紙機節(jié)能及系統(tǒng)優(yōu)化技術

芬蘭蘭泰克系統(tǒng)有限公司是一家芬蘭公司，自1980年起專業(yè)從事真空&脫水&紙機運行性審計及優(yōu)化。其英文名稱：Runtech=Run+Tech,即運行+技術，蘭泰克不是一家簡單的設備供應商，而是從紙機運行的角度、工藝的角度、系統(tǒng)的角度去診斷和解決問題。公司的主要業(yè)務方式為紙機審計è提出解決方案è設計è安裝、調試、開機è持續(xù)優(yōu)化和服務，和用戶密切溝通和合作，最終達到提高紙機運行性、降低單耗的效果。因此，蘭泰克只有一個目標，就是緊跟制漿造紙企業(yè)最終需求，和用戶一起提高紙機運行效率。

蘭泰克公司管理團隊

1  紙機濕部真空及脫水常見問題

1.1  網部常見問題

●網部真空梯度不合理，造成真空浪費；

●局部真空過高，引起成型網負載大、磨損大；

●伏輥真空及刮刀配置不合理，造成脫水效果差，出網部干度低；

●網部汽水分離器和管道連接不合理，會在系統(tǒng)中產生大量泡沫，化學品成本高；管損大，真空能耗高。

1.2  壓榨部常見問題

●刮刀接水盤效果差，不能完全接收壓區(qū)脫除的水，造成紙幅返濕；

●出壓區(qū)干度低，噸紙蒸汽消耗高，紙機運行穩(wěn)定性差；

●毛布真空過高，引起毛布負載大、真空能耗高；

●壓榨部汽水分離器和管道連接不合理，同樣會在系統(tǒng)中產生大量泡沫，化學品成本高；管損大，真空能耗高。

2  蘭泰克系統(tǒng)優(yōu)化技術

蘭泰克公司的系統(tǒng)優(yōu)化技術包括真空系統(tǒng)、刮刀及脫水、在線脫水測量等，如圖1。高效、可靠的刮刀及量身定制的接水盤配合Ecoflow在線脫水測量裝置為紙機在最優(yōu)真空度下運行創(chuàng)造條件。刮刀及積水盤、Ecoflow脫水在線測量及第三代變速透平真空系統(tǒng)三者協(xié)同作用，在優(yōu)化紙機脫水和降低真空能耗的同時，提高紙機系統(tǒng)運行性和效率。

圖1  蘭泰克的系統(tǒng)優(yōu)化技術

2.1  真空系統(tǒng)——變速透平機

目前市場上的真空系統(tǒng)主要有三類，如圖2。第一代是水環(huán)泵（或有些是羅茨泵），始于1900年，效率較低，在新紙機上幾乎不再使用；第二代是定速透平機，始于1945年，體積龐大，使用仍然較多；第三代是變速透平機，始于1999年，是目前最先進的產品，節(jié)能效果最顯著。這三類真空系統(tǒng)在大型紙機如瓦楞原紙紙機、文化紙紙機、箱紙板紙機等上的應用比較如表1。這里主要介紹變速透平機。

圖2  真空系統(tǒng)的演變

表1  三類真空系統(tǒng)在大型紙機上的應用比較

Ecopump變速透平機的特點：

●提高紙機運行性及效率；

●節(jié)能30%-70%的真空系統(tǒng)，投資回收期1-2年；

●完全釋放紙機供應商因“過度設計”所產生的節(jié)能潛力；

●相比水環(huán)泵，節(jié)水100%。無需冷卻塔/消音池，減少水處理費用；

●施工及運行費用低；

●安裝維護簡單，可在正常停機甚至紙機運行時進行。

真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化：用于舊紙機改造時，利用原有的真空系統(tǒng)位置即可，不需要占用額外空間，如圖3（上）；新紙機的真空系統(tǒng)，非常緊湊，通常安裝在一樓，如圖3（下圖）。

圖3  真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化：改造/新紙機

Ecopump變速透平機與水環(huán)泵及定速透平機的對比，如圖4。傳統(tǒng)的水環(huán)泵和定速透平機在真空和抽氣量調節(jié)方面受到限制，無法靈活地根據紙機不同生產狀況下的不同真空需求而進行調整，造成真空浪費。同時，傳統(tǒng)真空配置運行效率低，增加了紙機真空系統(tǒng)運行成本。采用變頻透平真空系統(tǒng)時，根據紙機不同運行條件調節(jié)透平機的轉速，來滿足紙機不同工況下動態(tài)的抽氣量和真空度需求。相比傳統(tǒng)水環(huán)泵和定速透平機，若采用變頻透平機真空系統(tǒng)，可為紙機真空系統(tǒng)節(jié)能30%-70%。

