Целлюлозно-бумажное производство: мировой опыт сокращения энергозатрат

Стра­те­ги­че­ский кон­текст: поче­му это важ­но.
Цел­лю­лоз­но-бумаж­ная про­мыш­лен­ность — одна из самых энер­го­ём­ких отрас­лей (4‑е место в РФ по потреб­ле­нию энер­гии). До 80% теп­ло­вой и 40% элек­тро­энер­гии на ЦБК выра­ба­ты­ва­ет­ся из соб­ствен­ных ресур­сов, в зна­чи­тель­ной мере — за счёт ути­ли­за­ции вто­рич­ных энер­го­ре­сур­сов (ВЭР). Совре­мен­ные пред­при­я­тия (напри­мер, завод Metsä в Ээне­кос­ки, Фин­лян­дия) не толь­ко пол­но­стью закры­ва­ют свои потреб­но­сти, но и экс­пор­ти­ру­ют энер­гию, про­из­во­дя в 2,4 раза боль­ше элек­тро­энер­гии, чем потреб­ля­ют [1,2].

Клю­че­вой вывод. Наи­бо­лее зре­лые реше­ния — не отдель­ные уста­нов­ки ути­ли­за­ции теп­ла, а кас­кад­ная теп­ло­вая инте­гра­ция: сна­ча­ла исполь­зо­вать теп­ло внут­ри ком­би­на­та, затем повы­шать потен­ци­ал низ­ко­тем­пе­ра­тур­ных пото­ков теп­ло­вы­ми насосами/MVR, а оста­ток экс­пор­ти­ро­вать в теплосеть.

Мето­до­ло­ги­че­ская ого­вор­ка. В посте под­твер­ждён­ные кей­сы с изме­ри­мы­ми резуль­та­та­ми отде­ле­ны от отрас­ле­вых прак­тик, где откры­тые источ­ни­ки не рас­кры­ва­ют пло­щад­ку или фак­ти­че­ский эффект.

1. Источники и потребители вторичной энергии

Вто­рич­ный энер­го­ре­сурс	Типич­ная тем­пе­ра­ту­ра	Где воз­ни­ка­ет	Раци­о­наль­ное использование
Кон­ден­сат и горя­чая тех­но­ло­ги­че­ская вода	60–95°C	Выпар­ка, про­мыв­ка, отбел­ка, охлаждение	Подо­грев воды, мас­сы, щепы, под­пи­точ­ной воды; отопление
Сточ­ные воды	40–80°C	Отбел­ка, мой­ка, обо­рот­ные вод­ные контуры	Теплообменник/тепловой насос → нагрев све­жей или пита­тель­ной воды
Влаж­ный воз­дух сушиль­ной части	60–100°C	Бума­го- и кар­то­но­де­ла­тель­ные машины	Горя­чая вода, вен­ти­ля­ци­он­ный воз­дух, ТН/MVR, ино­гда ЦТ
Дымо­вые газы реге­не­ра­ци­он­но­го и энер­ге­ти­че­ско­го котлов	120–250°C и ниже	Крафт-цел­лю­ло­за, ТЭЦ/котельная	Эко­но­май­зер, под­го­тов­ка пита­тель­ной и тех­но­ло­ги­че­ской воды
Вто­рич­ный пар выпар­ной станции	80–120°C	Упа­ри­ва­ние чёр­но­го щелока	MVR/абсорбционный ТН, повтор­ное исполь­зо­ва­ние в выпар­ке или тех­но­ло­ги­че­ский пар
Пере­пад дав­ле­ния пара	Зави­сит от схемы	Паро­рас­пре­де­ле­ние	Тур­бо­де­тан­дер, допол­ни­тель­ная выра­бот­ка электроэнергии

Для крафт-ком­би­на­та клю­че­вые источ­ни­ки: выпар­ка чёр­но­го щело­ка, кон­ден­сат, горя­чие филь­тра­ты, дымо­вые газы СРК и изве­сте­ре­ге­не­ра­ци­он­ной печи. Для фаб­рик на маку­ла­ту­ре и tissue при­о­ри­тет — сушиль­ная часть, ком­прес­со­ры, котель­ные, сто­ки и обо­рот­ная вода.

