Energianalys av ett pappersbruk med förbättringsförslag

Transcription

2010:038 CIV
2010:038 CIV
2010:038 CIV
EXAMENSARBETE
EXAMENSARBETE
EXAMENSARBETE
2010:038 CIV
E XAME N SA RBET E
Energianalys av ett pappersbruk
med
förbättringsförslag
E
X
A M E NS A R BE T E
med förbättringsförslag
2010:038 CIV
Petter Kyösti
Petter Kyösti
CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET
Petter Kyösti
Maskinteknik
Petter Kyösti
Maskinteknik
Luleå tekniska universitet
Institutionen
för Tillämpad fysik, maskin- och materialteknik
Avdelningen
för Datorstödd maskinkonstruktion
Maskinteknik
Institutionen för Tillämpad
fysik, maskin- och materialteknik
Maskinteknik
Avdelningen
för
Datorstödd
maskinkonstruktion
#)6s)33.s)32.,45%83%
Luleå tekniska
Institutionen
för
Tillämpad
fysik,universitet
maskin- och materialteknik
#)6s)33.s)32.,45%83%
Institutionen för Tillämpad fysik, maskin- och materialteknik
Avdelningen för Datorstödd maskinkonstruktion
Avdelningen för Datorstödd maskinkonstruktion
#)6s)33.s)32.,45%83%
#)6s)33.s)32.,45%83%
Energianalys av ett
pappersbruk med
förbättringsförslag
SCA Packaging Obbola AB
Petter Kyösti
Examensarbete 2010 civilingenjörsprogrammet maskinteknik
Sammanfattning
Denna rapport beskriver energianvändningen vid massa- och pappersbruket SCA
Packaging Obbola AB för 2008. För att komma fram till resultat har krävts ett
omfattande arbete med att klargöra produktionsprocessen ur ett energiperspektiv.
Fabriker av den här typen kan synas vara likartade, i och med att de tar in ved som
råvara och tillverkar papper. På grund av specifika förutsättningar och lokala
lösningar på processproblem så krävs dock ett gediget undersökande arbete för att
förstå processen. En stor del av insamlandet av information har bestått i att
undersöka interna dokument samt att genomföra informella intervjuer.
Energiflödena har redovisats med Sankey-diagram för brukets större avdelningar.
Jämförelser av nyckeldata har genomförts med data från 2004 i [8] Rickard
Rönnkvists energianalys. Sedan energianalysen 2004 genomfördes har
produktionen av papper med högre returfiberandel ökat och konsumtionen av
eldningsolja och returfiberrejekt minskat. Elförbrukningen har ökat men också
elproduktionen vilket gör att nettot i princip förblivit oförändrat. Förutom
energianalysen har även potentiella energibesparande åtgärder undersökts, vilket
inkluderar allt från rena investeringar till mindre förändringar som bättre
processreglering. Ett visst fokus har riktats mot elbesparande åtgärder på grund av
de mål som energimyndighetens program för energieffektivisering innebär. Även
pågående och nyligen avklarade projekt med energibesparande inslag har
undersökts. Följande förslag är utredda:
Tvättpress
Vedupptining med klarfiltrat
Vedupptining med råvatten
Driftoptimering raffinörer
Värmeåtervinningsprojekt
Sotångreglering
Luftning Hyperdrive
Mikroluftning
Timerstyrda motorvärmare
Virtuella serversystem
Ny klassningsrutin för elmotorer
Förbättrad översikt av fabriksinfosystem
Förbättrad biobränsleblandning
Filter mesaugn
Cyklontork
Förbättrade silplåtar och rotorer
Driftoptimering defibrörer
El av spillvärme
Lågenergibelysning
i
Abstract
This thesis describes energy consumption at the pulp- and paper mill SCA
Packaging Obbola from 2008. In order to accomplish this report a rigorous study
of the paper production process had to be conducted. Because of the unique
composition of this type of facility a lot of the research had to be done through
informal interviews and studying internal documentation. Comparisons of key
figures are made versus the figures from 2004 presented in [8] Rickard
Rönnkvist’s energy analysis. Energy flows are presented in Sankey diagrams for
all main departments of the mill. Two major changes since the last evaluation are
that an increased part of the raw material consists of recycled paper and that the
consumption of fuel oil has decreased. Electric power production has increased
but also the electric power consumption, which cancels out the net change.
In addition to the energy analysis, potential energy saving measures has been
studied. This includes a whole range of improvements from pure investments to
low cost low gain suggestions like improved process control. Especially electric
power savings are of interest partly because of the demands involving PFE
membership and partly because electric power savings are among the easiest
investments to translate into real savings. Ongoing and newly finished projects are
also examined. The studied improvements are:
washing press
wood de-icing with white water
wood de-icing with fresh water
process control of refiners
heat recovery project
soot blower control
Hyperdive aerator
aerator using micro bubbles
timer controlled car engine heaters
virtual server systems
new classification routine for electric motors
improved energy monitoring
improved bio fuel mix
improved lime mud dryness by replacing centrifuges with filter
lime mud cyclone dryer
improved screen plates and rotors
process control of defibrators
electric power from excess heat
low energy lighting
iii
Förord
En kall vinterdag i januari 2010 avslutades det här examensarbetet som är
slutfasen för civilingenjörsprogrammet Maskinteknik vid Luleå tekniska
universitet. Mitt examensarbete har jag haft förmånen att genomföra på SCA
Packaging Obbola AB, som är en del i företagets energieffektiviseringsarbete.
Jag vill speciellt tacka:
examinator Lennart Karlsson och handledare Jan Dahl,
handledare på Obbola pappersbruk Nils Gilenstam,
och alla på företaget som har hjälpt mig på vägen, däribland
Martin Wahlberg,
Olof Öhgren,
Hans Thoren,
Erik Sandberg,
Kristina Jonsson,
Maria Lindgren,
Niclas Ahnmark,
Tilda Nordin,
Urban Brännström och
Sören Marklund.
Dessutom vill jag tacka Johan Eriksson på ATEK och Tomas Lagerfelt på ABB.
v
Innehåll
1 Introduktion.................................................................................................... 11
1.1 Syfte ........................................................................................................ 11
1.2 Mål .......................................................................................................... 11
2 Beskrivning av programmet för energieffektivisering, PFE ............................. 13
3 Nyckeltal ........................................................................................................ 15
4 Metod och genomförande ............................................................................... 17
4.1 Kreativ metod .......................................................................................... 17
4.1.1 Planering och Genomförande ............................................................ 18
4.2 Hur ställs förbättringsåtgärderna mot varandra? ....................................... 18
4.3 Energibärande medium ............................................................................ 18
4.3.1 Rapporter och rapporteringssystem ................................................... 19
4.3.2 Pappersmassa .................................................................................... 19
4.3.3 Rökgaser ........................................................................................... 19
4.3.4 Luft ................................................................................................... 20
4.3.5 Vatten ............................................................................................... 20
4.3.6 El ...................................................................................................... 20
4.3.7 Ånga ................................................................................................. 21
4.3.8 Vedråvaran ....................................................................................... 21
4.3.9 Lut .................................................................................................... 22
5 Energianvändning ........................................................................................... 25
5.1 Elanvändning ........................................................................................... 25
5.2 Oljeanvändning........................................................................................ 27
5.3 Energianvändning i framtiden .................................................................. 28
5.4 Jämförelse mellan bruk ............................................................................ 29
6 Beskrivning av anläggningen, dess energiflöden och förbättringsmöjligheter .. 31
6.1 Totala anläggningen................................................................................. 31
6.1.1 Utökad mätning och tolkning av energiflöden ................................... 34
6.1.2 Virtualiserade serversystem............................................................... 34
6.1.3 Timerstyrda motorvärmarstolpar ....................................................... 35
6.1.4 Ny inköpsrutin baserad på högre klassning av motorer ...................... 35
6.1.5 Belysning .......................................................................................... 37
6.2 Renseri .................................................................................................... 38
6.2.1 Vedförvärmning ................................................................................ 40
6.3 Kokeri och Tvätt ...................................................................................... 41
6.3 Kokeri och Tvätt ...................................................................................... 41
6.3.1 Flisficka/ förbasningskärl .................................................................. 43
6.3.2 Tvättpress ......................................................................................... 43
6.3.3 Ny malstrategi utan raffinörer ........................................................... 44
6.3.4 Förbättrad reglering av defibrörerna .................................................. 44
6.4 Indunstning 2, 3 och 4.............................................................................. 46
6.4.1 IND 2 och IND 3 .............................................................................. 46
vii
6.4.2 IND 4................................................................................................ 46
6.5 Vitlutsberedning, mesaombränning och kemikalieåtervinning .................. 49
6.5.1 Filter mesaugn .................................................................................. 51
6.5.2 Cyklontorkning av mesa.................................................................... 52
6.6 Sodapanna, SP2 ....................................................................................... 53
6.6.1 Sotångreglering ................................................................................. 57
6.7 Turbinanläggning..................................................................................... 58
6.8 Ångcentral, ÅC2 ...................................................................................... 59
6.8.1 Förbättrad biobränsleblandning, ........................................................ 61
6.9 Returfiberavdelning ................................................................................. 62
6.9.1 Nya silplåtar och rotorer.................................................................... 63
6.10 Pappersmaskin ....................................................................................... 64
6.10.1 Värmeåtervinningsprojekt, VÅV ..................................................... 66
6.10.2 Återcirkulera kylvatten kvarnar ....................................................... 66
6.11 Biologisk rening och avlopp .................................................................. 67
6.11.1 Microluftare .................................................................................... 69
6.11.2 Hyperdiveluftare ............................................................................. 69
6.11.3 El av spillvärme .............................................................................. 70
6.12 Sammanfattning förbättringsåtgärder och status ..................................... 70
6.12.1 Pågående projekt ............................................................................. 70
6.12.2 Förkastade/ under utredning ............................................................ 70
6.12.3 Förslag på framtida projekt ............................................................. 71
7 Diskussion och slutsatser ................................................................................ 73
7.1 Källor ...................................................................................................... 74
7.2 Uppföljning på kreativ idéproduktion....................................................... 74
7.3 förslag på jämförelse mellan investeringar ............................................... 74
7.4 Förlustparametrar..................................................................................... 77
7.5 Alternativ investeringsmodell .................................................................. 78
8 Referenser ...................................................................................................... 81
Bilaga 1 – Mollierdiagram för rökgas ................................................................ 83
Bilaga 2 – Beräkningar ...................................................................................... 85
Bilaga 3 – Energibalansförklaringar .................................................................. 89
Bilaga 4 – Opcon:s El av spillvärme .................................................................. 95
Bilaga 5 – Ny klassning av motorer av ABB...................................................... 97
Bilaga 6 - Kreativ ideproduktion ....................................................................... 99
Bilaga 7 - Övervägda idéer .............................................................................. 101
Bilaga 8 – Förstudie ........................................................................................ 103
viii
Figurer och tabeller
figur 1.tallvedens sammansättning
figur 2. elförbrukningen uppdelat på avdelningar
figur 3. specifik elförbrukning pappersbruket, kWh per ton prima liner
figur 4. specifik elförbrukning massabruket, kWh per ton prima liner
figur 5. oljeanvändning de senaste femton åren
figur 6. blockschema över värmeenergiflöden
figur 7. geografisk bild över Obbola massa- och pappersbruk
figur 8. energiflödesdiagram Obbola massa och pappersbruk, kWh/ton-liner
figur 9. återbetalningstid vid val av högre klassning
figur 10. energiflödesdiagram över renseriet, kWh/ton-sulfatmassa
figur 11. energiflödesdiagram för kokeri och tvätt, kWh/ton-sulfatmassa
figur 12. försök att dra isär kvarnskivorna max med manuellt reglage
figur 13. energiflödesdiagram över indunstningen, kWh/ton-sulfatmassa
figur 14. energiflödesdiagram vitlutsberedning, kWh/ton-sulfatmassa
figur 15. kretsloppet: Indunstning, Mesabränning och Mixeri
figur 16. data sodapannan SP2
figur 17. energiflödesdiagram sodapanna, kWh/ton-sulfatmassa
figur 18. energiflödesdiagram turbinanläggning, kWh/ton-sulfatmassa
figur 19. energiflödesdiagram ångcentral 2, kWh/ton-sulfatmassa
figur 20. energiflödesdiagram returfiberavdelning, kWh/ton-returfibermassa
figur 21. energiflödesdiagram pappersmaskin, kWh/ton-liner
figur 22. blockdiagram biorening
figur 23. energiflödesdiagram biorening, kWh/ton-sulfatmassa
figur 24. jämförelse investeringar
figur 25. förluster och okända parametrar
tabell 1. nyckeltal
tabell 2. jämförelse specifik elförbrukning
tabell 3. vedförvärmning
tabell 4. kvantifierade förbättringsåtgärder
tabell 5. Rangordningsunderlag
tabell 6. Formler för framtagande av jämförelse tal
ix
1 Introduktion
SCA Packaging Obbola AB är ett pappersbruk som producerar och säljer ytskiktet,
kallat liner, till wellpappförpackningar. Papperstillverkning är en mycket
energikrävande process och därför är det en nödvändighet att undersöka hur
energiförbrukningen kan effektiviseras. Genom att deltaga och uppfylla kraven
som energimyndigheten ställer, kan företag sänka sin skatt på el. Enligt kraven
ska energiflöden dokumenteras och förslag på åtgärder ska ges som minskar
elanvändningen motsvarande skattens inverkan. Denna rapport är exkluderar data
enligt företagets restriktioner.
1.1 Syfte
Syftet med arbetet är att genomföra en analys av energiflödena vid sulfatmassaoch pappersbruket som innefattar alla använda energislag. Förutom analysen ska
förslag på åtgärder som ger energibesparingar tas fram. Besparingarna ska helst
ha en återbetalningstid på under tre år, utan räntekostnad. Även planerade och
redan genomförda åtgärder redovisas. Kraven på analysen och förslagen är att de
ska vara tillräckliga för deltagande i energimyndighetens program för
energieffektivisering, PFE.
1.2 Mål
Målen med denna rapport är således:
Övergripande energiflödesanalys för hela fabriken
Förslag och analys på energibesparande åtgärder
Rapporten ska dessutom godkännas som examensarbete för
civilingenjörsprogrammet i maskinteknik.
