硫酸盐浆厂节能技术改造实践

李乾金陈 燕张振忠

（1．四川永丰浆纸股份有限公司，四川沐川，614500；2．江苏力普电子科技有限公司，江苏南通，222300）

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硫酸盐浆厂节能技术改造实践

李乾金1陈 燕1张振忠2

（1．四川永丰浆纸股份有限公司，四川沐川，614500；2．江苏力普电子科技有限公司，江苏南通，222300）

介绍了我国造纸行业主要的耗能设备、国家支持的节能项目及硫酸盐浆厂碱回收溶解槽尾气余热利用原理、方案、案例及效果。

高压电机；变频节能；溶解槽；余热利用

在国家列入“十二五”重点节能规划中，造纸行业被列为我国传统高耗能行业之一。近年来，造纸行业市场疲软，行情低迷，产能过胜，中小型造纸厂普遍处于亏损状态。能源结构不合理，能源利用效率低，设备能耗高，能耗成本占产品成本比重达到8%～14%，亏损加大。实施节能技术改造，降低能源消耗，显得尤其紧迫和必要。

1 主要耗能设备

浆厂主要耗能设备为大功率风机、水泵、浆泵、大型削片机和工程机械。二次能源转换设备有工业锅炉、空气压缩机。大功率风机、水泵主要分布于热电厂、碱回收车间燃烧工段；浆泵主要分布于制浆车间蒸煮和洗选漂工段；工程机械主要分布于原料场和煤场。大型浆厂的工程机械每月耗油量多达几十甚至上百吨。工业锅炉主要是燃煤锅炉，将一次能源转换为二次能源（电和汽）供下一工序使用，热效率一般不低于82%。

国家财政重点支持的节能技术改造项目有以下几大类：电机系统节能、余热余压利用、能量系统优化、燃煤锅炉（窑炉）改造、节约和替代石油。浆厂最容易实施的节能项目为前三类。下面针对硫酸盐浆厂介绍电机系统节能和余热余压利用原理、方案、应用案例和效果。

2 电机系统节能改造原理、方案、应用案例及效果

国家财政重点支持的电机系统节能改造项目有以下几大类：采用高效节能电机、风机、水泵、变压器等更新淘汰低效落后耗电设备；对电机系统实施变频调速、永磁调速、无功补偿等节能改造；采用高新技术改造拖动装置，优化电机系统的运行和控制；输电、配电设备和系统节能改造等。对于已建多年的硫酸盐浆厂，电机系统变频调速改造是投资省见效快的好办法。

2.1 电机变频调速改造节能原理

耗能设备风机、水泵类负载，平时设备工频启动和运行，电机为鼠笼式异步电动机，由于生产过程有四季的交替、冷热的变化、产品不同品质规格的变化，所需用的风（水）量也随着变化，风（水）量的多少靠调节阀门的大小来控制，有30%左右的能量浪费在风门（阀门）上。因此，这种介质流量的调节方式，用电设备有着很大的节能空间，特别是功率大的高压或低压电机。风机（泵）的特性分析及节能原理（见图1）。

图1 风机（泵）流量Q与压力H的关系曲线

风机（泵）是一种平方转矩负载，其转速n与流量Q、扬程H及风机轴功率之间的关系为Q1=Q2（n1/n2）、H1=H2（n1/n2）2、P1=P2（n1/n2）3。当电机驱动风机（泵）时，电动机的轴功率P（kW）为：P∝QH/η（η为效率）。

图1中曲线n1为风机（泵）在转速n1下“扬程﹣流量（H﹣Q）”的特性；曲线n2为风机（泵）在转速n2下H﹣Q的特性；曲线R1、R2为管阻特性。假设风机（泵）在标准工作点A点效率最高，输出风量Q为100%，功率P1与AH1OQ1成正比。根据生产工艺要求，当风量（水量）需从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门方法（相当增加管阻），使管阻特性从曲线R1变到R2，系统由原来的标准工作点A变到新的工作点B运行。此时风机（泵）的扬程增加，轴功率P2与面积BH2OQ2成正比。如果采用变频器控制方式，风机转速由n1降到n2，在满足同样风量Q2的情况下，风机（泵）的扬程H3大幅降低，轴功率P3与面积CH3OQ2成正比。轴功率P3和P1、P2相比将显著减小，节省的功率ΔP与面积BH2H3C成正比，节能效果十分显著（图中阴影部分就是设备的节能空间）。

