“雙碳”目標下工程行業(yè)助力制漿造紙行業(yè)綠色建造與可持續(xù)發(fā)展

1、PAGE PAGE - 13 -“雙碳”目標下工程行業(yè)助力制漿造紙行業(yè)綠色建造與可持續(xù)發(fā)展我國是紙漿消費大國，且隨著國內(nèi)疫情得到有效控制，宏觀經(jīng)濟復蘇，造紙行業(yè)的需求也在不斷擴大。2022年我國人均生活用紙消費量6.4 kg，2022年達6.9 kg，預計2022年有望突破8 kg。與此同時，瑞典、美國等發(fā)達國家的人均生活用紙消費量已達20 kg以上，日本、韓國人均生活用紙消費量達15 kg以上，說明我國生活用紙人均消費量與發(fā)達國家相比，仍有23倍成長空間。此外，“限塑令”的實施也為造紙行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇。2022年，上海、浙江、江蘇、云南、貴州等地均發(fā)布了關于加強塑料污染治理的相關方案和

2、要求，其中包括逐步限制甚至禁止部分一次性塑料用品的使用。隨著“限塑令”的實施，“以紙代塑”市場真正被打開。為滿足紙漿市場需求，制漿造紙行業(yè)將不斷擴大生產(chǎn)，進而加大對能源的投入使用。傳統(tǒng)造紙企業(yè)是以煤為主要能源的高耗能產(chǎn)業(yè)，與我國追求的綠色經(jīng)濟、“雙碳”目標相悖。因此，如何采取強有力的碳減排措施，實現(xiàn)能源結構的低碳化，是制漿造紙行業(yè)助力國家落實“雙碳”目標的關鍵。為實現(xiàn)造紙行業(yè)的碳達峰、碳中和，國家發(fā)布多項政策，從宏觀角度提出要求，如加快造紙行業(yè)改造升級，完善綠色建造體系；規(guī)定2025年是禁止、限制使用塑料制品的最后期限，“以紙代塑”為傳統(tǒng)造紙業(yè)帶來新機遇；鼓勵高車速、大幅寬的新型造紙機以及循環(huán)

3、、低碳技術的引用等，行業(yè)節(jié)能和綠色改造是一致認同的建設目標。因此，本文從工程行業(yè)角度出發(fā)探討制漿造紙企業(yè)應對“雙碳”戰(zhàn)略目標，綠色建造的重要性，應當采取何種關鍵性的碳減排措施、調(diào)整高碳能源結構，以及未來數(shù)字化、智慧化工廠的建設趨勢，希望能給制漿造紙行業(yè)讀者們帶來一定的啟示，思考采用新技術、新模式，抓住國內(nèi)不斷攀升的造紙市場與“雙碳”目標帶來的新的發(fā)展機遇。1 綠色建造與“雙碳”目標國家在十四五發(fā)展規(guī)劃及“碳達峰”“碳中和”的目標中對造紙行業(yè)的發(fā)展方向提出以下關鍵詞：綠色低碳發(fā)展、降低碳排放強度、智能制造標準體系和高質(zhì)量發(fā)展等。因此，必須從其能源結構、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的整個流程予以把關，實現(xiàn)每一環(huán)節(jié)的低

4、排放、綠色生產(chǎn)。工程行業(yè)能很好地實現(xiàn)整個流程的管控，從綠色建造出發(fā)，將“雙碳”目標完全融入咨詢、設計、工藝技術、施工、運營全過程。2022年3月，綠色建造技術導則（試行）中指出綠色建造是指按照綠色發(fā)展的要求，通過科學管理和技術創(chuàng)新，采用有利于節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少排放、提高效率、保障品質(zhì)的建造方式，實現(xiàn)人與自然和諧共生的工程建造活動。綠色建造應將綠色發(fā)展理念融入工程策劃、設計、施工、交付的建造全過程，充分體現(xiàn)綠色化、工業(yè)化、信息化、集約化和產(chǎn)業(yè)化的總體特征?！半p碳”目標包括“碳達峰”“碳中和”2類內(nèi)容：“碳達峰”是指在某一個時間點，二氧化碳的排放不再增長達到峰值，之后逐步回落；“碳中和”是指

