造纸厂节能效果分析评价报告.docx
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造纸厂节能效果分析评价报告
xxxx纸业有限公司
能量系统优化技术改造项目
节能效果分析评价报告
Xx能源工程技术有限公司
二零一零年三月
前言
为贯彻执行《中华人民共和国节约能源法》、《国务院关于加强节能工作的决定》(国发办(2006)28号)和《山东省节约能源条例》、《山东省企业技术改造项目节能评估审查暂行办法》,保证项目建成后在能源使用方面符合国家有关法规、标准和规定xxxx纸业有限公司委托xxxx能源工程技术有限公司对“能量系统优化技术改造项目”编写节能效果分析评价报告书。
xxxx能源工程技术有限公司根据国家有关法律、法规、用能标准以及节能设计规范及企业提供的工程技术数据资料,对该工程项目进行了认真研究、到项目现场进行了实地勘察,对该工程项目的所用能源进行了分析计算、参照行业及地方标准做了对比,组织专家组对项目进行了节能分析,编写了本节能效果分析评价报告。
由于水平有限,报告中难免有不妥之处,如发现,请给予指正。
编制组
2010年3月
1项目承担单位基本情况
承办单位
1、单位名称:
xxxx纸业有限公司
2、建设地点:
xx
3、项目负责人:
xx
项目联系人:
xx
承办单位概况
xxxx纸业有限公司(原名为xxxx造纸厂)位于xxxx市xxxx县,始建于1988年,现拥有固定资产亿元,职工900余人,其中工程技术人员96人,占地面积15万平方米。
企业拥有先进的造纸设备:
长网多缸1760、长网多缸1880、长网多缸3150纸机生产线七条,年产轻型印刷纸10万吨,产值亿元。
公司通过了ISO14001环境管理体系和ISO9001质量管理体系认证。
并于2007年获得省清洁生产绩效审核“A”级证书,被评为省级“环保优秀”企业、“高新技术企业”。
2008年xxxx纸业有限公司获得省造纸协会颁发的山东省“轻型印刷纸生产规模最大企业”证书。
xxxx纸业有限公司根据社会发展、环境保护的要求,2001年在全国率先成功研制开发了替代进口“蒙肯”纸的新产品--轻型印刷纸(轻型纸),填补了国内空白,并在短时间内将其推广使用,成为全国最大、最早的轻型纸专业生产厂。
该产品自投放市场以来,以其纸质松厚、不透明度高,表面细腻而无光泽,色泽柔和,纯朴自然,经济实用而倍受广大出版界人士的青睐。
目前公司生产的轻型印刷纸销往全国二十多个省、市、自治区以及港、澳地区,400多个出版社、图书公司和印刷厂,连续三年参加中国制浆造纸研究院、国家纸张质量监督检验中心、中国印刷技术协会联合举办的纸张及其印刷适性检测,其质量评价均名列前茅,并于2002年成功地用于教科书。
到目前为止,已有山东、辽宁、吉林、黑龙江、安徽等十多个省市将该公司生产的轻型纸用于教材印刷,并得到了一致好评。
2项目基本情况
项目性质及建设内容
项目名称:
xxxx纸业有限公司能能量系统优化技术改造项目
建设地点:
xxxx纸业有限公司现有厂区内
项目性质及类型:
节能技术改造项目
项目建设内容:
本项目利用国内成熟、先进的工艺技术,进行如下技术改造:
