造纸想节能，先了解用能特点
阅读次数： 发布时间:2021-06-30 11:35:12
制浆造纸工艺及用能特点：
（一）制浆造纸工艺制浆造纸按照工艺流程主要分为制浆和造纸两个工序，制浆是将植物纤维原料或回收的废纸制成纸浆的过程，造纸是使用适当的工艺将纸浆抄造成各种不同性能的纸或纸板的过程。
制浆造纸工艺比较复杂，不同原料、不同制浆方法形成的纸浆特性不同，所产生的纸制品也不同。
目前最主要的制浆方法是硫酸盐法制浆、化学机械法制浆和废纸制浆。
其中，硫酸盐法制浆是目前最主要的制浆方法，化学机械法制浆和废纸制浆是具有较好发展前景的制浆方法。
以原料区分制浆法，主要有木材，非木材和废纸制浆。
1. 木材制浆工艺根据制浆方式的不同，木材制浆通常分为化学法制浆和化学机械法制浆，其中化学法制浆主要为硫酸盐法制浆，化学机械法制浆主要包括漂白化学热磨机械制浆（BCTMP）、碱性过氧化氢制浆（APMP）和盘磨化学预处理碱性过氧化氢制浆（P-RCAPMP）。
（1）硫酸盐法制浆以氢氧化钠和硫化钠为蒸煮化学药剂处理木片的制浆方法。根据漂白程度的不同，硫酸盐浆分为未漂浆、半漂浆和漂白浆三种。
（2）化学机械法制浆这种纸浆的木质素和半纤维含量比化学浆高，制浆得率可以达到80%～90%，而硫酸盐化学浆的得率不超过50%。
化学机械法制浆是利用化学作用对木片进行预处理后，再利用机械作用将木材纤维分离成纤维束、单根纤维和纤维碎片的过程。
2. 非木材制浆工艺以麦草、芦苇、蔗渣等非木材为主要原料的制浆工艺主要采用化学法，工艺主要包括烧碱法制浆、硫酸盐法制浆及亚硫酸盐法制浆。
非木材化学法制浆工艺流程基本相同，通常为：非木材原料经过备料后，进入蒸煮设备进行蒸煮，非木材原料在高温蒸煮药液的作用下分离溶出木素，所得纸浆通过洗涤筛选工段净化后，获得质量较好的本色浆，如需得到白度较高的纸浆，还需进行漂白处理。
3. 废纸制浆工艺废纸制浆指以废纸为原料，经过碎浆处理，必要时进行脱墨、漂白等工序制成纸浆的生产过程。
废纸制浆生产主要由碎浆、筛选及净化、洗涤和浓缩、漂白四部分组成。
根据原料、生产工艺和产品特性的不同，废纸制浆生产工艺主要分为非脱墨废纸制浆和脱墨废纸制浆，目前废纸制浆以脱墨浆生产为主。
典型脱墨制浆采用机械和化学单元处理的流程，将油墨从纤维上除去。
生产工艺流程主要包括废纸的离解、废纸浆的筛选和净化、脱墨、浆料的浓缩与存储、热分散等。
脱墨浆可用于包括诸如新闻纸、薄棉纸、印刷和复印纸、杂志纸（超级压光纸 / 轻涂纸）、某些等级的硬纸盒等产品。
非脱墨制浆的工艺流程较脱墨浆简单许多，生产流程中采用机械清洁的流程，少了脱墨、漂白等过程。
非脱墨浆主要用来生产箱纸板、瓦楞纸以及低级的纸板等产品。大多数废纸制浆线都与造纸整合在一起。
4. 造纸工艺造纸是用纸浆制成各种纸制品的过程。
造纸企业的纸产品和工艺布局不尽相同，通常包括浆料制备、上浆系统、纸机和纸板机等基本单元。
纸和纸板的生产都采用通用技术，但由于纤维和非纤维原材料的不同物理和化学特性，以及制造工艺上的可变性，产品的性能和质量变化范围很宽。
来自制浆车间的纸浆或浆板，需经过打浆、加填料、施胶、调色、净化、筛选等一系列加工程序，然后在造纸机或纸板机上通过纸页成形、脱水、压榨、干燥、压光和卷取，抄成纸卷，纸卷经过分切，裁成一定规格的平板纸；或通过复卷，分卷为一定规格的卷筒纸，最终予以包装。
一定情况下，在分切或复卷前，还需进行超级压光处理。
现代造纸工艺纸页成形是在纸机上完成的。纸机分类通常是以其网部的形式来进行的。
一般可分为长网纸机、圆网纸机和夹网纸机。
长网纸机的网部由长网案组成，有一个水平的或近似水平的供纸料脱水的网面，网的下面装配有适应不同要求的各种脱水元件。
长网纸机是一种广泛使用的纸机类型，一般车速在600～800m/min范围内，可以抄造绝大多数的纸张品种。
长网纸机的缺点是网部都是向下单面脱水，不可避免其生产的纸两面存在差异性，从而影响纸的许多特性，如卷曲性、纸面平滑度、印刷性能等。