5、企業(yè)、團體或個人測算在一定時間內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放，實現(xiàn)二氧化碳的“零排放”，兩者能讓二氧化碳排放量得以“收支相抵”。綠色建造將“雙碳”目標落實于綠色策劃、綠色設計、綠色建材、綠色施工、智慧工地、綠色交付、建筑信息模型等工程服務過程。聚焦于制漿造紙行業(yè)的“雙碳”目標，綠色建造主要從能源結構的優(yōu)化調(diào)整入手（綠色策劃），推動技術創(chuàng)新與突破（綠色設計），利用數(shù)字化對整個生產(chǎn)過程進行管理（綠色交付、建筑信息模型），嚴格從“能源端生產(chǎn)端排放端運維端”全過程管控碳排放。2 工程行業(yè)助力制漿造紙行業(yè)實現(xiàn)綠色建造2.1調(diào)整能源結構據(jù)統(tǒng)計

6、，制漿造紙行業(yè)碳排放量約為1億t/a，約占全國總排放量的1%，大部分來自化石燃料燃燒，以高碳含量的煤為主。因此，實現(xiàn)綠色建造的首要問題在于調(diào)整傳統(tǒng)造紙業(yè)高耗能的能源結構，包括優(yōu)化能源結構、構建清潔低碳安全高效的能源體系、提高利用效能和利用可再生能源進行替代。本文以某公司在優(yōu)化造紙行業(yè)能源結構上的探索與成效為例進行論述。林漿紙一體化循環(huán)發(fā)展，是世界發(fā)達國家造紙工業(yè)的經(jīng)驗，即在市場機制的促使下，將原來分離的林、漿、紙3個環(huán)節(jié)整合在一起，讓造紙企業(yè)負擔起造林的責任，自行解決木材原料問題，發(fā)展生態(tài)造紙，形成“以紙養(yǎng)林、以林促紙”的產(chǎn)業(yè)格局，促進造紙企業(yè)永續(xù)經(jīng)營和造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。20世紀90年代，某

7、公司開始為國際一流造紙企業(yè)提供林漿紙一體化項目的咨詢與設計服務，選用先進的工藝流程及國內(nèi)外領先設備，從而節(jié)約能源和資源，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)、綠色管理、污染可治理等目標。在工程中，該公司多選擇竹為原材料，造紙行業(yè)對生產(chǎn)用料的大量需求，也會促進竹林的種植面積不斷擴大，可有效提高竹林碳儲量，起到很好的生物固碳效果。解決能源用料端的措施還包括能源重復利用及可再生能源的替代。該公司優(yōu)先采用優(yōu)化堿回收、熱電聯(lián)產(chǎn)技術，對制漿造紙廠進行改造。如在堿法制漿時，將其中的化學藥品和熱能回收、再利用，實現(xiàn)能源的重復使用；根據(jù)生產(chǎn)所需的蒸汽配備自備電站，以熱定電，提高能源利用率；開發(fā)光伏、風能等新能源技術應用等。通過采用生物

8、質(zhì)原料和可再生能源、優(yōu)化堿回收、熱電聯(lián)產(chǎn)等方式調(diào)整制漿造紙工業(yè)以煤為主的能源用料結構。2.2技術創(chuàng)新與突破2.2.1生產(chǎn)端造紙工業(yè)的“節(jié)能減排”目標，除國家政策的指導，更需企業(yè)采取實際行動進行技術升級與創(chuàng)新，改變現(xiàn)有高排放、高污染的生產(chǎn)現(xiàn)狀。由該公司設計的某大型新建竹漿廠為提高資源綜合利用水平，充分利用黑液、廢渣、污泥、生物質(zhì)氣體等典型生物質(zhì)能源，提高熱電聯(lián)產(chǎn)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的余壓、余熱等能源利用率，以及對廢氣、廢液以及其他廢棄物進行回收利用的能力，最大限度實現(xiàn)資源化，如圖1所示。圖1竹漿廠資源化應用示意圖Fig. 1Schematic diagram of resource utilizati

