纸机节能及系统优化技术

芬兰兰泰克系统有限公司是一家芬兰公司，自1980年起专业从事真空&脱水&纸机运行性审计及优化。其英文名称：Runtech=Run+Tech,即运行+技术，兰泰克不是一家简单的设备供应商，而是从纸机运行的角度、工艺的角度、系统的角度去诊断和解决问题。公司的主要业务方式为纸机审计è提出解决方案è设计è安装、调试、开机è持续优化和服务，和用户密切沟通和合作，最终达到提高纸机运行性、降低单耗的效果。因此，兰泰克只有一个目标，就是紧跟制浆造纸企业最终需求，和用户一起提高纸机运行效率。

兰泰克公司管理团队

1  纸机湿部真空及脱水常见问题

1.1  网部常见问题

●网部真空梯度不合理，造成真空浪费；

●局部真空过高，引起成型网负载大、磨损大；

●伏辊真空及刮刀配置不合理，造成脱水效果差，出网部干度低；

●网部汽水分离器和管道连接不合理，会在系统中产生大量泡沫，化学品成本高；管损大，真空能耗高。

1.2  压榨部常见问题

●刮刀接水盘效果差，不能完全接收压区脱除的水，造成纸幅返湿；

●出压区干度低，吨纸蒸汽消耗高，纸机运行稳定性差；

●毛布真空过高，引起毛布负载大、真空能耗高；

●压榨部汽水分离器和管道连接不合理，同样会在系统中产生大量泡沫，化学品成本高；管损大，真空能耗高。

2  兰泰克系统优化技术

兰泰克公司的系统优化技术包括真空系统、刮刀及脱水、在线脱水测量等，如图1。高效、可靠的刮刀及量身定制的接水盘配合Ecoflow在线脱水测量装置为纸机在最优真空度下运行创造条件。刮刀及积水盘、Ecoflow脱水在线测量及第三代变速透平真空系统三者协同作用，在优化纸机脱水和降低真空能耗的同时，提高纸机系统运行性和效率。

图1  兰泰克的系统优化技术

2.1  真空系统——变速透平机

目前市场上的真空系统主要有三类，如图2。第一代是水环泵（或有些是罗茨泵），始于1900年，效率较低，在新纸机上几乎不再使用；第二代是定速透平机，始于1945年，体积庞大，使用仍然较多；第三代是变速透平机，始于1999年，是目前最先进的产品，节能效果最显著。这三类真空系统在大型纸机如瓦楞原纸纸机、文化纸纸机、箱纸板纸机等上的应用比较如表1。这里主要介绍变速透平机。

图2  真空系统的演变

表1  三类真空系统在大型纸机上的应用比较

Ecopump变速透平机的特点：

●提高纸机运行性及效率；

●节能30%-70%的真空系统，投资回收期1-2年；

●完全释放纸机供应商因“过度设计”所产生的节能潜力；

●相比水环泵，节水100%。无需冷却塔/消音池，减少水处理费用；

●施工及运行费用低；

●安装维护简单，可在正常停机甚至纸机运行时进行。

真空系统节能优化：用于旧纸机改造时，利用原有的真空系统位置即可，不需要占用额外空间，如图3（上）；新纸机的真空系统，非常紧凑，通常安装在一楼，如图3（下图）。

图3  真空系统节能优化：改造/新纸机

Ecopump变速透平机与水环泵及定速透平机的对比，如图4。传统的水环泵和定速透平机在真空和抽气量调节方面受到限制，无法灵活地根据纸机不同生产状况下的不同真空需求而进行调整，造成真空浪费。同时，传统真空配置运行效率低，增加了纸机真空系统运行成本。采用变频透平真空系统时，根据纸机不同运行条件调节透平机的转速，来满足纸机不同工况下动态的抽气量和真空度需求。相比传统水环泵和定速透平机，若采用变频透平机真空系统，可为纸机真空系统节能30%-70%。

图4  水环泵、定速透平机及变速透平机的运行曲线

2.2  刮刀及脱水优化

刮刀与接水盘的主要作用是最大限度地刮除和接收压区脱除的水，减少毛毯和纸幅的回湿。所以，高效、可靠的刮刀和接水盘对纸机脱水的重要性是不言而喻的。传统刮刀在应用于沟纹辊或盲孔辊时，都无法有效去除沟纹或盲孔内的水及脏物，而兰泰克AirBlade空气刮刀技术，借助压缩空气的原理，从根本上解决沟纹辊或盲孔辊脱水效率低以及回湿等问题，高效的压区脱水不仅仅需要使用先进的压榨方式，同时量身定制的刮刀接水盘也是极大提高压榨部脱水效率的关键。Runtech脱水及刮刀接水盘优化技术的应用，可显著改善及提升压区脱水效率，提升出压榨干度1-2%，进而降低烘干部蒸汽消耗4-10%，同时还大大提升纸机的运行效率。目前此服务已经在全球范围内交付超500台纸机。

传统刮刀与兰泰克AirBlade空气刮刀的对比如图5；传统接水盘与兰泰克双刮刀接水盘的对比如图6；开/关空气刮刀在Palm Wörth PM6测试实例如图7。

图5  传统刮刀与兰泰克空气刮刀的对比

图6  传统接水盘与兰泰克双刮刀接水盘的对比

图7  开/关空气刮刀测试——Palm Wörth PM6

2.3  在线脱水测量系统

目前，多数纸机都没有配备准确、可靠的网部压榨部脱水计量系统，少数纸机配备的是传统的电磁式流量计，而电磁式流量计往往由于受到测量条件的限制，无法准确反映实际脱水量，也就无法为真空调节提供真实有效的依据。

