中小型燃氣輪機在衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線上的應用

李國華　渠懷迪

摘 要：本文敘述了衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的能源需求及生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)狀，分析了中小型燃氣輪機在衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線上應用的必要性，詳細論述了燃氣輪機熱-電-氣三聯(lián)供系統(tǒng)在衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的應用方式，以及熱、電、氣等系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式。結(jié)果表明，燃氣輪機熱-電-氣三聯(lián)供系統(tǒng)完全可以滿足衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的生產(chǎn)需求，同時具有良好的發(fā)展前景和經(jīng)濟效益。

關鍵詞：衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線;燃氣輪機;熱-電-氣三聯(lián)供系統(tǒng)

中圖分類號：TS736 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）31-0043-03

Application of Medium and Small Gas Turbine in Sanitary

Paper Machine Production Line

LI Guohua QU Huaidi

（1.Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410004;2.China Light Industry Changsha Engineering Co.， Ltd.，Changsha Hunan 410004）

Abstract： This paper describes the energy demand of the toilet paper machine production line and the current situation of the production system， analyzes the necessity of the application of small and medium-sized gas turbines in the toilet paper machine production line， and discusses in detail the application mode of the gas turbine heat electricity gas triple supply system in the toilet paper machine production line， as well as the system regulation modes of heat， electricity and gas. The results show that the gas turbine heat electricity gas triple supply system can fully meet the production needs of the toilet paper machine production line， and has good development prospects and economic benefits.

Keywords： sanitary paper machine production line;gas turbine;thermal-electric-gas triple supply system

1 衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的能源需求及現(xiàn)狀

現(xiàn)有衛(wèi)生紙造紙生產(chǎn)線用到的能源主要為電能、蒸汽和天然氣。其中，生產(chǎn)用電主要由當?shù)仉娋W(wǎng)提供。生產(chǎn)用蒸汽的供應方式主要有園區(qū)集中供熱、企業(yè)自備燃煤鍋爐房供熱、企業(yè)自備燃氣或燃油鍋爐房供熱。企業(yè)自備燃煤鍋爐房的供熱是目前生產(chǎn)企業(yè)的主要供熱方式。

處于工業(yè)園區(qū)內(nèi)且有集中熱源站的衛(wèi)生紙造紙企業(yè)，一般利用集中熱源站進行統(tǒng)一供熱。部分衛(wèi)生紙造紙企業(yè)附近無集中熱源站，企業(yè)距城區(qū)較近，當?shù)卣畬Νh(huán)保要求較高或無條件建設燃煤鍋爐的，一般采用自備燃氣或燃油鍋爐房供熱[1]。由于絕大部分衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線烘缸氣罩的熱風干燥系統(tǒng)（目前電加熱干燥系統(tǒng)已經(jīng)很少被使用）需要使用天然氣，生產(chǎn)企業(yè)為簡化系統(tǒng)，一般均選擇燃氣鍋爐房。

2 中小型燃氣輪機在衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線上應用的必要性

為貫徹落實打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，國家先后頒布了《國務院關于印發(fā)大氣污染防治行動計劃的通知》（國發(fā)〔2013〕37號）和《關于印發(fā)能源行業(yè)加強大氣污染防治工作方案的通知》（發(fā)改能源〔2014〕506號）。其中，《關于印發(fā)能源行業(yè)加強大氣污染防治工作方案的通知》提出，“以城市、工業(yè)園區(qū)等能源消費中心為重點，加快天然氣分布式能源和分布式光伏發(fā)電建設”“允許分布式能源企業(yè)作為獨立電力（熱力）供應商向區(qū)域內(nèi)供電（熱、冷），鼓勵各類投資者建設分布式能源項目”[2]。目前，各級政府均在大力推廣煤改氣、清潔能源及分布式能源等，現(xiàn)有衛(wèi)生紙造紙企業(yè)在用的燃煤鍋爐房近期內(nèi)將被淘汰。企業(yè)附近有集中熱源站的可以通過園區(qū)集中供熱進行替代，但企業(yè)附近無集中供熱站的熱源供應將成為企業(yè)生產(chǎn)難題。