11
2 Beskrivning av programmet för
energieffektivisering, PFE
Den 1 juli 2004 höjdes skatten på processrelaterad el från 0 till 0,5 öre/kWh som en
anpassning till EG:s energisskattedirektiv. Direktivet innebär samtidigt att
energiintensiva företag kan reducera skatten till 0 öre/kWh om de uppfyller kraven
för PFE.
Vid halvårsskiftet 2009 startar en ny programperiod i PFE. Många företag som
ansöker till den nya perioden har redan deltagit i en programperiod under
perioden juli 2004-juni 2009. Företagen har under denna period genomfört de
moment som [1] lagen kräver.
För medlemskap i PFE krävs införsel av ett energiledningssystem, ELS. I ELS
ingår en energianalys som är mer djupgående än standarden för
energiledningssystem. Energianalysen ska utföras med systemperspektiv samt
vara både kort- och långsiktig.
Programmet har två faser: de första två åren för införande och certifiering av
energiledningssystem. En åtgärdslista för elbesparande åtgärder ska tas fram för
de processförändringar som medför minskad elanvändning. Under den andra
programfasens tre år ska åtgärder genomföras i enlighet med åtgärdslistan. Listan
kan kompletteras under programtiden men synnerliga skäl måste finnas om
fastställda åtgärder inte genomförs under programperioden.
I programmet ingår även att motorer som köps in ska ha den högsta klassningen,
det vill säga EI3. I nuläget så är inköpsstandarden EI2. Detta innebär konkret att
företaget måste ändra sina inköpsrutiner så att senast från och med tidpunkten för
2-årsredovisningen köper motorer av klass EI3 om:
Sådan motor finns tillgänglig i önskad effektklass
Merkostnaden är återbetald inom tre år
Företaget inte istället låter en LCC-beräkning styra valet av motor
Detta enligt [7] energimyndigheten.se/PFE, och [46] ekodesignförordningen.
13
3 Nyckeltal
Tabell 1 visar fabrikens viktigaste värden för 2008. Denna lista är viktig ur ett
energiflödesperspektiv eftersom den åskådliggör de viktigaste flödena till och från
fabriken och sammanfattar fabrikens aktuella läge.
Produktion
Linerproduktion
Kraftliner
Eurokraft
Sulfatmassa
Returfibermassa
Tallolja
Terpentin
ton
416 658
224 084
192 574
233 785
184 443
7 738
279
Kappatal
Råmaterial
Rundved
Sågverksflis
Vrak + torrflis
Ved totalt
Ångcentral 2
Egen bark
Köpt bark
Olja
Returfiberrejekt (inkl fukt)
Sodapanna
Tjocklut
Beckolja
Torrhalt
Effektivt värmevärde
77 703
3 408
83,93
Referens
[9]
[9]
[9]
[9]
[9]
[9]
[9]
Jämförelse mot
2004, kvot
1,002
0,866
1,308
1,025
1,024
0,876
0,444
[9]
0,986
3
mf
664 153
227 350
23 431
914 934
773 851
244 633
25 212
1 043 696
[9]
[9]
[9]
[9]
1,070
0,930
1,332
1,036
213 152
24 970
[9]
1,025
3 684
6 849
4 545
1 098
262 495
MWh
48 207
73 642
49 044
11 803
181 876
[10]
[9]
[21]
[18]
[10]
0,277
1,267
*17,480
1,220
1,160
327 594
237 111
4 468
MWh
148 906
118 555
48 207
[9]
[9]
[10]
1,033
0,970
0,277
7 491 ton
24 970
[9]
0,398
3
MWh
771 598
[9]
1,026
[32]
[20]
0,985
0,941
Returbalar (ton)
Olja
Ångcentral 2
Mesabränning
Sodapanna, total
Tilläggspanna 2 & 3
Totalt
MWh
Nm3
m3
268 862 m
68,80%
8,00 MJ/kg**
15
Elförbrukning
Massabruk
Returfiber
Pappersbruk
Totalt
Egen Produktion
tabell 1. nyckeltal
MWh
102 616
28 924
220 082
322 698
140 425
[6]
[9]
[6]
[6]
[6]
* I den nya sodapannan förbränns beckolja se 5.2 Oljeanvändning
** Värdet är beräknat på hela bränslet och för torr reducerande miljö
*** I nya sodapannan och turbinen är elproduktion prioriterad
16
0,980
1,117
1,167
1,002
***2,144
4 Metod och genomförande
Arbetet inleddes med att göra en förstudie. I den sattes målen upp och en grov
tidsplan i form av ett ganttschema upprättades. Förstudiens dokument kan ses i
bilaga 8. I en första fas fokuserades arbetet på att förstå fabriken och producera en
detaljerad energiflödesanalys. Detta genom att använda branchspecifik litteratur,
interna rapporter och programvara för att övervaka processen. Dessutom hölls
hela tiden en dialog både med personer med överblicksbild och med
specialkunskap för att underlätta att klarlägga sambanden i denna processindustri.
I andra fasen sattes förbättringsåtgärderna i fokus. Under hela arbetet användes
[36] Product design and development som stöd. Målet var hela tiden en
tidsoberoende lista på förbättringsåtgärder som företaget kan återkomma till som
vägledning i utvecklingsarbetet. Grundarbetet som gjordes i den första fasen
granskades och bekräftades med fokus på okända parametrar och kontinuitet i
flödena för att kontrollera tillförlitligheten. Den mesta tiden av arbetet förlades på
plats i fabrikens lokaler. Allt eftersom arbetet fortskred fylldes en lista på med
både egna och andras idéer på förbättringsåtgärder. Denna lista utreddes sedan
med utgångspunkt från behov och potential. När bilden av fabrikens energiflöden
utkristalliserats hölls kreativa möten med syfte att lösa problemen ur en kreativ
synvinkel. Slutligen valdes ett mindre antal idéer ut och granskades i detalj. För
att förenkla iakttagelser anpassades delar av rapporten, till exempel nyckeltalen,
för att vara jämförbara mot motsvarande rapporter som gjorts tidigare år och på
andra fabriker.
För att åskådliggöra energiflöden mer detaljerat uppdelades fabriken i
överblickbara delar med stöd av [8] Energianalys 2006 av Rickard Rönnkvist
samt [11] Energianvändning inom massa- och pappersindustrin SCA-Nordliner
Munksund. Enheten ”per ton sulfatmassa” används i alla sektioner förutom
pappersbruket och den totala som använder ”per ton liner”. Returfiberavdelningen
använder enheten ”per ton returfibermassa”. Anledningen till avdelningarna har
olika enheter är att värdena ska kunna vara jämförbara mot andra bruk och vara
relevanta för avdelningen. Returfiberavdelningens energianvändning är
exempelvis relativt oberoende av produktionen på papper så den rimliga enheten
är därför ”per ton returmassa”.
4.1 Kreativ metod
För att för en bredare bild av vilka möjligheter som finns till hands så har ett möte
hållits där målet var att via en erkänd kreativ metod komma fram till nya idéer att
spara energi. Som stöd för planeringen av mötet användes [2] Product design and
development.
17
4.1.1 Planering och Genomförande
Tre medlemmar förutom jag själv deltog i den en och en halv timme långa
ideverkstaden: [28] Olof Öhgren, [16] Kristina Jonsson och [26] Nils Gilenstam.
Som hjälpmedel användes gula lappar och whiteboard. Först genomfördes en
uppvärmningsövning för att mentalt ställa in gruppen på det tankesätt som krävs
för den här sortens utvecklingsarbete. Uppvärmningsövningen innebar en
ordassociationsövning som gick till så att mötesledaren, jag själv, skrev ned ett
ord på en gul lapp. Ordet i sig är betydelselöst men måste vara ett ord som alla
deltagare känner väl till. Jag valde ordet TV. Sen associerade deltagarna runt det
här ordet och skrev nya lappar, runt vilka det associerades vidare. Efter det
ställdes själva fokusfrågan som centrum för brainstormingen. Frågan var: ”Hur
kan man tillvarata energin i sekundärvärmesystemet (spillvärme)”. Medlemmarna
ombads sedan skriva ned så många idéer som möjligt på gula lappar. Detta
fortsatte tills dess att aktiviteten uppstannat. Medlemmarna fick sedan förklara
sina idéer och sätta upp lapparna runt frågan. Redan här startade den egentliga
brainstormingen eftersom många följdfrågor kom upp och utreddes med nya idéer
som följd. Efter att alla idéer hade förklarats diskuterade medlemmarna vidare hur
man kunde koppla samman lapparna och utveckla tankegångarna till nya idéer.
Slutligen sammanfattades det kreativa mötet och rimligheten i olika möjligheter
diskuterades. Alla idéer som kom upp och skrevs ned på en gul lapp kan ses i
bilaga 6. Dessa skickades sedan ut till deltagarna efter mötet.
4.2 Hur ställs förbättringsåtgärderna mot varandra?
Eftersom förbättringsåtgärder kan vara av olika slag så är det svårt att jämföra
dessa mot varandra. För de förbättringsåtgärder som är traditionella investeringar
är det mer entydigt hur de ska jämföras mot varandra medan regleringar,
kartläggningar inte kan mätas efter samma måttstock. Dessutom är det inte lika
intressant att mäta beslutade och pågående investeringar mot potentiella.
Resterande investeringar kommer först att jämföras i polära diagram, även kallade
nätdiagram, där fyra olika axlar motsvarar fyra egenskaper som man vill jämföra.
Investeringarna kommer sedan att jämföras efter hur väl de placerar sig i
respektive kategori. Av detta kan en rangordning skapas som åskådliggör vilka
investeringar som är borde prioriteras. En extra rangordning kommer dessutom att
göras med endast elbesparingar som variabel eftersom det är ett viktigt resultat av
rapporten.
4.3 Energibärande medium
Energi transporteras i en pappersfabrik genom många olika medium som alla
måste behandlas på ett genomtänkt sätt. I följande kapitel utreds de viktigaste
energibärande medium.
18
4.3.1 Rapporter och rapporteringssystem
Värden på alla större energikonsumtions och produktionsställen erhölls genom ett
antal metoder. De tekniskt enklaste bestod i att granska tidigare rapporter, till
exempel [9] Miljörapport 2008, [8] Månadsrapporter och [10] Energibalans 2008.
Dessutom användes [44] energimyndighetens dokument i ämnet. I somliga fall
var det enbart en fråga om att verifiera att värdet var rimligt medan det i andra
krävdes en och i andra fall rör det sig om beräknade värden. Viktigt var det även
att avgöra om värdet ingick under annan post. Ett annat sätt var att använda
fabriksinfosystemet [32] som innehåller data från över 12 000 mätpunkter med
sparad historia många år bakåt i tiden. Svårigheten ligger i att ta reda på exakt hur
flöden och kopplingar förhåller sig och därmed få de korrekta data som eftersöks.
4.3.2 Pappersmassa
Den delen av flisen som blir pappersmassa räknas vara utan energiinnehåll
eftersom denna del, alltså fibrerna, går rakt igenom processen utan att ge något
energitillskott. Däremot så måste C P bestämmas för pappersmassa. Denna är
beroende av fördelningen torrmassa-vatten. Specifika värmevärdet C P är känt för
vatten som 4,18 KJ/kg/K, vilket motsvarar 0 % torrhalt. C P är dessutom känd vid
9,88 % torrhalt till 3,76 KJ/kg/K enligt [8] tidigare energirapport. Genom att anta
linjärt förhållande så fås en uppskattning om hur mycket termisk energi massan
kan bära. Anledningen till att denna grova approximation är tillräcklig är dels att
massan har runt 10 % torrhalt då den går mellan massabruket och
pappersmaskinen och dels att den här energin inte går att utnyttja till något
eftersom den redan tjänar ett syfte då massan ska ha en viss temperatur då den går
in i pappersmaskinen
4.3.3 Rökgaser
Rökgaserna innehåller förutom de normala vid förbränning av organiskt material
( CO2 , H 2 O , N 2 , NO , NO2 , CO och O2 ), SO2 och stoft bestående av Na2 SO4 .
Specifika entalpin för de olika gaserna återfinns i tabell 6.1.7-1 i [39]
Energiteknik. Energivärdet av rökgaser beror framförallt på flödet, fukthalten och
temperaturen. I en ideell reaktion så skulle exakt rätt mängd syre kunna tillföras
pannorna och därmed minimera förlusterna. I verkligheten så tar dock reaktioner
tid, en mindre del bränsle förblir oförbränt och omblandningen är aldrig optimal.
Detta gör att ett överskott av syre måste tillföras. Regelbundna kemiska analyser
på bränslet görs. Analysen ger halterna av kol, svavel, väte, kväve och syre.
Syreöverskottet som lämnar skorstenarna tillsammans med det stökgeometriskt
kända syrebehovet och den tillförda bränslemängden ger det totala rökgasflödet
och dess energimängd. Till rökgaserna räknas även sotånga som är ånga vilken
använts för att rengöra pannan. Rökgaser värmeväxlas mot ingående luft i
19
sodapannan för att tillvarata värmen. Data för rökgasutsläppen hittats i [23]
periodisk besiktningsprotokoll och [22] Månadsrapporter 2008 för ångcentralen.
4.3.4 Luft
Temperatur på ingående luft har från [32] fabriksinfosystemet erhållits till att ha
årsmedeltemperaturen 6,15 °C. För luft har det stor betydelse hur systemgränserna
väljs med avseende på förvärmningen. I denna rapport räknas den kostnadsfria
förvärmningen utanför systemgränsen. Detta för att påvisa den viktiga skillnaden
mellan de steg av förvärmning som sker med spillvärme och de som sker med
primärenergi som färskånga. Fördelen med detta betraktningssätt är att det blir
enklare att utvärdera hur stor del av den tillförda energin som är kostnadsfri. I
pappersbruket och sodapannan värms ingående luft med hjälp av sekundärvärme.
4.3.5 Vatten
Stora mängder vatten används i en pappersindustri. Det gör att även om
temperaturen på råvattnet är låg så blir det ändå en signifikant del av
energibalansen. Ungefär en femtedel av all energi som går in i fabriken är
vattenburen och hälften av all som går ut.
