制漿造紙企業節能降耗減污增效措施

危志斌 張瑞杰

(山東太陽紙業股份有限公司天園分公司，山東兗州，272100)

隨著造紙工業的快速發展，伴隨著資源消耗過快、能源供應日漸緊張、環境污染日益加重，人們愈加意識到節能降耗、減污增效的必要性。造紙工業為能源消耗大戶，受到資源、環境、效益等方面的約束，亟需加快技術進步，朝著高效率、高質量、高效益、低消耗、低污染、低排放的現代化造紙工業方向發展，采取節能降耗、減污增效的有效措施，走資源節約型和環境友好型之路。

1 我國造紙工業的發展狀況

造紙工業是我國社會經濟的重要組成部分，已在世界造紙工業中發揮著舉足輕重的作用。 “十一五”期間，我國造紙工業生產持續穩定增長，運營質量顯著提高。2011 年更上一層樓，全國紙及紙板生產量為9930 萬t，比2010 年的9270 萬t 增長了7.12%;消費量為9752 萬t，比2010 年的9173 萬t 增長了6.13%，人均年消耗量為73 kg (13.40 億人)，比2010 年的增加了5 kg。2011 年比2001 年生產量增長了210.31%，消費量增長了164.78%。2001—2011年，紙及紙板的生產量年均增長了11.99%，消費量年均增長了10.23%［1］。據中國造紙協會發布的中國造紙工業年度報告［2］，2007 年中國造紙一改過去消費量大于生產量的局面，供需結構出現拐點(見表1)。充分說明我國造紙工業的發展形勢很好。

表1 2005—2010 年全國紙及紙板產量、消費量、進口量和出口量 萬t

2 我國造紙工業面臨的形勢

雖然我國造紙工業發展形勢比較樂觀，但隨著全球氣候變暖、資源消耗過快，人們更加注重環境保護、推行綠色低碳制漿和造紙，“十二五”期間國家政策也對造紙工業的節能減排要求更加嚴格，所以對本身能耗和水資源消耗就比較高的我國造紙工業來說仍任重而道遠。

2.1 政府承諾

國務院總理溫家寶在2009 年12 月18 日丹麥哥本哈根氣候變化會議領導人會議上發表了題為《凝聚共識 加強合作 推進應對氣候變化歷史進程》的重要講話，承諾到2020 年單位國內生產總值CO2排放比2005 年下降40% ～45%。造紙工業作為能源消耗大戶，節能減排任務繁重。

2.2 《造紙工業發展“十二五”規劃》指導思想

由于受到資源、環境、效益等方面的約束，造紙工業加快技術進步，朝著高效率、高質量、高效益、低消耗、低污染、低排放的現代化方向持續發展，呈現出企業規模化、技術集成化、產品功能化、生產清潔化、資源節約化、環保低碳化、林紙一體化、管理信息化和產業全球化，以及綠色發展的突出特點［3］。

2.3 工信部明確“十二五”節能減排十項重點工作

工業領域“十二五”主要節能減排的奮斗目標是:2015 年單位工業增加能耗、CO2排放量和用水量分別比“十一五”末降低20%左右、20%以上和30%，工業COD、SO2排放總量減少10%，工業氨氮、氮氧化物排放總量減少15%，工業固廢綜合利用率提高到72%左右。“十二五”工業節能減排需扎實推進的十項重點工作是:①嚴格控制“兩高”和產能過剩行業新上項目;②堅決完成淘汰落后產能各項任務;③切實加強節能降耗技術改造;④全面提升企業節能管理;⑤積極推進清潔生產和重金屬污染防治;⑥大量發展節能環保產業;⑦加快推進“數字能源”和綠色ICT 戰略;⑧加強工業固廢物質綜合利用和循環經濟發展;⑨大力推進工業節約用水;⑩完善工業節能減排政策機制。

