日本纸厂节能介绍

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1、日本纸厂节能介绍日本纸厂节能介绍日本纸厂节能介绍Experience of Energy Saving in Japanese Paper Mill中越制浆工业株式会社 菅田友宣本文选自2006 年中日造纸技术交流会论文集21 世纪称为环境的世纪,地球变暖等环境问题,已成为世界上最大的问题。地球变暖是由于 CO2 等温室效应气体大量排出引起的,日本的温室效应气体约9 成是 CO2,大部分是因为使用化石燃料等能源造成的,因此,节能不仅可以降低成本,而且对环境方面也很重要。本文介绍了日本制浆造纸业节能的概况以及某公司在节能方面采取的举措。1 日本制浆造纸工业的节能11 浆纸业的关注早在 1997

2、年 1 月日本造纸联合会就制定了“关于环境的自主行动计划”,以提高制浆造纸工业对环境变暖的关注, 2004 年 11 月又进一步强化了这种关注的重视程度。强化了的新目标是:(1) 2010 年相对单位产品的化石能源消耗,要比1990 年度减少 13%(比当初的目标提高了 3%)。(2) 2010 年单位产品的 CO2 排出量比 1990 年度减少 10%(新规定)。(3)到 2010 年时,植林面积扩大到 60 万 hm2。(比当初的目标增加 5 万 hm2)12 制浆造纸业的能源构成(以热量为基础: 2004年度) 从图 1 可以看出,制浆造纸工业的能源构成,化石能源约占 60%。节能直接关

3、系着化石能源的削减,以及CO2 排出的削减。可再生能源指的是回收黑液、废材、水力发电、树皮、造纸污泥、损纸,其中约 90%是黑液回收。另外,废弃物能源是可再利用的资源,以垃圾作为燃料,即用 RDF(垃圾固体燃料)、RPF(物质循环困难的废纸及塑料固体燃料)、废轮胎、废油、废塑料等,作为石油、煤等燃料的替代燃料,近年来受到关注。图 2 所示为化石能源的构成,石油(煤油、轻油、重油、液化石油气、油焦)和煤约占 80%。图 1 能源的构成图 2 化石能源的构成13 单位产品能量消耗及 CO2 排放量的变化单位总能量:化石能源、可再生能源、废弃物能源的总消耗量/产品量单位化石能源消耗:消耗化石能源热量

4、/产品量单位 CO2 排放量:由化石能源、购入电力而来的CO2 排放量/产品量图 3 中所示为相对于 1990 年制浆造纸业总产量及单位产量的数值变化。总能耗最近 3 年微增,但化石燃料的单位消耗量却在减少,可以看到替代化石能源正在成为现实。40环保技术 Environmental TechnologyWorld Pulp and Paper Vol25, No4 表 1 中越制浆工业株式会社 3 个纸厂的概况川内纸厂能町纸厂二冢纸厂 3 厂合计占地面积/m2205000 357000 213000从业人员数/名 376 367 190 933抄纸机台数/台 6 5 2 13涂布机台数/台11

5、纸生产量/ta-1290000 412000 203000 905000浆生产量/ta-1LBKP: 169000NBKP: 37000LBKP: 226000NBKP: 61000DIP: 21000DIP: 129000TMP: 72000LBKP: 395000NBKP: 98000DIP: 150000TMP: 72000主要产品牛皮纸高级纸微涂纸其他纸及纸浆牛皮纸高级纸涂布加工纸微涂纸高级白纸板纯白卷筒纸其他纸及纸浆新闻纸印刷出版用纸注 生产量为 2004 年度实际量;从业人员为 2005 年 3 月末数。图 3 单位产品指数的变化2 中越制浆工业株式会社节能状况21 公司概况公司始

6、建于 1947 年 2 月,是从事纸浆、牛皮纸、高级纸、涂布加工纸、新闻纸及特种纸的生产和销售的综合性企业,公司有川内纸厂、能町纸厂、二冢纸厂等 3 家纸厂。表 1 中列出了 3 家纸厂的概况。22 公司的能源构成(热量单位计: 2004 年度)如图 4 所示公司的能源构成,回收黑液和造纸污泥的可再生能源占 58%,其余的 42%依赖化石能源(重油、油焦、购入电力、液化石油气),与本行业总量(占 61%)相比,该公司对化石能源的依赖程度较低。 23 节能的推进体制作为降低成本和环境对策,该公司将节能作为重要的经营课题,以节能为目的的投资工程,以单独的项目设立节能工程预算。另外,在各纸厂组建能源

