生活用紙生產過程節能降耗實踐

楊致富 維達紙業(浙江) 有限公司

王波 梁新強 維達國際控股有限公司

1 引言

生活用紙因市場需求穩定增長且設備投資門檻較低，在過去的10多年中得以蓬勃快速發展。2007年全國生活用紙總產能為500萬t左右，到2017年其總產能接近1,300萬t［1］。從市場需求上來看，雖然消費量穩步增長，但消費增速要遠低于產能投放增速。2017年全國生活用紙表觀消費量約為900萬t，不到總產能的70%。在產能過剩的大背景下，生活用紙行業開機率不足，市場開拓難度和費用增加，行業利潤受到強烈擠壓。另一方面，隨著電商的興起，消除了之前存在的小品牌、小紙廠的銷售半徑的瓶頸。同時，隨著國產紙機技術的突破，憑借其價格優勢以及出色的能耗水平，迅速在行業立足。電商+國產紙機的組合，大幅度提升了中小型生活用紙企業的競爭力，給維達等生活用紙行業巨頭形成了一定的沖擊。

因此想辦法降低生產成本，提升公司盈利水平，成為生活用紙行業從業人員的首要任務。作為生活用紙企業的生產管理者，分析生產成本組成、選擇可行的方向并制定合理的實施計劃，成為檢驗生活用紙企業管理者的重要指標。

2 生活用紙生產成本的構成

和傳統的造紙工業類似，原料、能源、設備折舊、輔料、人工、設備維修構成了生活用紙的主要成本［2］。但生活用紙的成本構成中，各部分的比例又與文化紙、工業用紙有所不同。

2.1 原料

纖維原料成本是生活用紙成本的最重要構成部分，但不同于文化紙和包裝用紙，生活用紙不能通過添加填料等提高灰分的辦法來降低漿板耗用。生活用紙生產中，纖維原料成本約占總成本的75%～85%［3］。

2.2 能源

能源成本是生活用紙成本構成中僅次于纖維原料成本的組成部分。能源成本（電、蒸汽）占總成本的12%～15%，在過程成本（制造成本）中，占比高達65%～70%［4］。尤其是近年來煤、天然氣等能源價格持續高位，進一步推高了原紙的生產成本。圖1為華東某地市場煤炭信息價格走勢，從2016年下半年開始價格持續高位。而對于使用煤改氣的生活用紙企業而言，其蒸汽的能源消耗占比會更高。

2.3 設備折舊

設備折舊在總成本占比2%～6%，占過程成本的6%～18%。這部分的固定費用，基本沒有降低的空間。

2.4 人工、輔料、維修因其占比較低，成本優化空間不大。

3 成本優化的方向

3.1 纖維原料

考慮到生活用紙的特殊性，我們無法通過降低漿板耗用來降低成本，但在生活用紙的纖維原料組成上，通常需要使用一定量的針葉長纖維，來保證成紙的強度。受市場影響，針葉/闊葉木漿的價格差一直在波動，甚至出現價格倒掛。但是從2017年10月開始，針葉/闊葉木漿期貨存在明顯差價，在之后的10個月中，差價一直維持在90美元/t左右（如圖2所示），這為原料的成本節降提供了空間。而現貨市場的價格差波動更大，進入2019年，針葉/闊葉木漿現貨價格平均差價基本維持在500～700元/t（數據來源：公開數據整理）。若通過磨漿工藝的優化，可顯著改善闊葉木漿強度，則可節降針葉木漿用量，節降纖維成本。每降低1%的針葉木漿耗用比例，噸紙可以減少5～7元的原料成本。

3.2 能源

近幾年國產紙機在行業安裝很多。最新的國產紙機在設計時充分考慮了設備運行的經濟性，在傳動配置、熱回收方面都做了大量的工作。因此其能源耗用相較先前國內各大生活用紙廠的進口紙機較低。

更多的大型生活用紙集團、工廠選擇了進口紙機。進口紙機設計余量較大，在紙機穩定性、可靠性、功能性、車速和設計產能相對更有優勢。對于各大生活用紙集團，其運行中的紙機中，有很大一部分開機時間接近甚至超過了10年。而設計時間更早的紙機，很多新的節能技術沒有機會配備，這部分生產線，在能源節降上存在相當大的空間。

另外，維達集團自2016年開始，逐步在部分生產基地和紙機生產線安裝MES（Manufacturing Execution System）系統。隨著MES系統的逐步完善，大量在線數據的開發和應用，在工廠制定矢量節能規劃，發現和鎖定技改節能收益，展現了不可或缺的重要價值。