2.2 高压电机变频调速改造方案

与低压电机变频改造相比，高压电机（10 kV）改造方案复杂一些。下面就高压电机一用一备系统和无备用系统变频改造方案进行介绍。

2.2.1 高压电机一用一备系统变频改造方案

对于两台设备一用一备系统，要求变频器也要一拖二，在设备切换时，先把变频器正常拖动的设备切换到工频，然后再用变频器启动备用设备，在备用设备启动完毕后，再停掉第一台设备，以确保整个切换过程中系统风（水）的流量要求。

系统改造时，根据工厂实际运行情况，结合安全、经济、适用的原则，应用一套变频控制系统采用一拖二运行方式。设计时，根据电机容量选用1台变频器，其变频器通过工频旁路柜直接串在原来的供电回路中，二次回路不作改动，保护仍由原来的二次系统完成，原有的操作方式不变。控制系统由变频调速器、风机（泵）电机和工/变频转换柜等组成。系统中的旁路开关柜用于工频、变频转换，一旦变频器出现故障时，可转换为工频运行，增强系统的可靠性。

一拖二自动旁路构成方案如图2所示。

图2 一拖二自动旁路构成图

2.2.2 高压电机无备用系统变频改造方案

对于高压电机无备用系统，设计时，根据电机容量选用1台变频器，其变频器通过工频旁路柜直接串在原来的供电回路中，二次回路不作改动，保护仍由原来的二次系统完成，原有的操作方式不变。控制系统由变频调速器、风机（泵）电机和工/变频转换柜等组成。系统中的旁路开关柜用于工频、变频转换，一旦变频器出现故障时，可转换为工频运行，增强系统的可靠性，见图3。

由图3可见，手动旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，QS1与QS3采用一个双投隔离开关，实现自然机械互锁。当QS1、QS2闭合，QS3断开时，电机变频运行；当QS1、QS2断开，QS3闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于调试、检修和维护。

2.2.3 操作方式及故障状态下的转换

系统改造后，可以选择电动机变频工作，也可以选择电动机工频工作，两个系统互为备用，增加了系统的可靠性。变频器故障时，系统手动（或者自动）转为工频状态，不会影响生产的正常运行。

图3 无备用电机旁路构成图

2.2.4 变频改造后系统的特点

采用变频器后，电机和设备共同组合为一体，既是动力源，又是流量调节执行机构，改变了传统的控制方式，实现了生产过程自动化，减少了劳动强度。

设备寿命延长，维修量减少；反应速度快，精度高，控制简便；降低了启动电流，提高了电气保护质量；安装、维护方便。

2.3 电机系统节能改造案例及效果

四川永丰浆纸股份有限公司于2011年与江苏力普电子科技有限公司合作实施电机变频节能技改项目，对全厂25台工频运行电机加装变频器，进行全面的变频节能技术改造，其中加装10 kV高压变频器7台（热电车间1#循环水泵、1#引风机、一次风机、二次风机、1#给水泵；碱回收车间1#给水泵、二次风机）；加装380 V低压变频器18台（热电车间1#冷却塔风机、2#冷却塔风机；碱回收车间出Ⅰ效浓黑液泵、至碱灰混合黑液泵、1#温水泵、一次风机、三次风机等；制浆车间1#除节机供料泵、一段筛供料泵、D1塔浆泵、备料洗涤循环水泵等；浆板车间纸机浆池浆泵、送制浆车间白水泵等）。2012年7月正式投入运行，截至2014年12月，25台变频节能改造设备运行正常，平均节能率达到20%以上。

2013年全年25台用电设备实现节电量1428．8万kWh（折标准煤为4715．0 t）。25台电机技改投用前吨风干浆耗电量为149．95 kWh，技改设备投用后（2013年全年）吨风干浆耗电量为93．4 kWh，减少56．55 kWh，减少37．7%，电机变频节能改造项目节能效果非常显著。

