本发明属于造纸行业领域，具体涉及一种造纸生产线的供能系统。
背景技术
造纸行业属于污染型制造业，生产过程中会有污水排放，对环境有不良影响。同时，其生产设备及供能系统一直沿用传统方式，能耗高、费用高，不利于企业竞争力提高。随着天然气分布式能源技术及装备的发展，对企业生产线进行定制化改造，可节约能源开支。
造纸行业传统供能方案如图1所示：依靠市政电网供电，会面临限电、电价相对较高、电网管理费高等问题；利用市政供应的管道蒸汽，会面临价格垄断、限煤停产等问题。上述两类能源的使用问题会限制企业生产的自由度，不利于自主经营和管理，同时增加企业经营成本，隐患较多。
另外，造纸行业传统烘干工艺：利用滚筒结构旋转，推进纸带进给，纸带与滚筒采用大包络角接触，旋转速度由轴承许用载荷、换热速率、烘干指标等因素综合确定。蒸汽通过轴承中心的轴向导管进入滚筒内，经滚筒壁传导换热后，蒸汽温度、压力降低并部分冷凝成液态水。液态水附着于滚筒壁面随之旋转，经轴向导管处的排水口排出滚筒至水处理系统，多余的水分沉于滚筒底部，被设置与滚筒内的刮水板和虹吸管刮、吸至排水口流出。因涉及换热介质相变，设备结构较为复杂，组建数量较多。另外，回用冷凝水温度接近90℃，直排至水处理系统，热量散失较大。污泥压滤至80％含水率后送至燃煤电厂混烧发电，需自付运费，经济性较差。沼气发生系统没有恒温措施，使得冬夏季节产气量差距较大，所配置的内燃机发电机组存在全年负荷率不均，系统运行效率较差。
另外，申请号cn201720081052的专利，虽然公开了一种造纸行业中的烟气烘缸，但是每个烘缸均需要配备一个天然气燃烧器及相应的天然气管路，这种分散式燃烧供烟气结构天然气燃烧效率较低，燃气管路复杂，存在较大的安全隐患。
技术实现要素：
为了解决现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种造纸生产线的供能系统，可有效实现造纸生产线的清洁用能、环保、降本、改善工作环境等效果，并可有效降低用能隐患，既有经济效益，也有社会效益，适合造纸行业整体推广。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案具体如下：
一种造纸生产线的供能系统，所述造纸生产线包括若干个纸浆烘缸以及设置在所述纸浆烘缸下游的沼气罐、污泥烘干装置、污水蒸馏装置和烟气/水换热器，其特征在于，
所述供能系统包括若干个燃气轮机发电机组、烟气/空气混合器、余热锅炉、蒸汽轮机发电机组，其中，
各所述所述燃气轮机发电机组通过燃烧天然气和/或所述沼气罐供给的沼气产生电力和高温烟气，所述电力供所述造纸生产线使用；
至少有一台所述燃气轮机发电机组产生的高温烟气部分被通入所述烟气/空气混合器内，其余高温烟气以及其它各所述燃气轮机发电机组产生的高温烟气被通入所述余热锅炉内，
所述余热锅炉产生的高温蒸汽被输送至所述蒸汽轮机发电机组内进行发电，
通入所述烟气/空气混合器内的高温烟气与环境空气形成高温混合气，所述高温混合气被输送至所述纸浆烘缸内作为烘干介质使用；
所述纸浆烘缸排出的低温烟气通过管线分别被输送至所述沼气罐、污泥烘干装置、污水蒸馏装置和烟气/水换热器中；
所述沼气罐产生的沼气被输送至所述燃气轮机发电机组进行燃烧发电；
常温水在所述烟气/水换热器中被低温烟气加热成热水，所述热水被输送至所述蒸汽轮机发电机组使用。
进一步地，所述燃气轮机发电机组产生的高温烟气温度约为573°，通过烟气/空气混合器与环境空气按一定比例进行混合，混合后产生约180°高温混合气，所述高温混合气被输送至所述纸浆烘缸中使用。
进一步地，所述纸浆烘缸为烟气烘缸，包括缸体、端盖、至少一个隔筒、进风内管、出风外管，所述缸体、隔筒均呈圆筒状，所述缸体与端盖装配后可转动地支撑在支架上，所述隔筒同心布置在所述缸体内，所述隔筒的外周壁上设有多个非均布的气孔；所述进风内管、出风外管布置在所述隔筒的中心处，且所述进风内管同心套设在所述出风外管内，所述进风内管的出气口位于所述缸体与隔筒之间的空间内，且在该出气口处设置有球形散气头，所述进风内管的进气口位于所述缸体外；所述出风外管的主体部分位于所述隔筒内，其位于所述隔筒内的末端与所述进风内管之间设置有密封件，且所述出风外管的主体部分的外周壁上设有通气孔，所述出风外管的出气口位于所述缸体外。