2. Подтверждённые примеры энергоэффективности в мировой практике

Ком­па­ния / пло­щад­ка	Год	Тех­но­ло­гия и источ­ник вто­рич­ной энер­гии	Резуль­тат
Alberta-Pacific Forest Industries, Al-Pac, Канада	2022	Двух­сту­пен­ча­тый кон­ден­са­ци­он­ный эко­но­май­зер на дымо­вых газах реге­не­ра­ци­он­но­го кот­ла. Теп­ло заме­ня­ет низ­ко­по­тен­ци­аль­ный пар при нагре­ве тех­но­ло­ги­че­ской и пита­тель­ной воды; высво­бож­дён­ный пар идёт в кон­ден­са­ци­он­ную турбину.	Око­ло 38 000 МВт·ч электроэнергии/год; око­ло 14 000 т CO₂e/год. Сто­и­мость про­ек­та — 39,6 млн CAD.
UPM Kaukas, Финляндия	Дей­ству­ю­щая прак­ти­ка, модернизации	Сеть из более чем 100 теп­ло­об­мен­ни­ков: охла­жда­ю­щая вода выпар­ки, филь­тра­ты отбел­ки, горя­чая вода и газо­очист­ка → бумаж­ные и лесо­пиль­ные про­из­вод­ства площадки.	10–20% реку­пе­ри­ру­е­мой энер­гии исполь­зу­ет­ся на пло­щад­ке; избы­ток про­да­ёт­ся как пар. Оцен­ка постав­щи­ка — мил­ли­о­ны евро эко­но­мии ежегодно.
Winstone Pulp International, Новая Зеландия	Дей­ству­ю­щий проект	Ути­ли­за­ция низ­ко­по­тен­ци­аль­но­го теп­ла от рафи­не­ров; пере­да­ча тер­мо­мас­лом к flash-dryer.	До 12 МВт тех­но­ло­ги­че­ско­го теп­ла; сов­мест­но с про­ек­том — сокра­ще­ние выбро­сов на 4 000 т CO₂e/год.
Инте­гри­ро­ван­ный ЦБК в Индии, IPPTA	2020	Теп­ло­об­мен­ник на сто­ках цел­лю­лоз­но­го про­из­вод­ства плюс реку­пе­ра­ция теп­ло­ты мас­ла ком­прес­со­ров; теп­ло на под­пи­точ­ную воду котель­ной и горя­чую воду.	Сни­же­ние рас­хо­да пара при­мер­но на 8 т/сутки; заяв­ле­но сни­же­ние рас­хо­да мазу­та око­ло 1 т (пери­од в источ­ни­ке не уточнён).
Пульп-милл, кейс Adven	Рас­крыт в 2025	MVR — меха­ни­че­ская реком­прес­сия пара при выпа­ри­ва­нии чёр­но­го щело­ка; вто­рич­ный пар сжи­ма­ет­ся и воз­вра­ща­ет­ся в процесс.	Сни­же­ние потреб­ле­ния пара более чем на 50% на соот­вет­ству­ю­щем кон­ту­ре выпарки.
SCA Östrand, Швеция	Акту­аль­ная практика	Высо­ко­тем­пе­ра­тур­ное избы­точ­ное теп­ло и био­ген­ный пар цел­лю­лоз­но­го заво­да исполь­зу­ют­ся для соб­ствен­ных объ­ек­тов и мест­ной теплосети.	Дей­ству­ю­щий кон­тур «завод — теп­ло­сеть»; откры­тый источ­ник не рас­кры­ва­ет МВт·ч/год.
Япон­ские ЦБП	Про­мыш­лен­ная эксплуатация	Абсорб­ци­он­ные теп­ло­вые насо­сы: вто­рич­ный пар выпар­ки око­ло 85°C повы­ша­ет­ся до 125°C; теп­ло щелоч­но­го отбель­но­го сто­ка око­ло 50°C исполь­зу­ет­ся для подо­гре­ва пита­тель­ной воды 22→80°C.	Для кей­са отбель­но­го сто­ка ука­за­но потреб­ле­ние 1,05 МВт пара. Важ­ный тех­но­ло­ги­че­ский ори­ен­тир, но не новый ввод 2016–2026.
Безы­мян­ная бумаж­ная фаб­ри­ка, Thermal Energy International	Дата/площадка не раскрыты	Кон­ден­са­ци­он­ная реку­пе­ра­ция теп­ла выбро­сов сушиль­ной части БДМ — систе­ма FLU-ACE.	Более 80 000 MMBtu/год воз­вра­ща­е­мо­го теп­ла; топ­ли­во — более чем на 20%; эко­но­мия >$1 млн/год; CO₂ — 8 350 т/год.