2.4 《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》三條紅線

2012 年2 月16 日，國務院新聞辦發布會介紹了《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，對實行最嚴格水資源管理制度工作進行全面部署和具體安排，進一步明確水資源管理“三條紅線”的主要目標。一是確立水資源開發利用控制紅線，到2030 年全國用水總量控制在7000 億m3以內。二是確立用水效率控制紅線，到2030 年用水效率達到或接近世界先進水平，萬元工業增加值用水量降低到40 m3以下。三是確立水功能區限制納污紅線，到2030 年主要污染物入河湖總量控制在水功能區納污能力范圍之內，水功能區水質達標率提高到95%以上。為實現上述紅線目標，進一步明確了2015 年和2020 年水資源管理的階段性目標。

3 制漿造紙企業節能降耗、減污增效措施

當前，我國造紙工業的快速發展面臨資源和環境的雙重制約，實施可持續發展戰略，建設資源節約型、環境友好型造紙企業勢在必行。由于落后產能仍占總產能的35%，COD 排放量約占行業排放總量的47%［4］，加之其他產能中也并非所有企業都采用最有效的節能減排新技術，所以我國制漿造紙企業亟需采取節能降耗、減污增效的有效措施，確保能順利完成“十二五”規劃等節能減排要求。

制漿造紙企業使用的原材料主要包括原料、水(包括蒸汽)和電等，以下主要從這幾個方面分別闡述相關的節能降耗、減污增效措施。

3.1 原料方面的節能降耗、減污增效措施

3.1.1 纖維原料

纖維原料是造紙工業消耗最大，也是流失較大的原料，如何控制和合理使用纖維原料，不但對節能降耗，而且對減污增效、降低紙產品的成本和能耗都有著相當重要的作用。

3.1.1.1 加大廢紙漿用量

獲得1 t 廢紙漿的耗電量只是1 t 木漿耗電量的20%［5］，因此使用廢紙漿能大幅度地降低制漿電耗;同時，廢紙制漿也減少了木材的使用，保護了生態環境;而且，廢紙制漿消耗的化學品也極少，去除了蒸煮、漂白和堿回收等復雜制漿過程，故也減少了黑液對水資源的污染和臭氣及堿回收煙氣對大氣的污染。世界各國也越來越重視本國廢紙資源的回收利用，世界廢紙回收量由2005 年的1.826 億t 提高到2010 年的2.234 億t;回收率由2005 年的49.8% 提高到2010 年的56.6%，我國也達到了43.8%［3］。如何合理有效地使用廢紙漿已成為眾多造紙企業關注的焦點。造紙企業在很多紙種中開始使用或加大使用脫墨漿，比如衛生紙、書寫及印刷紙、銅版紙、灰底白紙板等紙種，為節能降耗和減污增效找到了一條切實可行的途徑。

3.1.1.2 化學機械木漿

化學機械木漿是指利用化學方法和機械方法共同對木材纖維原料進行作用制成的漿，基本上保留了原料中的木素，只是溶出抽出物和部分短鏈半纖維素［6］。化學機械木漿的得率一般在85%以上，而一般的化學木漿得率在46%以下，所以使用化學機械木漿能節省將近50%的木材資源;同時因漂白程度不高，制漿過程中化學品的用量也相對減少，沒有蒸煮黑液對水體的污染，故在造紙過程中加大化學機械木漿的配比已成為節能降耗和減輕污染的主要措施。山東太陽紙業就是典型的例子，山東太陽紙業生產的輕型紙，化學機械木漿的配比達70%左右，不但大幅度降低了生產成本、保護了環境，而且贏得了市場。目前，山東太陽紙業化學機械木漿的年產量已超過40 萬t，為降低化學木漿的用量開辟了一條新途徑，大幅度降低了紙產品能耗和成本，也大幅度減少了污染物的排放量。3.1.1.3 填料回收

大型文化紙機流送系統的除渣器末端需要源源不斷地排渣，雖是排渣但同時也帶走了大量的漿料纖維，如果不回收利用則成為固體廢棄物排入環境，量相當大。如以一臺抄寬4950 mm、車速1200 m/min的紙機為例，每天的固體廢棄物排放量為10 t 左右，其中CaCO3為7 t 左右，漿料纖維為3 t 左右。如果使用填料回收系統，按回收50%計算，則每天可以回收3.5 t CaCO3和1.5 t 漿料纖維，每月將可能回收105 t CaCO3和45 t 漿料纖維。其節能降耗、減污增效效果很明顯。

