产生的清滤液外，还可以将等级较高的纸板机废水通过气浮处理使用到等级较低的纸板的制浆，也可以起到清滤液同样的作用。比如，山东太阳纸业气浮处理生产白卡纸的纸机废水，将气浮处理水用到灰底白纸板的制浆上，能大量降低新鲜水的用量。

3.2.3 造纸车间加大白水回用

造纸车间如果加大清滤液和超清滤液的利用，将能大幅度降低新鲜水的用量。山东太阳纸业19#纸机通过将填料CaCO3的稀释水、滑石粉的稀释水、导辊的喷淋水改为超清滤液，浆料碎解和稀释采用清滤液等，使得新鲜水的水耗达到国际领先水平，平均吨纸新鲜水水耗仅4.0 m3左右。

3.2.4 采用TrumpJet®稀释技术

使用助留助滤剂对大型文化纸机来说，不但需要考虑使用效果，而且还要考虑新鲜水水耗。因为助留助滤剂的在线添加需要稀释10 倍左右，而且还要求添加后能快速混合均匀。常规的添加混合装置不但造成新鲜水水耗大而且还造成混合效果不佳。TrumpJet®稀释系统和稀释技术解决了此难题，该系统采用流浆箱筛后的浆料作为稀释水完全替代新鲜水，而且添加到浆内做到了快速、混合均匀。山东太阳纸业天章19#纸机采用TrumpJet®稀释系统和稀释技术后，新鲜水水耗降低了3.6 m3/t 纸，具体情况见表2;助留助滤效果也提高5%。

3.2.5 回收利用烘缸冷凝水

烘缸冷凝水不但量大，而且杂质离子含量极少、热值高，如果电厂能回收利用则可以大幅度降低燃煤用量、新鲜水用量和新鲜水的处理成本。对于回用到电厂的冷凝水，在回收过程中需要对冷凝水泵的密封和管路加强监控，否则新鲜水混入冷凝水会造成冷凝水硬度等指标偏高而无法直接使用。山东太阳纸业通过集水池集中收集各造纸车间的冷凝水，然后回用到电厂，大幅度降低了电厂的生产成本。

表2 太阳纸业天章19#纸机助留助滤系统未使用TrumpJet®时新鲜水水耗

3.2.6 中水资源化利用

中水资源化利用是造纸企业的一种发展趋势。中水主要为造纸和制浆的综合废水，杂质较多，如果需要回用到制浆和造纸车间，则处理难度较大。通过一系列的处理措施(包括人工湿地降解)，最终各种杂质得到明显减少，如果再通过砂滤或膜处理等措施，可以达到新鲜水的水质要求。目前，部分制浆造纸企业正在进行尝试。

3.3 用电方面的节能降耗、减污增效措施

3.3.1 热电联产

制浆造纸企业生产过程中不但需要消耗大量的电能(如每吨胶版印刷纸耗电在500 kWh 左右，每吨铜版纸耗电在430 kWh 左右)，而且还需要消耗大量的蒸汽(每吨胶版印刷纸消耗0.5 MPa 压力的蒸汽1.8 t 左右，每吨铜版纸消耗0.5 MPa 压力的蒸汽1.4 t 左右)。如果企业没有自己的发电厂，将带来一系列的问题，用电成本大幅度升高、蒸汽无论是外购还是自制都需要额外增加大量的成本等。制浆造纸企业最好拥有自己的热电厂，实行热电联产，不但用电成本大幅降低(一般在0.3 元/kWh 以下)，而且能合理利用发电过程中产生的蒸汽，降低蒸汽成本(0.5 MPa压力的蒸汽售价在130 元/t 左右)。这样，制浆造纸企业不但降低了生产成本，而且为发电厂的蒸汽直接排入大气造成能量损失找到了出路，既节能环保又降低了生产成本。

3.3.2 使用生物质锅炉发电

制浆造纸企业在生产过程中产生大量的固体废弃物，如制浆过程中筛选产生的木屑、木渣，废水处理产生的污泥，如果能合理利用，不但处理费用减少而且保护了环境，为企业节能创造了条件。山东太阳纸业生物质锅炉已正常运行，每天将制浆过程中筛选产生的木屑、木渣，废水处理过程中产生的浓缩污泥，生产生活中产生的部分垃圾等收集送到生物质锅炉燃烧发电和生产蒸汽，为太阳纸业节能降耗开辟了新途径。

3.3.3 沼气发电

大型制浆造纸企业废水处理技术已比较成熟，各种有效的废水处理技术已得到应用。废水处理厌氧处理段产生大量的沼气，收集并送到锅炉燃烧既可减少温室气体的排放又为企业降低了化石能源的使用，同时也为企业创造了可观的经济效益。山东太阳纸业收集回收利用废水处理过程中产生的沼气用于发电，每年可发电量约700 万kWh，创造经济效益400 多万元。

3.3.4 使用变频电机

制浆造纸企业的很多浆泵、真空泵等都还是采用非变频控制，比如浆泵通过泵前和泵后的阀门开度控制浆料的流量、真空泵通过调节排空阀的开度调节真空度(真空过高时)，造成大量电能浪费。需要请有经验的专家和技术人员对整个生产过程进行排查和改造，这能为企业带来较大利润。如山东太阳纸业通过清洁生产和能源管理体系，对整个生产过程进行了排查和论证，很多电机已改成或正准备改成变频电机，节电效果相当明显。