圆网纸机的网部由圆网笼组成，纸料悬浮液在圆网笼内外水位差的作用下过滤成形为湿纸幅。
圆网纸机是一种传统机型，适应性广，可以抄造从薄页纸到纸板等多种产品，并具有结构简单、占地面积小、动力消耗低和投资费用省等特点。
但由于其结构的限制，存在车速低、生产规模小、产品质量受限等问题，一般仅用于车速低和生产量小的生产抄造。
夹网纸机的网部由两张成形网夹持而成。纸料悬浮液经流浆箱喷射到两网夹区之间，进行两面强制脱水，并迅速形成湿纸幅，其具有运行效率高，成形质量好，结构紧凑和占地面积小等优点，在现代造纸工业中得到广泛应用。
（二） 制浆造纸行业用能特点现代制浆造纸生产已实现了机械自动化，设备运行和系统控制需使用电力。
电力驱动泵、风机、带式或螺旋式输送器、真空泵及压缩机的运行，还带动机械浆的磨制、处理废纸纤维的水利碎浆机、打浆、静电除尘器、红外线干燥等。
制浆蒸煮、黑液浓缩、纸业干燥、化学助剂制备需用热能，热能以蒸汽为主，燃气为辅。许多造纸企业通过自备电厂进行热电联产，并以热定电，将原煤、生物质燃料转换为蒸汽和电力使用。
因此，制浆造纸生产过程的能源效率优劣取决于能源品种结构、原料结构、企业规模、技术装备和自产能源及余能利用等诸多因素。
每个企业的供能方式差异较大，最主要的有三种类型：（1）电能和热能均外购；（2）电能外购、热能自产；（3）有自备热电站，部分电能外购，热能自产。
由于用能方式不同，各个企业统计的产品综合能耗不具可比性。
为了使单位产品能耗具有可比性，《制浆造纸单位产品能源消耗限额》(GB 31825)在计算单位产品能耗时统计主要生产系统的能耗，不包括辅助生产系统和附属生产系统的能耗，电力和热力均按当量值折算成标煤。
制浆造纸企业主要的设备设施有两类：一类为工艺功能型（专用设备），如削片机、蒸煮锅、连蒸器、磨浆机、碱回收系统、打浆机、纸机、涂布机、超级压光机、复卷机和分切机等，这些设备设施的能耗不仅与专业设备本身的性能和管理水平相关，也与相应的工艺操作和配套通用设备的运行状况有关。
由于纸浆和纸张产品高度多样化，甚至同一个产品的应用工艺可能也有很大差别，所以必须考虑到生产技术的许多因素。
另一类为输送功能型（通用设备），如各种浆泵、水泵、带式输送机、螺旋输送机、风机等。
此外，还有少量辅助类设备，如搅拌、计量类等设备。
制浆生产过程中主要耗能工序为蒸煮和黑液蒸发，造纸生产过程主要耗能工序为纸页干燥。
1. 制浆工艺能耗特点纤维离解对化学法制浆工艺是蒸煮过程，对机械法制浆工艺是粗磨过程，对化机法、半化学法制浆工艺是化学预处理过程和磨浆过程。蒸煮过程需要大量的热量，粗磨过程消耗大量的电力。
漂白硫酸盐纸浆的制造消耗大约10～14GJ/Adt的热能，包括纸浆的干燥，电能消耗量是600～800kWh/Adt。
纸浆干燥的能量消耗占用大约25%的热能和15%～20%的电能。超过50%的电能消耗用于制浆。
能量消耗取决于流程配置、流程设备和流程控制效率。
化学法制浆根据生产是否连续，可以分为连续蒸煮和间歇蒸煮；根据使用设备的不同可分为蒸球（间歇式蒸煮）、立锅（间歇式蒸煮）、横管连续蒸煮器、立式连续蒸煮器（卡米尔）等。
针对我国采用不同原料，不同蒸煮方法，不同蒸煮设备的不同厂家制浆能耗的一项调查，同样制得达到纤维分离点的粗浆，不同蒸煮设备的能耗差别较大。
依照能耗从小到大的顺序排列依次为：立式连续蒸煮＜立锅＜蒸球。
卡米尔连续蒸煮器是我国新引进的连续蒸煮设备，热能利用充分，能耗比间歇蒸煮低50%。
我国鼓励化学制浆采用深度脱木素、低能耗间歇蒸煮或连续蒸煮、氧脱木素、无元素氯漂白和全无氯漂白等技术与装备。
国内外先进的制浆厂一般都有碱回收工艺，其具有显著的节能效益。
燃烧有机污染物（黑液、木屑、树皮等）可生成大量热能，用于发电，蒸煮的白液余热还可回收，从而降低了工厂的总能源消耗。