Наиболее сильный кейс — Al-Pac, Канада

Дымо­вые газы СРК  → двух­сту­пен­ча­тый кон­ден­са­ци­он­ный эко­но­май­зер → нагрев про­цесс­ной и пита­тель­ной воды → высво­бож­дён­ный пар → кон­ден­са­ци­он­ная тур­би­на → 38 ГВт·ч/год электроэнергии

Инже­нер­ный урок: при глу­бо­ком охла­жде­нии дымо­вых газов кон­ден­си­ру­ют­ся кис­ло­ты. Для надёж­но­сти нуж­ны кор­ро­зи­он­но-стой­кие мате­ри­а­лы, регу­ляр­ная вод­ная про­мыв­ка и защи­та от заби­ва­ния соля­ми и твёр­ды­ми частицами.

3. Технологии: зрелость, эффект, применимость

Реше­ние	Зре­лость	Где эффек­тив­но	Что заме­ща­ет	Глав­ный риск / ограничение
Реку­пе­ра­ция кон­ден­са­та, горя­чей воды, фильтратов	Высо­кая	Все типы производств	Све­жий пар и топ­ли­во на подогрев	Загряз­не­ние, зарас­та­ние теплообменников
Реку­пе­ра­ция дымо­вых газов	Высо­кая, но слож­ная на СРК	Крафт-ЦБК, ТЭЦ, котельные	Пар на нагрев воды; часть топлива	Кис­лот­ная кор­ро­зия, отло­же­ния, газоочистка
Теп­ло сушиль­ных выбросов	Высо­кая	Бума­га, кар­тон, tissue	Газ/пар на горя­чую воду и воздух	Влаж­ность, волок­но, загряз­не­ние, несов­па­де­ние графиков
MVR выпар­ки	Высо­кая для кон­цен­три­ро­ва­ния и выпарки	Преж­де все­го крафт-целлюлоза	Низ­ко­по­тен­ци­аль­ный пар	Элек­тро­ём­кость ком­прес­со­ра, CAPEX*, устой­чи­вость режима
Про­мыш­лен­ные теп­ло­вые насосы	Быст­ро­рас­ту­щая	Фаб­ри­ки с круп­ны­ми пото­ка­ми 40–90°C	Пар для горя­чей воды, в новых систе­мах — часть тех­но­ло­ги­че­ско­го пара	Цена элек­тро­энер­гии, тем­пе­ра­тур­ный lift, инте­гра­ция нагрузки
Абсорб­ци­он­ные ТН	Средняя/высокая для спе­ци­фич­ных схем	Пред­при­я­тия с избыт­ком пара и низ­ко­по­тен­ци­аль­ным теплом	Часть све­же­го пара	Эко­но­ми­ка чув­стви­тель­на к струк­ту­ре пара
Экс­порт теп­ла в ЦТ	Высо­кая в Скандинавии	При сосед­стве с сетью и ста­биль­ном внеш­нем спросе	Внеш­нее иско­па­е­мое теплоснабжение	Рас­сто­я­ние, сезон­ность, тари­фы, резервирование
Ути­ли­за­ция пере­па­да давления	Нише­вая	Круп­ные устой­чи­вые паро­вые сети	Элек­тро­энер­гия от сети	Измен­чи­вый рас­ход и дав­ле­ние пара