3.1.2 化工原料

化工原料在制漿造紙過程中的使用對提高漿料和紙產品質量起到了至關重要的作用。但部分化工原料的使用可能對環境造成污染，比如含元素氯漂劑在紙漿漂白過程廢水中會產生AOX，而AOX 含有二惡英類物質，該類物質為脂溶性的累積物質［7-10］，是劇毒性物質。又如造紙過程中使用的漿內和表面增白劑，可能含有致癌物質。所以如何減少有毒有害化學品的使用或尋找替代品是造紙業界人士關心的大事，同時如何高效地使用相關化學品使造紙過程實現清潔生產也是廣大造紙工作者正在努力做的工作。

3.1.2.1 使用無元素氯(ECF)或全無氯(TCF)漂白

隨著造紙工業的進步，制漿技術也發展迅速，以前制漿規模較小的漿廠幾乎都使用CEH 三段漂白，隨著人們對環境污染的進一步認識，這些使用含氯漂白的工藝基本被淘汰，或亟需淘汰，正使用ClO2、O3或H2O2代替，尤其是H2O2漂白工藝技術比較成熟，現代大型的紙漿廠無論是化學漿還是機械漿都采用了該技術，此漂白工藝不會對環境造成污染，使漂白技術上了一個臺階。

3.1.2.2 使用酶促打漿降低磨漿能耗

能源問題成為制約造紙工業發展的大問題，如何節約能源成為近代造紙工業關心的焦點問題。而使用酶促打漿能大幅度降低磨漿能耗。如生產大型文化用紙的紙機，在每噸絕干針葉木漿中使用0.10 ～0.15 kg的酶進行酶促打漿后，游離度仍控制在350 ～400 mL，但電耗能降低15% ～30%，即每噸絕干漿減少電耗45 ～90 kWh，節能效果相當明顯。按1 天使用100 t絕干針葉木漿計算，每天減少電耗4500 ～9000 kWh，1 年則將減少電耗153 ～306 萬kWh。因酶的制備技術也日漸成熟，無論對磨漿質量還是成本控制都有保障，所以這無疑對造紙工業降低能耗找到了切入點。3.1.2.3 使用淀粉酶降低表面施膠成本和減輕環境污染

造紙工業生產過程中表面施膠幾乎都要用到淀粉，以往主要使用氧化木薯淀粉、氧化玉米淀粉或氧化陽離子木薯淀粉、氧化陽離子玉米淀粉，而使用淀粉酶則直接可以使用木薯或玉米原淀粉進行轉化，無需氧化或陽離子化，不但可以為造紙企業顯著降低表面施膠成本，而且可以省去淀粉廠氧化和陽離子化的工藝過程，減輕了淀粉制備過程中粉塵對大氣的污染和淀粉廢水對水資源的污染。如山東太陽紙業天章19#紙機生產81 g/m2涂布原紙，表面施膠膠料成本每噸紙降低了86.4 元，下降幅度達42.1%［11］，實現年降低成本達2000 萬左右。

3.2 水資源(包括蒸汽)方面的節能降耗、減污增效措施

造紙行業是名副其實的用水大戶。2008 年我國造紙行業用水占全國工業總耗水的8.89%，而其總產值只有4660 億元，僅占全國工業總產值340507 億元的1.39%，單位產值耗水量之大讓人觸目驚心［12］。如何降低新鮮水消耗成為造紙企業關心的焦點問題之一。

3.2.1 使用多圓盤白水回收機加大白水回收

制漿造紙過程中需要使用大量的水，如果這些水不循環利用的話則只能排放而使用新鮮水。通過多圓盤白水回收機回收的白水量相當可觀，如一臺4950 mm、車速1200 m/min 的紙機，在使用部分濕漿(外來漿，不需要碎漿，濃度5%左右)時，紙機每小時可能產生1500 m3的可回收的白水，使用多圓盤白水回收機回收后，一天將回收36000 m3白水，這些白水如果能合理利用的話，就可以每天節約36000 m3新鮮水，節水相當可觀，而且從水資源保護和廢水處理來看也至關重要。山東太陽紙業大型紙機及制漿車間清水水耗能降低到世界先進水平，主要原因就是加大了白水回用力度。