兰泰克公司的Ecoflow脱水在线测量系统，采用重力原理巧妙测量纸机各关键脱水点的脱水量，相比传统的电磁式流量计，Ecoflow能最大限度地避免水中气泡、纤维以及其它因素对测量结果准确性的影响，从而显著提高脱水测量准确性。通过对关键脱水点的精确测量，使用Ecoflow作为辅助工具来调节纸机关键脱水点的真空度，可达到最佳真空控制的效果。Ecoflow在线脱水测量系统图示如图8-图11。图11非常清晰地展示了真空、刮刀&接水盘及在线脱水测量协同作用可达到系统优化的效果。

图8  Ecoflow在线脱水测量设备

图9  借助Ecoflow进行脱水控制

图10  网部脱水监测及优化

现工况下，最后一个吸水箱不脱水(仅0.2 l/s)，可关闭，显著节电并降低成形网及脱水面板的磨损；依据每个吸水箱后干度(用脱水量换算)，合理配置各吸水箱真空度。

图11  毛布吸水箱真空度对压榨部脱水量的影响

2.4  兰泰克系统优化理念

兰泰克的系统优化理念，真空、刮刀及在线脱水测量协同作用对降低纸机能耗的分析如图12，系统优化年收益分析如图13。

图12  兰泰克的系统优化理念

图13  Runtech系统优化年收益分析

网部、压榨部真空合理配置，有助于降低真空系统能耗，减少成型网及毛布的负载和磨损，延长成型网和毛布使用寿命。同时，网部和毛布传动负载也会降低，从而节约传动电耗。

Ecoflow在线脱水测量实时监测各个脱水点脱水量，通过Ecopump变速透平机方便地调节纸机真空，借助Ecoflow脱水量反馈即可找到最合理的真空配置，以达到网部、压榨部脱水量最大化。而刮刀和接水盘作为最直接的脱、排水工具，合理、高效的刮刀和接水盘可确保高效脱、排水，以及最小化的纸幅回湿。真空、刮刀、脱水及脱水测量之间互相促进，从而达到提高出压榨部干度、提升产能以及提高纸机运行性的系统优化效果。

另外，合理的真空和脱水配置，也为快速开机创造良好条件。

3  应用案例

3.1  案例一：Papelera de la Alqueria, Spain

真空及脱水系统优化，四辊三压区压榨带靴压，生产纸种：箱纸板，车速：370-650 米/分钟。优化内容：真空系统改造+三压刮刀优化，利用1台兰泰克变频透平机替代原有6台水环泵。

优化效果：真空系统能耗由原来的1028千瓦降为365千瓦，节能663千瓦（节省64%），提高出压榨部干度2%，产能提升11%，节水9万米3/年。

3.2  案例二：Stora Enso Kaukopää PM8，改造定速透平真空系统

改造前，真空系统的配置为Nash 1水环泵、多级透平机-1、多级透平机-2，总的运行功率共计317千瓦+888千瓦+850千瓦=2055千瓦。

改造后，配置为多级透平机-1、EP500-700-S透平机，总运行功率共计1110千瓦。

改造效果：节电945千瓦（节省46%），节水14万米3/年。

3.3  案例三：Sappi Stockstadt PM1，改造定速透平真空系统

改造前，真空系统配置为RC 80定速透平机、RC 56定速透平机，总的运行功率共计1375千瓦。

改造后，配置为低真空风机、EP400-700-D1透平机、EP400-700-S透平机，总的运行功率共计75千瓦+240千瓦+310千瓦= 625千瓦。

3.4  案例四：恒安&理文卫生纸机

纸机幅宽5600毫米，车速2000米/分钟, 产品定量13-20克/米2。

按纸机供应商要求，设计功率600千瓦。兰泰克优化后，实际运行功率250-350千瓦。

3.5  案例五：常熟理文PM6

2015年3月压榨部真空系统改造，改造内容：3台Ecopump透平机替换压榨部4-5台水环泵，网部、压榨部的脱水和刮刀优化。

改造效果：真空系统单位能耗: 148kW·h/t→100kW·h/t→75kW·h/t→54 kW·h/t，车速提升30米/分钟，毛布寿命延长8天，断纸减少20%，产能提升1万吨/年。

3.6  案例六：某30万吨/年高档文化纸新纸机，“释放新纸机过度设计”

Voith新纸机，纸机幅宽6900毫米，车速800-1600米/分钟, 产品定量30-120克/米2, 2015年11月开机。依据主机商对真空度和流量的要求进行设计，安装功率为3000kW,需配置6台EP500变速透平机。开机后真空系统实际电耗只有1140kW,仅需运行4-5台变速透平机就可以真空系统吨纸电耗34 kW·h/t。

4  结论

传统的乃至现在很多的真空系统改造，如果只是从真空设备入手，不管是配备变频器的水环泵还是定速透平机，虽然有一定的节能效果，但是要做到真正纸机最大化节能和降低单位成本来说，还远远不够。相比于真空系统节能，单位能耗下产能的提高更受到纸企的青睐，而提升纸机运行稳定性和出压榨部干度是提高纸机产能的关键。兰泰克变速透平机、在线脱水测量和刮刀与接水盘等技术相互协调作用，在满足纸机真空系统节能的同时，最大限度提升纸机运行稳定性和提高纸幅出压榨部干度，契合纸机节能最大化的同时，实现单位成本最小化的战略目标。

目前，芬兰兰泰克公司已为国内外数百家纸厂提供了系统优化解决方案，如Valmet、Voith、玖龙、太阳、理文、恒安、UPM、StoraEnso、SCA、山鹰、永丰余、SAPPI、APP、联盛、国际纸业、Smurfit Kappa、正隆、荣成、金田、景兴、Mondi、红塔仁恒、金凤凰等。

责任编辑：葛