硫酸鹽漿廠節能技術改造實踐

李乾金陳 燕張振忠

（1．四川永豐漿紙股份有限公司，四川沐川，614500；2．江蘇力普電子科技有限公司，江蘇南通，222300）

·節能技術·

硫酸鹽漿廠節能技術改造實踐

李乾金1陳 燕1張振忠2

（1．四川永豐漿紙股份有限公司，四川沐川，614500；2．江蘇力普電子科技有限公司，江蘇南通，222300）

介紹了我國造紙行業主要的耗能設備、國家支持的節能項目及硫酸鹽漿廠堿回收溶解槽尾氣余熱利用原理、方案、案例及效果。

高壓電機；變頻節能；溶解槽；余熱利用

在國家列入“十二五”重點節能規劃中，造紙行業被列為我國傳統高耗能行業之一。近年來，造紙行業市場疲軟，行情低迷，產能過勝，中小型造紙廠普遍處于虧損狀態。能源結構不合理，能源利用效率低，設備能耗高，能耗成本占產品成本比重達到8%～14%，虧損加大。實施節能技術改造，降低能源消耗，顯得尤其緊迫和必要。

1 主要耗能設備

漿廠主要耗能設備為大功率風機、水泵、漿泵、大型削片機和工程機械。二次能源轉換設備有工業鍋爐、空氣壓縮機。大功率風機、水泵主要分布于熱電廠、堿回收車間燃燒工段；漿泵主要分布于制漿車間蒸煮和洗選漂工段；工程機械主要分布于原料場和煤場。大型漿廠的工程機械每月耗油量多達幾十甚至上百噸。工業鍋爐主要是燃煤鍋爐，將一次能源轉換為二次能源（電和汽）供下一工序使用，熱效率一般不低于82%。

國家財政重點支持的節能技術改造項目有以下幾大類：電機系統節能、余熱余壓利用、能量系統優化、燃煤鍋爐（窯爐）改造、節約和替代石油。漿廠最容易實施的節能項目為前三類。下面針對硫酸鹽漿廠介紹電機系統節能和余熱余壓利用原理、方案、應用案例和效果。

2 電機系統節能改造原理、方案、應用案例及效果

國家財政重點支持的電機系統節能改造項目有以下幾大類：采用高效節能電機、風機、水泵、變壓器等更新淘汰低效落后耗電設備；對電機系統實施變頻調速、永磁調速、無功補償等節能改造；采用高新技術改造拖動裝置，優化電機系統的運行和控制；輸電、配電設備和系統節能改造等。對于已建多年的硫酸鹽漿廠，電機系統變頻調速改造是投資省見效快的好辦法。

2.1 電機變頻調速改造節能原理

耗能設備風機、水泵類負載，平時設備工頻啟動和運行，電機為鼠籠式異步電動機，由于生產過程有四季的交替、冷熱的變化、產品不同品質規格的變化，所需用的風（水）量也隨著變化，風（水）量的多少靠調節閥門的大小來控制，有30%左右的能量浪費在風門（閥門）上。因此，這種介質流量的調節方式，用電設備有著很大的節能空間，特別是功率大的高壓或低壓電機。風機（泵）的特性分析及節能原理（見圖1）。

圖1 風機（泵）流量Q與壓力H的關系曲線

風機（泵）是一種平方轉矩負載，其轉速n與流量Q、揚程H及風機軸功率之間的關系為Q1=Q2（n1/n2）、H1=H2（n1/n2）2、P1=P2（n1/n2）3。當電機驅動風機（泵）時，電動機的軸功率P（kW）為：P∝QH/η（η為效率）。

