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    造紙想節能,先了解用能特點(diǎn)

    閱讀次數:     發(fā)布時(shí)間:2021-06-30 11:35:12

           制漿造紙工藝及用能特點(diǎn):

           (一)制漿造紙工藝制漿造紙按照工藝流程主要分為制漿和造紙兩個(gè)工序,制漿是將植物纖維原料或回收的廢紙制成紙漿的過(guò)程,造紙是使用適當的工藝將紙漿抄造成各種不同性能的紙或紙板的過(guò)程。

           制漿造紙工藝比較復雜,不同原料、不同制漿方法形成的紙漿特性不同,所產(chǎn)生的紙制品也不同。

           目前最主要的制漿方法是硫酸鹽法制漿、化學(xué)機械法制漿和廢紙制漿。

           其中,硫酸鹽法制漿是目前最主要的制漿方法,化學(xué)機械法制漿和廢紙制漿是具有較好發(fā)展前景的制漿方法。

           以原料區分制漿法,主要有木材,非木材和廢紙制漿。

           1. 木材制漿工藝根據制漿方式的不同,木材制漿通常分為化學(xué)法制漿和化學(xué)機械法制漿,其中化學(xué)法制漿主要為硫酸鹽法制漿,化學(xué)機械法制漿主要包括漂白化學(xué)熱磨機械制漿(BCTMP)、堿性過(guò)氧化氫制漿(APMP)和盤(pán)磨化學(xué)預處理堿性過(guò)氧化氫制漿(P-RCAPMP)。

           (1)硫酸鹽法制漿以氫氧化鈉和硫化鈉為蒸煮化學(xué)藥劑處理木片的制漿方法。根據漂白程度的不同,硫酸鹽漿分為未漂漿、半漂漿和漂白漿三種。

           (2)化學(xué)機械法制漿這種紙漿的木質(zhì)素和半纖維含量比化學(xué)漿高,制漿得率可以達到80%~90%,而硫酸鹽化學(xué)漿的得率不超過(guò)50%。

           化學(xué)機械法制漿是利用化學(xué)作用對木片進(jìn)行預處理后,再利用機械作用將木材纖維分離成纖維束、單根纖維和纖維碎片的過(guò)程。

           2. 非木材制漿工藝以麥草、蘆葦、蔗渣等非木材為主要原料的制漿工藝主要采用化學(xué)法,工藝主要包括燒堿法制漿、硫酸鹽法制漿及亞硫酸鹽法制漿。

           非木材化學(xué)法制漿工藝流程基本相同,通常為:非木材原料經(jīng)過(guò)備料后,進(jìn)入蒸煮設備進(jìn)行蒸煮,非木材原料在高溫蒸煮藥液的作用下分離溶出木素,所得紙漿通過(guò)洗滌篩選工段凈化后,獲得質(zhì)量較好的本色漿,如需得到白度較高的紙漿,還需進(jìn)行漂白處理。

           3. 廢紙制漿工藝廢紙制漿指以廢紙為原料,經(jīng)過(guò)碎漿處理,必要時(shí)進(jìn)行脫墨、漂白等工序制成紙漿的生產(chǎn)過(guò)程。

     
           廢紙制漿生產(chǎn)主要由碎漿、篩選及凈化、洗滌和濃縮、漂白四部分組成。

           根據原料、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品特性的不同,廢紙制漿生產(chǎn)工藝主要分為非脫墨廢紙制漿和脫墨廢紙制漿,目前廢紙制漿以脫墨漿生產(chǎn)為主。

           典型脫墨制漿采用機械和化學(xué)單元處理的流程,將油墨從纖維上除去。

           生產(chǎn)工藝流程主要包括廢紙的離解、廢紙漿的篩選和凈化、脫墨、漿料的濃縮與存儲、熱分散等。

           脫墨漿可用于包括諸如新聞紙、薄棉紙、印刷和復印紙、雜志紙(超級壓光紙 / 輕涂紙)、某些等級的硬紙盒等產(chǎn)品。

           非脫墨制漿的工藝流程較脫墨漿簡(jiǎn)單許多,生產(chǎn)流程中采用機械清潔的流程,少了脫墨、漂白等過(guò)程。

        非脫墨漿主要用來(lái)生產(chǎn)箱紙板、瓦楞紙以及低級的紙板等產(chǎn)品。大多數廢紙制漿線(xiàn)都與造紙整合在一起。

        4. 造紙工藝造紙是用紙漿制成各種紙制品的過(guò)程。

        造紙企業(yè)的紙產(chǎn)品和工藝布局不盡相同,通常包括漿料制備、上漿系統、紙機和紙板機等基本單元。

        紙和紙板的生產(chǎn)都采用通用技術(shù),但由于纖維和非纖維原材料的不同物理和化學(xué)特性,以及制造工藝上的可變性,產(chǎn)品的性能和質(zhì)量變化范圍很寬。