1.将原有的并联无循环蒸汽加热系统,由技术先进的三段供汽循环利用系统代替。
2.对现有1760、1880、3150等7条造纸生产线的纸机传动系统及一个供水车间,一个污水治理车间和两个白水回收车间的电机(共152处)进行变频改造。
3.在7条造纸生产线低压用电设备上安装TSXT系列系统安全节电器。
4.在电力系统中增加无功功率补偿设备与装置,使系统功率因数由原来的提高到。
项目投资概况及经济技术指标
本项目总投资5709万元。
其中工程费用4995万元(包括设备购置费4500万元、安装费用495万元);工程其它费用万元;预备费万元;建设期利息万元。
表2-1主要经济技术指标表
序号
名称
单位
指标
说明
1
项目总投资(含全部流动资金)
万元
5709
项目规模总投资(含铺底流动资金)
万元
5709
建设投资
万元
其中:
基本预备费
万元
建设期利息
万元
流动资金
万元
0
铺底流动资金
万元
0
2
营业收入(不含税)
万元
生产期平均
3
营业税金及附加
万元
0
生产期平均
增值税
万元
0
生产期平均
4
总成本费用
万元
生产期平均
5
利润总额
万元
生产期平均
6
税后利润
万元
生产期平均
7
财务盈利能力分析
财务内部收益率
项目投资所得税前
%
项目投资所得税后
%
项目资本金
%
财务净现值
项目投资所得税前
万元
ic=10%
项目投资所得税后
万元
项目投资回收期
含建设期
静态投资所得税前
年
静态投资所得税后
年
动态投资所得税前
年
动态投资所得税后
年
总投资收益率
%
项目资本金净利润率
%
8
清偿能力分析
年
财务比率
资产负债率
%
达产年
借款偿还期
年
含建设期
9
盈亏平衡点
%
生产期平均
项目进度计划
本项目从筹建阶段至项目建成投入运行,总计划时间为12个月,建设日期为2010年1月到2010年12月。
项目设计年综合能耗
本项目的实施不影响企业的产能,设计生产能力仍然是10万吨。
项目实施后吨产品耗电量为,耗汽量是吨,耗水量是吨。
项目实施后年耗能情况见表2-2.年综合能耗折合标煤为吨。
表2-2项目实施后企业年耗能估算一览表
序号
能源名称
单耗/吨纸
消耗总量/年
标煤总量(吨/年)
备注
1
蒸汽
吨
万吨
采用220℃-270℃的过热蒸汽,
2
电
5508万kWh
3
水
吨
149万吨
128
合计
3项目建设的必要性、先进性
三段通汽改造
三段通汽改造的必要性
纸张烘干是通过蒸发除去纸张中的水分实现的,最佳的烘干效果要求纸机的几乎所有部分都具有最佳的性能。
目前纸机大都用蒸汽加热旋转烘缸以热传导的方式提供热能,热能通过烘缸机壳传给纸张。
纸张通过烘干机时,湿度一般从进入烘干机时的60%减少到输出时的5%。
蒸发过程所需要的热量取决于纸张输入输出时的湿度。
因此,良好的纸页成型和压榨脱水是取得烘干最佳效果的第一步。
烘干过程同时需要热和汽。
在烘干机内,蒸汽提供热量并通过烘干机壳进入纸张,蒸汽潜热消耗后变成冷凝液。
另蒸发后需要一定量的空气把水蒸气吹出去,而一定温度下的空气只能含有一定量的水蒸气。
一旦空气达到饱和,蒸发过程便终止。
现有供汽方式原理图见图3-1.