Referenspunkten är satt till 0 °C Celsius och energivärdet ges av
(1)
E C P TK TREF m .
Överskott på varmvatten är svårt att tillvarata och det är också därför som så
mycket körs ut till recipient. Dock används också mycket varmvatten i processen
och därför är det viktigt att se över systemen för att kunna tillvarata energin.
Övervakningssystemet ger att temperaturen på råvattnet, som tas en bit uppströms
i älven vid Degernäs råvattenstation, har i medel en temperatur på 8,49 °C då det
är framme vid fabriken.
4.3.6 El
Användningen av den elektriska energin är väl dokumenterad genom mätning av
egenproducerad och inköpt el. Dessa data kan hittas avdelningsvis i Elrapporten,
[6]. Denna energityp är i fokus i denna rapport eftersom det är ett av kraven för
PFE att elförbrukningen ska minskas med lika mycket som skattens inverkan, det
vill säga 2,63 GWh. Fabrikens största elkonsumenter har trefas växelström.
Undantagen är drivningen av pappersmaskinen som har likströmsmotorer.
För kostnadsberäkningar används antingen uppmätt effekt eller ström. Kostnaden
för processrelaterad el fås av [12] investeringsunderlaget. Dessutom påkommer
kostnader för elcertifikat i de fall då elen inte är direkt processrelaterad, till
exempel för viss utomhusbelysning. För större högspänningsanläggningar
tillämpas uppdelningen:
Fast avgift (oberoende av effekt)
20
Abonnemangsavgift (effektberoende)
Högbelastningsavgift (effektberoende)
Abonnemangsavgiften är knuten till den maximala effekten per timme och
högbelastningen till den maximala sextimmarseffekten. Detta enligt [37]
Energikompendium för massa- och pappersindustrin.
4.3.7 Ånga
Ånga tillverkas i ångcentralen och i sodapannan och flera av fabrikens delar
använder sig av ånga som sin viktigaste värmeenergikälla. De största direkta
förbrukarna är pappersbrukets torkparti, indunstningen samt kokeriet enligt
energibalans 2008 [10]. Dessutom är ånga värdefullt eftersom det omvandlas till
elektrisk energi via turbinen. Således kan en besparing av ånga innebära en
ökning av producerad el, eller en minskning i förbrukad olja. I fabriken används
ånga av fyra trycknivåer 3, 10, 30 och 110 bar. Dessa kallas ibland för LT
(lågtryck), MT (mellantryck), MT2 (högmellantryck) samt HT (högtryck). Ångan
från sodapannan har ett tryck på 110 bar och går enbart till turbinen och
tryckreduceringen. Turbinen, som är en mottrycksturbin, reducerar 110 bar ångan
ned till 10 och 3 bar samtidigt som el utvinns. Mottrycksturbiner har väldigt hög
verkningsgrad förutsatt att en ångkonsument för låg- och mellantrycksånga finns.
Från ångcentralen är ångtrycket 30 bar och används bland annat till att sota
sodapannan, värma matarvatten och ladda upp ackumulatorn. Energivärdet per kg
ånga kan bestämmas från mollierdiagram om temperaturen och trycket är kända.
Eftersom det är väldigt energikrävande att framställa ånga vill man använda hela
potentialen och dessutom undvika att använda ånga där spillvärme kan användas
istället. Trycknivån på 3 bar nätet styrs av lasten på indunstningen. En jämn och
hög produktion av ånga med små gradvisa förändringar är optimalt för effektiv
produktion. De största användarna av ånga är pappersbrukets torkparti, kokeriet
samt indunstningen. Medan indunstningen inte har några problem med att hålla en
jämn produktionstakt så är det å andra sidan omöjligt att få kokeriet att använda
ånga i en jämn takt. Detta för att fabriken använder sig av batchkokning där åtta
kokare körs separat istället för en kontinuerligt. Att ångkonsumtionen i
pappersbruket svänger från 20 till 150 MW kan inträffa under väldigt korta tider.
Av denna anledning finns en ackumulator som ger personalen i ångcentralen tid
att ändra lasten för biobränslepannan och variera sin ångproduktion.
4.3.8 Vedråvaran
Veden barkas, det vill säga delas upp i flis och bark, i renseriet. Bark bränns i
ångcentralen för att få ånga och flisen går till kokeriet. Ved består biologiskt av
cellulosa, hemicellulosa, lignin, och bark samt extraktivämnen. Beståndsdelarna i
tallved kan ses i figur 1. Efter kokeriet har man fått ut pappersmassan som består
till största delen av cellulosa och en del hemicellulosa. Dessutom har man fått ut
svartluten som innehåller, förutom de förbrukade kokkemikalierna, mest lignin
21
men också hemicellulosa och en del extraktivämnen. Efter att ha fått sin torrhalt
ökad i indunstningen kan man bränna svartluten och återvinna kokkemikalierna. I
processen får man även ut en del restprodukter som tallolja, terpentin, starka och
svaga gaser. Veden för Obbola består enbart av barrved. Den köpta sågverksflisen
är ofta torrare och måste därför kokas hårdare för att uppnå rätt egenskaper. Om
flisen är för torr gör man normalt inte massa av den och då hamnar den istället i
ångcentralen där den ger ett energitillskott. Detta gäller också sågspån. Vrak
däremot, som är en lägre kvalitet av ved som består av murkna rotvältor och
stormvält timmer, är billigare men medför också större risk för kvalitetsproblem.
Av extraktivämnena är framförallt metanolen intressant eftersom den ger ett
energitillskott efter att den har utvunnits i metanolanläggningen. Uppgifter om
vedens sammansättning kommer från [38] Pappersindustrins utbildningsmaterial.
Vedens sammansättning
hemicellulosa
28%
cellulosa
41%
extraktivämnen
4%
lignin
27%
figur 1. tallvedens sammansättning
4.3.9 Lut
Lut är en alkalisk lösning av natriumsalter. Den primära funktionen för lut är i
formen av vitlut då den används som kokvätska i kokarna för att separera
cellulosan från ligninet. I sulfatmassabruk som Obbola återanvänds luten genom
att man först bränner svartluten tillsammans med ligninet i sodapannan och sedan
återvinner kokkemikalierna Na2 SO4 och NaCO3 från smältan. Denna blandas
med svaglut och dispergeringsånga och bildar grönlut. Grönluten får reagera med
släckt kalk och bildar då återigen vitlut. Vitlut har ungefär samma värmebärande
22
egenskaper som vatten och bär därför på energi i huvudsak i fysisk form.
Dessutom innehåller den en liten del bunden kemisk energi som underlättar
kokningen men som också krävs vid återbildningen. Denna del är dock inte
signifikant för energibalansen i stort. Efter att vitluten har tvättats bort från
massan och kallas svartlut innehåller den betydliga mängder lignin som är en av
fabrikens största värmeenergikällor. Prover på svartlut skickas iväg till ett externt
testlaboratorium som får fram dess energivärde i en bombkaloriemeter. Enligt [11]
Energianvändning inom massa- och pappersindustrin SCA-Nordliner Munksund
så erhålls specifika värmekapaciviteten för svartlut beroende på torrhalten ts av
(2)
C p (0,96 0,45 ts) 4,1868 .
23
5 Energianvändning
I följande avsnitt kommer energianvändningen att analyseras med avseende på
historik framtidsutsikter och fördelning över fabriken.
5.1 Elanvändning
figur 2. elförbrukningen uppdelat på avdelningar
I figur 2 kan elenergiförbrukningen ses, uppdelat avdelningsvis. Data är hämtat
från [6] Elrapport -08.
25
figur 3. specifik elförbrukning pappersbruket, kWh per ton prima liner
Som kan ses i figur 2 så är kvarnarna den överlägset största förbrukaren av
elenergi. I figur 3 ses de enskilda förbrukarna per ton prima liner och en minskad
produktion i oktober är orsaken till spiken där. Anledningen till spiken i specifik
elförbrukning i oktober beror på att produktionen då var betydligt lägre än
normalt och elförbrukningen inte kunde sänkas lika mycket för att behålla
fabriken i körklart skick. Att stanna fabriken innebär alltid problem vid uppstart.
Notera dock att här ses hela den halvan av fabriken som brukar räknas till
pappersbruket. Här ingår ångcentralen, tillskottsfiber (returfiber), belysning och
ventilation. Största enskilda förbrukarna är kvarnarna som slutgiltigt maler
massan innan pappersmaskinen. Dessa besår av 3 stycken Conflow kvarnar på
2200 kW och 2 stycken Optifiner 04 på 1200 kW och en asplund kvarn för
utskottsmalning på 1200 kW som går kontinuerligt. Näst största förbrukaren är
våtpartiet, alltså första delen av pappersmaskinen där massan går ut på viran. Den
stora förbrukaren där är motorerna för framdrivning av första delen av
pappersmaskinen, det vill säga den del där pappret har högst fukthalt, våtpartiet.
Denna framdrivning består av 2 stycken 1100 kW motorer, 3 stycken 650 kW
motorer och en 160 kW motor. Man kan också se att andra delen av
pappersmaskinen, torrändan, som här kallas pressparti och torkparti, har en
framdrivning med en hög elförbrukning. Uppgifter bygger på samtal med [28]
Olof Öhgren.
26
figur 4. specifik elförbrukning massabruket, kWh per ton prima liner
I figur 4 kan elkonsumenterna i massabruket ses. Sodapannan har en så stor del
eftersom den innehåller kraftiga matarvattenpumpar, fläktar för rökgas och luft
samt kompressorer. I fiberlinjen ingår i princip alla elkonsumenter förutom de
stora förbrukarna. Det är framförallt pumpar som ska leverera stora mängder lut,
vatten och pappersmassa men också omrörare och tvättfilter som inkluderas.
Defibrörerna är kvarnar som löser upp massan efter att den har blivit kokad.
Raffinörerna, som också är kvarnar, har länge varit en av de största förbrukarna av
el men i början på 2008 minskades driften av dessa i ett försök att spara el.
5.2 Oljeanvändning
Kommentarer till figur 5:
1994 var totala oljeförbrukningen som lägst. Detta på grund av ett
omfattande arbete för att minska oljeberoendet som pågått sedan
oljekriserna på 1970-talet.
2004 kördes ångcentralen väldigt intensivt på olja för att kunna förse
fabriken med ånga. Detta krävdes eftersom sodapannan var gammal och
hade illavarslande sprickbildningar och kunde bara köras på 50 bar istället
för 60 bar.
2007 byggdes den nya sodapannan som inte bara har högre kapacitet men
också möjlighet att bränna biobränslet beckolja. Därmed kunde
förbrukningen av eldningsolja i ångcentralen begränsas.
2008 var specifika eldningsoljeförbrukningen som lägst historiskt sett.
27
figur 5. oljeanvändning 1994-2008, kWh per ton massa
5.3 Energianvändning i framtiden
I dagsläget planeras inga större investeringar eller ombyggnationer inom
energiområdet. Om produktionstakten ökar och antalet stopp fortsätter att minska
minskar innebär det att om ca 5 år kommer produktionskapaciteten på liner att
vara 440 000 ton liner per år. Elförbrukningen kommer att minska specifikt och
även förbrukningen av eldningsolja. Biobränsleförbrukningen kommer att
förändras
beroende
på
andelen
returfiberproduktion
respektive
sulfatmassaproduktion. En viss skillnad kommer dock att ses redan nästa år
eftersom den nyinstallerade indunstningen planeras förbruka mindre ånga. Obbola
använder större andel returfibermassa än andra jämförbara bruk och detta minskar
energiåtgången per ton producerad liner. Om returfiberinblandningen ökar så
leder det till att mer biobränsle och olja måste köpas in eftersom returfiber varken
ger bark eller lignin. Dock minskar elförbrukningen eftersom returfibermassan
inte mals.
På lång sikt är det ännu svårare att bedöma hur energianvändningen kommer att
ändras men det finns behov en del större investeringar. Mixeriet måste bytas ut
vilket innebär en kapacitetsökning av vitlut och därmed ökade förutsättningar för
en produktionsökning på lång sikt. Ångcentralen kommer också att behöva bytas
ut inom en överblickbar framtid vilket förmodligen kommer att medföra en
ångproduktionsökning från biobränsle. Uppgifter bygger på samtal med [26] Nils
Gilenstam.
28
5.4 Jämförelse mellan bruk
Det är inte uppenbart hur ett pappersbruk kan jämföras med ett annat på ett
rättvist sätt eftersom ingen fabrik är den andra lik. Om man utgår från grunddata
så kan man ändå ställa bruken mot varandra som underlag för diskussion. Här
jämförs elförbrukningen per ton liner för Obbola mot två andra bruk med liknande
råvarumix och produkt. Tabell 2 visar en jämförelse som gäller 2007 och kommer
från [45] Fabriksredovisning för jämförelse. Hänsyn bör tas för nämnda
specifikationer.
MWh per ton liner
Smurfit Kappa
Sulfatbruk: 317 458 MWh
Pappersbruk: 299 421 MWh
Produktion prima liner: 694 451 ton
Specifikt: ca hälften blekt sulfatmassa i toppskiktet
0,457
0,431
Munksund
Specifikt: ca en fjärdedel blekt sulfatmassa i
toppskiktet
0,460
0,475
Obbola
Specifikt: stor andel returfiberinblandning
0,436
0,357
tabell 2. jämförelse specifik elförbrukning
Skillnaderna beror till störst del på vad som är specifikt för fabrikerna. Obbola har
stor returfiberinblandning, vilket är en effektivare papperstillverkningsmetod ur
elsynpunkt i och med att massan inte mals. Dessutom gör Obbola ingen blekt
massa vilket förenklar produktionsprocessen. Smurfit Kappa däremot har en
betydligt större produktion och har därför lättare att minimera elanvändningen per
ton liner. Det behövs inte dubbelt så mycket kringutrustning för att tillverka
dubbelt så mycket papper.
29
6 Beskrivning av anläggningen, dess energiflöden
och förbättringsmöjligheter
I följande avsnitt behandlas varje avdelning att separat. Efter en
processbeskrivning beskrivs energibalansen i form av Sankey-diagram och
dessutom förbättringsmöjligheter för respektive avdelning. Hur värdena för varje
post i diagrammen har erhållits kan ses i bilaga 3.