进一步地，所述进风内管的出气口处设置有流量控制阀和鼓风机。
进一步地，所述出风外管的出气口处设置有流量控制阀和抽风机。
进一步地，所述隔筒包括第一隔筒和第二隔筒，所述第一隔筒同心布置在所述缸体内，所述第二隔筒同心布置在所述第一隔筒内，所述第一隔筒、第二隔筒的外周壁上均设有多个非均布的气孔，且所述第一隔筒与第二隔筒上的气孔错位布置。
进一步地，所述第一隔筒、第二隔筒均为带翻边法兰的钣金件，安装联接在所述端盖上。
进一步地，所述进风内管的进气口与所述出风外管的出气口布置在所述纸浆烘缸的同一侧或相对布置在所述纸浆烘缸的两侧。
同现有技术相比，本发明的造纸生产线的供能系统，具有如下优点：(1)燃气轮机发电机组的高温烟气即作为造纸生产线的烘干介质使用，又进行了二次发电，且烘干完成后的低温烟气又进行了回收利用，以上大大提高了天然气的利用效率，节能环保。(2)用烟气替换蒸汽作为烘缸的换热介质，这样就可省去原有烘缸中的冷凝水排水装置，使烘缸结构得到了简化；还可增加烟气供应管路的压力以提高介质热流密度，保证换热效果；另外，相比分散式燃烧供烟气结构，天然气燃烧效率高，燃气管路相对简单，安全隐患较小。(3)烟气热容低于蒸汽，换热速率加快，可提高单位时间的产能；(4)生产所产生的污水经过蒸馏处理，蒸馏出的纯净水可二次回用，并将污水排放成本降为零，蒸馏后得到干渣或浓缩液，可以作为沼气的制备原料；沼气罐生成的沼气回收至燃气轮机发电机组进行燃烧发电；生产中所产生的污泥经污泥烘干装置烘干后，可作为建筑原料使用。
该系统用能方案形成了能源闭环使用，实现了造纸生产线的零污染排放，综合热效率可以达到90％以上。为业主节约了大量的能源费用和排污费用，可为造纸行业工艺改良提供依据。
附图说明
图1为传统造纸行业的供能系统示意图；
图2为本发明的造纸生产线的供能系统示意图；
图3为本发明的纸浆烘缸的结构示意图；
图4为纸浆烘缸中的隔筒结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图2所示，本发明的造纸生产线的供能系统，造纸生产线包括若干个纸浆烘缸1以及设置在纸浆烘缸1下游的沼气罐2、污泥烘干装置3、污水蒸馏装置4和烟气/水换热器5，供能系统包括若干个燃气轮机发电机组6、烟气/空气混合器7、余热锅炉8、蒸汽轮机发电机组9；各燃气轮机发电机组6通过燃烧天然气和/或沼气罐2中产生的沼气进行电力并产生高温烟气，电力供造纸生产线使用；至少有一台燃气轮机发电机组6产生的高温烟气部分被通入烟气/空气混合器7内，其余高温烟气以及其它各燃气轮机发电机组6产生的高温烟气被通入余热锅炉8内，余热锅炉8产生的高温蒸汽被输送至蒸汽轮机发电机组9内进行发电，通入烟气/空气混合器7内的高温烟气与环境空气按一定比例进行混合形成高温混合气，高温混合气被输送至纸浆烘缸1内作为烘干介质使用，烘干完成后产生的低温烟气分别被输送至沼气罐2、污泥烘干装置3、污水蒸馏装置4和烟气/水换热器5中，烟气/水换热器5产生的热水被输送至蒸汽轮机发电机组9内进行发电；沼气罐2产生的沼气被输送至燃气轮机发电机组6进行燃烧发电；常温水在烟气/水换热器5中被低温烟气加热成热水，热水被输送至蒸汽轮机发电机组9使用。
各燃气轮机发电机组6产生的高温烟气温度约为573°，通过烟气/空气混合器与环境空气按一定比例进行混合，混合后产生约180°的高温混合气，高温混合气被输送至纸浆烘缸1中使用。