图3-1现有供汽原理图
现有供汽方式主要存在的问题:
(1)因不能重复利用乏汽而大量浪费能源。
(2)由于疏水阀数量多,当出现故障时,不仅大量浪费汽,而且导致排水不畅通;
(3)因没有蒸汽循环,不凝结气体逐渐在烘缸内积聚,影响传热效率;
(4)因蒸汽循环不畅通从而降低烘缸的热效率,增加了传动负荷及缸体的磨损;
三段供汽原理图见图3-2
图3-2三段供汽原理图
一段冷凝水排到1号闪蒸罐,经闪蒸产生二次汽,再经过热泵将二次汽供二段使用,1号闪蒸罐及二段冷凝水排到2号闪蒸罐,经闪蒸产生二次汽通过热泵供三段使用。
采用这种循环供汽方式,将含有较多热量的冷凝水通过闪蒸罐作用产生二次汽,再经过热泵作用重复利用二次汽以达到节能目的。
将原纸机供汽方式改为三段供汽,一段冷凝水排到1号闪蒸罐,经闪蒸产生二次汽,再经过热泵将二次汽供二段使用,1号闪蒸罐及二段冷凝水排到2号闪蒸罐,经闪蒸产生二次汽通过热泵供三段使用。
蒸汽以梯级利用的形式供给各个烘缸,提高了蒸汽的热利用率。
三段通汽改造的先进性
1.采用先进的控制系统:
在三段通汽改造中供热系统采用以SiemensS7-300PLC为核心的控制系统取代原控制柜,改进数据通讯网络,组成新的QCS,用于对抄纸过程的定量、水分的控制。
本系统由现场仪表、PLC、带触摸屏的奔腾级计算机构成。
具有界面友好、操作简便、安全可靠、维护方便等优点。
进口QCS定量水分在线检测核心技术的应用,解决了束缚抄纸过程中定量控制水分的“瓶颈”问题。
2.采用开式热泵供汽方式,如下图所示:
本系统有如下优点:
①它可以充分利用二次闪蒸汽,在系统分段合理、供热基本平衡的情况下,可以最大限度地减少补充新鲜蒸汽的用量。
②有利于烘缸冷凝水的排除顺畅,减轻干燥部的传动符合,增加烘缸的热传导,提高烘缸的总干燥能力。
③用水力引射泵替代传统的真空设备,不但有助于第三段的冷凝水排除,还可以回收三段尾气的余热,供热系统不论是开车前还是运行中,无需采取任何附加措施,不凝性气体始终能畅通排出。
节电改造
造纸机变频改造的必要性
1.公司纸机传动系统主要存在的问题
目前造纸机各分部传动设备,大部分采用晶闸管直流调速(大功率)和滑差电机(小功率)传动,在生产过程中经常由于机械磨损、传动带的打滑等因素造成速度匹配失调,形成断纸、厚度不均等现象。
经常出现的问题表现在以下五个方面:
1)电机整流子磨损严重,易烧毁,导致停机时间长;
2)电机维修困难多,要求高,修理费用也高;
3)发电机易磨损,造成传动系统精度低;
4)调速控制系统复杂,调试困难,一般技工很难掌握。
5)耗电量大,传动效率低,速度精度差,速度不够稳定,从而影响产品的质量。
2.进行变频改造的意义
造纸机械结构上大致由流浆箱、网部、压榨部、干燥部、压光、收卷几部分组成。
传动系统是由多分部传动点组成的速度链式协调系统。
为了降低能耗、优化产品质量,提高劳动生产率,现代化的造纸设备多采用多电机分部传动,即在每一个传动分部安装交流电动机并配制相应的变频器、要求各分部能够实现同步控制,并能够在一定的范围内调速。
造纸是一个连续生产的过程,因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。
使用变频控制系统可以使传动系统具备非常方便及精确的调速功能:
1)各分部传动点之间能保持固定的传动比,使各传动点上线速度保持一致,便于设备提速、减速,避免各传动点之间因线速度相差太大而断纸;
2)连续平稳地拖动纸机运行;
3)具有平滑加减速功能;
4) 运行精度高,能实现精确调节,速度是由输出频率限定,当负荷出现波动时,转速不变。
安装TSXT系统安全节电器的必要性
TSXT系统安全节电器采用专门针对瞬变设计的抑制开关元件,通过治理电网污染来实现节能,治理对象包括谐波、浪涌、瞬变。
节电效果随污染指数变化而变化,故TSXT系列系统安全节电器属于被动节能的设备。
瞬变使电耗增加,主要表现为:
1、使用电效率下降:
瞬变的冲击作用会在开关装置及其它接触性器件上生成氧化性碳膜层,而每一欧姆阻抗的氧化性碳膜层的产生和存在,可使电机的效率损失13%,导致线路电耗增加。
2、使电机温度升高:
瞬变可导致电机因负载电流损失增加和铜损提高、多余的电能转换成热能,使温度上升。
而电机温升每升高一度,大约增加损耗4%。
3、产生电流的集肤效应:
使输电线等效截面积减小,使线路损耗增加。
集肤效应使电机和变压器铜损、铁损增加而过热,使变压器铁芯产生磁滞伸缩现象,磁滞回线面积的增加使得铁芯材料由于过度磁滞引起电流损失增加,噪音增加。
TSXT系统安全节电器是一种系统节电器,应用时实行系统布控才能起到很好的作用效果,即在主配电母线上,各分支线路空气开关下端以及个分配电柜空气开关下端均需安装系统节电器,只有这样才能形成一个网,将瞬流的所有通路都切断,一旦瞬流出现,立即就地泄放,从而消除瞬流可能造成的系统能耗和电气设备损害。
根据TSXT系统节电器宜在低压配电系统中采用布控节能的特点,公司拟分三级布控安装TSXT系统节电器共152台。
安装无功补偿装置的必要性
目前公司有很多大型传动设备,而传动调速控制系统中有很多非线性负载,如:
直流调速装置、变频器、UPS、整流单元等,因此在生产过程中电网中会产生大量的谐波电流,特别是3次、5次、7次谐波的产生,严重污染了电网,同时也影响设备的正常运行。
电容器组可起到吸收高次谐波电流的作用,因此,通过无功补偿可以有效的进行谐波治理和节能。
公司拟对7条生产线安装电容器组,对传动设备进行无功补偿。
节电改造的先进性
传动系统中压光机和卷纸机均采用先进的转矩控制系统。
可以稳定卷纸的张力,在引纸时速度控制,建立张力后人工切换为力矩控制,利用力矩闭环保证张力的稳定,张力调节功能在PLC控制器中完成,传动接受转矩给定,保证张力恒定。
传动系统提供了Profibus-DP的通讯接口,采用ABB专用总线适配器ProfibusDPAdapter实现与PLC之间的两线连接。
传动的所有控制命令和设定值都通过通讯链进行交换。
传动的实际值和状态也全部通过数据线交换。
传动的急停命令是通过外部端子送入的,而不是通过通讯方式。
急停命令可来自变频柜门上的急停按钮,也可以来自现场的操作台上的急停按钮。
两者都是进入变频器的DI口,急停时传动按照变频器内部定义的急停方式快速停车。
急停方式可定义为:
惯性停车、斜率停车,其斜率是可以通过参数设定的。
TSXT系列系统节电器与国内外同类产品相比达到或超过国内外同类产品性能。
TSXT系列系统节电器保护末端设备不受影响或损坏;并可有效减少由此引起的用电设备耗能的增加。
额定线电压(RMS):
380VAC±10%(三相四线)
最大浪涌电流抑制能力:
每相85KA
相应速度:
高达85皮秒(10-12秒)
箝位电压:
250V(相线对零线)
动态跟踪过程
频率范围:
45HZ~55HZ
电源指示:
三相LED(红)指示
工作温升:
≤55℃
工作时间:
连续
相对湿度:
0-85%,不结露
工作温度:
-20℃至40℃
项目实施后能耗先进水平
本项目实施后吨纸耗汽量为吨,耗电量为KWh,用水量为吨,具体汇总情况见下表
序号
能源名称
单耗/吨纸
折标煤(kg)
1
蒸汽
吨
2
电
3
新水
合计
表3-1吨产品综合能耗汇总表
根据造纸行业产业政策,造纸行业节能减排的主要目标是:
2010年实现造纸产业吨产品平均用水量由103m3降到80m3,综合平均能耗(标煤)由2005年吨降到吨。
根据国家发改委公告2006年第87号(2006年12月1日)《制浆造纸行业的清洁生产评价指标体系(试行)表7中指出印刷书写纸综合能耗680kg/t产品,取水量30m3/t产品。
本项目实施后吨纸综合能耗折标煤为,用水量为,能够符合造纸行业2010年节能减排目标的要求也能符合《制浆造纸行业清洁生产评价指标》,在国内外均处于先进水平。
4分析评价依据
(一)行业准入条件
1.《造纸产业发展政策》第四十九条规定,印刷书写纸生产企业在取水量和综合能耗(标煤)等方面要达到先进水平。