3.2.2 制漿車間加大造紙白水回用

制漿車間從濕法備料到成漿稀釋都需要使用水，但這些水中除了多段逆流洗滌能循環使用內部水外還需要補充大量的新鮮水。造紙車間通過多圓盤白水回收機回收的清濾液在制漿車間很多用水點都可以替代新鮮水。比如，濕法備料中木片或草料的洗滌可以使用清濾液、黑漿的洗滌可以使用清濾液、漂白洗滌可以使用清濾液、黑漿和漂白漿可以使用清濾液稀釋，可降低新鮮水水耗，從節約水資源和降低成本上都很可觀。一個年產5 萬t 的制漿廠，通過使用清濾液，一個月可以降低新鮮水水耗12 萬m3左右。

紙板生產的制漿過程除了可以利用多圓盤白水回收機產生的清濾液外，還可以將等級較高的紙板機廢水通過氣浮處理使用到等級較低的紙板的制漿，也可以起到清濾液同樣的作用。比如，山東太陽紙業氣浮處理生產白卡紙的紙機廢水，將氣浮處理水用到灰底白紙板的制漿上，能大量降低新鮮水的用量。

3.2.3 造紙車間加大白水回用

造紙車間如果加大清濾液和超清濾液的利用，將能大幅度降低新鮮水的用量。山東太陽紙業19#紙機通過將填料CaCO3的稀釋水、滑石粉的稀釋水、導輥的噴淋水改為超清濾液，漿料碎解和稀釋采用清濾液等，使得新鮮水的水耗達到國際領先水平，平均噸紙新鮮水水耗僅4.0 m3左右。

3.2.4 采用TrumpJet?稀釋技術

使用助留助濾劑對大型文化紙機來說，不但需要考慮使用效果，而且還要考慮新鮮水水耗。因為助留助濾劑的在線添加需要稀釋10 倍左右，而且還要求添加后能快速混合均勻。常規的添加混合裝置不但造成新鮮水水耗大而且還造成混合效果不佳。TrumpJet?稀釋系統和稀釋技術解決了此難題，該系統采用流漿箱篩后的漿料作為稀釋水完全替代新鮮水，而且添加到漿內做到了快速、混合均勻。山東太陽紙業天章19#紙機采用TrumpJet?稀釋系統和稀釋技術后，新鮮水水耗降低了3.6 m3/t 紙，具體情況見表2;助留助濾效果也提高5%。

3.2.5 回收利用烘缸冷凝水

烘缸冷凝水不但量大，而且雜質離子含量極少、熱值高，如果電廠能回收利用則可以大幅度降低燃煤用量、新鮮水用量和新鮮水的處理成本。對于回用到電廠的冷凝水，在回收過程中需要對冷凝水泵的密封和管路加強監控，否則新鮮水混入冷凝水會造成冷凝水硬度等指標偏高而無法直接使用。山東太陽紙業通過集水池集中收集各造紙車間的冷凝水，然后回用到電廠，大幅度降低了電廠的生產成本。

表2 太陽紙業天章19#紙機助留助濾系統未使用TrumpJet?時新鮮水水耗

3.2.6 中水資源化利用

中水資源化利用是造紙企業的一種發展趨勢。中水主要為造紙和制漿的綜合廢水，雜質較多，如果需要回用到制漿和造紙車間，則處理難度較大。通過一系列的處理措施(包括人工濕地降解)，最終各種雜質得到明顯減少，如果再通過砂濾或膜處理等措施，可以達到新鮮水的水質要求。目前，部分制漿造紙企業正在進行嘗試。