        來(lái)自制漿車(chē)間的紙漿或漿板,需經(jīng)過(guò)打漿、加填料、施膠、調色、凈化、篩選等一系列加工程序,然后在造紙機或紙板機上通過(guò)紙頁(yè)成形、脫水、壓榨、干燥、壓光和卷取,抄成紙卷,紙卷經(jīng)過(guò)分切,裁成一定規格的平板紙;或通過(guò)復卷,分卷為一定規格的卷筒紙,最終予以包裝。

        一定情況下,在分切或復卷前,還需進(jìn)行超級壓光處理。

        現代造紙工藝紙頁(yè)成形是在紙機上完成的。紙機分類(lèi)通常是以其網(wǎng)部的形式來(lái)進(jìn)行的。

        一般可分為長(cháng)網(wǎng)紙機、圓網(wǎng)紙機和夾網(wǎng)紙機。

        長(cháng)網(wǎng)紙機的網(wǎng)部由長(cháng)網(wǎng)案組成,有一個(gè)水平的或近似水平的供紙料脫水的網(wǎng)面,網(wǎng)的下面裝配有適應不同要求的各種脫水元件。

        長(cháng)網(wǎng)紙機是一種廣泛使用的紙機類(lèi)型,一般車(chē)速在600~800m/min范圍內,可以抄造絕大多數的紙張品種。

        長(cháng)網(wǎng)紙機的缺點(diǎn)是網(wǎng)部都是向下單面脫水,不可避免其生產(chǎn)的紙兩面存在差異性,從而影響紙的許多特性,如卷曲性、紙面平滑度、印刷性能等。

        圓網(wǎng)紙機的網(wǎng)部由圓網(wǎng)籠組成,紙料懸浮液在圓網(wǎng)籠內外水位差的作用下過(guò)濾成形為濕紙幅。

        圓網(wǎng)紙機是一種傳統機型,適應性廣,可以抄造從薄頁(yè)紙到紙板等多種產(chǎn)品,并具有結構簡(jiǎn)單、占地面積小、動(dòng)力消耗低和投資費用省等特點(diǎn)。

        但由于其結構的限制,存在車(chē)速低、生產(chǎn)規模小、產(chǎn)品質(zhì)量受限等問(wèn)題,一般僅用于車(chē)速低和生產(chǎn)量小的生產(chǎn)抄造。

        夾網(wǎng)紙機的網(wǎng)部由兩張成形網(wǎng)夾持而成。紙料懸浮液經(jīng)流漿箱噴射到兩網(wǎng)夾區之間,進(jìn)行兩面強制脫水,并迅速形成濕紙幅,其具有運行效率高,成形質(zhì)量好,結構緊湊和占地面積小等優(yōu)點(diǎn),在現代造紙工業(yè)中得到廣泛應用。

        (二) 制漿造紙行業(yè)用能特點(diǎn)現代制漿造紙生產(chǎn)已實(shí)現了機械自動(dòng)化,設備運行和系統控制需使用電力。

        電力驅動(dòng)泵、風(fēng)機、帶式或螺旋式輸送器、真空泵及壓縮機的運行,還帶動(dòng)機械漿的磨制、處理廢紙纖維的水利碎漿機、打漿、靜電除塵器、紅外線(xiàn)干燥等。

        制漿蒸煮、黑液濃縮、紙業(yè)干燥、化學(xué)助劑制備需用熱能,熱能以蒸汽為主,燃氣為輔。許多造紙企業(yè)通過(guò)自備電廠(chǎng)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn),并以熱定電,將原煤、生物質(zhì)燃料轉換為蒸汽和電力使用。

        因此,制漿造紙生產(chǎn)過(guò)程的能源效率優(yōu)劣取決于能源品種結構、原料結構、企業(yè)規模、技術(shù)裝備和自產(chǎn)能源及余能利用等諸多因素。

        每個(gè)企業(yè)的供能方式差異較大,最主要的有三種類(lèi)型:(1)電能和熱能均外購;(2)電能外購、熱能自產(chǎn);(3)有自備熱電站,部分電能外購,熱能自產(chǎn)。

        由于用能方式不同,各個(gè)企業(yè)統計的產(chǎn)品綜合能耗不具可比性。

        為了使單位產(chǎn)品能耗具有可比性,《制漿造紙單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 31825)在計算單位產(chǎn)品能耗時(shí)統計主要生產(chǎn)系統的能耗,不包括輔助生產(chǎn)系統和附屬生產(chǎn)系統的能耗,電力和熱力均按當量值折算成標煤。