9、on in bamboo pulp mill該公司設計時，系統(tǒng)配置以國產(chǎn)設備為主，關鍵部位引進國際先進技術及設備，并注重對已有環(huán)保設施的完善，嚴控系統(tǒng)排放標準。經(jīng)過一系列清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排措施，各類實際運行指標（如主要公用工程消耗定額、污水（液）、廢氣、廢渣排放量及排放指標）均達到并趕超國內(nèi)領先水平，大幅度降低了制漿造紙的綜合能耗。蒸煮技術同樣需要進行技術革新。現(xiàn)代制漿蒸煮技術主要分為間歇蒸煮和連續(xù)蒸煮。傳統(tǒng)的間歇蒸煮具有生產(chǎn)靈活、機械可靠性較好和投資低等優(yōu)勢1。連續(xù)蒸煮能耗低、紙漿質(zhì)量穩(wěn)定、污染少。目前該公司在各個制漿造紙項目中，依情況本土化蒸煮技術，主要有橫貫連續(xù)蒸煮技術、超級間歇置換蒸煮

10、系統(tǒng)、塔式連續(xù)置換蒸煮技術，達到了良好的降碳減排效果。該公司承接的制漿造紙工廠漂白漿漂白工段如圖2所示。通過無元素氯（ECF）漂白實現(xiàn)降低用水量和污水排放量的目標，大幅度減少漂白廢水中的總活性鹵素和總氯代酚等有毒物質(zhì)。圖2ECF漂白流程圖2Fig. 2Schematic diagram of ECF bleaching process2為保證工廠的低碳、清潔生產(chǎn)，需要對電能消耗及生產(chǎn)中產(chǎn)生的能源利用進行改造升級及產(chǎn)能提高，對工廠進行節(jié)電改造，解決車間耗電較高的問題。該公司在工程設計中優(yōu)化或減少工藝設備，如通過切削或更換離心泵葉輪，使泵在高效率區(qū)運行；通過使用變頻電機，優(yōu)化變壓器荷載及供配電線路

11、等。某項目中，該公司對40余項泵的流量進行優(yōu)化設計，修改管道，停泵、換泵及切割葉輪，大幅度降低了間接煤炭發(fā)電的能耗，耗電量從5412 kW降低至4838 kW，實現(xiàn)總節(jié)電3597 kW。2.2.2排放端據(jù)統(tǒng)計，2022年我國污水處理廠電耗占全國總電耗的0.26%，加上工業(yè)廢水處理電耗和污泥處理電耗，所占比例超過2%3。傳統(tǒng)污水處理，使用大量電能用于排水，間接產(chǎn)生大量二氧化碳排放，對全球生態(tài)環(huán)境造成負面影響。因此，為了減少碳排放，降低污水處理能耗是實現(xiàn)“雙碳”目標的必行之路。在制漿造紙行業(yè)的廢水處理中，該公司設計時以“中水回用”的方式將制漿造紙廢水全部回收利用，通過開源實現(xiàn)能量自給，從根本上解決

12、綠色低碳發(fā)展問題。該項目中水循環(huán)回用技術，利用沼氣實現(xiàn)能源替代。經(jīng)過優(yōu)化后的污水處理工藝，可以有效回收有機物能量，利用沼氣熱聯(lián)發(fā)電，實現(xiàn)“碳中和”。此外，這一技術處理后的工業(yè)廢水回用率達98%；每年實現(xiàn)節(jié)約用水約2000萬t，減少向水體中排放COD、BOD分別為1500 t和400 t，最大限度避免污水碳源流失，減少甚至無需補充反硝化的外加碳源，實現(xiàn)處理過程中的碳平衡。2.3“以紙代塑”2022年，我國將“限塑令”升級為“禁塑令”，可再生、代塑包裝成為了食品、外賣等多行業(yè)的熱門話題。該公司致力于數(shù)字化工廠設計，將數(shù)據(jù)化管理應用于紙膜成型工段。以其總承包的某綠色環(huán)保紙漿模塑新材料智能工廠項目為例

