分布式发电系统在造纸行业中的应用研究

分布式发电系统在造纸行业中的应用研究

徐国强 1 赵军 1 石玉龙 1 陈志刚 2

1 杭州华电工程咨询有限公司 杭州 310000 2 杭州申乾裕科技有限公司 杭州 310000

摘要：分布式发电系统可实现能量阶梯利用，满足用户多种需求的综合能源系统。本文针对造纸行业用能特点进行分析，主要用能品种为电力和蒸汽。以8MW燃机产品作为研究对象，与传统能源相比，项目采用分布式发电系统后，如果天然气价格2.2元/方，蒸汽价格210元/吨，电价：0.64元/kWh，静态回收约为6.35年。。

关键词：分布式发电、造纸行业、技术经济

中图分类号：TK175 文献标识码：A

0 引言

造纸产品按下游需求主要分为包装用纸、生活用纸和文化用纸三类，各纸种供需存在差异。包装用纸与经济发展情况关系紧密，供需增速呈现周期形态。生活用纸与居民生活水平相关，目前仍处于成长阶段。而文化用纸受电子传媒的影响无纸化趋势明显，缺乏增长动力^[1][2]。

造纸成本主要包括纸浆原料(废纸)、造纸辅料、水电汽、折旧、运输及人工等方面，其中纸浆原料（废纸）成本一般占到总成本的60%-70%。根据原材料纸浆的不同，以废纸为原料的企业，废纸成本占总生产成本的 50%-60%，以木浆为原料的企业，木浆成本占生产成本的 65%-70%。据统计，能源动力成本约占14%—19%。所占比例相对较高。

造纸产品的品种多、生产过程长、工艺复杂，在纸品生产过程中通常存在大量的蒸汽及电负荷需求。为提高能源利用率，降低企业用能成本，本文探讨分布式发电系统在造纸行业中的应用研究。

1 造纸工艺用能分析

1.1 电负荷分析

以五种造纸机为例，其用能参数如下表所示。可以看出新闻纸、箱板纸、白卡纸用能较大，每小时电负荷需求约为8000-12000kW；包装纸，胶装纸车速较慢，每天产能相对较低，每小时用电负荷约为500-2000kW。考虑整个厂区的实际情况，结合实际调研数据，每吨纸耗电约为700-800kW，造纸机耗电约占50%-70%，造纸企业属于用电大户。

1.2蒸汽负荷分析

根据实际调研的结果，每吨纸蒸汽耗能2-3.5蒸吨，从造纸机的性能参数可以看出实际调研结果基本符合。

1.3整体对比分析

结合分布式发电系统的实际情况，合理用能、科学用能。考虑分布式发电系统的实际情况详细分析造纸厂不同造纸机的初步配置如下表1所示。

（1）结合我国目前电网的实际情况，并充分考虑系统的经济性和开机时间，建议有针对性选择年产造纸3万吨以上的企业。此时基本可以采用2MW级别燃气轮机。

（2）相比较而言，箱板纸和白卡纸蒸汽负荷较高，在仅考虑技术的边界条件下，优先选择此部分生产用户作为投资对象。

表1 造纸厂单位小时生产能源需求

2分布式发电解决方案

通过对造纸行业的调研以及主要生产工艺流程的分析，可以看出造纸企业较大的负荷为蒸汽负荷和热风负荷。结合分布式能源系统的实际情况，主要考虑热风负荷（280℃以上即可）和蒸汽负荷（0.6-1MPa），将大大降低企业的用能成本，并提高天然气分布式能源的综合利用效率。

天然气燃烧发电后的高温烟气进入余热锅炉生产工艺蒸汽，满足烘缸内的蒸汽需求。不足的电负荷由市电供应，不足的蒸汽负荷由现有锅炉设备供应。

图1 分布式能源系统工艺流程

3应用案例分析

以某8MW燃机产品作为研究对象，在保证机组自发自用的条件下，探究可行的边界条件，估算总投资成本8000万。

表3 项目技术经济指标表

从上表可以看出，通过实际调研，造纸厂属于全年不间断运行企业，可以初步设计机组按照330天，24小时/天的模式运行。

按照目前运行的时间，机组实际寿命约为11年，考虑上述边界条件（天然气价格2.2元/方，蒸汽价格210元/吨，电价：0.64元/kWh），静态回收约为6.35年。

4 结论

经过上述分析，针对造纸行业分布式发电系统投资主要建议如下：

（1）年产纸张3万吨以上基本满足投资要求，年产纸17万吨，可配置2台7MW级别燃气轮机发电机组，自发自用。

（2）分布式能源系统和造纸工艺的结合主要应用在超纸工艺流程，此流程可根据实际的工艺需求，采用燃气轮机+余热锅炉的工艺流程。考虑到不同纸张生产工艺的不同，建议调研时拿到造纸的相关性能参数、造纸工艺流程图、造纸主要点的热工性能参数。（考虑目前国内案例较少，建议调研人员实地调研一周左右采集主要参数）。

（3）造纸工艺属于全年稳定性负荷，是分布式能源适用范围的最佳场合。但是在实际过程中，部分大型造纸厂如采用燃煤锅炉+汽轮机的供能方式，满足造纸工艺蒸汽负荷和电负荷，由于目前天然气价格较高，相比较而言，无法与之对比。

（4）与分产系统相比（市电+燃气锅炉），分布式能源存在一定的优势，结合国内大工业电价较低的实际情况，尽可能争取较低的天然气价格和较高的蒸汽价格，有利于分布式能源系统快速收回投资成本。

[1] 宋伟明.我国天然气分布式能源的发展现状及趋势[ J ].中国能源，2016，38（1）：41-45.

[2] 俞利锋，袁王伟.天然气分布式能源在浙江的发展前景[ J ].中外能源，2014，19（1）：99-103.