目前已經(jīng)采用企業(yè)自備燃氣、燃油鍋爐房供熱的企業(yè)，一般采用直接燃燒產(chǎn)生低壓蒸汽供熱的形式，未能實現(xiàn)能源的梯級利用，能源利用率較低，企業(yè)生產(chǎn)能耗較高[3]，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。

從節(jié)能減排、提高能源利用效率以及降低企業(yè)運行費用等方面考慮，結(jié)合國家提倡的分布式能源系統(tǒng)概念，現(xiàn)提出天然氣-燃氣輪機熱-電-氣三聯(lián)供系統(tǒng)在衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線上的應用方案。本設計方案可以在提高能源利用率的基礎上，解決企業(yè)生產(chǎn)中需要的電能、蒸汽和高溫熱風等問題，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的全面自給自足，大大降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。

3 現(xiàn)有衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的生產(chǎn)系統(tǒng)

現(xiàn)有衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的加熱系統(tǒng)主要包括烘缸蒸汽加熱系統(tǒng)和烘缸熱風氣罩系統(tǒng)。

3.1 烘缸蒸汽加熱系統(tǒng)

加熱蒸汽進入紙機的烘缸，通過鋼制烘缸加熱旋轉(zhuǎn)烘缸外側(cè)的衛(wèi)生紙，蒸汽則在烘缸內(nèi)變成凝結(jié)水，經(jīng)疏水閥排至疏水箱。

3.2 烘缸熱風氣罩系統(tǒng)

現(xiàn)有衛(wèi)生紙機均采用揚克缸熱風氣罩系統(tǒng)。運用接觸干燥和對流干燥原理，高溫高速使熱風向紙產(chǎn)生較快的對流傳熱，同時熱風垂直吹到紙上，使得界面上的空氣薄膜受到破壞或厚度降低，大大增加了傳熱和傳質(zhì)系數(shù)，強化了蒸發(fā)效果，大幅提高了紙機產(chǎn)量及烘缸干燥效率，降低了蒸汽消耗。熱風罩可在沖擊溫度較高的情況下完成干燥，并分成兩個區(qū)，即高溫趾形區(qū)和干燥區(qū)[4]。熱風揚克式氣罩比普通的烘干部干燥能力高出4～10倍。紙機的烘缸熱風氣罩系統(tǒng)詳見圖1。

4 燃氣輪機熱-電-氣三聯(lián)供系統(tǒng)在現(xiàn)有衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的應用

本研究在現(xiàn)有衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線相應系統(tǒng)基本不改變的情況下，將天然氣-燃氣輪機供熱發(fā)電聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)應用于衛(wèi)生紙機的生產(chǎn)，同時實現(xiàn)紙機生產(chǎn)的電能、蒸汽和熱風系統(tǒng)的全部自產(chǎn)自用，具體應用方案如下。

4.1 電

高壓天然氣直接送至燃氣輪機內(nèi)進行燃燒做功，驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電，其發(fā)出的電量可以送至造紙車間使用。當燃氣輪機的發(fā)電量多于紙機的用電量時，多余的電量可送至當?shù)仉娋W(wǎng)進行對外銷售;當燃氣輪機發(fā)電量少于紙機的用電量時，則可以從網(wǎng)上下電補充。

4.2 蒸汽

燃氣輪機燃燒做功后的尾氣（高溫煙氣溫度為500～600 ℃），大部分接至低壓余熱鍋爐中產(chǎn)生低壓蒸汽，低壓蒸汽可送至衛(wèi)生紙機的烘缸內(nèi)使用。

4.3 熱風

燃氣輪機燃燒做功后的尾氣（高溫煙氣溫度為500～600 ℃）大部分接至低壓余熱鍋爐，高溫煙氣經(jīng)高溫風機送至混合室內(nèi)，與氣罩排出的含濕量較高的回用次高溫熱風（溫度為250～300 ℃）進行混合，得到滿足氣罩使用的高溫熱風，送至氣罩內(nèi)進行使用。