6.1 Totala anläggningen
Produktionen av liner sker med returfibermassa och färskfibermassa, vilken
produceras med sulfatprocessen. Det är en kontinuerlig process som pågår dygnet
runt de flesta av årets dagar, undantaget är månatliga rengöringsstopp för delar av
fabriken samt något enstaka årligt underhållsstopp för hela fabriken.
Arbetsstyrkan är ungefär 300 varav hälften är skiftgående i produktionen. Vid
anläggningen arbetar 15 ingenjörer. Hela processen är omfattande och komplex
på detaljnivå och därför är kunskapen fördelad i organisationen.
Pappersproduktion är en mycket energiintensiv verksamhet och därför är
energieffektivisering en naturlig del av utvecklingsarbetet. En översiktsbild i form
av ett blockschema kan ses i figur 6. Denna figur är resultatet av den helhetsbild
jag har fått av fabriken. Observera att det endast är huvudflödena som inkluderas.
I figur 7 kan energiflödena i form av ett Sankey-diagram ses. Notera att i alla
följande Sankey diagram menas med övriga förluster, både verkliga förluster och
okända flöden.
Massaved anländer till renseriet där bark frånskiljs och trä fraktioneras till flis.
Barken används som bränsle i ångcentralen och flisen transporteras till kokeriet. I
kokeriet blandas flisen med vitlut och tunnlut och kokas med hjälp av ånga för att
frigöra fibrerna från ligninet. Den kokade blandningen separeras i tvätten där
pappersmassan pumpas till lagringstorn och tunnluten till indunstningen och
återkopplas till kokeriet. I mälderiet mals fibrerna för att uppnå önskade
egenskaper och fördelas därefter på viran i pappersmaskinen. Två lager av massa
sammanguskas här till ett och efter sammanförningen är resterande
pappersmaskin en avvattningsprocess. I virapartiet avvattnas massan med vakuum
och pressas mellan filtklädda valsar i presspartiet, filten transporterar bort vattnet.
I torkpartiet torkas massan med hjälp av ånguppvärmda cylindrar och efter det har
massan, eller egentligen pappret, 92 % torrhalt. Den färdiga linern rullas upp på
tambourjärn i rullmaskinen och delas upp i kundrullar. Returfiber kommer i balar
av wellpapp till returfiberavdelningen och går genom rening och separationssteg
innan den tillsammans med färskmassan blir till ny liner, det vill säga papper.
Slutligen går allt vatten som varit i kontakt med fibern till bioreningen där både
31
mekaniska och biologiska metoder används för att avlägsna fibrer och
syrenedbrytande material. Efter det går vattnet till recipient.
I indunstningen ökas torrhalten på tunnluten. Vattnet återanvänds och svartluten,
som den nu kallas, används som bränsle i sodapannan. Sodapannan återvinner
kokkemikalierna och tar på samma gång tillvara kemiska energin i veden som
frigjorts i kokeriet genom att producera ånga av matarvatten. Ånga används
främst till torkning av papper, indunsta svartluten och koka flis men också till att
generera el i turbinen.
Fabriken använder sig av sulfatprocessen som bygger på den alkaliska kokvätskan
vitlut, vilken innehåller de aktiva komponenterna natriumhydroxid, NaOH , samt
natriumsulfat, Na2 S . Mixeriet och vitlutsberedningen återvinner kokkemikalier i
grönluten från sodapannan. Grönluten omvandlas till vitlut och användas för att
koka flis. Vid lutförbränningen i sodapannan hamnar de oorganiska
kokkemikalierna i en karbonat-sulfat-smälta på eldstadens botten. Smältan tappas
av och upplöses i svaglut för att bilda den mer lätthanterliga grönluten.
figur 6. blockschema över värmeenergiflöden
32
figur 7. energiflödesdiagram Obbola massa och pappersbruk, kWh/ton-liner
Kommentarer till energibalansen
1. El och oljeförbrukningen mäts och rapporteras i [6] Elrapporten och [10]
energibalans 2008 och i den årliga [9] miljörapporten.
2. Beckolja är externt raffinerad tallolja
3. Råvattnet har en årsmedeltemperatur på 8,5 °C då det går in i fabriken
4. I returfiberbalarna är det endast det brännbara rejektet som räknas
5. I flisen är det endast den del som kommer att förbrännas i sodapannan som
räknas
6. Energivärdet i liner anges i [11] sidan 35
33
7. Värme till Umeå energi är enbart ett energiflöde eftersom energin leds bort
i värmeväxlare
8. Våtluft över tak är skillnaden i torrhalt före och efter torkpartiet
multiplicerat med ångbildningskoefficienten.
9. Största delen av flisens utlösta vedsubstans hamnar i tjockluten och
förbränns i sodapannan
6.1.1 Utökad mätning och tolkning av energiflöden
För att underlätta tolkningen av fabrikens energiflöden och snabbt utvärdera när
något är fel kan det vara hjälpsamt med en förbättrad visualisering av
energiflödena. Själva gränssnittet skulle kunna se ut på många olika sätt men en
idé är att utforma översikten till att likna operatörernas styrsystem (DCS) där hela
flödesschemat är synligt. Med bättre överblick är det också lättare att avgöra hur
nya givare ska placeras för maximal effekt. Felaktiga givare skulle också kunna
identifieras lättare.
6.1.2 Virtualiserade serversystem
Ett sätt att hantera stora datornätverk och system av servrar är att skapa virtuella
serversystem. Detta innebär att reella servrar och processorer ersätts med ett fåtal
större processorer och hårddiskar som sätter upp virtuella datormiljöer. Detta ger
administratören en bättre överblick och möjlighet att ingripa när så behövs.
Dessutom blir det lättare att spegla serversystem och på så sätt säkerställa att inget
innehåll går förlorat vid ett eventuellt serverhaveri. Den fördel som däremot berör
den här rapporten är att en sådan här lösning är mer energieffektiv. Färre stora
diskar och centraliserade datorlösningar har totalt mindre elförbrukning än många
små. Dessutom måste varje grad värme kylas bort från ett serverrum och därmed
fås positiva följdeffekter i och med att elförbrukningen minskar även för
kylsystemen.
Konverteringen mot färre större serversystem påbörjades sent 2008 och kommer
att fortsätta in på 2010. Under 2009 virtualiserades 42 av 59 servrar och 2010 kan
ytterligare 5 uppgraderas. Eftersom det här är ett teknikområde i snabb förändring
kommer enbart de förändringar som medför elenergibesparingar att betraktas.
Själva elbesparingen ligger i att man i nuläget har ersatt 42 mindre servrar med 6
större. Det betyder att för de nya servrarna är teoretiska elbesparingen 115 MWh
per år och med kylningen inräknad 271,4 MWh. Denna åtgärd är vid slutet av
2009 till 71 % genomförd. Om det går att genomföra åtgärden fullt ut så skulle
totala elbesparingen vara 381,2 MWh oberoende av produktionen.
Strömförbrukningen har även uppmätts där detta har varit möjligt med resultatet
att en elbesparing på 307 MWh per år kunde ses inklusive kylbehov. Det
34
teoretiska värdet ovan tillsammans med stickprovsmätningen ger en uppskattning
av rimligheten i beräkningarna.
Totala kostnaden för att virtualisera serversystemen är oklar eftersom det finns
många okända parametrar både för de gamla och nya serversystemen. Exempel på
osäkra poster: underhåll, konsultarvoden, serverutbyteskostnad, licenser,
uppgraderingar och en del infrastruktur. Beräkningar återfinns i bilaga 2.
Kylningens påslag som inte är en säker faktor kommer från Sören Marklund [34]
och Techworld nr 14 [49].
En ytterligare notering är att det som kan komma att kosta mycket pengar är om
installerade effekten ökar så mycket att nuvarande kylsystem och serverutrymmen
måste byggas ut. Därmed ökar värdet av investeringar som minskar den använda
effekten. Information om virtualiserade serversystem bygger på uppgifter
lämnade av [34] Sören Marklund.
6.1.3 Timerstyrda motorvärmarstolpar
Då motorvärmare är anslutna går dessa kontinuerligt tills de kopplas ur. En
energieffektivare lösning är att installera tidsinställda relän. Det har tidigare
testats att styra detta centralt med dåliga resultat då detta störde elnätet. Därför
skulle det istället gå bättre med motorvärmaruttag med individuell tidsinställning.
Elavgiften är högre än för processrelaterad el, vilket verkar gynnsamt för
investeringen.
Användning i nuläget: åtta timmar om per dygn under vinterhalvåret för varje
anställd: motsvarar 15 % nyttjande
Användning med timer: två timmar per dygn under vinterhalvåret för varje
anställd: motsvarar 4 % nyttjande
Besparing: 495 MWh per år om alla uttag byts, eller 316 000 kr per år
Kostnad ca 1,31 Mkr
Återbetalningstid: 4,13 år
Denna investering kan dock ses som en försämring av arbetsmiljön.
6.1.4 Ny inköpsrutin baserad på högre klassning av motorer
Fokus inom detta område riktas mot att visa vinsterna med att ändra inköpsrutinen
och välja motorer av den högre klassningen, IE3, istället för dagens standard, IE2.
Det som skiljer klassningarna åt är högre verkningsgrad för IE3. Enligt
energimyndighetens krav på PFE så måste en ny standard genomföras i de fall då
dessa är lönsamt på tre år. Återbetalningstiden är därför vad som har undersökts
samt hur stora elbesparingar som kan göras. Först undersöktes motorer från fyra
olika effekter. Beräkningsunderlag beställdes av ABB vilket bestod i detaljerad
information om motorer från vitt skiljda effekter, en IE2 och en IE3 variant
jämfördes med avseende på återbetalningstiden med ABB:s kalkyleringsblad. I
figur 8 kan resultatet ses. Med återbetalningstid menas hur många år det skulle
35
krävas för att få igen den högre inköpskostnaden för en IE3 motor istället för en
IE2 vid köp av motor. Det är alltså inte fråga om att byta ut motorer rakt av. De
blå punkterna visar 66 % nyttjande, vilket är rimligt, och de rosa visar 100 %,
vilket är kortast möjliga återbetalningstid.
Notera att för högre effekter så kommer inte investeringen betalas tillbaka på
mycket lång tid. Detta eftersom verkningsgradsökningen från IE2 till IE3 är liten
för större effekter, som kan ses i bilaga 2. För de lägsta effekterna är det heller
inte lönsamt att välja den högre klassningen eftersom inköpskostnaden för motorn
är en stor del av totala kostnaden. För 66 % nyttjande så kommer inga effekter
under 3 års återbetalningstid. Det intressanta spannet ligger dock mellan 22 och
55 kW.
återbetalningstid,
månader
återbetalningstid för att välja motor med IE3 istället för IE2
420
400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
200
250
installerad effekt, kW
figur 8. återbetalningstid vid val av högre klassning
Slutsatsen blir alltså att ingen motor måste bytas ut enligt kraven från PFE. Dock
är det sällan som en motor bara går tre år. Det är vanligare med 20 till 25 års
drifttid. Därför kan det ändå vara en bra investering att välja den högre
klassningen, speciellt för motorer mellan 22 och 55 kW som ligger mellan 3 och 4
år i återbetalningstid. Andra skäl till att välja IE3 istället för IE2 är att dessa enligt
leverantör har lägre drifttemperatur och därför kräver mindre smörjning, underhåll
och dessutom har längre livslängd. Ytterligare information av intresse enligt [46]
ekodesignförodningen artikel 2, så ska motorer mellan 7,5 och 375 kW uppfylla
kraven för IE3 från och med 1 januari 2015, förutom undantag. Mer information
om den nya klassningen återfinns i bilaga 5.
36
6.1.5 Belysning
Nya energisnålare lösningar på belysning skulle kunna vara ett sätt att både spara
pengar och energi. Företaget Prismalence har patenterat linsen för en CDM
(ceramic discharge metal-halide) lampa för inom- och utomhus bruk. Av [30]
produktinformationen framgår följande information:
Keramisk metall-halogen teknik
Samma pris för samma klassning
150 W av denna typ motsvarar 400 W av klassisk typ
En 4 kg lampa av denna typ motsvarar 10 kg av klassisk typ
Rektangulär ljusbild
En typisk prisma delar upp ljuset i 800 mindreljuskällor, vilket ger
mjukare skuggor
Rekommenderat är att ha 50 % överlappning av ljusbilderna
Prismalence har lampor upp till 315 W, vilket motsvarar 600 W högtrycksnatruim eller 1000 W metall halogen
Störst energivinst kan ses över 6 m höjd och utomhus. Detta på grund av
minskat spill av ljus
Vibrationståliga varianter
Ger ett vitt ljus som påminner om solljus mitt på dagen
Avskärmning som ger mindre ljus
Färgen på ljuset
Elavdelningens [49] Per Näslund har kontaktats angående en lämplig testpunkt.
Ett särskilt lämpligt ställe har hittats som är lätt att komma åt och har stor åtgång
på lampor på grund av vibrationsproblem. Den gamla lampan var en 125 W och
den nya är en 70 W. Lampan installeras och testkör från och med vecka 50. Det
kan konstateras att den nya lampan lyser upp bra men att ljusbilden är begränsad
till 30ºx60º enligt förteckningen. En testpunkt på hög höjd skulle behövas för att
avgöra hur den här lamptypen klarar en sådan miljö. För mer information se
dokumentation för [30] Prismalence.
Priset för den nya lampan ska enligt leverantören vara detsamma som för
motsvarande lampa med nuvarande teknik men i och med att avtal finns för de
gamla lamporna så är de betydligt billigare.
37
6.2 Renseri
Renseriet i Obbola omfattar utrustning för att kunna ta hand om rundved, helträd,
köpflis och biobränsle. Buntar av ved läggs antingen på hög eller direkt i intaget
till transportören. Transportören har en kammare för upptining av ved som drivs
med ånga och endast används vintertid. Barktrumman, som är en kombinerad
barknings och kvistningstrumma, är 35 meter lång och har en diameter på 5,5
meter. Inget vatten tillsätts trumman vilket minimerar vattenflödet från
avdelningen samt höjer energivärdet på barken som används som biobränsle. För
optimal barkning kan uppehållstiden regleras med hjälp av varvtalet på trumman
och dessutom kan höjden på porten i slutet av trumman varieras. Efter trumman
sorteras sten och bräckage bort och veden går till en horisontellmatad huggmaskin.
