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1、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 1·1 浆纸业
2、的关注 早在1997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) 1·2 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
3、 能源约占60%。节能直接关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 1·3 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
4、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/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 Technology World Pulp and Paper Vol·25, No·4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
5、 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—1—1 纸生产量/t·a-1290000 412000 203000 905000 浆生产量/t·a-1 LBKP: 169000 NBKP: 37000 LBKP: 226000 NBKP: 61000 DIP: 21000 DIP: 129000 TMP: 72000 LBKP: 395000 NBKP: 98000 DIP: 150000 TMP: 72000 主要产品 牛皮纸 高级纸 微涂纸 其他纸及纸浆 牛皮纸
6、 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 ①生产量为2004年度实际量;②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 2·1 公司概况 公司始建于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。 2·2 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4
7、2%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。 2·3 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
8、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 2·4 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1·4%的幅度增加。节能量 2003年度大幅回落
9、换算成原油在8000 kL/a左右变 化,削减率除去2003年度,都在1·5%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。 2·5 节能的措施 该公司从2000年到2004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54·9%,成为该厂节能措施的
10、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 2·6 节能案例 2·6·1 漂白设备旁路分流的节能(流程、操作方法的
11、 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 Technology World Pulp and Paper Vol·25, No·4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3·8 碱处理后跳筛1·6 NaClO稀释泵18·6 H塔环形白水泵25·6 H塔原
12、料泵24·3 H塔输送机3·2 H塔搅拌器6·1 洗网目温水泵17·6 合计100·8(换算成原油219 kL/a) 2·6·2 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% 2·6·3 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
13、入蒸汽加热,所以导 入间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68·3%~68·9%),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 2·6·4 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) 2·6·5 控制纸机离心风机转数 纸机湿部的真
14、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。 风机型号: 595 m3/min×68·65 kPa 电机型号: 1600 kW×3300 V×6 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。 2·6·6 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
15、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): 310 kL/月(换 算成原油3940 kL/a) 表4 排热锅炉指标 蒸发量/t·h-1蒸汽压力/MPa蒸汽温度/℃燃烧物(绝干)/t·d-1 6·7 1·17饱和造纸污泥: 40 DIP泥渣: 34 木片粉屑: 10 可燃垃圾: 6 3 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
16、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
17、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 3·1 仅用25份(质量计)淀粉颜料的涂布纸就可达到 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。 3·2 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。 3·3 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
18、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。 3·4 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。 3·5 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试验,但是与中试试验使用的淀 粉颜料相比,
19、其性能会更加突出。 (责任编辑:关 颖) (上接第43页) 3·1 废物锅炉的设置 公司二冢纸厂生产新闻纸,没有硫酸盐浆制造设 备,所以没有以生物质燃料之一的黑液作为主要燃料 的回收炉,因此全部燃料靠购入化石能源供给。 公司计划以废轮胎、RPF、木质作为燃料主体的 废物燃烧炉正在建设中,预定2006年运转(见表5)。 如果废弃物燃烧锅炉运转,二冢纸厂的化石能源使用 量(换算成原油)和CO2排放量,与2002年的实际相 表5 废物燃烧炉指标 蒸发量/t·h-1蒸汽压力/MPa蒸汽温度/℃燃料构成(热量比)/% 130 12·2 530轮胎粉末: 59 RPF: 12
20、 木质燃料: 6 煤: 23 比将分别削减34%和25%,另外预计能源成本也将 降低30%。 3·2 燃烧废甲醇 采用以纸厂附近的化学厂产生的废甲醇、溶剂等 作为燃料,减少助燃重油的使用量。重油削减量30 kL/月(换算成原油: 382 kL/a) 4 结 语 节能作为工厂收益改善的手段,尽管公司过去就 在积极关注,但在大力提倡保护地球环境的当今,变 得更加重要。随着化石能源被其他能源的替代,今 后,摆脱化石能源将列入议事日程,企业的节能活动 也将蓬勃发展。(谭国民 译) (责任编辑:孙秋菊) ·55· 生产实践Mill Practice 国际造纸 2006年 第25卷 第4期
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