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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 部常见问题

●部真空梯度不合理，造成真空浪费；

●局部真空过高，引起成型负载大、磨损大；

●伏辊真空及刮刀配置不合理，造成脱水效果差，出部干度低；

●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，将伸长量换算为拉力值真空能耗高。

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，真空能有了较大的提高耗高。

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、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、石线文化纸纸机、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%，进而降低烘干部蒸汽消耗%，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 W rth 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 W rth PM6

2.3 脱水测量系统

目前，多数纸机都没有配备准确、可靠的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脱水测量系统，采用以互动、有趣、开放的方式向业内人士展现其作为“技术合作火伴”为行业创新带来无穷灵感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 接水盘及脱水测量协同作用可达到系统优化的效果。

图8 Ecoflow脱水测量设备

图9 借助Ecoflow进行脱水控制

图10 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

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

Ecoflow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： 米/分钟。优化内容：真空系统改造+绿化工程三压刮刀优化，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，荧光灯管节能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 Kaukop 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、EP-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

改造折纸机前，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、EP-D1透平机、EP-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透平机替换压榨部台水环泵，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，车速米/分钟, 产品定量克/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、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。

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