3.3 紙機效率

相比較而言，衛生紙機單機產出較小，很少會有工廠能像工業用紙、文化紙機一樣配備完善的數據系統，從而無法實時監控紙機的效率數據（如損紙率等）。而一般的生活用紙的損紙率可能高達8%～10%，這部分損失的規避，對提高紙機效率，降低成本及減少折舊具有重要的意義。

另外，生活用紙為了保證紙張吸水性、手感，在剝離烘缸時進行起皺。在相同的目標要求下，通過工藝改進，提升紙機卷取率，也具有非常大的經濟價值。

根據如上分析，對于生活用紙企業，其成本節降的主要方向應集中在降低針葉木漿耗用、節降能耗以及提升紙機運行效率上。

4 成本優化的實踐

4.1 磨漿工藝優化，降低針葉木漿比例

造紙行業是“七分漿，三分紙”，要想生產質量優異的紙張，需要將精力更多放在漿料的品質提升和管控上。生活用紙在實際生產過程中，對強度、松厚度都具有很高的要求，而強度和松厚度又存在強烈的矛盾關系。重磨漿紙張強度好，但松厚度不夠，此時需要提高起皺率，以彌補厚度的不足，這樣會犧牲了紙機運行效率；反之，輕磨漿則紙張松厚度改善，但強度又變差，紙機運行效率保證了，但又需要增加針葉木漿用量彌補強度損失，導致成本的上升。

對多數紙廠而言，在制定磨漿工藝時，會設定一個打漿度的范圍值。只要在這個范圍內則視為正常。而磨漿參數，如通過量、磨漿濃度、磨漿功率等是相互影響的，而這些影響則是打漿度無法真實反映出來的。為了更好的反映磨漿過程對成紙強度、松厚度的關系，以便尋找到磨漿工藝的最優解，達到紙張料強度、松厚度、磨漿能耗的最佳平衡，我們對各個參數對漿料的抗張指數、松厚度進行對比測試。

（1）進漿壓力的影響：測試結果顯示，磨漿機進漿壓力維持在1.2～1.5kg/cm2時，強度和松厚度可以達到最優平衡。不同的磨漿機有不同的的最優壓力值，這與磨漿機的類型，磨片型號以及漿料中的針葉木漿比例都有莫大的關系。

圖3 磨漿機的磨漿壓力對抗張指數和松厚度的影響

（2）濃度的影響：測試結果顯示，在相同磨漿能耗時，不同的濃度數據會有明顯的變化。測試條件下，4.0%的磨漿濃度，達到了強度和松厚度的最優解。當然，這個最優濃度并不是固定不變的，會受纖維構成，磨漿機和磨片的選型等影響。

圖4 磨漿濃度對抗張指數和松厚度的影響

（3）功率的影響：慣性思維模式里，相同條件下，磨漿功率越高，強度越好。針對闊葉木漿的測試結果發現，磨漿功率存在最優值，超出一個值后，并不會發生明顯變化，這對磨漿能耗的降低，存在指導性的意義。

圖5 磨漿功率對抗張指數和松厚度的影響

通過如上大量的測試數據的分析和比對，我們初步掌握了各個磨漿機的最佳工藝，并在此基礎上，實現了在漿料處理能耗基本不變的前提下，針葉木漿用量大幅降低，為公司持續節省大量原料成本。同時，所得的數據對未來磨片結構改進和磨漿工藝優化，具有非常大的指導意義。

4.2 強化毛毯清洗，降低紙機能耗

正如前面提到，對于生活用紙的生產，能源成本（蒸汽和電）在其制造過程成本中占比達65%以上。造紙的過程就是紙頁成型和脫水的過程，紙頁中水分的脫除速度和脫除效率，對能源的節降，尤其是在烘缸上的蒸汽節降起到了決定性作用。因此在選擇攻關方向上，我們集中力量把毛毯作為第一突破口。毛毯一旦出現問題，既會通過真空負載增加造成真空電耗和傳動電耗增加，又會降低原紙上缸干度，造成蒸汽耗用的上升；同時，毛毯的狀態直接決定了紙機的效率，以及一些外觀質量問題，如“針孔”。