Bräckaget huggs i en separat stuphugg och sållas. Utsorteringen går till en separat
stickhugg.
Den färdiga flisen går på transportör till utomhuslager. Inköpt flis transporteras
med lastbil och lastas av i en separat linje. Den linjen går efter sållning till
utomhuslagret, men till en annan del av det för att inte blanda köpt och
egenproducerad flis. Från kokeriet finns därför möjlighet att bestämma
blandningen av egenproducerad flis och köpt flis till varje kok. Bark och kvistar
samlas ihop under trumman och går på transportör till skivsåll och barkriv. I sållet
tas de grövre delarna till en kvarn för sönderdelning och finfraktionerna till
barkpressar. Energiinnehållet på veden beräknas som ligninets värmevärde i form
av tunnlut, tallolja samt vattnet i flisens energiinnehåll. I figur 9 kan energiflödena
in till och ut ur avdelningen ses. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.
38
figur 9. energiflödesdiagram över renseriet, kWh/ton-sulfatmassa
1. Volymer och energimängder biobränsle återfinns i [9] miljörapport 2009
2. Ånga används till att förvärma veden under vinterhalvåret
3. Fiberdelen i ved och flis anges utan energiinnehåll
4. Köpt biobränsle och flis kommer från sågverk och är i allmänhet av något
lägre kvalitet
39
6.2.1 Vedförvärmning
I nuläget förvärms veden under vinterhalvåret med hjälp av ånga för att ta bort is
och snö och förbereda flisen för flisfickan. Problemet är att högvärdig energi,
ånga, används där det hade varit lika bra eller bättre att använda spillvatten.
Fördelen med vatten är att en hel del smuts och sand sköljs bort och därmed
skonar ångcentralen. Nackdelen är att det krävs en stor investering. Det finns två
förslag på hur det här skulle kunna lösas. Antingen tar man in råvatten som värms
med det befintliga ångsystemet eller så tar man 50 °C klarfiltrat från
pappersbruket som annars skulle kylas och gå till bioreningen. Den första
lösningen är billigare att genomföra men ger också mindre årlig besparing. Tabell
3 bygger på information lämnad av [17] Martin Wahlberg.
klarfiltrat
Investeringskostnad
Elenergibesparing
Ångenergibesparing upptining:
Återbetalningstid:
24,5 miljoner kr
0,343 GWh
7,79 GWh
4,3 år
råvatten
Investeringskostnad
Elenergibesparing
Återbetalningstid
19,73 miljoner kr
343 MWh
5,0 år
tabell 3. vedförvärmning
Förutom själva besparingarna kommer tillgängligheten på ångcentralen att öka då
mindre sand och sten kommer in i pannan. Detta kommer förmodligen också att
öka livslängden på pannan.
40
6.3 Kokeri och Tvätt
Flis levereras till kokeriet via bandtransportör från renseriet. Flisen består av 75 %
egenproducerad barrvedsflis och 25 % sågverksflis. Flisen förvärms i flisfickan
till ca 90 °C med blåsånga och starkgaser. För att undvika explosiv blandning
ventileras flisfickan till en svaggasskrubber. Därefter går flisen in i en av de åtta
kokarna, där den kokas under högt tryck tillsammans med vitlut. Värmningen av
kokarna sker med hjälp av 10 bar ånga. Under koket frigörs terpentinångor som
leds ut via avgasningssil placerad i kokarens topp. Den färdigkokta
massan ”blåses” till blåstankarna, som har atmosfärstryck. Blåsångan frigörs
därmed och leds till flisförvärmningen och överskottet leds till kokeriets
sekundärvärmesystem. Från botten av hetvattentanken pumpas 45 °C vatten till
huvudkondensorn där det vattnet värms till ca 90 °C. Det uppvärmda hetvattnet
från huvudkondensorn återförs därefter till hetvattentankens övre del där det
fördelas vid ytan. Detta medför att temperaturen är högre i tankens övre del
jämfört med dess nedre del. Från hetvattentanken bräddar överskottet av hetvatten
till 75 °C cisternen. Ej kondenserbara gaser från kokeriets sekundärvärmesystem
leds till en starkgasskrubber där den renas med hjälp av vitlut som är speciellt
effektivt för att absorbera svavelväten. Gasen leds sedan till starkgasbrännaren
eller starkgasfacklan på sodapannan.
I tvätten renas fibrerna från utlösta organiska substanser och tillförda
kokkemikalier. Massan körs först genom defibrörerna, två skivkvarnar, med
uppgift att dela upp fiberknippen och frilägga fibrerna ifrån varandra. Massan
silas ren från återstående fiberknippen som återförs som rejekt. Föroreningar som
sand och andra partiklar leds till sandavskiljning och vidare till kompostering.
Därefter går massan till fyra tvättfilter av motströmsprincip. I respektive filter
tvättas massan med hjälp av tillförd tvättvätska och sugs ut genom massabanan
med hjälp av undertryck. Den genom tvätten avskilda luten går härifrån till
indunstningen och pappersmassan går till lagringstornen. I figur 10 kan
energibalansen för kokeriet och tvätten ses. Hur värdena framtagits kan ses i
bilaga 3. Information om kokeriet och tvätten bygger på uppgifter lämnade av [17]
Martin Wahlberg och [8].
Ett viktigt mått i det här sammanhanget är kappatalet, som är ett mått på den
kvarvarande ligninhalten efter kokningen. Det testas med standardiserade
testmetoder och kan ses i 3 Nyckeltal. Kappatalet är också ett mått på vedutbytet
som i Obbolas fall med ett kappatal på 83 ger ett utbyte på 53 % torrved.
Analysmetoden som anges i ISO 302:2004 ger ett värde som normalt ligger
mellan 1 och 100. En approximativ formel är
(3)
kappatal k (ligninhalt i procent)
där k är ca 6,57 men varierar med processförhållanden och vedslag.
41
figur 10. energiflödesdiagram för kokeri och tvätt, kWh/ton-sulfatmassa
Kommentarer till energibalansen:
1. Vattentillflödet visar endast huvudflöden som är det uppvärmda kylvattnet
från indunstningen, lutkylningen och dumpkondensor. Mindre tillflöden
av både varmvatten och råvatten finns också men dessa saknar givare.
Dessutom sker en viss breddning till avlopp då cisternerna är fulla.
Sammantaget så är vattenflödena till och från kokeriet och dess cisterner
ganska osäkra.
42
2. Lutångkondensat är ett förorenat kondensat från indunstningen som måste
renas i stripperkolonnen för att sedan användas som tvättvätska.
3. I sulfatmassan står vatteninnehållet för den största kapaciteten att
transportera energi
4. Flisens energivärde inkluderar den kemiska energimängd som senare
frigörs vid förbränning i sodapannan, samt den hartsoljans kemiska
energimängd. Utbytet är 59,9, ton torr sulfatmassa/ton torr flis
6.3.1 Flisficka/ förbasningskärl
Syftet med flisfickan är att värma upp flisen till 100 °C med hjälp av blåsånga så
att energi inte behöver åtgå till det när flisen kommer in i kokaren. Den nuvarande
flisfickan är dock gammal och har låg tillförlitlighet och måste stannas oplanerat
för reparation ca 2 gånger per år. Enligt [16] Kristina Jonsson ska signaler från
fabriksinfosystemet visa att det krävs 185 ton mer ånga per dygn då flisfickan är
ur funktion eftersom varje kok först måste värma flisen med färskånga istället för
med blåsånga. Detta motsvarar 0,234 GWh ångenergi per år. Detta beräknas kosta
ca 32 kkr per dygn i extra oljeförbrukning enligt [12] investeringsunderlaget och
[20] Erik Sandbergs omvandlingstabeller.
En ny flisficka utreds i [14] Markus Wikmans examensarbete. Där framkommer
att kostnaden är 50 kkr varje dygn flisfickan är ur funktion, baserat på
energisambanden för hur mycket energi det tar att värma upp all flis och vatten till
100 °C. [14] Wikmans arbete påvisar också att årliga reparationskostnader uppgår
till 1,3 miljoner kr.
Investeringskostnad 30 miljoner
Återbetalningstid 22,0 år
Uppenbarligen är det inte rimligt att investera i en ny flisficka så länge den
nuvarande fungerar så bra som den gör. Vidare undersökningar om pris för ny
flisficka bör göras och dessutom vid vilken punkt det lönar sig att genomföra
denna investering.
6.3.2 Tvättpress
En tvättpress är en valspress efter sista tvättsteget som pressar ut en stor del av
den resterande tunnluten ur massan. Information finns i [41] kapacitetsökning
massabruket. En tvättpress höjer torrhalten på pappersmassan från 12 till 40 %.
Detta får till effekt att torrhalten på tunnluten höjs, tvättförlusten minskar och
massan blir extra ren innan den går till pappersbruket. Därmed fås fyra viktiga
effekter:
mindre ånga krävs i indunstningen för att höja torrhalten
något mer lut tas tillvara medför mer ånga och el från sodapannan och
mindre oljeanvändning
andelen kokkemikalier som kan återanvändas ökar något
43
mindre avfallsämnen går till pappersbruket och därmed även till
bioreningen och recipienten
Ångenergibesparing enligt [17] Martin Wahlberg: 5 ton/h 3 bar ånga, vilket
motsvarar 33,12 GWh per år i ångenergi.
Kostnad: 31 miljoner
Beräkningar återfinns i bilaga 2.
6.3.3 Ny malstrategi utan raffinörer
Under våren 2008 stängdes massaraffinörerna i massabruket. Det visade sig ge
mindre påverkan på massans egenskaper men stor elbesparing. Förändringen
medförde att den tillförda malenergin i massabruket minskade med 54 kWh ptm.
Samtidigt ökade malenergin i pappersbruket med 20 kWh ptm.
Elenergibesparing: 34 kWh ptm eller 7,95 GWh per år enligt [4] analys av utförda
och planerade större energiprojekt.
6.3.4 Förbättrad reglering av defibrörerna
En defibrör, även kallad knutuppslagare, är en skivkvarn med uppgift att skjuva
massan kraftigt så att fiberknippen bryts upp utan att skada fibern [38]. Obbola
har tre defibrörer som bearbetar sulfatmassan innan den går till tvätten.
Användningen av dessa skulle kunna minimeras och ibland undvikas enligt [28]
Olof Ögren. Defibrörerna använder 14,125 GWh el per år. Två av tre kvarnar går
kontinuerligt och den tredje finns alltid tillgänglig i reserv. Det tar lång tid att
starta kvarnarna så det finns inte möjlighet att ha dem avstängda tills de behövs.
En möjlighet vore att bygga en by-passledning med en ventil som skulle skicka
massan förbi defibrörerna då de inte behövs. En sådan skulle dock kosta en del
och andra möjligheter bör därför undersökas i första hand.
En möjlighet vore att köra alla tre kvarnar och på så sätt minska flödet och
motståndet. Detta blir bara en elbesparing om effekterna på de tre sjunker så
kraftigt att tomgångseffekterna inte äter upp hela vinsten. Ett annat sätt vore om
malskivorna kunde ställas isär då det är uppenbart att de går på minimum effekt. I
ett eget test ökades avståndet mellan kvarnskivorna genom att påverka det
manuella vredet och effekten presenterades i fabriksinformationssystemet.
Resultatet, som kan ses i figur 11, visade en 5 kWh/ton-sulfatmassa minskning av
defibrörernas elförbrukning samtidigt som rejektkvarnens elförbrukning ökade i
samma storleksordning. Det var alltså en mindre verksam förändring.
44
figur 11. Översikt på försök att dra isär kvarnskivorna maximalt med manuellt reglage
En annan möjlighet vore om man kunde ställa isär kvarnskivorna med hjälp av
serviceläget på en eller båda defibrörerna. För detta krävs dock att man kontaktar
tillverkaren. Ett tredje alternativ vore om tredje defibrören kunde användas som
by-passledning. Vidare undersökningar bör göras då produktionsförhållanden
tillåter.
45
6.4 Indunstning 2, 3 och 4
Den nya indunstningen, IND 4, tas i drift oktober 2009. Den kommer att ersätta
befintliga indunstningsanläggningar IND 2 och IND 3. Hela rapporten är baserad
på 2008 års värden och därför kommer energianalysen också att vara baserad på
de äldre indunstningsanläggningarna.
6.4.1 IND 2 och IND 3
Indunstningens primära syfte är att öka tunnlutens torrhalt från 10 % till 70 %.
Efter det här steget kallas luten för tjocklut och är redo att brännas i sodapannan.
Ånga används till att förånga vattnet i luten.
Indunstningen består av två parallella indunstningslinjer med sex effekter var.
Den första anläggningen, indunstning 2, är från 1961 och används som
förindunstning. Den andra, indunstning 3, från 1978 är huvudindunstare.
Förindunstningen består av en fallfilmsapparat och fem effekter av typen
kestnerindunstare. Huvudindunstningen är en sexstegsindunstning bestående av
en koncentrator och fem effekter av typen stigfilmsapparater.
Färskånga tillsätts i första effekten, för resterande effekter används lutångan från
föregående steg som utdrivande ånga. I varje steg sänks trycket och i sista
effekterna i varje linje är det undertryck. I sista effekten är det ca 0,2 bar(a).
Undertrycket skapas genom att efter sista steget kondensera lutångan med hjälp
av råvatten. Kondensatet från lutångan pumpas sedan för att uppehålla
undertrycket. Varmvattnet från indunstningens kondensorer leds till kokeriets
cistern för 45° C vatten. Starkt förorenade kondensat från indunstningens
kondensorer leds till en stripperkolonn. I stripperkolonnen separeras flyktiga
ämnen från vatten med destillationsprincipen. Det renade lutångkondensatet från
indunstningsanläggningen samt stripperanläggningen går till tvätten för att
användas som tvättvätska samt till vitlutsberedningen. Ej kondenserbara gaser
från indunstningen inklusive stripp så kallade starkgaser förs till
metanolanläggningen för vidare förbränning i sodapannan. I figur 12 kan
energibalansen för indunstningen ses. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.