圖4  水環(huán)泵、定速透平機及變速透平機的運行曲線

2.2  刮刀及脫水優(yōu)化

刮刀與接水盤的主要作用是最大限度地刮除和接收壓區(qū)脫除的水，減少毛毯和紙幅的回濕。所以，高效、可靠的刮刀和接水盤對紙機脫水的重要性是不言而喻的。傳統(tǒng)刮刀在應用于溝紋輥或盲孔輥時，都無法有效去除溝紋或盲孔內的水及臟物，而蘭泰克AirBlade空氣刮刀技術，借助壓縮空氣的原理，從根本上解決溝紋輥或盲孔輥脫水效率低以及回濕等問題，高效的壓區(qū)脫水不僅僅需要使用先進的壓榨方式，同時量身定制的刮刀接水盤也是極大提高壓榨部脫水效率的關鍵。Runtech脫水及刮刀接水盤優(yōu)化技術的應用，可顯著改善及提升壓區(qū)脫水效率，提升出壓榨干度1-2%，進而降低烘干部蒸汽消耗4-10%，同時還大大提升紙機的運行效率。目前此服務已經在全球范圍內交付超500臺紙機。

傳統(tǒng)刮刀與蘭泰克AirBlade空氣刮刀的對比如圖5；傳統(tǒng)接水盤與蘭泰克雙刮刀接水盤的對比如圖6；開/關空氣刮刀在Palm Wörth PM6測試實例如圖7。

圖5  傳統(tǒng)刮刀與蘭泰克空氣刮刀的對比

圖6  傳統(tǒng)接水盤與蘭泰克雙刮刀接水盤的對比

圖7  開/關空氣刮刀測試——Palm Wörth PM6

2.3  在線脫水測量系統(tǒng)

目前，多數紙機都沒有配備準確、可靠的網部壓榨部脫水計量系統(tǒng)，少數紙機配備的是傳統(tǒng)的電磁式流量計，而電磁式流量計往往由于受到測量條件的限制，無法準確反映實際脫水量，也就無法為真空調節(jié)提供真實有效的依據。

蘭泰克公司的Ecoflow脫水在線測量系統(tǒng)，采用重力原理巧妙測量紙機各關鍵脫水點的脫水量，相比傳統(tǒng)的電磁式流量計，Ecoflow能最大限度地避免水中氣泡、纖維以及其它因素對測量結果準確性的影響，從而顯著提高脫水測量準確性。通過對關鍵脫水點的精確測量，使用Ecoflow作為輔助工具來調節(jié)紙機關鍵脫水點的真空度，可達到最佳真空控制的效果。Ecoflow在線脫水測量系統(tǒng)圖示如圖8-圖11。圖11非常清晰地展示了真空、刮刀&接水盤及在線脫水測量協(xié)同作用可達到系統(tǒng)優(yōu)化的效果。

圖8  Ecoflow在線脫水測量設備

圖9  借助Ecoflow進行脫水控制

圖10  網部脫水監(jiān)測及優(yōu)化

現工況下，最后一個吸水箱不脫水(僅0.2 l/s)，可關閉，顯著節(jié)電并降低成形網及脫水面板的磨損；依據每個吸水箱后干度(用脫水量換算)，合理配置各吸水箱真空度。

圖11  毛布吸水箱真空度對壓榨部脫水量的影響

2.4  蘭泰克系統(tǒng)優(yōu)化理念

蘭泰克的系統(tǒng)優(yōu)化理念，真空、刮刀及在線脫水測量協(xié)同作用對降低紙機能耗的分析如圖12，系統(tǒng)優(yōu)化年收益分析如圖13。

圖12  蘭泰克的系統(tǒng)優(yōu)化理念

圖13  Runtech系統(tǒng)優(yōu)化年收益分析

網部、壓榨部真空合理配置，有助于降低真空系統(tǒng)能耗，減少成型網及毛布的負載和磨損，延長成型網和毛布使用壽命。同時，網部和毛布傳動負載也會降低，從而節(jié)約傳動電耗。

Ecoflow在線脫水測量實時監(jiān)測各個脫水點脫水量，通過Ecopump變速透平機方便地調節(jié)紙機真空，借助Ecoflow脫水量反饋即可找到最合理的真空配置，以達到網部、壓榨部脫水量最大化。而刮刀和接水盤作為最直接的脫、排水工具，合理、高效的刮刀和接水盤可確保高效脫、排水，以及最小化的紙幅回濕。真空、刮刀、脫水及脫水測量之間互相促進，從而達到提高出壓榨部干度、提升產能以及提高紙機運行性的系統(tǒng)優(yōu)化效果。