3.3 用電方面的節能降耗、減污增效措施

3.3.1 熱電聯產

制漿造紙企業生產過程中不但需要消耗大量的電能(如每噸膠版印刷紙耗電在500 kWh 左右，每噸銅版紙耗電在430 kWh 左右)，而且還需要消耗大量的蒸汽(每噸膠版印刷紙消耗0.5 MPa 壓力的蒸汽1.8 t 左右，每噸銅版紙消耗0.5 MPa 壓力的蒸汽1.4 t 左右)。如果企業沒有自己的發電廠，將帶來一系列的問題，用電成本大幅度升高、蒸汽無論是外購還是自制都需要額外增加大量的成本等。制漿造紙企業最好擁有自己的熱電廠，實行熱電聯產，不但用電成本大幅降低(一般在0.3 元/kWh 以下)，而且能合理利用發電過程中產生的蒸汽，降低蒸汽成本(0.5 MPa壓力的蒸汽售價在130 元/t 左右)。這樣，制漿造紙企業不但降低了生產成本，而且為發電廠的蒸汽直接排入大氣造成能量損失找到了出路，既節能環保又降低了生產成本。

3.3.2 使用生物質鍋爐發電

制漿造紙企業在生產過程中產生大量的固體廢棄物，如制漿過程中篩選產生的木屑、木渣，廢水處理產生的污泥，如果能合理利用，不但處理費用減少而且保護了環境，為企業節能創造了條件。山東太陽紙業生物質鍋爐已正常運行，每天將制漿過程中篩選產生的木屑、木渣，廢水處理過程中產生的濃縮污泥，生產生活中產生的部分垃圾等收集送到生物質鍋爐燃燒發電和生產蒸汽，為太陽紙業節能降耗開辟了新途徑。

3.3.3 沼氣發電

大型制漿造紙企業廢水處理技術已比較成熟，各種有效的廢水處理技術已得到應用。廢水處理厭氧處理段產生大量的沼氣，收集并送到鍋爐燃燒既可減少溫室氣體的排放又為企業降低了化石能源的使用，同時也為企業創造了可觀的經濟效益。山東太陽紙業收集回收利用廢水處理過程中產生的沼氣用于發電，每年可發電量約700 萬kWh，創造經濟效益400 多萬元。

3.3.4 使用變頻電機

制漿造紙企業的很多漿泵、真空泵等都還是采用非變頻控制，比如漿泵通過泵前和泵后的閥門開度控制漿料的流量、真空泵通過調節排空閥的開度調節真空度(真空過高時)，造成大量電能浪費。需要請有經驗的專家和技術人員對整個生產過程進行排查和改造，這能為企業帶來較大利潤。如山東太陽紙業通過清潔生產和能源管理體系，對整個生產過程進行了排查和論證，很多電機已改成或正準備改成變頻電機，節電效果相當明顯。

3.3.5 合理使用空氣壓縮機

壓縮空氣對目前比較先進的制漿造紙企業來說也是一種必不可少的氣源，大型造紙車間對壓縮空氣的用途進行分類，分儀表用氣和工藝用氣。對于大型文化紙機來說，提供壓縮空氣的空氣壓縮機電耗將占到整臺紙機的5%左右，而一臺機外涂布機的空氣壓縮機電耗將占到整臺機外涂布機的11%左右。如何有效使用空氣壓縮機對造紙企業來說也很重要。首先，必須確保壓縮空氣無無償泄漏;其次，保證壓縮空氣不用于與生產無關的用途，比如工人吹設備或衣服上的塵土、用于冷卻生產過程中溫度高的電氣設備等。

3.4 其他方面的節能降耗、減污增效措施

3.4.1 提高生產效率，降低單位產品能耗

不同的紙種，磨漿、網部脫水、壓榨部脫水等，找到一個合理的電耗“點”，將有利于提高產能，降低單位產品能耗。比如，生產靜電復印紙原紙就不需要過度磨漿，否則磨漿機需要額外消耗電能，同時造成網部脫水困難，限制車速的提高和造成蒸汽用量偏高，同時使成紙的松厚度偏低。

3.4.2 使用靴式壓榨

靴式壓榨因壓區寬、壓力大、紙幅受壓時間長，故對提高進干燥部的紙幅的干度非常有利。普通低速紙機進干燥部紙幅干度基本在40%左右，而使用靴式壓榨后即使是高速紙機也可以提高到50%左右，與不使用靴式壓榨相比，使用靴式壓榨車速能提高很多，產能明顯提高。山東太陽紙業生產白卡紙的紙板機就將普通壓榨改成了靴式壓榨，公司效益明顯改觀。