6.4.2 IND 4
Hösten 2009 togs fabrikens nya indunstning i drift. Detta innebar nedanstående
förändringar för fabrikens energibalans enligt förutsägelser från [4] Analys av
utförda och planerade större energiprojekt:
Ökad torrhalt på tjocklut från 70 till 74 %. Detta ökar det effektiva
värmevärdet med 2 %, från 13,05 MJ/kg ts till 13,30 MJ/kg ts vilket ökar
ångproduktionen i sodapannan med 56 kWh ptm.
Minskad ångförbrukning med ca 19 % från 0,217 ton ånga/ton avdunstat
vatten till 0,176 i indunstningen på grund av ökat antal effekter, 6 i de
gamla och 7 i den nya. Den minskade ångförbrukningen innebär att mer
46
ånga kommer reduceras till 10 bar ånga istället för 3 bar ånga i turbinen
vilket minskar elproduktionen.
Minskad ångproduktion i IND4 minskar produktionen av varmvatten med
i storleksordningen samma andel som den minskade ångproduktionen.
Den
minskade
mängden
varmvatten
kompenseras
av
värmeåtervinningsprojektet 6.10.1
IND4 kommer ha en bättre hantering av lutångkondensat än befintlig
indunstning vilket leder till att utbytet av metanol via stripper- och
metanolanläggning kommer att öka. Således kommer en större mängd
metanol tillföras starkgasbrännaren i sodapannan, vilket innebär att
användningen av eldningsolja som stödbränsle kan komma att upphöra.
Detta motsvarar ca 1700 m3 Eo6 per år.
I de befintliga indunstningarna cirkulerar luten med hjälp av
självcirkulation medan den nya tekniken bygger på att luten pumpas runt.
Lutcirkulationen kommer alltså att kräva mer el i den nya indunstningen.
Den nya indunstningen kommer att ha frekvensstyrda pumpar vilket är en
mer energieffektivt metod än fast varvtal. Det totala antalet pumpar
kommer att minska eftersom vi går från två indunstningar till en. Total
installerad effekt är 1,5 MW och utifrån detta antages att elförbrukningen
kommer att bli omkring 25 kWh ptm utöver detta tillkommer lutpumpning
till och från cisterngård inklusive biobränslelager 14 kWh ptm, alltså totalt
39 kWh ptm, vilket är 2 kWh ptm mindre än med gamla indunstningarna.
Lägre ångförbrukning kommer att sänka behovet av beckolja med 214
kWh ptm.
Oljeförbrukningen i sodapannan kommer att minska med 76 kWh ptm
genom ökat metanolutbyte vilket tar bort behovet av eldningsolja till
starkgasbrännare.
Turbin kommer att minska sin elproduktion med 48 kWh ptm eftersom 3
bar ångunderlaget minskar.
47
figur 12. energiflödesdiagram över indunstningen, kWh/ton-sulfatmassa
1. Ångan används i sju steg i den nya, och sex steg i den gamla
indunstningen till att höja torrhalten på svartluten inför bränningen i
sodapannan
2. Anledningen till att tunnluten har högre energivärde än tjockluten är att
tunnluten innehåller mer vätska. De båda har samma kemiska
energiinnehåll
3. Kylvattnet hjälper till att skapa ett undertryck som driver processen
4. Tallolja säljs till externa företag och beckolja återfås
48
6.5 Vitlutsberedning, mesaombränning och
kemikalieåtervinning
Vitlut används som kokvätska i kokeriet för att separera ligninet från cellulosan.
De aktiva kokkemikalierna i vitlut är natriumhydroxid och natriumsulfid
( NaOH och Na2 S ). Under koket omvandlas kokkemikalierna i vitluten och
tillsammans med det utlösta ligninet kallas detta nu tunnlut. Efter kokningen
skickas pappersmassan till tvätten där massa och tunnlut separeras. Massan
skickas till massatornen och tunnluten skickas till indunstningen, förutom en
mindre del som återkopplas till kokeriet. Indunstningen ökar torrhalten i tunnluten
till närmare 70 %. Nu kallas luten tjocklut och skickas vidare till sodapannan. Det
organiska materialet förbränns och bildar ånga. I sodapannan återskapas även en
av de aktiva kokkomponenterna i vitlut, Na2 S . För att få den andra kemikalien,
NaOH , måste ytterligare en kemisk process äga rum,
(4)
Na2 CO3 Ca(OH ) 2
2 NaOH CaCO3 .
Från sodapannan rinner en smälta ut från botten och blandas med svaglut och
bildar grönlut. Grönluten renas först i två grönlutsklarnare där aska och slam får
sjunka ned till botten. Bränd kalk, CaO tillsätts sedan till den renade grönluten i
två kalksläckare och reaktionerna (4), och (3) sker.
(5)
CaO H 2 O
Ca(OH ) 2
När grönluten reagerar med den nu släckta kalken Ca(OH ) 2 bildas vitlut och
mesa ( CaCO3 ). Innan vitluten kan skickas till kokeriet måste den separeras från
mesan. Detta sker genom filtrering i två clarifiler. Clarifil 1 separerar vitlut och en
vitlut-mesablandning och clarifil 2 ger svaglut och mesa. Mesan torkas med hjälp
av filtrering och centrifugering och bränns om till bränd kalk i två mesaugnar
enligt
(6)
CaCO3 värme CaO CO .
Mesaugnen är en avlång liggande ugn med lite lutning. Ugnen roterar konstant
och värms upp med hjälp av en oljeeldad brännare i den lägre änden. Mesa tillförs
till den högre av sidorna och när mesan passerat till andra sidan har den reagerat
till bränd kalk. Genomströmningshastigheten kan varieras för att optimera
reaktionen. Den brända kalken värmeväxlas mot inkommande luft. Rökgaserna
värmeväxlas mot inkommande luft och går igenom ett elfilter innan de går ut.
Ungen är 150- 200 ºC på utsidan, 250 i torkzonen och upp till 1100 ºC i
brännzonen. Figur 14 visar hela kretsloppet indunstning, mesabränning och
mixeri och figur 13 visar energiflödesdiagrammet. Hur värdena framtagits kan ses
i bilaga 3. Uppgifter om vitlutsberedningen och mesaombränningen bygger på
uppgifter från Maria Lindgren [3].
49
figur 13. energiflödesdiagram vitlutsberedning, kWh/ton-sulfatmassa
1. Eldningsoljan används i mesaugnen för att bränna mesa till kalk
2. Grönlut bedöms ha noll kemiskt energivärde men liknande egenskaper för
att transportera fysisk värmeenergi som tjocklut
3. Svagluten kommer från andra clarifilen och är av mesa förorenad vitlut
4. Varmvatten från kokeri används till kalksläckarna
50
figur 14. kretsloppet: Indunstning, Mesabränning och Mixeri
6.5.1 Filter mesaugn
Innan mesan går in i mesaugnarna måste torrhalten ökas för att möjliggöra
omvandlingen till kalk samt minska oljeförbrukningen och höja kapaciteten. Detta
sker med två olika metoder för de två ugnarna. Ena ugnen har ett filter och den
andra har två centrifuger. Centrifugerna, kräver en del reparationer och skulle
behöva ersättas. När detta ändå sker så vore det en bra idé att samtidigt välja en
nyare metod och alltså använda ett filter även före denna ugn. Produktionen för
mesaugn 2 var 132,04 kg/h under 2008. Torrhalten skulle då kunna höjas från 75
till 80-85 %, vilket skulle innebära en oljebesparing på högst
85 75
(7)
2655 132,04 60 24 365 2,78 10 7 234 5,12 GWh .
100
Detta motsvarar ungefär 477,9 m3 eldningsolja per år.
Detta är alltså enbart hur mycket mindre energi det går åt för att förånga vattnet i
mesan. Energibesparingen kan omsättas till en produktionsökning istället och då
uteblir den totala energivinsten men den specifika energivinsten bibehålls
Kostnad: 22 Mkr, enligt [33] Fredrik Mellesmo
51
Återbetalningstid (10 % ökad torrhalt på mesa): 18 år, men då är inte
underhållskostnaderna medräknade eftersom de är interna. Detta skulle förkorta
återbetalningstiden betydligt. Notera dock att detta blir en bra investering om
centrifugerna går sönder eller om reparationskostnaderna, som inte är medräknade,
blir för stora.
6.5.2 Cyklontorkning av mesa
Ytterligare ett steg av torkning innan mesaugnarna skulle vara att cyklontorka
mesan. Detta skulle innebära en oljebesparing, alternativt en kapacitetshöjning.
En cyklon skulle nyttja de uppvärmda rökgaserna från mesaugnen och på så sätt
återanvända dessa. En cyklon höjer torrhalten på båda mesaugnarna från 80 till
90 %, förutsatt att 6.5.1 filter till mesaugn redan har införskaffats. Produktionen
mesa från de två ugnarna är 147,8 ton/år och 132,04 ton/år enligt [32]
fabriksinfosystemet. Detta innebär en oljebesparing på
90 80
2655 (147,78 132,04) 60 24 365 2,78 10
100
7
10,86 GWh
(8)
eller ungefär 1 012,8 m3 minskad eldningsoljeförbrukning per år. Ovanstående
resonemang gäller enbart hur mycket olja som sparas genom att förtorka mesan.
Eventuell elförbrukning eller värmeåtervinning är inte medräknade. Vid ett senare
skede kan det visa sig mer lönsamt att ersätta energibesparingen med en
produktionsökning och då uteblir den totala energivinsten men den specifika
energivinsten bibehålls ändå.
En uppskattning av [33] Fredrik Mellesmo är att en sådan cyklon skulle kosta 7-8
miljoner vilket ger projektet en återbetalningstid på 3,15 år. En detaljerad studie
skulle behöva göras för att ta reda på mer exakt vad en sådan här cyklontork
skulle kosta.
52
6.6 Sodapanna, SP2
Sodapannans uppgift är i första hand att fungera som kemikalieåtervinning och i
andra hand som ångproducent. Tjockluten från indunstningen har 2008 en torrhalt
på ca 70 % då den kommer till sodapannan. Luten går till ett lagringskärl och
blandas där med stoft från elfiltren. Luten sprutas in i pannan med fyra fasta
lutsprutor. I ugnen förångas vattnet, de organiska ämnena förbränns och
kemikalierna återvinns.
Rökgaserna värmer panntuber, överhettare,
konvektionsdel samt två ekonomiserar som sänker temperaturen till ungefär
180°C och sedan elfilter och rökgaskylare som sänker temperaturen till 130 °C.
Ugnen kan uppdelas i tre zoner; reduktionszon, torkzon samt oxidationszon.
Dessa sammanfaller med de tre luftstegen primär, sekundär samt tertiärluft som
används i sodapannan. Vid primärluften är omgivningen reducerande, det är med
andra ord syreunderskott. I torkzonen finns mer syre, men inte så mycket att alla
ämnen oxideras helt utan detta sker i den översta oxidationszonen. Där frigörs den
mesta av värmen i pannan. De oorganiska resterna av den brända luten kallas
smälta och rinner ur pannan ned i lösaren där smältan blandas med svaglut och
dispergeringsånga som tillsammans bildar grönlut. Grönluten pumpas till mixeriet
för framställning av vitlut. Sodapannans ångproduktion täcker två tredjedelar av
fabrikens ångbehov. Vid hög produktion av sulfatmassa behövs mycket ånga men
det är inget problem eftersom man då också får ut mer tjocklut som används som
bränsle i sodapannan. Beckolja används för att stötta produktionen av ånga och
bidrar med ungefär 10 % av sodapannans totalproduktion av ånga. Rent
reglermässigt styrs annars sodapannans ångproduktion av tillgången på tjocklut.
Ångan från sodapannan har ett tryck på 110 bar och en temperatur på 505 °C.
Ångan reduceras över en mottrycksturbin innan den går ut på ångnätet till 10 och
3 bar. Turbinanläggningen är egentligen inte en separat avdelning men den
behandlas under en separat rubrik för att tydligare åskådligöra ångfördelningen.
Följande bygger på uppgifter från [4] Analys av utförda och planerade större
energiprojekt.
Det som skiljer SP2 från andra sodapannor är dess dimensioneringsdata och
systemlösning för att optimera elproduktionen utifrån fabrikens storlek,
marginalbränsle och kommande projekt. Utifrån denna optimering gjordes
följande val:
Ingående matarvattentemperatur har valts till 140 ºC utifrån lämplig
dimensionering av elfilter samt användandet av 3 till 3,5 bar ånga vid
förvärmning av matarvattentank. Utgående ångtemperatur är 505 ºC efter
optimering av investeringskostnader för överhettare för att uppnå olika
temperaturer ställt mot ökad elgenerering i turbin. Utgående ångtryck är
valt till 110 bar efter optimering av elgenereringen med turbinleverantörer.
53
Förbränningsluften värms i tre steg. Första steget utgörs av återvunnen
energi från rökgaserna genom två parallella lågtrycksvärmeväxlare
placerade efter respektive elfilter samt energi återvunnen från pannans
smältalösare. Andra steget består av förvärmningen med 10 till 11 bar
ånga och sista steget utgörs av 30 bar ånga från ångcentralen. Valet att
använda denna ånga istället för att ha en avtappning från turbinen beror på
att barkpannan inte är ansluten till någon turbin. Det lönar sig därmed att
låta all ånga från sodapannan reduceras till 10 bar nätet.
Sotånga tas ifrån 30 bar nätet från barkpannan för att öka utgående
ångmängd och därmed elgenereringen. Denna ånga är mättad och
överhettas något med ånga från sodapannas överhettare.
Sodapannan är utrustad med en starkgasbrännare som förbränner fabrikens
starka gaser med olja och/eller metanol som stödbränsle. Starka gaser i sig
innehåller lågt värmevärde men metanolförbränningen ökar mängden
tillförd energi till pannan. Notera att detta har medfört att oljeförbrukning i
mesaugnar har ökat då denna energi tillfördes i mesaugnarna genom
förbränning av strippergaser.
I eldstadens övre del sitter två stycken lastoljebrännare placerade vilka kan
förbränna eldningsolja (Eo6) eller beckolja.
Vidare ställdes krav på låga emissioner, lågt syreöverskott, hög
reduktionsgrad samt liten mängd oförbränt lignin i smälta och rökgas.