4. Что изменилось за последние 5–10 лет

Пере­ход от отдель­но­го эко­но­май­зе­ра к систем­ной теп­ло­вой инте­гра­ции. Луч­шие про­ек­ты увя­зы­ва­ют выпар­ку, отбел­ку, суш­ку, газо­очист­ку, теп­ло­снаб­же­ние зда­ний и паро­тур­бин­ный ост­ров. UPM Kaukas — при­мер еди­ной сети из более чем 100 теплообменников.

Низ­ко­по­тен­ци­аль­ное теп­ло ста­ло цен­ным ресур­сом. Пото­ки 40–70°C теперь исполь­зу­ют напря­мую для тех­но­ло­ги­че­ской воды, через ТН — для горя­чей воды и низ­ко­го дав­ле­ния пара, для ЦТ, а так­же для сокра­ще­ния охла­жда­ю­щей нагрузки.

MVR стал одним из клю­че­вых инстру­мен­тов сокра­ще­ния потреб­ле­ния пара. Во выпар­ке чёр­но­го щело­ка MVR воз­вра­ща­ет вто­рич­ный пар в про­цесс за счёт элек­тро­энер­гии ком­прес­со­ра. Осо­бен­но инте­ре­сен при дефи­ци­те пара, дешё­вой элек­тро­энер­гии и модер­ни­за­ции выпар­ной станции.

Ути­ли­за­ция теп­ла ста­ла эле­мен­том про­мыш­лен­но­го сим­би­о­за. Внут­рен­няя реку­пе­ра­ция сни­жа­ет соб­ствен­ное потреб­ле­ние энер­гии на тон­ну про­дук­ции. Экс­порт избыт­ка теп­ла может не сни­зить соб­ствен­ное потреб­ле­ние ком­би­на­та, но заме­ща­ет внеш­ний котёл/ТЭЦ и улуч­ша­ет эко­но­ми­ку энергосистемы.

5. Практический порядок внедрения для ЦБК

Этап 1. Сначала «дешёвое» тепло внутри площадки

• Инвен­та­ри­за­ция пото­ков по тем­пе­ра­ту­ре, рас­хо­ду, загряз­не­нию и вре­ме­ни доступности.
• Теп­ло­вая кар­та / pinch-ана­лиз, воз­врат кон­ден­са­та, устра­не­ние уте­чек пара, теп­ло­изо­ля­ция и опти­ми­за­ция давления.
• Подо­грев све­жей и под­пи­точ­ной воды горя­чи­ми сто­ка­ми и конденсатом.

Этап 2. Закрыть высокотемпературные потребители вторичной энергией

• Эко­но­май­зе­ры дымо­вых газов; пред­на­грев воз­ду­ха, воды, щепы и сла­бо­го щелока.
• Теп­ло сушиль­ных выбро­сов — на тех­но­ло­ги­че­скую воду и при­точ­ный воздух.
• Для крафт-ЦБК — опти­ми­за­ция выпар­ки и реге­не­ра­ци­он­но­го цикла.

Этап 3. Поднять температурный потенциал

• Оце­нить MVR на выпар­ке и высокотемпературный/абсорбционный ТН.
• Срав­ни­вать не толь­ко COP, но и пол­ный эффект: высво­бож­де­ние пара, рост выра­бот­ки тур­би­ны, вода на охла­жде­ние, выбросы.

Этап 4. Найти внешний «тепловой сток»

• ЦТ, сосед­ние про­мыш­лен­ные потре­би­те­ли, теп­ли­цы, логи­сти­че­ские объекты.
• Про­ве­рить рас­сто­я­ние, сезон­ность, мини­маль­ную гаран­ти­ро­ван­ную нагруз­ку, резер­ви­ро­ва­ние и тариф.