7、委员会,每月召开单位产品状况报告、节能工程的立案、进展情况、结果报告、巡视等会议,每年各纸厂的能源委员会代表到公司本部集中 1次,进行总结:上年度节能的业绩及本年度计划;单位产品能耗的变化;提供其他纸厂的节能事例报告;召开基于上述议题的全公司节能会议,并决定纸厂的每个节能目图 4 本公司的能源构成标的设定(重油以及电力的削减量)。图 5 近 5 年间的重油节省目标和业绩24 节能的推进状况图 5 及图 6 列出了最近 5 年中,按年度的重油节省量及节电量的目标和实际消耗以及相对于使用量的实际削减率,图 7 所示是总能量消耗的变化,图 8 所示为重油节省量和节电量换算成原油合计的节能实际量的逐年

8、变化以及相对于总能耗的削减率。2001 年41环保技术 Environmental Technology国际造纸 2006 年 第 25 卷 第 4 期以后,总能耗每年大约以14%的幅度增加。节能量2003 年度大幅回落,换算成原油在 8000 kL/a 左右变化,削减率除去 2003 年度,都在 15%左右。图 6 近 5 年间的节约电力目标和业绩图 7 总能量的变化图 8 节省能量的变化图 9 单位产品指数的变化图 9 列出了相对于 1990 年该公司的生产量的各项指标的变化。生产量增加了 30%左右,而单位产品的节能指标提高了 25%左右。25 节能的措施该公司从 2000 年到 200

9、4 年实施的节能项目,按其方法分类,各种方法节能量(换算成原油量)的比例图 10 各种节能措施节能量(换算成原油)比例见图 10。从图中可以看出,改善流程和操作方法节能量达到了 549%,成为该厂节能措施的主流。表 2 中列出了各方法措施的具体内容。表 2 各方法的具体内容方法内容流程、操作方法的重新审查停止运转重新审查认为不必要的泵、搅拌机等搅拌机运转设置计时器以及程序化,在不需要时停止其他引入新机器、新设备引入以节能为目的的机器、设备使用以品质、操作稳定等为目的的设备,有助于节能的情况其他高效率化措施变更使用由机器厂家研究开发的高效率型号设备其他转数控制化 控制泵、风机等的电动机的转数其他

10、26 节能案例261 漂白设备旁路分流的节能(流程、操作方法的审查)图 11 H 塔的旁路分流因环保政策要求(三氯甲烷污染),停止在漂白碱处理塔之后加入 NaClO。尽管不再添加 NaClO,但白度没问题,所以如图 11 所示停止了分流 H 塔的周边机器以达到节能目的。42环保技术 Environmental TechnologyWorld Pulp and Paper Vol25, No4 如表 3 所示,因旁路分流可以停止 8 台机器,合计节省电力约 100 kW。表 3 因 H 塔旁路分流节能效果停止机器名称节省电力/kW碱处理后洗涤机 38碱处理后跳筛 16NaClO 稀释泵 186H

11、 塔环形白水泵 256H 塔原料泵 243H 塔输送机 32H 塔搅拌器 61洗网目温水泵 176合计 1008(换算成原油 219 kL/a)262 洗净 设置高浓泵改为中浓泵(高效率化措施)纸浆洗涤工程的高浓泵属于螺旋桨式泵,电力消耗大,因此,为了节能换成高效率的中浓浆泵(离心式)。节省电力: 32 kW(换算成原油 68 kL/a)高浓浆泵型号: 405HDP-W-125(200 kW)中浓浆泵型号: MCA32-100(150 kW),浆浓: 10%263 设置黑液间接加热(引入新机器、新设备)在回收炉中燃烧黑液时,采用加热器方式进行升温,由于过去是向黑液中直接吹入蒸汽加热,所以导入间