        制漿造紙企業(yè)主要的設備設施有兩類(lèi):一類(lèi)為工藝功能型(專(zhuān)用設備),如削片機、蒸煮鍋、連蒸器、磨漿機、堿回收系統、打漿機、紙機、涂布機、超級壓光機、復卷機和分切機等,這些設備設施的能耗不僅與專(zhuān)業(yè)設備本身的性能和管理水平相關(guān),也與相應的工藝操作和配套通用設備的運行狀況有關(guān)。

        由于紙漿和紙張產(chǎn)品高度多樣化,甚至同一個(gè)產(chǎn)品的應用工藝可能也有很大差別,所以必須考慮到生產(chǎn)技術(shù)的許多因素。

        另一類(lèi)為輸送功能型(通用設備),如各種漿泵、水泵、帶式輸送機、螺旋輸送機、風(fēng)機等。

        此外,還有少量輔助類(lèi)設備,如攪拌、計量類(lèi)等設備。

        制漿生產(chǎn)過(guò)程中主要耗能工序為蒸煮和黑液蒸發(fā),造紙生產(chǎn)過(guò)程主要耗能工序為紙頁(yè)干燥。

        1.  制漿工藝能耗特點(diǎn)纖維離解對化學(xué)法制漿工藝是蒸煮過(guò)程,對機械法制漿工藝是粗磨過(guò)程,對化機法、半化學(xué)法制漿工藝是化學(xué)預處理過(guò)程和磨漿過(guò)程。蒸煮過(guò)程需要大量的熱量,粗磨過(guò)程消耗大量的電力。

        漂白硫酸鹽紙漿的制造消耗大約10~14GJ/Adt的熱能,包括紙漿的干燥,電能消耗量是600~800kWh/Adt。

        紙漿干燥的能量消耗占用大約25%的熱能和15%~20%的電能。超過(guò)50%的電能消耗用于制漿。

        能量消耗取決于流程配置、流程設備和流程控制效率。

        化學(xué)法制漿根據生產(chǎn)是否連續,可以分為連續蒸煮和間歇蒸煮;根據使用設備的不同可分為蒸球(間歇式蒸煮)、立鍋(間歇式蒸煮)、橫管連續蒸煮器、立式連續蒸煮器(卡米爾)等。

        針對我國采用不同原料,不同蒸煮方法,不同蒸煮設備的不同廠(chǎng)家制漿能耗的一項調查,同樣制得達到纖維分離點(diǎn)的粗漿,不同蒸煮設備的能耗差別較大。

        依照能耗從小到大的順序排列依次為:立式連續蒸煮<立鍋<蒸球。

        卡米爾連續蒸煮器是我國新引進(jìn)的連續蒸煮設備,熱能利用充分,能耗比間歇蒸煮低50%。

        我國鼓勵化學(xué)制漿采用深度脫木素、低能耗間歇蒸煮或連續蒸煮、氧脫木素、無(wú)元素氯漂白和全無(wú)氯漂白等技術(shù)與裝備。

        國內外先進(jìn)的制漿廠(chǎng)一般都有堿回收工藝,其具有顯著(zhù)的節能效益。

        燃燒有機污染物(黑液、木屑、樹(shù)皮等)可生成大量熱能,用于發(fā)電,蒸煮的白液余熱還可回收,從而降低了工廠(chǎng)的總能源消耗。

        一般機械漿電力需求很大,主要用于磨漿,電力需求約1400~2900kWh/Adt。

        化學(xué)機械漿對電力的需求較高,一般需要1800~2000kWh/Adt,主要用于磨漿和篩渣的再磨,其中生產(chǎn)APMP漿質(zhì)量較好,能耗較低,得率較高,近幾年發(fā)展較快。

        化學(xué)機械制漿過(guò)程整體的熱能需求不高,一般在0~2GJ/Adt。

        廢紙制漿是回收纖維的加工過(guò)程,纖維的來(lái)源是含有化學(xué)漿和機械漿的紙張,因此加工過(guò)程所需能量并不大。不過(guò),在各段洗滌過(guò)程中還需耗用電力,但熱能消耗較低,總能耗比制造原漿要低得多。

        廢紙制漿工藝的主要節能潛力在于脫墨工藝的改善。

        非脫墨漿對動(dòng)力的需求主要用于水力碎漿、篩選、凈化、漿料的流送等過(guò)程,對電能的需求大約為50kWh/Adt。

        脫墨制漿中需要熱能的工序主要有熱分散和漂白,對熱能的需求為1.0~2.0GJ/Adt。

    對電力的需求,除了與非脫墨漿的相同以外,還要再增加脫墨過(guò)程的動(dòng)力,大約為40~60kWh/Adt。脫墨漿總的電力需求為310~610kWh/Adt。