圖1中曲線n1為風機（泵）在轉速n1下“揚程﹣流量（H﹣Q）”的特性；曲線n2為風機（泵）在轉速n2下H﹣Q的特性；曲線R1、R2為管阻特性。假設風機（泵）在標準工作點A點效率最高，輸出風量Q為100%，功率P1與AH1OQ1成正比。根據生產工藝要求，當風量（水量）需從Q1減小到Q2時，如果采用調節閥門方法（相當增加管阻），使管阻特性從曲線R1變到R2，系統由原來的標準工作點A變到新的工作點B運行。此時風機（泵）的揚程增加，軸功率P2與面積BH2OQ2成正比。如果采用變頻器控制方式，風機轉速由n1降到n2，在滿足同樣風量Q2的情況下，風機（泵）的揚程H3大幅降低，軸功率P3與面積CH3OQ2成正比。軸功率P3和P1、P2相比將顯著減小，節省的功率ΔP與面積BH2H3C成正比，節能效果十分顯著（圖中陰影部分就是設備的節能空間）。

2.2 高壓電機變頻調速改造方案

與低壓電機變頻改造相比，高壓電機（10 kV）改造方案復雜一些。下面就高壓電機一用一備系統和無備用系統變頻改造方案進行介紹。

2.2.1 高壓電機一用一備系統變頻改造方案

對于兩臺設備一用一備系統，要求變頻器也要一拖二，在設備切換時，先把變頻器正常拖動的設備切換到工頻，然后再用變頻器啟動備用設備，在備用設備啟動完畢后，再停掉第一臺設備，以確保整個切換過程中系統風（水）的流量要求。

系統改造時，根據工廠實際運行情況，結合安全、經濟、適用的原則，應用一套變頻控制系統采用一拖二運行方式。設計時，根據電機容量選用1臺變頻器，其變頻器通過工頻旁路柜直接串在原來的供電回路中，二次回路不作改動，保護仍由原來的二次系統完成，原有的操作方式不變?？刂葡到y由變頻調速器、風機（泵）電機和工/變頻轉換柜等組成。系統中的旁路開關柜用于工頻、變頻轉換，一旦變頻器出現故障時，可轉換為工頻運行，增強系統的可靠性。

一拖二自動旁路構成方案如圖2所示。

圖2 一拖二自動旁路構成圖

2.2.2 高壓電機無備用系統變頻改造方案

對于高壓電機無備用系統，設計時，根據電機容量選用1臺變頻器，其變頻器通過工頻旁路柜直接串在原來的供電回路中，二次回路不作改動，保護仍由原來的二次系統完成，原有的操作方式不變?？刂葡到y由變頻調速器、風機（泵）電機和工/變頻轉換柜等組成。系統中的旁路開關柜用于工頻、變頻轉換，一旦變頻器出現故障時，可轉換為工頻運行，增強系統的可靠性，見圖3。

由圖3可見，手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關，為了確保不向變頻器輸出端反送電，QS1與QS3采用一個雙投隔離開關，實現自然機械互鎖。當QS1、QS2閉合，QS3斷開時，電機變頻運行；當QS1、QS2斷開，QS3閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于調試、檢修和維護。

2.2.3 操作方式及故障狀態下的轉換

系統改造后，可以選擇電動機變頻工作，也可以選擇電動機工頻工作，兩個系統互為備用，增加了系統的可靠性。變頻器故障時，系統手動（或者自動）轉為工頻狀態，不會影響生產的正常運行。

圖3 無備用電機旁路構成圖

2.2.4 變頻改造后系統的特點

采用變頻器后，電機和設備共同組合為一體，既是動力源，又是流量調節執行機構，改變了傳統的控制方式，實現了生產過程自動化，減少了勞動強度。

設備壽命延長，維修量減少；反應速度快，精度高，控制簡便；降低了啟動電流，提高了電氣保護質量；安裝、維護方便。

2.3 電機系統節能改造案例及效果

四川永豐漿紙股份有限公司于2011年與江蘇力普電子科技有限公司合作實施電機變頻節能技改項目，對全廠25臺工頻運行電機加裝變頻器，進行全面的變頻節能技術改造，其中加裝10 kV高壓變頻器7臺（熱電車間1#循環水泵、1#引風機、一次風機、二次風機、1#給水泵；堿回收車間1#給水泵、二次風機）；加裝380 V低壓變頻器18臺（熱電車間1#冷卻塔風機、2#冷卻塔風機；堿回收車間出Ⅰ效濃黑液泵、至堿灰混合黑液泵、1#溫水泵、一次風機、三次風機等；制漿車間1#除節機供料泵、一段篩供料泵、D1塔漿泵、備料洗滌循環水泵等；漿板車間紙機漿池漿泵、送制漿車間白水泵等）。2012年7月正式投入運行，截至2014年12月，25臺變頻節能改造設備運行正常，平均節能率達到20%以上。