4.4 熱風的熱回收系統(tǒng)

由于不斷有新的高溫熱風補充到烘缸的熱風氣罩系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)的正常運行，需要將部分含濕量高的次高溫熱風排出系統(tǒng)[5]。由于排出的次高溫熱風溫度較高，為提高系統(tǒng)的熱效率，需要將次高溫熱風排至余熱鍋爐的SCR脫硝反應器前，與余熱鍋爐中的煙氣進行混合后，經(jīng)SCR脫硝系統(tǒng)、蒸發(fā)器、省煤器后，通過煙囪進行高空排放。

5 電、氣和熱風系統(tǒng)調(diào)節(jié)方法

5.1 蒸汽產(chǎn)生量的調(diào)節(jié)

本項目產(chǎn)生蒸汽的來源為燃氣輪機的余熱鍋爐。當燃氣輪機排出的高溫煙氣的蒸汽量不足以滿足造紙車間的生產(chǎn)用蒸汽需求時，可以在余熱鍋爐中補充天然氣進行補燃（補燃率可以達到30%），以滿足造紙生產(chǎn)車間的用蒸汽需求。燃氣輪機熱-電-氣三聯(lián)供系統(tǒng)在衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線的應用如圖2所示。

5.2 熱風需用量的調(diào)節(jié)

燃氣輪機排出的高溫煙氣大部分排至余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，另有少量高溫煙氣送至衛(wèi)生紙機的熱風混合室內(nèi)與氣罩排出的含濕量較高的回用次高溫熱風進行混合。為保證熱風需用量的調(diào)節(jié)，可在燃氣輪機排氣至余熱鍋爐和熱風混合室的煙道上裝設調(diào)節(jié)風門，通過調(diào)節(jié)兩個風門的開度以滿足衛(wèi)生紙機的熱風需用量。

5.3 電負荷的調(diào)節(jié)

燃氣輪機的發(fā)電量也可以在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整。最大發(fā)電量工況為余熱鍋爐不進行補燃，所有蒸汽均由燃氣輪機的高溫煙氣產(chǎn)生。當最大發(fā)電量工況的發(fā)電量多于全廠用電量且電網(wǎng)不能接收多余的電量上網(wǎng)時（或者上網(wǎng)電價較低，不足以收回其發(fā)電成本時），可以適當降低燃氣輪機的負荷。蒸汽量降低部分由余熱鍋爐補燃產(chǎn)生，以達到全廠平衡。

6 結(jié)語

以國際主流衛(wèi)生紙機生產(chǎn)廠家年產(chǎn)5.5萬t燃氣熱風氣罩揚克缸衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線進行測算，生產(chǎn)線在額定工況下運行時，其生產(chǎn)成本較購買網(wǎng)電和燃氣鍋爐房分散供熱的情況下可以節(jié)約費用10%以上。因此，燃氣輪機熱-電-氣三聯(lián)供系統(tǒng)可以在衛(wèi)生紙機生產(chǎn)線中應用，并能取得較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]蔣毅，劉寶興.回熱型微型燃氣輪機熱力性能及CHP系統(tǒng)研究[J].上海理工大學學報，2004（1）：16-18.

[2] 國家發(fā)展和改革委員會，國家能源局，國家環(huán)境保護部.關于印發(fā)能源行業(yè)加強大氣污染防治工作方案的通知[EB/OL].（2014-03-24）[2021-09-02].http：//www.gov.cn/xinwen/2014-05/16/content_2680846.htm.

[3]劉戒驕.從戰(zhàn)略視角把握中國的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整[J].中國能源，2003（6）：77-78.

[4]林汝謀，金紅光，蔡睿賢.新一代能源動力系統(tǒng)的研究方向與進展[J].動力工程，2003（3）：41-42.

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