高濕強的面巾紙是維達紙業的主要產品。高用量的濕強劑(PAE 樹脂) 在進入紙機系統后，極容易在毛毯發生沉積，從而導致毛毯局部或整體堵塞。毛毯一旦出現堵塞，則會導致真空泵真空度上升，功率上升，電耗大幅度增加。同時，因毛毯真空度升高，毛毯與真空箱的阻力增加，導致傳動負載上升，以及增加毛毯表面磨損。

圖6 毛毯堵塞后引起的能耗增加

實際生產過程中，因毛毯問題引起的質量隱患，效率下降、以及成本上升防不勝防。近兩年來，我們聯合上游廠家，組建團隊進行集中攻關，針對毛毯做了大量的技改實踐，主要集中在如下幾個方面：

（1）更換真空箱面板，將毛毯真空停留時間從2ms延長到4ms，提升真空系統對毛毯的清潔能力。

（2）更換毛毯高壓系統，采用智能高壓系統，降低高壓覆蓋率，提升高壓壓力。同時又具備定點清洗功能，改善毛毯清洗效果。

（3）聯合化學品廠家研發團隊，共同開發新型的毛毯保潔清洗劑，改善毛毯透氣度，維持紙機長期高速運行，徹底解決毛毯清潔問題。

通過一系列的優化和改善，紙機真空能耗在長時間內保持穩定。數據顯示，維達某工廠川之江BF-12紙機噸紙真空耗電下降了42.8%。目前優化后的紙機真空泵能耗與使用透平真空的能耗數據相近。同時，毛毯壽命從2個月延長到5個月以上（圖7）。

對毛毯清潔問題進行攻關解決的同時，對蒸汽系統的優化我們也做了如下工作，并取得了一定的成績：

（1）對壓榨部進行優化，以提升紙頁上缸干度。

（2）安裝熱回收系統，通過回收排風熱焓，降低蒸氣耗用。

圖7 維達紙業某工廠毛毯壽命數據

經過如上一系列的針對毛毯及烘缸熱能回收的技術改造，工廠紙機的運行能耗明顯下降，為公司持續節約大量的能源成本。

4.3 紙機效率的探索

從某種意義上來看，生活用紙紙機效率損失屬于一種隱性損失。每一次的損失都不大，所以在實際生產過程中極容易被忽略。我們通過大量的數據跟蹤，發現效率累計損失驚人，對生產成本有直接的影響。為了最大可能的提升效率，大量的技術力量投放在整個紙機系統的數據收集和分析上，在如下幾個方面顯著改善了紙機運行效率：

（1）通過對磨漿工藝的優化，有效改善了纖維松厚度和強度的平衡，卷取率得以提升；

（2）毛毯問題的解決，確保整個毛毯周期內，紙機能滿負荷運行，大大減少因毛毯脫水問題引起的紙機降速和斷紙問題，同時減少因毛毯質量缺陷引起的產量損失；

（3）使用合金刀替代普通鋼刀，用于衛生紙起皺，將單片刮刀使用壽命從2小時延長到了80小時，減少了總產量約0.8%的損紙量。

5 成本優化的成效

通過對如上紙機系統各部的持續技術改造，維達紙業某工廠在纖維成本、能耗、紙機運行效率和碳排放等各個方向均取得了長足的進步。

（1）纖維：如圖8所示，對比2018年1月，在保證產品質量的前提下，2018年12月，長纖漿耗用比例下降10%以上，節省了可觀的纖維成本。

圖8 維達紙業某工廠長纖漿耗用趨勢圖

（2）能耗：以川之江BF-12為例，對比2014年，2018年噸紙蒸汽耗用下降33.7%，電耗下降19%。如圖9所示。

圖9 維達紙業某工廠BF12紙機噸紙能耗變化趨勢

（3）紙機效率：通過持續不斷的數據收集分析，并對系統進行改造。2018年較2017年，紙機卷取率提升了2%以上，相當于增加了2%以上的產能。與此同時，損紙率持續下降，從最高的8%逐步降低到3%附近，并保持穩定。如圖10所示。

圖10 維達紙業某工廠卷取率和損紙率變化趨勢

（4）碳排放：對比2013年，2018年碳排放下降21.7%。如圖11所示。

圖11 維達紙業某工廠噸紙碳排放量變化

6 結束語

通過對磨漿工藝、毛毯清潔、壓榨部、熱回收等一系列技術的改造和優化，公司節省了大量的原料成本和能源成本，為公司利潤提升做出持續的貢獻。技術的改進和優化在節降成本的同時，碳排放量大幅度降低，為中國造紙工業的節能減排和綠色可持續發展持續貢獻自己的力量。