        造紙工業(yè)單位產(chǎn)品的能耗與生產(chǎn)工藝、裝備的自動(dòng)化程度及產(chǎn)品的質(zhì)量水平密切相關(guān)。

        為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,往往會(huì )采用復雜的生產(chǎn)工藝、提高裝備的自動(dòng)化程度,增加工序設備,導致單位產(chǎn)品能耗的增長(cháng)。

        2.  造紙工藝能耗特點(diǎn)造紙機的能耗量取決于所生產(chǎn)紙的等級和紙漿纖維的質(zhì)量。

        以電力消耗為例,包裝紙或瓦楞原紙生產(chǎn)的電耗最小,約為500kWh/t,而印刷紙和書(shū)寫(xiě)紙的電耗約為700~800 kWh/t,一些特殊等級紙的電耗則更高。

        造紙生產(chǎn)過(guò)程中打漿是一個(gè)耗能很大的工段,打漿電耗約占噸紙電耗的30%~50%,所以打漿部分能源利用效率對噸紙電耗、噸紙成本有較大的影響。

        從干漿板到疏解漿料的流程是成捆漿板經(jīng)輸送機送入水力碎漿機,碎解后送入貯漿池,有時(shí)還需經(jīng)疏解后再送至打漿。

        漿料在碎漿機中的濃度分為低濃(<6%),中濃41(6%~10%)和高濃(>10%)。

    近年來(lái)為了節能與增加產(chǎn)量,處理干漿板已逐漸從低濃(4%~5%)轉為采用中濃。

        要降低打漿系統的能耗,必須選用高效節能的打漿設備。盤(pán)磨機是目前首選的主要打漿設備,比起盆式打漿機、錐形精漿機、圓柱精漿機等各種類(lèi)型的打漿設備,其能耗要低30%~50%。

        同為盤(pán)磨機,不同形式、不同型號節能效果也不同。雖然盤(pán)磨機優(yōu)點(diǎn)很多,但不能完全替代其它打漿設備。

        磨漿機的電耗約為100~300 kWh/t。紙機網(wǎng)部的主要作用是成形和脫水。以網(wǎng)部脫水為基準,網(wǎng)部、壓榨部、干燥部脫水的成本約為1:70:330,增加網(wǎng)部紙頁(yè)的干度,對于整個(gè)紙機脫水成本的降低非常重要。

        壓榨部的脫水也十分重要,紙頁(yè)在壓榨部降低1%的水分,干燥部烘缸蒸汽消耗可節省4%~5%。

        又因為進(jìn)入干燥部的紙頁(yè)干度增大,可以使紙機的車(chē)速提高,產(chǎn)量提升,所以壓榨部的脫水效率對能效和經(jīng)濟性也有影響。

        網(wǎng)部和壓榨部的吸水裝置借真空吸水系統抽吸,紙機真空系統耗用大量電力,造紙機耗用的電力約17%用于真空系統,其中1/3用于網(wǎng)部,2/3用于壓榨部。真空系統的能耗大約為70kWh/t(隨紙張等級和氣孔度而變化) 。

        近年來(lái),新型脫水器材、壓榨部寬區壓榨等節能技術(shù)與裝備在紙機網(wǎng)部得到應用。

        紙機干燥部用汽約占紙機生產(chǎn)成本的30%以上。

        大中型紙機干燥部采用多段通汽、利用多級閃蒸,合理使用不同質(zhì)量的能量,達到優(yōu)化干燥工藝和節能的目的。

        然而有些紙機會(huì )出現烘缸內凝結水排出不暢,干燥部蒸汽消耗量仍然較高的問(wèn)題,為解決這一問(wèn)題,通常在多段通汽中設置噴射式熱泵。

        通過(guò)對烘缸部排出的廢氣設置熱回收系統回收大部分熱量。

        采用密閉烘缸罩代替開(kāi)放式烘缸罩可以節約熱能。

        采用袋式通風(fēng)裝置可以提升干燥能力。

        造紙過(guò)程主要使用低壓蒸汽,熱的需求量為4.5~7.8GJ/t,電力需求約為510~1010kWh/t,大部分在600~700kWh/t。

        漿紙一體化綜合工廠(chǎng)比單一制漿或單一造紙廠(chǎng)的能效水平更高,因為綜合造紙廠(chǎng)可將制漿工藝中產(chǎn)生的多余熱量用于造紙工藝中,而單一制漿廠(chǎng)所產(chǎn)生的多余蒸汽一般不會(huì )被完全利用。



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