3.4.3 使用現代化固定式虹吸管

現代化固定式虹吸管可在紙機各種運行車速下持續去除冷凝水，在高速運行條件下更容易去除冷凝水，即使烘缸溢流(由于閥門關閉)，一旦清除障礙物，系統將泵出冷凝水。如一臺幅寬7620 mm、車速914 m/min 的文化紙機，虹吸管改造為固定式虹吸管，并且對蒸汽冷凝水系統做相應的改造，改造后烘缸蒸汽消耗量減少了26%［13］。

3.4.4 使用密閉氣罩和熱回收系統

密閉氣罩已成為現代各種紙機必不可少的組成部分，能為紙機節約大量的蒸汽。但熱回收系統通常不使用或非理想狀態使用，造成大量熱空氣外排。如一臺大型文化紙機使用熱回收系統后，紙機噴淋專用溫水在不使用蒸汽加熱的前提下，溫度能達到43℃以上，而不使用熱回收系統時，溫度只在20℃以下，節能效果相當顯著。

3.4.5 減少蒸汽泄漏

蒸汽管理的泄漏在造紙廠里幾乎隨處可見，造成大量能量損失，杜絕蒸汽的持續小泄漏比斷紙期間一次間歇的大損耗更能減少蒸汽消耗。例如蒸汽管道某處泄漏蒸汽100 kg/h，按平均130 元/t 蒸汽計算，4處泄漏則每年會損耗掉4 ×100 ×24 ×340 ×130/1000=42.432 (萬元);而每次斷紙(大損耗)會損耗掉蒸汽5000 kg/h，假設每天斷紙2 次，每次持續時間為0.1 h，則每年會損失掉2 ×5000 ×0.1 ×340 ×130/1000 =4.420 (萬元)。可見控制好蒸汽小泄漏對節能降耗很有幫助。

3.4.6 黑液濃縮

燃燒濃度高的黑液可以減少在堿回收爐內的水蒸發。目前應用的濃縮器主要有兩種:浸管式和降膜式。浸管式濃縮器黑液在浸管內循環，黑液只被加熱并不蒸發，然后黑液在濃縮器蒸發器的蒸發室間閃蒸。管式降膜蒸發器的操作幾乎與傳統升膜蒸發器一樣，只不過黑液流向相反，由于黑液流下的速度更快，泡沫又以相反的方向流動，使得這種蒸發器不易結垢，可以產生高濃黑液(高達70%，而不是傳統的50%)。美國一家日產900 t 的漿紙廠安裝了黑液濃縮器，把黑液濃度由73%提高到80%，每年可節約費用90 萬美元［14］。

4 結 語

制漿造紙企業節能降耗、減污增效的措施很多，面對目前資源、能源、環境約束日益加劇，采取相應措施勢在必行。

4.1 針對制漿造紙企業的原料(纖維和化學品)，可以通過采用加大廢紙回收利用、提高化學機械木漿的配比、使用填料回收系統、使用無元素氯(ECF)或全無氯(TCF)漂白、使用酶促打漿和淀粉酶等措施，來有效地實現節能降耗、減污增效。

4.2 針對制漿造紙企業用水，可以通過采用加大多圓盤白水回收機回收利用紙機白水(將回收的白水分別利用到紙機和制漿車間)、使用TrumpJet?稀釋設備和技術添加造紙助劑、回收利用烘缸冷凝水和中水資源化利用等措施，來有效地實現節能降耗、減污增效。

4.3 針對制漿造紙企業用電，可以實行熱電聯產、使用生物質鍋爐、利用沼氣發電、使用變頻器和合理使用空氣壓縮機等措施，來有效地實現節能降耗、減污增效。

4.4 針對制漿造紙企業的其他方面，可以通過采用提高生產效率、使用靴式壓榨和現代化固定式虹吸管、使用密閉氣罩和熱回收系統、減少管路的蒸汽泄漏和強化黑液濃縮等措施，來有效地實現節能降耗、減污增效。

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