如图3、4所示，纸浆烘缸1为烟气烘缸，包括缸体101、端盖102、第一隔筒103、第二隔筒104、进风内管105、出风外管106，缸体101、第一隔筒103、第二隔筒104均呈圆筒状，缸体101与端盖102装配后通过设置在其两端的轴承107可转动地支撑在支架上，第一隔筒103同心布置在缸体101内，第二隔筒104同心布置在第一隔筒103内，第一隔筒103、第二隔筒104均为带翻边法兰的钣金件，在安装联接在端盖102上。如图4所示，第一隔筒103、第二隔筒104的外周壁上均设有多个非均布的气孔108，且第一隔筒103与第二隔筒104上的气孔108错位布置，各气孔的中心不重合，进风内管105、出风外管106布置在第二隔筒104的中心处，且进风内管105同心套设在出风外管106内，第二隔筒104的空间内用以容纳待烘干的纸浆，进风内管105的出气口位于缸体101与第一隔筒103之间的空间，且在该出气口处设置有球形散气头109，散气头109为钣金件，与进风内管105的出气口点焊连接；进风内管105的进气口位于缸体101外，且在该进气口处设置有控制阀110和鼓风机111；出风外管106的主体部分位于第二隔筒104内，其位于第二隔筒104内的末端与进风内管105之间设置有密封件，用以防止热气直接流出缸体101，且出风外管106的主体部分的外周壁上设有通气孔，出风外管106的出气口位于缸体101外，且在该出气口处设置有控制阀112和抽风机113。
进风内管105的进气口可以与出风外管106的出气口共同布置在烘缸的同侧，也可设置在烘缸的两侧，同侧布置时，以方便厂区的空间布置，在一侧留出检修空间即可，既节省占地，又便于维护。第一隔筒103、第二隔筒104的材料可采用钢板或其他耐温可达200℃的轻质材料，隔筒材料越轻，对烘缸旋转速度的提高和振动特性越有利。
本发明的纸浆烘缸1，其工作原理为：燃气轮机发电机组6排出的高温烟气经烟气/空气混空器7与常温空气混合后，调温至所需温度。经鼓风机111进入进风内管105，由散气头109吹入缸体101内。进风内管105进口处的设置控制阀110，用以调节进气量。散气头109为球形，在四周均布若干散气孔，向缸体101内均匀散气。热风在缸体101内换热、流动后，经第一隔筒103、第二隔筒104周身的气孔流向出风外管106。第一隔筒103、第二隔筒104上的气孔非均布设置，各孔中心不能重合，以保证热风在缸体101内停留足够的时间，确保换热充分、换热均匀、用热彻底。出风外管106的出气口设置抽风机113，用以抽出换热后的低温烟气，出气口和抽风机113之间设置控制阀112，用以调节热风流量和背压，与鼓风机111处联合控制热气流速和流量，从而调整热气在缸体101内的换热时间。采用本发明的纸浆烘缸结构，取消了烘缸内部的不平衡零部件，可进一步提高转速，从而提高单位时间的产量。
本发明针对山东某大型造纸企业，提出了用能改造方案及烘干工艺改进办法，可实现产能增加、用能成本降低、零污染排放、综合用能率高等效果。该厂年均生产时长约为8160小时/年，耗电功率9.2mw，最大蒸汽耗量47吨/小时，每年能源开支约1亿元。此外还有污水费、污泥运输费、水费等费用。该业主建设自备分布式能源站并改进烘干工艺后，每年至少可节约综合成本4000万，经济效益显著，并适合该行业进行普适性推广。
本发明的造纸生产线的供能系统中，燃气轮机发电机组的高温烟气既作为造纸生产线的烘干介质使用，又进行了二次发电，且烘干完成后的低温烟气又进行了回收利用，以上大大提高了天然气的利用效率，节能环保。用烟气替换蒸汽作为烘缸的换热介质，这样就可省去原有纸浆烘缸中的冷凝水排水装置，使烘缸结构得到了简化；还可增加烟气供应管路的压力以提高介质热流密度，保证换热效果；另外，相比分散式燃烧供烟气结构，天然气燃烧效率高，燃气管路相对简单，安全隐患较小。烟气热容低于蒸汽，换热速率加快，可提高单位时间的产能；生产过程中所产生的污水经过蒸馏处理，蒸馏出的纯净水可二次回用，并将污水排放成本降为零，蒸馏后得到干渣或浓缩液，可以作为沼气的制备原料；沼气罐生成的沼气回收至燃气轮机发电机组进行燃烧发电；生产中所产生的污泥经污泥烘干装置烘干后，可作为建筑原料使用。
本发明的造纸生产线的供能系统，其用能方案形成了能源闭环使用，实现了造纸生产线的零污染排放，综合热效率可以达到90％以上。为业主节约了大量的能源费用和排污费用，可为造纸行业工艺改良提供依据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。