另外，合理的真空和脫水配置，也為快速開機創(chuàng)造良好條件。

3  應用案例

3.1  案例一：Papelera de la Alqueria, Spain

真空及脫水系統(tǒng)優(yōu)化，四輥三壓區(qū)壓榨帶靴壓，生產紙種：箱紙板，車速：370-650 米/分鐘。優(yōu)化內容：真空系統(tǒng)改造+三壓刮刀優(yōu)化，利用1臺蘭泰克變頻透平機替代原有6臺水環(huán)泵。

優(yōu)化效果：真空系統(tǒng)能耗由原來的1028千瓦降為365千瓦，節(jié)能663千瓦（節(jié)省64%），提高出壓榨部干度2%，產能提升11%，節(jié)水9萬米3/年。

3.2  案例二：Stora Enso Kaukopää PM8，改造定速透平真空系統(tǒng)

改造前，真空系統(tǒng)的配置為Nash 1水環(huán)泵、多級透平機-1、多級透平機-2，總的運行功率共計317千瓦+888千瓦+850千瓦=2055千瓦。

改造后，配置為多級透平機-1、EP500-700-S透平機，總運行功率共計1110千瓦。

改造效果：節(jié)電945千瓦（節(jié)省46%），節(jié)水14萬米3/年。

3.3  案例三：Sappi Stockstadt PM1，改造定速透平真空系統(tǒng)

改造前，真空系統(tǒng)配置為RC 80定速透平機、RC 56定速透平機，總的運行功率共計1375千瓦。

改造后，配置為低真空風機、EP400-700-D1透平機、EP400-700-S透平機，總的運行功率共計75千瓦+240千瓦+310千瓦= 625千瓦。

3.4  案例四：恒安&理文衛(wèi)生紙機

紙機幅寬5600毫米，車速2000米/分鐘, 產品定量13-20克/米2。

按紙機供應商要求，設計功率600千瓦。蘭泰克優(yōu)化后，實際運行功率250-350千瓦。

3.5  案例五：常熟理文PM6

2015年3月壓榨部真空系統(tǒng)改造，改造內容：3臺Ecopump透平機替換壓榨部4-5臺水環(huán)泵，網部、壓榨部的脫水和刮刀優(yōu)化。

改造效果：真空系統(tǒng)單位能耗: 148kW·h/t→100kW·h/t→75kW·h/t→54 kW·h/t，車速提升30米/分鐘，毛布壽命延長8天，斷紙減少20%，產能提升1萬噸/年。

3.6  案例六：某30萬噸/年高檔文化紙新紙機，“釋放新紙機過度設計”

Voith新紙機，紙機幅寬6900毫米，車速800-1600米/分鐘, 產品定量30-120克/米2, 2015年11月開機。依據主機商對真空度和流量的要求進行設計，安裝功率為3000kW,需配置6臺EP500變速透平機。開機后真空系統(tǒng)實際電耗只有1140kW,僅需運行4-5臺變速透平機就可以真空系統(tǒng)噸紙電耗34 kW·h/t。

4  結論

傳統(tǒng)的乃至現在很多的真空系統(tǒng)改造，如果只是從真空設備入手，不管是配備變頻器的水環(huán)泵還是定速透平機，雖然有一定的節(jié)能效果，但是要做到真正紙機最大化節(jié)能和降低單位成本來說，還遠遠不夠。相比于真空系統(tǒng)節(jié)能，單位能耗下產能的提高更受到紙企的青睞，而提升紙機運行穩(wěn)定性和出壓榨部干度是提高紙機產能的關鍵。蘭泰克變速透平機、在線脫水測量和刮刀與接水盤等技術相互協(xié)調作用，在滿足紙機真空系統(tǒng)節(jié)能的同時，最大限度提升紙機運行穩(wěn)定性和提高紙幅出壓榨部干度，契合紙機節(jié)能最大化的同時，實現單位成本最小化的戰(zhàn)略目標。

目前，芬蘭蘭泰克公司已為國內外數百家紙廠提供了系統(tǒng)優(yōu)化解決方案，如Valmet、Voith、玖龍、太陽、理文、恒安、UPM、StoraEnso、SCA、山鷹、永豐余、SAPPI、APP、聯(lián)盛、國際紙業(yè)、Smurfit Kappa、正隆、榮成、金田、景興、Mondi、紅塔仁恒、金鳳凰等。

責任編輯：葛