紙機(jī)節(jié)能及系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

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(jī)運(yùn)行性審計(jì)及優(yōu)化。其英文名稱：Runtech=Run+Tech,即運(yùn)行+技術(shù)，蘭泰克不是一家簡(jiǎn)單的設(shè)備供應(yīng)商，而是從紙機(jī)運(yùn)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(wù)方式為紙機(jī)審計(jì)è提出解決方案è設(shè)計(jì)è安裝、調(diào)試、開機(jī)è持續(xù)優(yōu)化和服務(wù)，和用戶密切溝通和合作，最終達(dá)到提高紙機(jī)運(yùn)行性、降低單耗的效果。因此，蘭泰克只有一個(gè)目標(biāo)，就是緊跟制漿造紙企業(yè)最終需求，和用戶一起提高紙機(jī)運(yùn)行效率。

蘭泰克公司管理團(tuán)隊(duì)

1  紙機(jī)濕部真空及脫水常見問題

1.1  網(wǎng)部常見問題

●網(wǎng)部真空梯度不合理，造成真空浪費(fèi)；

●局部真空過高，引起成型網(wǎng)負(fù)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(wǎng)部干度低；

●網(wǎng)部汽水分離器和管道連接不合理，會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生大量泡沫，化學(xué)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(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性差；

●毛布真空過高，引起毛布負(fù)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(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生大量泡沫，化學(xué)品成本高；管損大，真空能耗高。

2  蘭泰克系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

蘭泰克公司的系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)包括真空系統(tǒng)、刮刀及脫水、在線脫水測(cè)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(cè)量裝置為紙機(jī)在最優(yōu)真空度下運(yùn)行創(chuàng)造條件。刮刀及積水盤、Ecoflow脫水在線測(cè)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(jī)脫水和降低真空能耗的同時(shí)，提高紙機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行性和效率。

圖1  蘭泰克的系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

2.1  真空系統(tǒng)——變速透平機(jī)

目前市場(chǎng)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(jī)上幾乎不再使用；第二代是定速透平機(jī)，始于1945年，體積龐大，使用仍然較多；第三代是變速透平機(jī)，始于1999年，是目前最先進(jìn)的產(chǎn)品，節(jié)能效果最顯著。這三類真空系統(tǒng)在大型紙機(jī)如瓦楞原紙紙機(jī)、文化紙紙機(jī)、箱紙板紙機(jī)等上的應(yīng)用比較如表1。這里主要介紹變速透平機(jī)。

圖2  真空系統(tǒng)的演變

表1  三類真空系統(tǒng)在大型紙機(jī)上的應(yīng)用比較

Ecopump變速透平機(jī)的特點(diǎn)：

●提高紙機(jī)運(yùn)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(jī)供應(yīng)商因“過度設(shè)計(jì)”所產(chǎn)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(fèi)用；

●施工及運(yùn)行費(fèi)用低；

●安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，可在正常停機(jī)甚至紙機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。

真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化：用于舊紙機(jī)改造時(shí)，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(jī)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(jī)

Ecopump變速透平機(jī)與水環(huán)泵及定速透平機(jī)的對(duì)比，如圖4。傳統(tǒng)的水環(huán)泵和定速透平機(jī)在真空和抽氣量調(diào)節(jié)方面受到限制，無法靈活地根據(jù)紙機(jī)不同生產(chǎn)狀況下的不同真空需求而進(jìn)行調(diào)整，造成真空浪費(fèi)。同時(shí)，傳統(tǒng)真空配置運(yùn)行效率低，增加了紙機(jī)真空系統(tǒng)運(yùn)行成本。采用變頻透平真空系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)紙機(jī)不同運(yùn)行條件調(diào)節(jié)透平機(jī)的轉(zhuǎn)速，來滿足紙機(jī)不同工況下動(dòng)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(jī)，若采用變頻透平機(jī)真空系統(tǒng)，可為紙機(jī)真空系統(tǒng)節(jié)能30%-70%。

圖4  水環(huán)泵、定速透平機(jī)及變速透平機(jī)的運(yùn)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(duì)紙機(jī)脫水的重要性是不言而喻的。傳統(tǒng)刮刀在應(yīng)用于溝紋輥或盲孔輥時(shí)，都無法有效去除溝紋或盲孔內(nèi)的水及臟物，而蘭泰克AirBlade空氣刮刀技術(shù)，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(jìn)的壓榨方式，同時(shí)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(guān)鍵。Runtech脫水及刮刀接水盤優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)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(jìn)而降低烘干部蒸汽消耗4-10%，同時(shí)還大大提升紙機(jī)的運(yùn)行效率。目前此服務(wù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)交付超500臺(tái)紙機(jī)。

傳統(tǒng)刮刀與蘭泰克AirBlade空氣刮刀的對(duì)比如圖5；傳統(tǒng)接水盤與蘭泰克雙刮刀接水盤的對(duì)比如圖6；開/關(guān)空氣刮刀在Palm Wörth PM6測(cè)試實(shí)例如圖7。

圖5  傳統(tǒng)刮刀與蘭泰克空氣刮刀的對(duì)比

圖6  傳統(tǒng)接水盤與蘭泰克雙刮刀接水盤的對(duì)比

圖7  開/關(guān)空氣刮刀測(cè)試——Palm Wörth PM6

2.3  在線脫水測(cè)量系統(tǒng)

