中小型燃气轮机在卫生纸机生产线上的应用

李国华　渠怀迪

摘 要：本文叙述了卫生纸机生产线的能源需求及生产系统现状，分析了中小型燃气轮机在卫生纸机生产线上应用的必要性，详细论述了燃气轮机热-电-气三联供系统在卫生纸机生产线的应用方式，以及热、电、气等系统调节方式。结果表明，燃气轮机热-电-气三联供系统完全可以满足卫生纸机生产线的生产需求，同时具有良好的发展前景和经济效益。

关键词：卫生纸机生产线;燃气轮机;热-电-气三联供系统

中图分类号：TS736 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）31-0043-03

Application of Medium and Small Gas Turbine in Sanitary

Paper Machine Production Line

LI Guohua QU Huaidi

（1.Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410004;2.China Light Industry Changsha Engineering Co.， Ltd.，Changsha Hunan 410004）

Abstract： This paper describes the energy demand of the toilet paper machine production line and the current situation of the production system， analyzes the necessity of the application of small and medium-sized gas turbines in the toilet paper machine production line， and discusses in detail the application mode of the gas turbine heat electricity gas triple supply system in the toilet paper machine production line， as well as the system regulation modes of heat， electricity and gas. The results show that the gas turbine heat electricity gas triple supply system can fully meet the production needs of the toilet paper machine production line， and has good development prospects and economic benefits.

Keywords： sanitary paper machine production line;gas turbine;thermal-electric-gas triple supply system

1 衛生纸机生产线的能源需求及现状

现有卫生纸造纸生产线用到的能源主要为电能、蒸汽和天然气。其中，生产用电主要由当地电网提供。生产用蒸汽的供应方式主要有园区集中供热、企业自备燃煤锅炉房供热、企业自备燃气或燃油锅炉房供热。企业自备燃煤锅炉房的供热是目前生产企业的主要供热方式。

处于工业园区内且有集中热源站的卫生纸造纸企业，一般利用集中热源站进行统一供热。部分卫生纸造纸企业附近无集中热源站，企业距城区较近，当地政府对环保要求较高或无条件建设燃煤锅炉的，一般采用自备燃气或燃油锅炉房供热[1]。由于绝大部分卫生纸机生产线烘缸气罩的热风干燥系统（目前电加热干燥系统已经很少被使用）需要使用天然气，生产企业为简化系统，一般均选择燃气锅炉房。

2 中小型燃气轮机在卫生纸机生产线上应用的必要性

为贯彻落实打赢蓝天保卫战，国家先后颁布了《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》（国发〔2013〕37号）和《关于印发能源行业加强大气污染防治工作方案的通知》（发改能源〔2014〕506号）。其中，《关于印发能源行业加强大气污染防治工作方案的通知》提出，“以城市、工业园区等能源消费中心为重点，加快天然气分布式能源和分布式光伏发电建设”“允许分布式能源企业作为独立电力（热力）供应商向区域内供电（热、冷），鼓励各类投资者建设分布式能源项目”[2]。目前，各级政府均在大力推广煤改气、清洁能源及分布式能源等，现有卫生纸造纸企业在用的燃煤锅炉房近期内将被淘汰。企业附近有集中热源站的可以通过园区集中供热进行替代，但企业附近无集中供热站的热源供应将成为企业生产难题。

目前已经采用企业自备燃气、燃油锅炉房供热的企业，一般采用直接燃烧产生低压蒸汽供热的形式，未能实现能源的梯级利用，能源利用率较低，企业生产能耗较高[3]，直接影响企业的经济效益。

从节能减排、提高能源利用效率以及降低企业运行费用等方面考虑，结合国家提倡的分布式能源系统概念，现提出天然气-燃气轮机热-电-气三联供系统在卫生纸机生产线上的应用方案。本设计方案可以在提高能源利用率的基础上，解决企业生产中需要的电能、蒸汽和高温热风等问题，实现企业生产的全面自给自足，大大降低了企业生产成本，提高了企业经济效益。

3 现有卫生纸机生产线的生产系统

现有卫生纸机生产线的加热系统主要包括烘缸蒸汽加热系统和烘缸热风气罩系统。

3.1 烘缸蒸汽加热系统

加热蒸汽进入纸机的烘缸，通过钢制烘缸加热旋转烘缸外侧的卫生纸，蒸汽则在烘缸内变成凝结水，经疏水阀排至疏水箱。

3.2 烘缸热风气罩系统

现有卫生纸机均采用扬克缸热风气罩系统。运用接触干燥和对流干燥原理，高温高速使热风向纸产生较快的对流传热，同时热风垂直吹到纸上，使得界面上的空气薄膜受到破坏或厚度降低，大大增加了传热和传质系数，强化了蒸发效果，大幅提高了纸机产量及烘缸干燥效率，降低了蒸汽消耗。热风罩可在冲击温度较高的情况下完成干燥，并分成两个区，即高温趾形区和干燥区[4]。热风扬克式气罩比普通的烘干部干燥能力高出4～10倍。纸机的烘缸热风气罩系统详见图1。

