PDF《制浆工业的热电联产及相关的重大技术发展》

专题论坛 ?56? China Pulp &

Paper Vol.

26, No.7,

2007 制浆工业的热电联产及相关的重大技术发展 杨懋暹 (中国造纸学会,北京,100020) 摘要:蒸煮废液碱回收的热电联产实现了废液的综合利用,比普通的煤发电具有多项优势,如热效 率高、SO2的空气污染小、没有煤灰的二次污染.目前正在开发的黑液气化技术还可使黑液发电量提高 1~2倍,这将是制浆工业一项重大的技术进步. 关键词:碱回收;

综合利用;

热电联产;

黑液气化技术 中图分类号:X793 文献标识码:A 文章编号:0254-508X(2007)07-0056-03 由于能源短缺问题日益 严重,世界各国都在积极寻 找和开辟新的能源和开发可再生能源. 我国政府也已经出台了一系列节约能源、 开发新能源的政策.最近提 出,到2020 年开发的新能源 中,可再生能源要占整个能源的 20%. 造纸工业是一个耗能大户,同时也是一个自产能 源的大户.中国造纸业自产能源占整个行业耗用能源 的比例,目前没有统计数据.美国

10 年前造纸业自 产能源占整个行业耗能的 56% [1] ,日本造纸业的自产 能源占整个行业耗能的 40%,所以减少造纸行业的耗 能和提高自产能源量,对降低能耗将有重要意义.

1 造纸企业有巨大的热电需求,又有热电生产的条件 造纸生产过程中要使用大量的热、电能源.一般 情况下生产需要的热电都是从社会上采购的,但造纸 过程中同时也会产生大量的废液和废料,如制浆废液, 如不加以回收利用就会污染环境.19 世纪

30 年代美 国汤林逊公司的第

1 台碱回收炉问世,可将制浆废液 蒸发燃烧,回收的碱仍用于生产,回收的高压蒸汽用 于发电,经汽轮机排出的低压蒸汽用于制浆造纸和碱 回收.因此,纸厂既有对热电的需求,也有生产热电 的条件.纸浆厂热电的比例可以超过 100%,是高效 率的循环经济.制浆废液发电在我国多家纸厂均有应 用.燃烧废液的炉子结构特殊,喷射进去的废液浓度 在75%以上,燃烧产生的熔融物为 Na2CO3,经苛化 成NaOH 回用到蒸煮工段. 海南金海浆厂的碱炉日燃烧固形物

5000 t,其发 电能力为 120MW.南平纸厂是一个生产化学浆、化 机浆、脱墨浆和新闻纸的综合浆纸厂,年产纸

36 万t, 其自产电力为 68MW.其他如金东纸业、中华纸业、 佳木斯造纸厂、吉林造纸厂、广州造纸厂、岳阳纸厂 等大型纸厂均有发电车间. 一般浆厂除有碱回收炉外,同时也有

1 台动力锅 炉,可燃烧树皮、木屑、废水处理的污泥等各种固形 垃圾.它产生的高压蒸汽与回收炉的高压蒸汽合并用 于发电和供热,也是变害为利. 一般来说一个纯针叶木制浆厂的热电能源自给有 余,但实际外卖的电量占总自产电量的比例较小.浆 厂的热电车间,比单纯以煤为燃料的电厂还具有如下 优点: ⑴ 一般冷凝式电厂热利用系数为 40%左右,而 浆厂由于热电联产,可以高达 80% [2] . ⑵ 浆厂热电联产实际上是废物利用,起到保护环 境的作用,同时还可再生能源. ⑶ 现代木浆厂的碱回收炉燃烧的黑液固形物浓度 高达 80%,排气中 SO2 含量很少,远低于一般煤发 电产生的 SO2,因此是一种较清洁的能源. ⑷ 一般电厂产生大量煤灰,而浆厂的碱回收炉不 产生煤灰,因此不形成二次污染. 可以说浆厂热电联产生产的能源是一种高效的清 洁能源,是国家鼓励发展的能源.