6. Барьеры, которые обычно недооценивают

Кор­ро­зия и загряз­не­ние. Глу­бо­кое охла­жде­ние дымо­вых газов СРК может вызвать кон­ден­са­цию кис­лых ком­по­нен­тов; сто­ки, филь­тра­ты и влаж­ный воз­дух сушиль­ной части загряз­ня­ют теп­ло­об­мен­ни­ки волок­ном, соля­ми и смолами.

Тем­пе­ра­тур­ное несов­па­де­ние. Теп­ло доступ­но при 50–70°C, а потре­би­те­лю нужен пар 120–160°C. Без кас­кад­ной схе­мы или ТН потен­ци­ал может ока­зать­ся невостребованным.

Непра­виль­ная оцен­ка эффек­та. Эко­но­мию пара нуж­но пере­во­дить в фак­ти­че­ский эффект на топ­ли­ве, элек­три­че­стве, рабо­те тур­бин и выбросах.

Сезон­ность теп­ло­се­ти. Экс­порт в ЦТ эффек­ти­вен зимой, но не все­гда реша­ет лет­ний избы­ток. Нуж­ны лет­ние внут­рен­ние потре­би­те­ли, нако­пи­те­ли, охла­жде­ние или иной круг­ло­го­дич­ный отбор.

CAPEX и оста­но­вы. Про­бле­мой часто ста­но­вит­ся не оку­па­е­мость обо­ру­до­ва­ния, а сто­и­мость вре­зок и поте­ри от оста­нов­ки. Сер­вис­ная модель энер­ге­ти­че­ских парт­нёрств может убрать CAPEX из балан­са комбината.

7. Итоговые рекомендации

1. Кас­кад­но исполь­зо­вать кон­ден­сат, филь­тра­ты и горя­чую воду.
2. Реку­пе­ри­ро­вать дымо­вые газы там, где обес­пе­че­ны кор­ро­зи­он­ная стой­кость и очистка.
3. Опти­ми­зи­ро­вать выпар­ку и рас­смот­реть MVR на чёр­ном щелоке.
4. Исполь­зо­вать теп­ло сушиль­ной части на бумаж­ных и кар­тон­ных машинах.
5. При­ме­нять ТН для пото­ков 40–90°C при ста­биль­ном теп­ло­вом потребителе.
6. Свя­зы­вать рас­чёт с тур­би­ной: высво­бож­дён­ный пар часто цен­нее как допол­ни­тель­ная электроэнергия.
7. Экс­пор­ти­ро­вать оста­ток теп­ла во внеш­нюю теп­ло­сеть, не под­ме­няя этим внут­рен­нюю энергоэффективность.

Ключевые источники

1. https://nizrp.narod.ru/metod/tsuitd/1759762265.pdf
2. https://publishing.intelgr.com/archive/Sistemnii-podkhod-k-povisheniyu-effektivnosti-energeticheskogo-kompleksa-tsellyulozno-bumazhnogo-proizvodstva.pdf
   

• Al-Pac — Stack Heat Recovery
• Emissions Reduction Alberta — про­ект Al-Pac и ито­го­вый отчёт
• Alfa Laval — кейс UPM Kaukas
• Adven — MVR, теп­ло­вые насо­сы и инте­гра­ция Östrand с теплосетью
• Bioenergy Association — Winstone Pulp Heat Plant
• IPPTA — Heat Recovery from Pulp Mill Effluent and Air Compressor Lubricating Oil
• Ака­де­ми­че­ский обзор потен­ци­а­ла избы­точ­но­го теп­ла на швед­ских крафт-ЦБК
• JRC / EU — Best Available Techniques in the Production of Pulp, Paper and Board

Посты на нашем сай­те о раз­ви­тии отрасли:

• Основ­ные направ­ле­ния био-рефай­нин­га древесины
• Направ­ле­ния развития
• Бума­га и кли­мат. Вли­я­ние про­из­вод­ства на природу
• Про­рыв в тех­но­ло­гии про­из­вод­ства бума­ги-зелё­ная водо­род­ная энергетика