Den nya sodapannan har en elförbrukning av ca 102 kWh ptm jämfört
med den gamla sodapannan som förbrukade 63 kWh ptm. Ökningen kan
stor del förklaras av att det ökade ångtrycket ökar elbehovet för
matarvattenpumpar.
Genom att starta upp SP2 har elproduktionen ökat till det dubbla från ca
300 till 600 kWh ptm. Detta beror till största delen av eloptimeringen.
Elförbrukningen efter drifttagningen av SP2 har ökat med ca 39 kWh ptm
jämfört med gamla sodapannan på grund av större matarvattenpumpar, en
luftkompressor och ett större antal drifter.
54
figur 15. data sodapannan SP2
Genom de val som är beskrivna ovan har fabriken ökat sin elproduktion från 0,30
till 0,49 MWh ptm om man inte räknar med någon förbränning i lastoljebrännare.
Då fabrikens ångcentral redan uppnått sin maximala last på biobränsle så innebär
detta att den skulle behöva öka sin oljelast rejält för att kompensera för den
minskade termiska energin från SP2. För att undvika en ökad oljeförbrukning i
ångcentralen och maximera elproduktionen eldar fabriken istället beckolja i SP2:s
lastoljebrännare vilket också ökar också elproduktionen. Beckolja är en
restprodukt från talloljeförädling och ungefär 370 kg beckolja utvinns ur ett ton
tallolja. Egenskaperna är relativt lika eldningsoljans. En bild med en del
grunddata kan ses i figur 15 och figur 16 visar energiflödesdiagrammet. Hur
värdena framtagits kan ses i bilaga 3.
55
figur 16. energiflödesdiagram sodapanna, kWh/ton-sulfatmassa
1. Tjocklutens energiinnehåll är 8,0 MJ/kg för bränslet totalt sett, i torr
reducerande miljö
56
2. Spädvattnet och det återförda kondensatet värms upp av ugnen och bildar
ångan
3. Rökgaserna används till att förvärma den intagna luften och matarvattnet
4. Ångan kommer från ångcentralen och används till att sota pannan
kontinuerligt
5. Övriga förluster inkluderar reaktionsförluster
6. Grönlut har inget tillägg för kemisk energi, den fysiska energin beräknas
på samma sätt som för tjocklut
6.6.1 Sotångreglering
Sodapannan behöver kontinuerlig rengöring. Detta sker genom att blåsa in 30 bar
ånga genom fasta munstycken med en viss sekvens som är grovt
överdimensionerad för säkerhets skull. Det är möjligt att spara mellan 1/3 och 1/2
av sotångan idag enligt [19] Niclas Ahnmark genom reglering med befintlig
teknik, det vill säga 1,59 till 2,38 GWh ångenergi. Genom att sätta in fler givare
som mäter ”försmutsningsnivån” i pannan kan man minska ångförbrukningen på
ett mer kontrollerat sätt. Ett problem är att man hela tiden vill överdimensionera
sotningen för att inte riskera beläggningar som är svåra eller omöjliga att bli av
med. Det finns även företag som erbjuder liknande tjänster, till exempel [25]
Soottech. Eftersom det finns stor potential inom området så bör det undersökas
vidare.
57
6.7 Turbinanläggning
Turbinens uppgift är att reducera ångan från sodapannan till 3 och 10 bar ånga
samt att generera elektricitet. Ångan som kommer in är 110 bar och 505 °C.
Regleringen av turbinen styrs automatiskt från den aktuella ångbalansen. 110 bar
ångan reduceras både före turbinen och i den för att uppnå maximal
verkningsgrad. Turbinen är utformad för att producera 25 MW. Figur 17 visar
energiflödesdiagrammet. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.
figur 17. energiflödesdiagram turbinanläggning, kWh/ton-sulfatmassa
1. Kylvattnet tillsätts konstant till den reducerade 10 bar ångan efter turbinen,
för att inte ångnätet ska överhettas
2. Ånga till sodapannan är skillnaden mellan totala ångflödet till sodapannan
och det som kommer från ångcentralen
3. Enbart i detta energiflödesdiagram görs uppdelningen mellan 3 bar och 10
bar ånga. I övriga diagram benämns båda enbart som ånga.
58
6.8 Ångcentral, ÅC2
Ångcentralen har till uppgift att tillverka 30 bar ånga genom att förbränna olja,
bark och inköpt biobränsle. Biobränslet transporteras in via transportörer dels från
en barkhög och dels från en tippficka, varifrån det leds till två axonugnar som går
fram till ångpannan. Bränslet skruvas in underifrån och olika luftflöden styr
cirkulation, syrehalt, torkning och omrörning. Rökgaserna leds först in i en
oljepanna där ytterligare energi tas tillvara. Därefter kyls de i ekonomiserar,
cyklonrenare och körs genom elfilter innan de lämnar pannan vid en temperatur
på 140 °C. Ångpannan har ingen överhettare utan producerar mättad 30 bar ånga.
Denna reduceras till 10 bar och lagras i ackumulatorn och används även till att
sota sodapannan. Ångcentralen varierar sin produktion av ånga efter fabrikens
behov. Den kombinerade olje- och biobränslepannan i ångcentralen täcker i
princip en tredjedel av fabrikens ångbehov. Energiflödesdiagrammet för
ångcentralen kan ses i figur 18. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.
59
figur 18. energiflödesdiagram ångcentral 2, kWh/ton-sulfatmassa
1. Biobränsle består av bark, torrflis, sågspån, och en liten del returfiberrejekt
2. Rökgaserna lämnar skorstenen med en temperatur på 140 ºC
3. Vattnet kommer från en kondensatåterföringstank gemensam med
sodapannan. Kondensatförluster ersätts med renat råvatten.
4. Rejekt är resterna från returpappersbalarna som utsorterats från vissa
reningssteg
60
6.8.1 Förbättrad biobränsleblandning,
Efter samtal med [15] Tilda Nordin kan det konstateras att det skulle vara mycket
värdefullt för fabriken att ha en bättre mixad bränsleblandning. Ökad produktion
av ånga, ökad tillförlitlighet, mindre slitage och mindre utsläpp av reglerade gaser
är en del av de fördelar som skulle uppnås. Energimässigt däremot är största
vinsten att undvika att stanna pannan lika ofta. I nuläget stannar den ungefär en
gång per dag för slaggning och två gånger per år för bilning till följd av att sand
följer med flisen in till pannan och sintrar till hård beläggning. Det andra stora
problemet är att det i nuläget är mycket svårt och arbetsamt att blanda biobränsle
så att en jämn fukthalt erhålls. Traktorförarna måste ta ett lass från en hög och
lägga det i en annan. Med en låg fukthalt till exempel i sågspån, brinner pannan
för intensivt och riskerar att skada utrustningen. Med låg torrhalt, exempelvis i
egenproducerad bark, brinner pannan för långsamt och en stor del av energin går
åt till att koka bort vattnet. En sak som bör tas med i helhetsbilden är att en
förbättrad biobränsleblandning bör byggas i samband med byggnationen av en ny
ångcentral för att optimera logistiken. De energimässiga effekterna är komplexa
och bör utredas vidare. Mer information finns i interna dokumentsamlingar [42]
och [43].
61
6.9 Returfiberavdelning
Returfiberavdelningens uppgift är att ta in balar med wellpapp, det vill säga
återvunnet papper, sönderdela, rena och göra returmassa som används till att göra
nytt papper. Kapaciteten är 1000 ton returmassa/dygn. Returfiberbalarna är av
mycket skiftande kvalitet och innehåller betydande mängder av plast, sand och
järnskrot. Dessa avlägsnas i flera steg med många olika reningsprinciper. En av de
mer energikrävande reningsmetoderna är virvelrenare där vattnet skjuts in
tangentiellt och skapar en virvel där tunga partiklar sjunker till botten och acceptet
sugs upp i toppen. Två separata linjer används för att klara högre kapacitet och
skapa en viss redundans. För att få en jämn och kontrollerbar kvalitet på
returfibermassan delas fibrerna upp i en långfiber- och en kortfiberlinje. Rejektet
av reningsstegen antingen bränns i ångcentralen eller komposteras beroende på
hur mycket sand och sten rejektet innehåller. Energiflödesdiagrammet för
returfiberavdelningen kan ses i figur 19. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.
figur 19. energiflödesdiagram returfiberavdelning, kWh/ton-returfibermassa
62
1. Både returfiberbalarnas och rejektets energivärde baseras på hur mycket
brännbart rejekt som utkommer av processen.
2. Returfibermassans energivärde beror av torrhalten
3. Varmvattnet från pappersbruket är fiberhaltigt bakvatten
6.9.1 Nya silplåtar och rotorer
Pulpern är ett kar med en rotor och silplåtar i botten vars uppgift är att lösa upp
och finfördela wellpappbalar. Det har visat sig på andra bruk att små
geometriförändringar har medfört kapacitetsökning. En annan form på hålen i
silplåten samt extra rotorblad på navkåpan har visat sig ge 10 % kapacitetsökning
för andra bruk. Med en medelenergiförbrukning på 400 kW blir totala
energiförbrukningen 3,5 GWh per år. 10 % ökningen motsvarar 120 kkr per år.
Detta är en förslitningsvara där reparationer sker internt.
Kostnad: ca 400 kkr
Elenergibesparing: 350 MWh
Detta förutsatt att det går att sänka effekten med 10 % med oförändrat resultat
annars är resultatet enbart kapacitetsökningen.
63
6.10 Pappersmaskin
Till pappersbruket kommer sulfatmassa och returfibermasa och ut går färdig liner.
Pappersbruket består av fem delar: mälderiet, viraparti, pressparti, torkparti och
rullmaskin. Sulfatmassan som kommer från tvätten och har en torrhalt på ungefär
10 % pumpas upp i fyra lagringstorn. Returfibermassan lagras i två separata torn
för lång- och kortfiber. Dessutom lagras utskottet i ett eget torn. Utskott är
utsorterat papper som upparbetats för att kunna återanvändas. Massans
egenskaper påverkas om den står mer än några dagar, speciellt returfibermassan.
Oftast är dock inte detta ett problem eftersom massan kontinuerligt tillverkas och
går används i pappersmaskinen. När massan lagras är det fördelaktigt med en hög
koncentration eftersom det då ryms mer men när massan går från tornen späds
den till 5 %. Efter lagring mals sulfatmassan och pumpas sedan till mellankaren.
Malningen ökar styrkan i pappret eftersom fibrernas kontaktyta ökar. Däremot så
försvåras torkningen av malning. Kvarnarna är de största elenergiförbrukarna i
fabriken följt av vakuumpumparna och drivningen av pappersmaskinen. Massan
går via inloppslådor ut på virorna där den avvattnas genom gravitation och
vakuum med hjälp av vakuumpumpar och fläktar. Därefter går massan till
presspartiet i vilket vattnet pressas ur massan i tre pressnyp och transporteras bort
med hjälp av pressfiltar. Efter pressen går pappret med 45 % torrhalt in till
torkpartiet. Här torkas pappret med hjälp av 52 ångupphettade cylindrar som
förångar vattnet som skickas ut över tak efter värmeväxlingssteg. När pappret
kommer ut ur torkpartiet, med en torrhalt på 92 %, rullas det upp på tamburjärn
och omrullas i rullmaskinen till kundrullar.
Energiflödesschemat för
pappersmaskinen kan ses i figur 20. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.
64
figur 20. energiflödesdiagram pappersmaskin, kWh/ton-liner
Kommentarer till Energibalansen:
1. Ångan används i torkpartiets torkcylindrar
2. Våtluft över tak beskriver hur mycket energi det går åt till att höja
temperaturen på vattnet i pappersbanan från 45 °C till 100 °C och sedan
förånga vattnet. Vattenmängden som avses är allt vatten som torkpartiet
avlägsnar
3. Primärångkondensatet är vatten som återleds till matarvattentanken. Om
man vill veta hur mycket energi pappersbruket förbrukar ska denna del
dras bort eftersom värmen återvinns.
4. Ingående luft förvärms genom att kyla ned våtluft över tak
65
6.10.1 Värmeåtervinningsprojekt, VÅV
Projektet syftar till att byta ut ett värmeåtervinningssteg på pappersmaskinens
torkparti mot ett värmeåtervinningstorn och därmed öka mängden utvunnet
varmvatten ur våtluft över tak. Vattnet som avlägsnats från pappret och följt med
våtluften passerar den flera värmeväxlingssteg för att ta sänka dess temperatur
och tillvara energin. Detta är en viktig punkt dels eftersom avvattningshastigheten
bestämmer processhastigheten och dels eftersom torkpartiet är en av fabrikens
enskilt största ångförbrukare.
Den återvunna energin används till att värma tilluften till torkpartiet och
lokaluppvärmning. Anledningen till att denna investering kunde motiveras var
dock att den nya indunstningen producerar mindre varmvatten och här finns
möjlighet att få ut mer varmvatten. Det nya värmeåtervinningstornet producerar
40 l/s 50 °C varmvatten från råvatten, vilket är mer än tillräckligt.
Nyttig energi i varmvatten: 4,79 GWh
Något som fortfarande skulle behöva göras är att bygga tre till likadana torn för
att få total kontroll över torkpartiet och därmed styra ångförbrukningen mer i
detalj. En positiv effekt som dessutom kan komma att ses på sikt är att
fuktregleringen av pappret förbättras. Uppgifter bygger på samtal med [40] Peter
Brunesson. För ytterligare information se även [36] Håkan Jonssons arbete om
torkpartiet.
6.10.2 Återcirkulera kylvatten kvarnar
Kvarnarna behöver kylvatten med temperaturen 22-25 °C. Detta fås genom att
blanda 55 °C varmvatten med råvatten. Efter att det har kylt kvarnen spolas det ut
till recipient. Det är ett slöseri med varmvatten att värma vatten för att sedan kyla
det och spola ut till recipient. Under sommaren är det dock inget problem
eftersom det då finns överskott på varmvatten. Kvarnarna förbrukar 300 000 m3
kylvatten per år.