4 燃气轮机热-电-气三联供系统在现有卫生纸机生产线的应用

本研究在现有卫生纸机生产线相应系统基本不改变的情况下，将天然气-燃气轮机供热发电联合循环系统应用于卫生纸机的生产，同时实现纸机生产的电能、蒸汽和热风系统的全部自产自用，具体应用方案如下。

4.1 电

高压天然气直接送至燃气轮机内进行燃烧做功，驱动发电机组发电，其发出的电量可以送至造纸车间使用。当燃气轮机的发电量多于纸机的用电量时，多余的电量可送至当地电网进行对外销售;当燃气轮机发电量少于纸机的用电量时，则可以从网上下电补充。

4.2 蒸汽

燃气轮机燃烧做功后的尾气（高温烟气温度为500～600 ℃），大部分接至低压余热锅炉中产生低压蒸汽，低压蒸汽可送至卫生纸机的烘缸内使用。

4.3 热风

燃气轮机燃烧做功后的尾气（高温烟气温度为500～600 ℃）大部分接至低壓余热锅炉，高温烟气经高温风机送至混合室内，与气罩排出的含湿量较高的回用次高温热风（温度为250～300 ℃）进行混合，得到满足气罩使用的高温热风，送至气罩内进行使用。

4.4 热风的热回收系统

由于不断有新的高温热风补充到烘缸的热风气罩系统中，为保证系统的正常运行，需要将部分含湿量高的次高温热风排出系统[5]。由于排出的次高温热风温度较高，为提高系统的热效率，需要将次高温热风排至余热锅炉的SCR脱硝反应器前，与余热锅炉中的烟气进行混合后，经SCR脱硝系统、蒸发器、省煤器后，通过烟囱进行高空排放。

5 电、气和热风系统调节方法

5.1 蒸汽产生量的调节

本项目产生蒸汽的来源为燃气轮机的余热锅炉。当燃气轮机排出的高温烟气的蒸汽量不足以满足造纸车间的生产用蒸汽需求时，可以在余热锅炉中补充天然气进行补燃（补燃率可以达到30%），以满足造纸生产车间的用蒸汽需求。燃气轮机热-电-气三联供系统在卫生纸机生产线的应用如图2所示。

5.2 热风需用量的调节

燃气轮机排出的高温烟气大部分排至余热锅炉产生蒸汽，另有少量高温烟气送至卫生纸机的热风混合室内与气罩排出的含湿量较高的回用次高温热风进行混合。为保证热风需用量的调节，可在燃气轮机排气至余热锅炉和热风混合室的烟道上装设调节风门，通过调节两个风门的开度以满足卫生纸机的热风需用量。

5.3 电负荷的调节

燃气轮机的发电量也可以在一定范围内进行调整。最大发电量工况为余热锅炉不进行补燃，所有蒸汽均由燃气轮机的高温烟气产生。当最大发电量工况的发电量多于全厂用电量且电网不能接收多余的电量上网时（或者上网电价较低，不足以收回其发电成本时），可以适当降低燃气轮机的负荷。蒸汽量降低部分由余热锅炉补燃产生，以达到全厂平衡。

6 结语

以国际主流卫生纸机生产厂家年产5.5万t燃气热风气罩扬克缸卫生纸机生产线进行测算，生产线在额定工况下运行时，其生产成本较购买网电和燃气锅炉房分散供热的情况下可以节约费用10%以上。因此，燃气轮机热-电-气三联供系统可以在卫生纸机生产线中应用，并能取得较好的经济效益。

参考文献：

[1]蒋毅，刘宝兴.回热型微型燃气轮机热力性能及CHP系统研究[J].上海理工大学学报，2004（1）：16-18.

[2] 国家发展和改革委员会，国家能源局，国家环境保护部.关于印发能源行业加强大气污染防治工作方案的通知[EB/OL].（2014-03-24）[2021-09-02].http：//www.gov.cn/xinwen/2014-05/16/content_2680846.htm.

[3]刘戒骄.从战略视角把握中国的能源结构调整[J].中国能源，2003（6）：77-78.

[4]林汝谋，金红光，蔡睿贤.新一代能源动力系统的研究方向与进展[J].动力工程，2003（3）：41-42.

[5]郑洪弢，倪维斗，李政.中国城市能源利用现状和政策分析[J].中国能源，2003（4）：8-10.