2013年全年25臺用電設備實現節電量1428．8萬kWh（折標準煤為4715．0 t）。25臺電機技改投用前噸風干漿耗電量為149．95 kWh，技改設備投用后（2013年全年）噸風干漿耗電量為93．4 kWh，減少56．55 kWh，減少37．7%，電機變頻節能改造項目節能效果非常顯著。

3 余熱余壓利用改造原理、方案、應用案例及效果

國家財政重點支持的余熱余壓利用改造項目與造紙有關的有以下幾大類：廢氣熱交換器改造；化工行業余熱（尾氣）利用；紡織、輕工及其他行業供熱管道冷凝水回收、供熱鍋爐壓差發電改造；工業生產有機廢棄物沼氣利用等。對于已建多年的硫酸鹽漿廠，堿回收車間堿爐溶解槽排出的尾氣余熱大多未進行利用或利用效率不高，若這部分尾氣能量加以充分利用，可帶來顯著的節能效果。

3.1 堿爐溶解槽尾氣余熱利用原理和方案

采用優質高效的翅片式換熱器，利用堿爐給水對溶解槽排出的尾氣進行冷卻，被加熱的給水送入堿爐除氧器，降低除氧器的蒸汽消耗，從而實現節能的目的，減少尾氣的排放量。為充分利用尾氣的余熱，可以采取二級甚至三級換熱器加熱給水，流程如圖4所示。

圖4 堿爐溶解槽尾氣余熱利用流程圖

3.2 堿爐溶解槽尾氣余熱利用案例和效果

四川永豐漿紙股份有限公司于2011年實施堿爐溶解槽尾氣余熱利用改造項目，利用堿爐給水（流量127 m3/h左右）冷卻溶解槽尾氣，新增1臺換熱面積為126 m2的列管式換熱器，使得溶解槽尾氣溫度由95℃下降到83℃，堿爐給水溫度由21℃上升到52℃，溫度上升31℃，除氧器蒸汽消耗明顯下降。由于列管式換熱器換熱面積不足，尾氣排放溫度依然較高，于2014年再增加1臺換熱面積為713 m2的翅片式換熱器與原換熱器串聯使用，使得溶解槽尾氣溫度由83℃下降到70℃以下，堿爐給水溫度由52℃上升到70℃，溫度再上升18℃，除氧器蒸汽消耗進一步下降。

上述數據表明，堿爐給水由21℃上升到70℃，溫度上升49℃，按公式（1）計算出理論節能量為26136600 kJ/h，即892．8 kg標準煤/h，每年（每天24 h，運行330天計）預計可節約標準煤7070．98 t，節能效果顯著。

式中，Q為每小時節約的能量（kJ/h），C水為水的比熱（4．2 kJ/kg），m為每小時通過換熱器的給水質量（127000 kJ/kg），ΔT為給水的溫升（49℃）。

4 結 語

四川永豐漿紙股份有限公司電機變頻節能技改和堿爐溶解槽尾氣余熱利用技改兩個項目投用后，全年可實現節能11785 t標準煤。全年每噸風干漿綜合能耗由技改前（2010年）的395．8 kg標準煤下降到（2013年）225．6 kg標準煤，節約了170．2 kg標準煤，節能效果非常明顯，產生了良好的經濟效益。

節能技術改造涉及面廣，涵蓋的環節較多，本文僅就對硫酸鹽漿廠比較典型的高壓電機變頻節能和余熱余壓利用這兩方面結合案例進行了論述，同樣可以延伸到漿廠其他環節及其他行業領域。

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（責任編輯：馬 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，工程師；主要從事制漿造紙工藝研究和生產管理。

TS743+．11

A

0254﹣508X（2015）09﹣0070﹣04

2015﹣02﹣03（修改稿）