13、，一方面創(chuàng)新研發(fā)傳統(tǒng)塑料包裝的替代品紙漿模塑包裝產(chǎn)品；另一方面融入先進的BIM智慧制造技術，實現(xiàn)對工廠設計、建造、生產(chǎn)、運維等一系列服務環(huán)節(jié)的智能管理。該項目選擇生長快、復合率高的竹漿、蔗渣漿等天然植物，節(jié)省了大量木材，貫徹林漿紙一體化。同時，在紙膜成型工段應用傳感識別、人機智能交互、智能控制技術和裝備，促進車間計劃排產(chǎn)、加工裝配、檢驗檢測等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能協(xié)作與聯(lián)動，并在整個工廠的運維接入制造執(zhí)行系統(tǒng)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、企業(yè)資源計劃（ERP）等系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)全流程動態(tài)智能管控。具體降碳減排方式和成效如下。（1）降低模塑生產(chǎn)工藝中氮氧化物氣體排出量導熱油爐采用低氮型燃燒器，煙氣出口

14、設置空氣預熱器，采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)降低煙氣中氮氧化物濃度，鍋爐房排煙溫度小于170，氮氧化物濃度小于30 mg/m3。（2）固廢回收模塑領域固廢主要包括廢盤紙、廢包裝材料、生活垃圾等。廢盤紙送車間損紙系統(tǒng)；廢包裝材料收集后外賣；生活垃圾集中收集后委托環(huán)衛(wèi)部門處理。（3）采用智能化設計，降低人工運維成本通過分散控制系統(tǒng)和生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)的結合運用，實現(xiàn)車間內(nèi)物流、檢測、倉儲無人化操作，制造數(shù)據(jù)管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理進行數(shù)字化管控。利用數(shù)據(jù)化對工廠進行管理后，用工人數(shù)減少近50%。數(shù)字化管理界面及成效如圖3所示。圖3“以紙代塑”智慧工廠的數(shù)字化管理界面及成效Fig. 3Digital

15、management interface and effect of replace plastic with paper smart factory2.4智慧工廠制漿造紙行業(yè)同樣可以利用數(shù)字化技術，全流程管控碳排放、追蹤碳痕跡，實現(xiàn)24 h無間斷、全流程的碳管理，彌補人工運維的不足。圖4為制漿造紙行業(yè)數(shù)字化交付示意圖。圖4制漿造紙行業(yè)數(shù)字化交付示意圖Fig. 4Schematic diagram of digital delivery in the pulp and paper industry工業(yè)鍋爐系統(tǒng)數(shù)字孿生示意圖如圖5所示。制漿造紙行業(yè)數(shù)字化“雙碳”管理，可通過數(shù)字孿生技術，充分利用

16、物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期。其中，數(shù)字孿生技術除數(shù)字化的仿真運維并作用于實體進行實際運維外，還可在廠房及生產(chǎn)線建造前完成數(shù)字化模型，從而在虛擬的賽博空間中對工廠進行仿真和模擬，并將真實參數(shù)傳給實際的工廠建設。而廠房和生產(chǎn)線建成后，在日常的運維中二者可繼續(xù)進行信息交互。圖5工業(yè)鍋爐系統(tǒng)數(shù)字孿生示意圖4Fig. 5Schematic diagram of digital twin of industrial boiler system4傳統(tǒng)工程服務中采用“割裂式”的移交模式，即只負責前期的設計、采購、施工及調(diào)試等工程服務，工廠或項目移交后，將不再負責運行維護的工作，這將導致無法快速精準地實施生命運維期能耗的碳管理。制漿造紙行業(yè)利用數(shù)字化技術，將傳統(tǒng)的移交模式改為“累進式”移交。工程服務方、業(yè)主需求方通過數(shù)字化交付平臺實現(xiàn)多方云協(xié)同，進行無間斷、高效率的數(shù)字化碳管理等運維工作。數(shù)字化交付工作將根據(jù)實際運維補充模型、數(shù)據(jù)，包括根據(jù)業(yè)主提供的施工結果完善現(xiàn)場的控制器、屏柜等內(nèi)容，還可根據(jù)不同部門的管理習慣，定制模型分解結構，指導生產(chǎn)操作，實現(xiàn)數(shù)字