2 纸厂热电联产能源原理 以煤为燃料的发电技术,目前正在进行巨大的改 革,重点是开发燃气-蒸汽的联合循环发电.其基本 原理是利用燃气轮机进一步提高介质温度;

蒸汽轮机 可以降低排气温度,这样可以大幅提高发电效率. ? 热电联产 ? 收稿日期:2007-01-09(修改稿) 作者简介:杨懋暹先生, 教授级高工;

中国造纸学 会常务理事兼学术委员会 主任,北京造纸学会顾问. ?57? 专题论坛 《中国造纸》2007 年第

26 卷第

7 期 发电效率理论计算见下式 [3] : ηC=1C T2 / T1 式中:T1 为热源燃气温度,T2 为冷源蒸汽排气温 度,这种热电联产示意见图 1. 目前这种发电方式已有商业运行,称为 IGCC 系统.今后,纸厂的热电联产开发也应走这条路,不是 燃烧黑液直接发电,而是将黑液气化再用燃气轮机利 用高温介质发电,燃气轮机的排气温度约 500℃,再 用这种余热产生高压蒸汽进一步发电.这种燃气轮 机-蒸汽轮机的联合循环发电的效率可比直接燃烧黑 液提高 1~2 倍[4-6] ,见图 2. 在这项新技术中,关键是黑液的气化技术,目前 已列入美国造纸工业

2020 年议程 [6] ,并在美国能源 部的经济支持下进行. 黑液气化过程为:黑液→干燥→焦化→气化 美国的一项生化物质的蒸汽重整技术应用在中温常 压缺氧的流化床中,焦化碳与蒸汽接触产生如下反应 上式生成物 CO 再与 H2O 接触,发生如下反应 采用这种技术,焦化碳在缺氧和吸热的反应中生 成富含 60% H2 的气体,其发热量为 1.3*104 kJ/m3 , 用这种气体燃烧,汽轮机产生高温气流发电.这项技 术目前在北美和欧洲几家工厂进行中试取得良好效 果,有可能在今后 15~20 年商业化.不远的将来一个 浆厂的发电量可比现在提高 1~2 倍,且很可能未来木 浆厂的产品不仅是纸浆,还有电.

3 中国造纸工业的热电联产发展前景 据中国年鉴统计资料表明,在30 个制造业中, 造纸工业的能耗位于黑色冶金业、化工制造业、非金 属制造业、石油煤焦业、有色金属业、纺织业之后, 居第

7 位.在电耗方面排序基本同上,只是退居第

8 位.在30 个制造业中,仅造纸业能利用废料生产能 源.表1为近年来我国有碱回收纸厂的自产能源和耗 能情况,不包括纸厂外购煤炭发电的情况.从表

1 看出,近年来我国碱回收量逐年增加,以此推算的自产 能源量也逐年增加.2001 年自产能源占总消耗能源的 9.7%,到2003 年就上升到 12% [7-8] .尽管这个数字 很小,但它是增长的.随着规模的逐渐扩大,中国浆 厂自产能源的条件越来越具备,自产能源的比例也会 越来越高.

4 建议现代黑液气化技术正在北美、欧洲进行中试,据 说北美有些老式汤林逊炉已经老化,这些老化的汤林 逊炉可能先行采用气化技术,为利用黑液发电带来革 命性的技术进步. (1) 中国是个造纸大国,要不失时机地追赶国际 先进技术,把黑液气化技术纳入国家高新技术发展计 划,国家给予必要的资金支持,由有关院校和科研单 位、生产企业组成攻关小组进行攻关. (2) 从某种意义上讲,这一先进技术更适合于非 木材原料制浆黑液的回收.一是因为非木材原料的黑 液难于浓缩到 75%的浓度,而黑液气化技术只要求黑 液浓度到 60%,非木材原料蒸煮黑液可以达到这个浓 度;

二是硅干扰使非木材原料蒸煮黑液碱回收率难以 达到木浆的水平,而黑液气化技术生成的硅酸钠很容 易从碳酸钠溶液中分离除去;

三是非木材原料的半化 学浆黑液中无机物与有机物的比例过低,黏度过大, 难以浓缩到需要的浓度.已完成中试的加拿大安大略 H2O(l) H2O(g) H2O+C+热量 H2+CO CO+H2O(g) H2+CO2 年份 回收碱量 /万t 自产能源估算量 (标煤)/万t 造纸总能耗 (标煤)/万t 自产能源 /总能耗/%

2000 55.2

165 2001 63.9

189 1937 9.7

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