目前，多數(shù)紙機(jī)都沒有配備準(zhǔn)確、可靠的網(wǎng)部壓榨部脫水計(jì)量系統(tǒng)，少數(shù)紙機(jī)配備的是傳統(tǒng)的電磁式流量計(jì)，而電磁式流量計(jì)往往由于受到測(cè)量條件的限制，無法準(zhǔn)確反映實(shí)際脫水量，也就無法為真空調(diào)節(jié)提供真實(shí)有效的依據(jù)。

蘭泰克公司的Ecoflow脫水在線測(cè)量系統(tǒng)，采用重力原理巧妙測(cè)量紙機(jī)各關(guān)鍵脫水點(diǎn)的脫水量，相比傳統(tǒng)的電磁式流量計(jì)，Ecoflow能最大限度地避免水中氣泡、纖維以及其它因素對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，從而顯著提高脫水測(cè)量準(zhǔn)確性。通過對(duì)關(guān)鍵脫水點(diǎn)的精確測(cè)量，使用Ecoflow作為輔助工具來調(diào)節(jié)紙機(jī)關(guān)鍵脫水點(diǎn)的真空度，可達(dá)到最佳真空控制的效果。Ecoflow在線脫水測(cè)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(cè)量協(xié)同作用可達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的效果。

圖8  Ecoflow在線脫水測(cè)量設(shè)備

圖9  借助Ecoflow進(jìn)行脫水控制

圖10  網(wǎng)部脫水監(jiān)測(cè)及優(yōu)化

現(xiàn)工況下，最后一個(gè)吸水箱不脫水(僅0.2 l/s)，可關(guān)閉，顯著節(jié)電并降低成形網(wǎng)及脫水面板的磨損；依據(jù)每個(gè)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(duì)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(cè)量協(xié)同作用對(duì)降低紙機(jī)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(wǎng)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(wǎng)及毛布的負(fù)載和磨損，延長(zhǎng)成型網(wǎng)和毛布使用壽命。同時(shí)，網(wǎng)部和毛布傳動(dòng)負(fù)載也會(huì)降低，從而節(jié)約傳動(dòng)電耗。

Ecoflow在線脫水測(cè)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)脫水點(diǎn)脫水量，通過Ecopump變速透平機(jī)方便地調(diào)節(jié)紙機(jī)真空，借助Ecoflow脫水量反饋即可找到最合理的真空配置，以達(dá)到網(wǎng)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(cè)量之間互相促進(jìn)，從而達(dá)到提高出壓榨部干度、提升產(chǎn)能以及提高紙機(jī)運(yùn)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(jī)創(chuàng)造良好條件。

3  應(yīng)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(chǎn)紙種：箱紙板，車速：370-650 米/分鐘。優(yōu)化內(nèi)容：真空系統(tǒng)改造+三壓刮刀優(yōu)化，利用1臺(tái)蘭泰克變頻透平機(jī)替代原有6臺(tái)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(chǎn)能提升11%，節(jié)水9萬(wàn)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(jí)透平機(jī)-1、多級(jí)透平機(jī)-2，總的運(yùn)行功率共計(jì)317千瓦+888千瓦+850千瓦=2055千瓦。

改造后，配置為多級(jí)透平機(jī)-1、EP500-700-S透平機(jī)，總運(yùn)行功率共計(jì)1110千瓦。

改造效果：節(jié)電945千瓦（節(jié)省46%），節(jié)水14萬(wàn)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(jī)、RC 56定速透平機(jī)，總的運(yùn)行功率共計(jì)1375千瓦。

改造后，配置為低真空風(fēng)機(jī)、EP400-700-D1透平機(jī)、EP400-700-S透平機(jī)，總的運(yùn)行功率共計(jì)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(jī)

紙機(jī)幅寬5600毫米，車速2000米/分鐘, 產(chǎn)品定量13-20克/米2。

按紙機(jī)供應(yīng)商要求，設(shè)計(jì)功率600千瓦。蘭泰克優(yōu)化后，實(shí)際運(yùn)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(nèi)容：3臺(tái)Ecopump透平機(jī)替換壓榨部4-5臺(tái)水環(huán)泵，網(wǎng)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?jí)勖�延長(zhǎng)8天，斷紙減少20%，產(chǎn)能提升1萬(wàn)噸/年。

3.6  案例六：某30萬(wàn)噸/年高檔文化紙新紙機(jī)，“釋放新紙機(jī)過度設(shè)計(jì)”

Voith新紙機(jī)，紙機(jī)幅寬6900毫米，車速800-1600米/分鐘, 產(chǎn)品定量30-120克/米2, 2015年11月開機(jī)。依據(jù)主機(jī)商對(duì)真空度和流量的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，安裝功率為3000kW,需配置6臺(tái)EP500變速透平機(jī)。開機(jī)后真空系統(tǒng)實(shí)際電耗只有1140kW,僅需運(yùn)行4-5臺(tái)變速透平機(jī)就可以真空系統(tǒng)噸紙電耗34 kW·h/t。

4  結(jié)論

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

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

責(zé)任編輯：葛