一般机械浆电力需求很大，主要用于磨浆，电力需求约1400～2900kWh/Adt。
化学机械浆对电力的需求较高，一般需要1800～2000kWh/Adt，主要用于磨浆和筛渣的再磨，其中生产APMP浆质量较好，能耗较低，得率较高，近几年发展较快。
化学机械制浆过程整体的热能需求不高，一般在0～2GJ/Adt。
废纸制浆是回收纤维的加工过程，纤维的来源是含有化学浆和机械浆的纸张，因此加工过程所需能量并不大。不过，在各段洗涤过程中还需耗用电力，但热能消耗较低，总能耗比制造原浆要低得多。
废纸制浆工艺的主要节能潜力在于脱墨工艺的改善。
非脱墨浆对动力的需求主要用于水力碎浆、筛选、净化、浆料的流送等过程，对电能的需求大约为50kWh/Adt。
脱墨制浆中需要热能的工序主要有热分散和漂白，对热能的需求为1.0～2.0GJ/Adt。
对电力的需求，除了与非脱墨浆的相同以外，还要再增加脱墨过程的动力，大约为40～60kWh/Adt。脱墨浆总的电力需求为310～610kWh/Adt。
造纸工业单位产品的能耗与生产工艺、装备的自动化程度及产品的质量水平密切相关。
为了提高产品质量，往往会采用复杂的生产工艺、提高装备的自动化程度，增加工序设备，导致单位产品能耗的增长。
2. 造纸工艺能耗特点造纸机的能耗量取决于所生产纸的等级和纸浆纤维的质量。
以电力消耗为例，包装纸或瓦楞原纸生产的电耗最小，约为500kWh/t，而印刷纸和书写纸的电耗约为700～800 kWh/t，一些特殊等级纸的电耗则更高。
造纸生产过程中打浆是一个耗能很大的工段，打浆电耗约占吨纸电耗的30%～50%，所以打浆部分能源利用效率对吨纸电耗、吨纸成本有较大的影响。
从干浆板到疏解浆料的流程是成捆浆板经输送机送入水力碎浆机，碎解后送入贮浆池，有时还需经疏解后再送至打浆。
浆料在碎浆机中的浓度分为低浓（＜6%），中浓41（6%～10%）和高浓（＞10%）。
近年来为了节能与增加产量，处理干浆板已逐渐从低浓（4%～5%）转为采用中浓。
要降低打浆系统的能耗，必须选用高效节能的打浆设备。盘磨机是目前首选的主要打浆设备，比起盆式打浆机、锥形精浆机、圆柱精浆机等各种类型的打浆设备，其能耗要低30%～50%。
同为盘磨机，不同形式、不同型号节能效果也不同。虽然盘磨机优点很多，但不能完全替代其它打浆设备。
磨浆机的电耗约为100～300 kWh/t。纸机网部的主要作用是成形和脱水。以网部脱水为基准，网部、压榨部、干燥部脱水的成本约为1:70:330，增加网部纸页的干度，对于整个纸机脱水成本的降低非常重要。
压榨部的脱水也十分重要，纸页在压榨部降低1%的水分，干燥部烘缸蒸汽消耗可节省4%～5%。
又因为进入干燥部的纸页干度增大，可以使纸机的车速提高，产量提升，所以压榨部的脱水效率对能效和经济性也有影响。
网部和压榨部的吸水装置借真空吸水系统抽吸，纸机真空系统耗用大量电力，造纸机耗用的电力约17%用于真空系统，其中1/3用于网部，2/3用于压榨部。真空系统的能耗大约为70kWh/t（随纸张等级和气孔度而变化） 。
近年来，新型脱水器材、压榨部宽区压榨等节能技术与装备在纸机网部得到应用。
纸机干燥部用汽约占纸机生产成本的30%以上。
大中型纸机干燥部采用多段通汽、利用多级闪蒸，合理使用不同质量的能量，达到优化干燥工艺和节能的目的。
然而有些纸机会出现烘缸内凝结水排出不畅，干燥部蒸汽消耗量仍然较高的问题，为解决这一问题，通常在多段通汽中设置喷射式热泵。
通过对烘缸部排出的废气设置热回收系统回收大部分热量。
采用密闭烘缸罩代替开放式烘缸罩可以节约热能。
采用袋式通风装置可以提升干燥能力。
造纸过程主要使用低压蒸汽，热的需求量为4.5～7.8GJ/t，电力需求约为510～1010kWh/t，大部分在600～700kWh/t。
浆纸一体化综合工厂比单一制浆或单一造纸厂的能效水平更高，因为综合造纸厂可将制浆工艺中产生的多余热量用于造纸工艺中，而单一制浆厂所产生的多余蒸汽一般不会被完全利用。