取水最高限额是30m3,综合能耗限额是680kg。
(二)工业类相关标准和规范
1.工业企业能源管理导则GB/T15587-1995
2.《造纸工艺流程优化设计与生产新技术及设备操作维护和质量监测标准规范》
3.用能单位能源计量器具配备和管理通则GB17167-2006
4.《产品单位产量能源消耗定额编制通则》GB/T17167—1997
5.《综合耗能计算通则》GB2589-1990
6.工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准GB/50185-1993
7.《动力机器基础设计规范》GB/T50040-1996
8.《低压配电设计规范》GB/T50054-1996
9.《建筑给排水设计规范》GB/T50015-2003
10.《通用设备配电设计规范》GB/T50055-1993
11.《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB/T50246-1997
12.建设项目经济评价方法与参数<第三版>
(三)用能管理方面的标准
1.评价企业合理用电技术导则GB/T3485-1998
2.评价企业合理用热技术导则GB/T3486-1993
3.节电措施经济效益计算与评价GB/T)
4.三相配电变压器能效限定值及节能评价值GB/20052-2006
5项目技术改造内容分析
三段通汽改造
三段通汽改造原理
三段供汽是根据烘缸一温度曲线把烘缸群分成三段:
高温区、中温区、低温区,分别对各段的烘缸表面温度进行控制这是一种多段串联逆向蒸汽的供热系统(如下图),在各段烘缸间依靠闪蒸压力及冷凝水系统的压差推动蒸汽冷凝水闪蒸产生的二次蒸汽作为低温段的热源,蒸汽的能量利用比较充分。
图5-1改造前供汽原理图
图5-2三段通汽原理图
xxxx纸业有限公司安装了8套由安丘市立圆造纸设备自控设备厂纸机供热节能系统,该系统由热泵、闪蒸罐及冷凝水回收等相应配套的自控装置组成。
该系统为循环供汽方式,将含有较多热量的冷凝水通过闪蒸罐作用产生二次汽,再经过热泵作用重复利用二次汽以达到节能目的。
将原纸机供汽方式改为三段供汽,一段冷凝水排到1号闪蒸罐,经闪蒸产生二次汽,再经过热泵将二次汽供二段使用,1号闪蒸罐及二段冷凝水排到2号闪蒸罐,经闪蒸产生二次汽通过热泵供三段使用。
项目实施三段通汽后节约蒸汽效果分析
一段冷凝水排到1号闪蒸罐,经闪蒸产生二次汽,再经过热泵将二次汽供二段使用,1号闪蒸罐及二段冷凝水排到2号闪蒸罐,经闪蒸产生二次汽通过热泵供三段使用。
一号、二号大缸处于高温区,所需要的蒸汽温度是270℃,压力。
4、5、6、7号烘缸处于中温区,所需要的蒸汽温度是220℃,蒸汽压力是、2、3号烘缸处于低温区,所需要的蒸汽温度是200℃,压力Mpa。
有关蒸汽循环改造前后的节能效果计算如下:
改造前:
新鲜蒸汽的压力
温度270℃,查得焓值kg
排水管乏水温度193℃,压力Mpa,焓值KJ/kg
改造后:
新鲜蒸汽的压力
温度270℃,查得焓值kg
排水管乏水温度80℃,焓值KJ/kg
改造前利用的热量为KJ/kg=kg
改造后利用的热量为kgkg=KJ/kg
节汽率=()/=%
根据企业2009年统计报表得出吨产品耗汽量为吨,由此计算出项目实施后吨产品节约的蒸汽量=吨*%=吨
项目实施后吨产品耗汽量=吨吨=吨
节电改造技术
纸机传动系统变频改造
纸机负载属于二次方转矩负载,即转矩T与转速的二次方成正比,T∝n2,而电动机轴上的输出功率P∝Tn,P∝n3,即电动机轴上的输出功率与转速的三次方成正比。
由此可见,当电动机的转速稍有下降时,电动机功率损耗就会大幅度地下降,耗电量也就大为减少。
由于现有纸机传动系统电动机转速不可调,电动机只能工作在开或停两种状态,即使当热负荷很小的时候,也必须至少开一台,电动机的功耗远大于实际负载的需要,从而造成不必要的能耗。