3 余热余压利用改造原理、方案、应用案例及效果

国家财政重点支持的余热余压利用改造项目与造纸有关的有以下几大类：废气热交换器改造；化工行业余热（尾气）利用；纺织、轻工及其他行业供热管道冷凝水回收、供热锅炉压差发电改造；工业生产有机废弃物沼气利用等。对于已建多年的硫酸盐浆厂，碱回收车间碱炉溶解槽排出的尾气余热大多未进行利用或利用效率不高，若这部分尾气能量加以充分利用，可带来显著的节能效果。

3.1 碱炉溶解槽尾气余热利用原理和方案

采用优质高效的翅片式换热器，利用碱炉给水对溶解槽排出的尾气进行冷却，被加热的给水送入碱炉除氧器，降低除氧器的蒸汽消耗，从而实现节能的目的，减少尾气的排放量。为充分利用尾气的余热，可以采取二级甚至三级换热器加热给水，流程如图4所示。

图4 碱炉溶解槽尾气余热利用流程图

3.2 碱炉溶解槽尾气余热利用案例和效果

四川永丰浆纸股份有限公司于2011年实施碱炉溶解槽尾气余热利用改造项目，利用碱炉给水（流量127 m3/h左右）冷却溶解槽尾气，新增1台换热面积为126 m2的列管式换热器，使得溶解槽尾气温度由95℃下降到83℃，碱炉给水温度由21℃上升到52℃，温度上升31℃，除氧器蒸汽消耗明显下降。由于列管式换热器换热面积不足，尾气排放温度依然较高，于2014年再增加1台换热面积为713 m2的翅片式换热器与原换热器串联使用，使得溶解槽尾气温度由83℃下降到70℃以下，碱炉给水温度由52℃上升到70℃，温度再上升18℃，除氧器蒸汽消耗进一步下降。

上述数据表明，碱炉给水由21℃上升到70℃，温度上升49℃，按公式（1）计算出理论节能量为26136600 kJ/h，即892．8 kg标准煤/h，每年（每天24 h，运行330天计）预计可节约标准煤7070．98 t，节能效果显著。

式中，Q为每小时节约的能量（kJ/h），C水为水的比热（4．2 kJ/kg），m为每小时通过换热器的给水质量（127000 kJ/kg），ΔT为给水的温升（49℃）。

4 结 语

四川永丰浆纸股份有限公司电机变频节能技改和碱炉溶解槽尾气余热利用技改两个项目投用后，全年可实现节能11785 t标准煤。全年每吨风干浆综合能耗由技改前（2010年）的395．8 kg标准煤下降到（2013年）225．6 kg标准煤，节约了170．2 kg标准煤，节能效果非常明显，产生了良好的经济效益。

节能技术改造涉及面广，涵盖的环节较多，本文仅就对硫酸盐浆厂比较典型的高压电机变频节能和余热余压利用这两方面结合案例进行了论述，同样可以延伸到浆厂其他环节及其他行业领域。

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（责任编辑：马 忻）

Experience of a K raft Pulp M ill Energy﹣saving Technology M odification

LIQian﹣jin1，*CHEN Yan1ZHANG Zhen﹣zhong2
（1．Sichuan Yongfeng Pulp and Papet Co.，Ltd.，Muchuan，Sichuan Ptovince，614500；2．Jiangsu Lipu Electtonic Co.，Ltd.，Nantong，Jiangsu Ptovince，222300）（*E﹣mail：xshy118@126．com）

The principle，scheme，application and results of high﹣voltagemotor frequency conversion energy﹣saving technology weremainly described．In addition，the principle，scheme，practice utilization and result ofwaste heat utilization of tail gas from soda recovery dissolving tanks in kraft pulp millwere introduced．

high voltagemotor；inverter energy saving；dissolving tanks；utilization ofwaste heat

李乾金先生，工程师；主要从事制浆造纸工艺研究和生产管理。

TS743+．11

A

0254﹣508X（2015）09﹣0070﹣04

2015﹣02﹣03（修改稿）