12、接加热不再混入冷凝水,防止了黑液浓度的降低(固形物浓度 683%689%),因使蒸发倍数提高而达到了节能的目的(见图 12)。重油削减量: 73 kL/月(换算成原油 929 kL/a)图 12 黑液流程图264 设置回收炉排气热回收装置(引入新机器、新设备)从燃烧炉排出的气体温度为 175,经烟囱排入大气。在烟囱的入口设置热回收设备,与锅炉给水进行热交换升高给水温度,因提高了锅炉效率达到节能目的(见图 13)。 重油削减量: 127 kL/m(换算成原油 1615 kL/a)265 控制纸机离心风机转数纸机湿部的真空发生装置采用离心式风机,以转数调整各部分的真空度,达到节省电力的目的。风机型

13、号: 595 m3/min6865 kPa电机型号: 1600 kW3300 V6 P节省电力: 108 kW(换算成原油 236 kL/a)图 13 排气热回收流程图另外,作为公司以节能为目的的泵、风机的电动机的转数控制化率(相对于设备台数的实施转数控制化电机的比例)达到 15%左右。266 设置废物燃烧炉(其他)为了促进废纸的利用,公司新引进了 DIP 设备,以提高原料的废纸配比率。随着 DIP 的利用,设置处理厂内产生的 DIP 泥渣、造纸污泥、木片粉屑、其他的可燃物垃圾合并处理的燃烧炉,燃烧炉的排气设置排热锅炉进行热回收,因而达到热的循环(见表 4)。重油削减量(由发生的蒸汽换算):

14、310 kL/月(换算成原油 3940 kL/a)表 4 排热锅炉指标蒸发量/th-1 蒸汽压力/MPa 蒸汽温度/燃烧物(绝干)/td-167 117 饱和造纸污泥: 40DIP 泥渣: 34木片粉屑: 10可燃垃圾: 63 未来展望正如所述节能进展状况那样, 2004 年度相对于1990 年度该公司单位产品购入的能源, CO2 排出量改善 25%左右,公司认为可实现目标。现在,实施的节能措施是削减化石能源,今后,还将摆脱化石能源,使用 RPF、再生油、木质燃料、废轮胎等替代能源。摆脱化石能源,特别是面对近年来因原油价格高涨造成的能源成本升高,是有效的保护策略,应积极地推进。(下转第 55

15、页)43环保技术 Environmental Technology国际造纸 2006 年 第 25 卷 第 4 期用 IGT 测定了涂布纸样的表面强度。与参比纸样相比,含淀粉颜料的纸样在相同的试验条件下纸张表面没有破坏。使用中黏度油墨测试表明,含 25 份淀粉颜料的涂层具有更高的表面强度(见图 14)。图 14 不同颜料配比涂布纸样的表面强度当施加相同量的印刷油墨时,含淀粉颜料的涂层显示出较慢的油墨固着(见图 15)。这是因为在压光过程中,淀粉颜料封闭了涂层孔隙;然而在含高岭土颜料的涂料中,这些孔隙仍然存在。图 15 涂布纸样的 ISIT 黏性3 结 论31 仅用 25 份(质量计)淀粉颜料的

16、涂布纸就可达到非常好的纸张表面性能;利用此颜料在较低的压光压力下能生产出有光泽的涂布纸,并具有较高的白度和不透明度。32 达到上述试验结果所需的淀粉颜料用量还可能少于 25 份,以便降低较昂贵淀粉颜料的用量;该淀粉颜料能给予涂布纸好的表面强度,可能还会减少涂料配方中胶黏剂的用量。33 在优化的压光参数下,利用含淀粉颜料的涂料配方,可以生产出超低定量的具有良好表面性能的涂布纸。研究表明,球形刚性不溶水的具有最佳粒径分布的淀粉颗粒可具有与商业矿物颜料相媲美的光散射性能;采用这类淀粉颜料取代矿物颜料,可使涂布纸获得相同或更高的光泽度、平滑度、不透明度和白度。34 淀粉颜料的第一次大规模试验(实验室实验和中试研究)取得了令人满意的结果。虽然这些涂料配方的流变性能还没有达到最佳状态,但通过优化胶乳和助剂的用量和类型,可以得到进一步的改进。35 后期新研制的淀粉颜料减小了颗粒的粒径偏差,提高了白度,简化了生产工艺,降低了原材料成本。虽然还没有进行中试