变频器可以把电压和频率不变的工频电流变换为电压和频率可变的交流电。
变频器在改变频率的同时改变电压。
电机的速度公式如下:
n=60f/p(1-s)
n:
电机的转速f:
电源频率p:
电机磁极对数s:
电机的转差率
由于电机的工作原理决定了电机的磁极对数是固定不变的,所以不适合通过改变该值来调整电机的速度。
另外,频率是电机供给电源的电信号,所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机,这样电机的旋转速度就可以被自由控制。
因此改变频率和电压是最有的电机控制方法,变频器在改变频率的同时改变电压,因此在电机上使用变频器可以大大降低耗电量。
xxxx纸业有限公司现有1760、1880、3150等造纸生产线7条,现在准备对7个车间的纸机传动系统进行变频改造。
表5-1变频器应用一览表
车间
总功率(KW)
台数
一车间
13
二车间
14
三车间
24
四车间
21
五车间
25
六车间
25
七车间
25
其它
5
合计
152
(二)以三车间纸机传动系统改造为例说明系统的变频改造方案
本系统由真空伏辊、驱网辊、真空吸移辊、引纸辊1、引纸辊2、压榨、底辊、正压、光压、一组缸、二组缸、施胶机1、施胶机2、三组缸、压光机、卷纸机、助剂螺杆泵、滑石粉螺杆泵、摇振、抄造提浆泵、小圆网、饰面辊、扫描架共24个传动点组成,总装机容量。
各部分具体参数如下表:
表5-2车间变频改造前后电机输出功率对比表
序号
使用位置
电机功率(kW)
变频器型号
改造前电机
输出功率
(kW)
改造后电机输出功率
(kW)
台
数
三车间
真空伏辊
37
ACS600-37KW
37
37
1
三车间
驱网辊
25
ACS600-22KW
25
22
1
三车间
真空吸移
18
ACS600-15KW
18
15
1
三车间
真空压榨
33
ACS600-30KW
33
30
1
三车间
引纸辊1
11
11
1
三车间
引纸辊2
11
11
1
三车间
压榨
37
ACS600-30KW
37
30
1
三车间
底辊
30
ACS600-30KW
30
30
1
三车间
正压
42
ACS600-37KW
42
37
1
三车间
光压
14
ACS800-11KW
14
11
1
三车间
一组缸
22
ACS800-22KW
22
22
1
三车间
二组缸
1
三车间
施胶1
22
ACS600-11KW
22
11
1
三车间
施胶2
22
ACS600-11KW
22
11
1
三车间
三组缸
1
三车间
压光机
27
ACS600-22KW
27
22
1
三车间
卷取
19
ACS800-15KW
19
15
1
三车间
助剂螺杆泵
1
三车间
滑石粉螺杆泵
1
三车间
摇振
1
三车间
抄造提浆泵
21
21
21
1
三车间
小圆网
1
三车间
饰面辊
1
三车间
扫描架
1
合计
KW
KW
24
3、ACS系列变频器的主要功能
(1)变频器主要特点
ACS变频器是第一代采用直接转矩控制技术(DTC)的交流变频器,它能够在没有光码盘或测速电机的反馈的条件下,精确控制任何标准鼠笼电机的速度和转矩。
DTC是交流传动的一种先进的电机控制方式,逆变器的通断直接控制电机的关键变量:
磁通和转矩。
DTC功能块图见下图:
图5-3ACS系列变频器功能图块
工作原理:
测量的电机电流和电压作为自适应电机模型的输入,这个模型每隔25μs产生一组精确的转矩和磁通的实际值。
电机转矩比较器将转矩实际值与转矩给定调节器的给定值做比较,磁通比较器将磁通实际值与磁通给定调节器的给定值做比较,依靠来自这两个比较器的输出,优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开关位置。
系统安全节电器
根据xxxx纸业有限公司现行用电及负载的特点,宜
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