“雙碳”目標下工程行業助力制漿造紙行業綠色建造與可持續發展

據統計，制漿造紙行業碳排放量約為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，實現綠色建造的首要問題在于調整傳統造紙業高耗能的能源結構，包括優化能源結構、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。本文以某公司在優化造紙行業能源結構上的探索與成效為例進行論述。

林漿紙一體化循環發展，是世界發達國家造紙工業的經驗，即在市場機制的促使下，將原來分離的林、漿、紙3個環節整合在一起，讓造紙企業負擔起造林的責任，自行解決木材原料問題，發展生態造紙，形成“以紙養林、以林促紙”的產業格局，促進造紙企業永續經營和造紙工業可持續發展。

20世紀90年代，某公司開始為國際一流造紙企業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外領先設備，從而節約能源和資源，實現清潔生產、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，造紙行業對生產用料的大量需求，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。該公司優先采用優化堿回收、熱電聯產技術，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，實現能源的重復使用；根據生產所需的蒸汽配備自備電站，以熱定電，提高能源利用率；開發光伏、風能等新能源技術應用等。通過采用生物質原料和可再生能源、優化堿回收、熱電聯產等方式調整制漿造紙工業以煤為主的能源用料結構。

2021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、外賣等多行業的熱門話題。

該公司致力于數字化工廠設計，將數據化管理應用于紙膜成型工段。以其總承包的某綠色環保紙漿模塑新材料智能工廠項目為例，一方面創新研發傳統塑料包裝的替代品——紙漿模塑包裝產品；另一方面融入先進的BIM智慧制造技術，實現對工廠設計、建造、生產、運維等一系列服務環節的智能管理。

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、加工裝配、檢驗檢測等各生產環節的智能協作與聯動，并在整個工廠的運維接入制造執行系統與產品數據管理（PDM）、企業資源計劃（ERP）等系統的互聯互通，實現全流程動態智能管控。

具體降碳減排方式和成效如下。

（3）采用智能化設計，降低人工運維成本

通過分散控制系統和生產信息化管理系統的結合運用，實現車間內物流、檢測、倉儲無人化操作，制造數據管理、計劃排程管理、生產調度管理進行數字化管控。利用數據化對工廠進行管理后，用工人數減少近50%。數字化管理界面及成效如圖3所示。

  

  

圖3 “以紙代塑”智慧工廠的數字化管理界面及成效

Fig. 3 Digital management interface and effect of "replace plastic with paper" smart factory

制漿造紙行業同樣可以利用數字化技術，全流程管控碳排放、追蹤碳痕跡，實現24 h無間斷、全流程的碳管理，彌補人工運維的不足。圖4為制漿造紙行業數字化交付示意圖。

工業鍋爐系統數字孿生示意圖如圖5所示。制漿造紙行業數字化“雙碳”管理，可通過數字孿生技術，充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，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，數字孿生技術除數字化的仿真運維并作用于實體進行實際運維外，還可在廠房及生產線建造前完成數字化模型，從而在虛擬的賽博空間中對工廠進行仿真和模擬，并將真實參數傳給實際的工廠建設。而廠房和生產線建成后，在日常的運維中二者可繼續進行信息交互。

圖5  工業鍋爐系統數字孿生示意圖^[4]

Fig. 5  Schematic diagram of digital twin of industrial boiler system^[4]

傳統工程服務中采用“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。制漿造紙行業利用數字化技術，將傳統的移交模式改為“累進式”移交。工程服務方、業主需求方通過數字化交付平臺實現多方云協同，進行無間斷、高效率的數字化碳管理等運維工作。數字化交付工作將根據實際運維補充模型、數據，包括根據業主提供的施工結果完善現場的控制器、屏柜等內容，還可根據不同部門的管理習慣，定制模型分解結構，指導生產操作，實現數字化減排降碳的目標。