3.3.5 合理使用空气压缩机

压缩空气对目前比较先进的制浆造纸企业来说也是一种必不可少的气源，大型造纸车间对压缩空气的用途进行分类，分仪表用气和工艺用气。对于大型文化纸机来说，提供压缩空气的空气压缩机电耗将占到整台纸机的5%左右，而一台机外涂布机的空气压缩机电耗将占到整台机外涂布机的11%左右。如何有效使用空气压缩机对造纸企业来说也很重要。首先，必须确保压缩空气无无偿泄漏;其次，保证压缩空气不用于与生产无关的用途，比如工人吹设备或衣服上的尘土、用于冷却生产过程中温度高的电气设备等。

3.4 其他方面的节能降耗、减污增效措施

3.4.1 提高生产效率，降低单位产品能耗

不同的纸种，磨浆、网部脱水、压榨部脱水等，找到一个合理的电耗“点”，将有利于提高产能，降低单位产品能耗。比如，生产静电复印纸原纸就不需要过度磨浆，否则磨浆机需要额外消耗电能，同时造成网部脱水困难，限制车速的提高和造成蒸汽用量偏高，同时使成纸的松厚度偏低。

3.4.2 使用靴式压榨

靴式压榨因压区宽、压力大、纸幅受压时间长，故对提高进干燥部的纸幅的干度非常有利。普通低速纸机进干燥部纸幅干度基本在40%左右，而使用靴式压榨后即使是高速纸机也可以提高到50%左右，与不使用靴式压榨相比，使用靴式压榨车速能提高很多，产能明显提高。山东太阳纸业生产白卡纸的纸板机就将普通压榨改成了靴式压榨，公司效益明显改观。

3.4.3 使用现代化固定式虹吸管

现代化固定式虹吸管可在纸机各种运行车速下持续去除冷凝水，在高速运行条件下更容易去除冷凝水，即使烘缸溢流(由于阀门关闭)，一旦清除障碍物，系统将泵出冷凝水。如一台幅宽7620 mm、车速914 m/min 的文化纸机，虹吸管改造为固定式虹吸管，并且对蒸汽冷凝水系统做相应的改造，改造后烘缸蒸汽消耗量减少了26%［13］。

3.4.4 使用密闭气罩和热回收系统

密闭气罩已成为现代各种纸机必不可少的组成部分，能为纸机节约大量的蒸汽。但热回收系统通常不使用或非理想状态使用，造成大量热空气外排。如一台大型文化纸机使用热回收系统后，纸机喷淋专用温水在不使用蒸汽加热的前提下，温度能达到43℃以上，而不使用热回收系统时，温度只在20℃以下，节能效果相当显著。

3.4.5 减少蒸汽泄漏

蒸汽管理的泄漏在造纸厂里几乎随处可见，造成大量能量损失，杜绝蒸汽的持续小泄漏比断纸期间一次间歇的大损耗更能减少蒸汽消耗。例如蒸汽管道某处泄漏蒸汽100 kg/h，按平均130 元/t 蒸汽计算，4处泄漏则每年会损耗掉4 ×100 ×24 ×340 ×130/1000=42.432 (万元);而每次断纸(大损耗)会损耗掉蒸汽5000 kg/h，假设每天断纸2 次，每次持续时间为0.1 h，则每年会损失掉2 ×5000 ×0.1 ×340 ×130/1000 =4.420 (万元)。可见控制好蒸汽小泄漏对节能降耗很有帮助。

3.4.6 黑液浓缩

燃烧浓度高的黑液可以减少在碱回收炉内的水蒸发。目前应用的浓缩器主要有两种:浸管式和降膜式。浸管式浓缩器黑液在浸管内循环，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。管式降膜蒸发器的操作几乎与传统升膜蒸发器一样，只不过黑液流向相反，由于黑液流下的速度更快，泡沫又以相反的方向流动，使得这种蒸发器不易结垢，可以产生高浓黑液(高达70%，而不是传统的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%提高到80%，每年可节约费用90 万美元［14］。

4 结 语

制浆造纸企业节能降耗、减污增效的措施很多，面对目前资源、能源、环境约束日益加剧，采取相应措施势在必行。

4.1 针对制浆造纸企业的原料(纤维和化学品)，可以通过采用加大废纸回收利用、提高化学机械木浆的配比、使用填料回收系统、使用无元素氯(ECF)或全无氯(TCF)漂白、使用酶促打浆和淀粉酶等措施，来有效地实现节能降耗、减污增效。

4.2 针对制浆造纸企业用水，可以通过采用加大多圆盘白水回收机回收利用纸机白水(将回收的白水分别利用到纸机和制浆车间)、使用TrumpJet®稀释设备和技术添加造纸助剂、回收利用烘缸冷凝水和中水资源化利用等措施，来有效地实现节能降耗、减污增效。

4.3 针对制浆造纸企业用电，可以实行热电联产、使用生物质锅炉、利用沼气发电、使用变频器和合理使用空气压缩机等措施，来有效地实现节能降耗、减污增效。

4.4 针对制浆造纸企业的其他方面，可以通过采用提高生产效率、使用靴式压榨和现代化固定式虹吸管、使用密闭气罩和热回收系统、减少管路的蒸汽泄漏和强化黑液浓缩等措施，来有效地实现节能降耗、减污增效。

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