Det är endast då det är brist på varmvatten som denna investering lönar sig. Om
varmvattnet hade värms enbart för detta syfte skulle det kosta 438 kkr per år, men
det är endast då olja eldas för att täcka upp bristen på varmvatten som det är en
verklig kostnad. Detta uppskattar jag till att det sker ungefär två gånger per månad
i 18 timmars intervall under vinterhalvåret efter att ha observerat signalerna från
ackumulatornivån, 75 C° cisternens nivå och oljeförbrukningen i ångcentralen,
vilket motsvarar 2,2 % av hela året. Detta ger att åtgärden borde genomföras om
den kan göras på mindre än 28900 kr för att ha en återbetalningstid på mindre än
tre år. Uppgiften om exakt hur mycket olja som eldas för att göra varmvatten
borde undersökas närmare och den informationen kan hjälpa den här beräkningen
att bli mer exakt. Beräkningar återfinns i bilaga 2.
66
6.11 Biologisk rening och avlopp
Den biologiska reningens syfte är att rena avloppsvattnet från anläggningen.
Föroreningarna man vill separera från vattnet är till viss del fasta som fibrer,
barkrester, sand och lera. Dessutom finns lösliga och olösliga ämnen som
kolhydrater, hartsämnen och salter. Reningen är av typen aktiv slam med selektor.
Anläggningen har tre steg: försedimentering, bioreningssteg samt
eftersedimentering. Figur 21 visar flödena i ett blockschema. I försedimenteringen
pumpas injektet in i centrum av en cirkulär bassäng. De tyngre partiklarna sjunker
till botten och resten rinner av i avdragsrännan i periferin. Bottenslammet skrapas
till centrum där det pumpas till anläggningens slamlager. När vattnet nu går
vidare till det biologiska reningssteget så regleras temperatur och dessutom
tillsätts närsalterna kväve och fosfor. Den biologiska reningen består av en
selektorbassäng med en aktiv slambassäng. Reningsprocessen går ut på att
mikroorganismer nyttjar föroreningarna som föda, substrat och omvandlar dessa
metaboliskt till för miljön ofarliga ämnen. Processen, som är aerob, förekommer
naturligt. Genom kompressorer och luftare skapar man ett flöde av luftbubblor
som syresätter vattnet. Det renade vattnet och slammet pumpas nu till
eftersedimenteringen. En del av slammet som sedimenterar återförs till selektorn
så att biomassan uppehålls, resten avvattnas för att komposteras. Vattnet
sammanförs med fabrikens övriga avloppsvatten innan det värmeväxlas nu och
skickas sedan ut i älven. Figur 22 visar energiflödena in och ut från bioreningen.
Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3. Uppgifter om bioreningen är hämtade
från [31] SCA:s studiehäfte.
figur 21. blockdiagram biorening
67
figur 22. energiflödesdiagram biorening, kWh/ton-sulfatmassa
Kommentarer till energibalansen:
1. Varmvattenenergin som går till Umeå Energi fås genom att summera
energin av de övriga vattenflödena
2. Kylvattnet kyler klarfiltratet från pappersbruket via värmeväxlare så att
temperaturen blir lämplig för bakteriekulturen. Det uppvärmda kylvattnet
blandas med Umeå Energis slinga för uppvärmt råvatten
3. Vatten till renvattenavlopp är allt vatten som använts i fabriken men inte
kommit i kontakt med kemkalier eller fibrer
4. Då det processvarma vattnet lämnar bruket i huvudavloppet så är det den
avgjort största energiposten som lämnar fabriken totalt sett
68
6.11.1 Microluftare
I bioreningen är de gamla luftarna i både aktiv slam och selektor gamla, slitna och
i behov av renovering. I bioreningen luftas vattnet i nuläget med hjälp av
kompressorer som förser luftare av typen O.K.I. 133-51 med luft. Detta är en
energikrävande teknik och företaget Sorubin har en annan lösning. Följande
förklaring kommer från företagets sida sorubin.se:
”Sorubins microluftare är bottenmonterade luftare. Längst ned sitter en motor
med en impeller (sugpropeller). Impellern är riktad mot ytan och genererar en
luftpelare i vattnet som når ända ned till impellern. Denna vortex är känslig för
strömingsstörningar och innesluts därför i en särskild kammare. Då vortexen
roterar skapas tunna skikt av luft-vatten-luft-vatten. Tack vare dessa skikt nås
syremättnad i vattnet som trycksätts i impellern. Då det syremättade vattnet
slungas ut ur impellern faller trycket och det bildas mikroskopiska bubblor.”
En förstudie skulle kosta 30 000 kr och 15 stycken luftare upp till 450 000 kr per
luftare. Dessutom kan det behövas filter för att skydda maskiner och biosystemet.
Detta skulle kosta ca 20 000 kr per maskin det vill säga totala kostnaden hamnar
på upp till 7,05 miljoner plus de 30 000 för förstudien. Denna nya teknik skulle
kräva en effekt på ca 1,5 kW, att jämföra med nuvarande teknik, 500 kW
Kostnad: 7,08 miljoner kr
Årlig besparing: 498,5 kW 4,367 GWh eller 1,49 Mkr
Återbetalningstid: ca 4,73 år beroende på exakta kostnaden
Ett alternativ är att hyra tjänsten ”luftning” av Sorubin för en fast månadskostnad
som inkluderar service.
Däremot så måste tilläggas att det här är en relativt oprövad metod och om den tas
i bruk kommer fabriken fungera som en pilotanläggning.
6.11.2 Hyperdiveluftare
I bioreningen är de gamla luftarna i både aktiv slam och selektor är gamla, slitna
och i behov av renovering. Tekniken har gått väsentligt framåt på det här området
sedan de föregående luftarna, O.K.I. 133-51, installerades vid byggnationen av
bioreningen 1998. ATEK avvattningsteknik AB som levererade de gamla luftarna
har en ny typ som kallas Hyperdive. Fördelen med dessa är att de kräver ungefär
halva luftflödet jämfört med nuvarande luftare. Därmed kan en av de två
blåsmaskinerna stoppas med besparing på 165 kW. Dessutom är det också möjligt
att köra själva luftarna mer energisnålt, vilket ger en ytterligare besparing på 176
kW. Investeringen skulle kosta 3,51 miljoner inräknat de uteblivna reparationerna
och underhållet på den gamla utrustningen. Detta ger en återbetalningstid på 3,6
år. Dessutom finns möjlighet att öka luftningskapaciteten eftersom den andra
blåsmaskinen kan kopplas in. Uppgifter bygger på samtal med [5] Johan Eriksson
på ATEK och på i Hyperdive broschyren och offert [29]. Se beräkningar i bilaga
2.
69
6.11.3 El av spillvärme
Opcon har ett koncept som kallas för powerbox för att utnyttja
temperaturskillnaden mellan spillvatten och råvatten till att producera el. Enligt
[30] Manuel Swärd från Opcon, så skulle ett spillvatten med temperatur 55 °C i
kombination med i 8 °C kylvatten ge en elproduktion på ca 250 till 275 kW med
variationer över året.
Kostnad: ca 8 Mkr exklusive installation och övriga kostnader som rördragning.
Återbetalningstid: minst 5,72 år
Ett problem är dock att klarfiltratet från pappersbruket är fiberhaltigt och det
medför att man måste räkna med någon sorts utrustning för att hantera detta som
till exempel fiberavskiljare eller värmeväxlare. Om det skulle gå att höja
temperaturen på spillvattnet skulle utgångsläget se bättre ut. En idé skulle kunna
vara att använda rent 75 °C vatten för detta men då måste man ha en plan för hur
man ska kunna fortsätta förse fabriken med varmvatten. Där kan man tänka sig att
hitta en ytterligare anledning för att bygga de nya värmeåtervinningstornen till
torkpartiet.
6.12 Sammanfattning förbättringsåtgärder och status
Här sammanfattas alla förbättringsåtgärder kortfattat med nulägesstatus.
6.12.1 Pågående projekt
Indunstning 4: installation klar, intrimning pågår, resultat fortfarande
oklart
Värmeåtervinningsprojekt: levererar enligt plan 40 l/s 50 °C varmvatten
Virtuella servrar: 71 % genomfört
Driftoptimering raffinörer: genomfört, utvärdering pågår
Hyperdiveluftare biorening: köps in 2009 och tas i drift 2009-2010
Silplåtar och rotorer: delvis genomfört, under utvärdering
Energisnål belysning: En första lampa installerad, fler kan bli aktuellt efter
utredning
6.12.2 Förkastade/ under utredning
Flisficka: inte prioriterat så länge den nuvarande håller nuvarande status
Filter mesaugn: inte prioriterat så länge centrifugerna kan repareras till
acceptabelt pris och mesaugnens tillgänglighet inte riskeras
Cyklontorkning mesaugn: kan bli aktuellt vid en kapacitetsökning
Bättre biobränsleblandning: krävs stor investering, tillgänglighet och
ångproduktion skulle förbättras
Mikroluftare: eftersom beställningen är gjord på den konkurrande
lösningen och installationen är på gång så är denna lösning inte längre
aktuell
70
6.12.3 Förslag på framtida projekt
Reglering av defibrörer: utredning krävs och kommer att återupptas då
produktionsförhållanden blir gynnsamma, lågkostnadslösning kan var
möjlig
Vedförvärmning med klarfiltrat: investering inte planerad
Tvättpress: investering inte planerad
Förbättrad tolkning och rapportering av fabriksövervakningssystem:
direkta vinster oklara,
Nya inköpsrutiner motorer: bra investering för motorer speciellt mellan 22
och 55 kW att välja IE3 vid inköp
Timerstyrda motorvärmaruttag: investering inte planerad.
71
7 Diskussion och slutsatser
Tabell 4 åskådliggör skillnaderna mellan olika investeringar. De
förbättringsåtgärder som ej återfinns i tabellen finns antingen inte nog med
information om eller så är det åtgärder som inte kan kvantifieras på liknande sätt.
De investeringar som redan har påbörjats har ingen kostnad eller återbetalningstid
eftersom det är irrelevant information. Observera att besparingarna för de olika
energislagen är omräknade till GWh enligt [20] Erik Sandbergs
omvandlingstabeller. I detta kapitel kommer det att diskuteras hur investeringarna
vägs mot varandra. Dessutom kommer källor, förluster och den kreativa
idesessionen att diskuteras.
a
b
c
d
e
f
g
årlig
varav varav varav varav kostnad
besparing
el
ånga vatten olja
Mkr
Återbet.
[GWh]
[GWh] [GWh] [GWh] [GWh] [GWh]
[år]
33,12
33,12
31,00
4,31
åtgärd
ny tvättpress
vedupptining med
klarfiltrat
8,26
0,42
vedupptining med
råvatten
0,18
0,42
driftoptimering
raffinörer
7,95
7,95
indunstning 4
25,84
0,47
Värmeåtervinningsprojektet
4,79
sotreglering,
halvering
~2,38
mikroluftning
biorening (dyraste
alternativet)
4,37
4,37
timer
motorvärmare
0,30
0,30
virtuella
serversystem
0,38
0,38
flisficka
0,23
filter mesaugn 2
(10 % högre
torrhalt)
5,12
cyklontork innan
mesaugn
10,86
nya silplåtar
och rotorer
0,35
0,35
luftare Hyperdive
1,68
1,68
el av spillvärme
2,41
2,41
totalt
108,61 19,54
tabell 4. kvantifierade förbättringsåtgärder
7,83
24,50
4,28
– 0,24
19,73
5,05
6,78
4,50
1,31
4,38
30,00
22,0
5,12
22,00
18,00
10,86
8,00
3,15
3,33
3,64
5,17
25,21
0,40
3,11
8,00
491,60
17,88 – 4,79
12,28
4,79
~2,38
0,23
61,41
73
0,00
7.1 Källor
Helhetsbilden av fabriken har framkommit dels genom granskning av litteratur om
och från pappersindustrin. Detta räcker dock inte eftersom varje fabrik har
hanterat sina problem på lite olika sätt och dessutom har olika förutsättningar.
Därför krävs det många samtal med personer insatta i sambanden på fabriken i
man får en bra bild av den. Därför pekar referenser nu mot personer som är väl
insatta i sina respektive områden. Dessutom har många interna rapporter varit till
stor hjälp.
7.2 Uppföljning på kreativ idéproduktion
Sammanfattningsvis kan sägas om resultatet av brainstormingen att det inte är lätt
att nyttja spillvärmen till något användbart eftersom den har väldigt lågvärdig
energi. En idé som upp under mötet var att ersätta ånga med varmvatten där detta
är möjligt. Problemet är att enbart element som tas in i fabriken utifrån kan tänkas
värmas på detta sätt eftersom resten av flödena i princip har en högre temperatur.
Att förvärma veden med spillvatten under vinterhalvåret är ett sätt att göra detta
och ett annat att förvärma luften som tas in i lokalerna. En annan bra idé som
diskuterades var möjligheten att använda varmt spillvärmen till fjärrvärme. Detta
skulle vara en speciellt bra lösning om man dessutom kunde speciellt om man kan
höja temperaturen på spillvattnet till exempel genom en värmepump. Om de
resterande tre värmeåtervinningstornen dessutom byggdes så skulle
pappersmaskinen vara helt självförsörjande på varmvatten. Spillvärmen från
indunstningen och sekundärvärmesystemet skulle då kunna användas för andra
ändamål som detta. Slutsatsen av diskussionerna blev att många delar av fabriken
skulle kunna bli bättre tillvara spillvärme men till ganska stora investeringar med
relativt långa återbetalningstider. De åtgärder som skulle kunna göras med små
ekonomiska insatser är att kartlägga vattensystemet och installera ett antal nya
flödesmätare.
7.3 förslag på jämförelse mellan investeringar
Sex förbättringsåtgärder valdes ut för att jämföras vidare. Kriterierna var att de
skulle vara ej genomförda förbättringar av investeringskaraktär som har utretts till
liknande grad. Ett sätt att jämföra investeringarna mot varandra är att kvantifiera
hur väl de placerar sig gentemot varandra i ett mindre antal kategorier. Vad tabell
5 åskådliggör är just detta. Varje investering har fått ett värde inom varje kategori
som motsvarar hur väl de mäter sig mot varandra. För kolumnerna ”elbesparing”
och ”ånga/oljebesparing” är värdena del av högsta värdet inom kategori. För
kolumnerna ”kostnad” och ”återbetalningstid” motsvarar värdet ett minus del av
högsta värdet inom kategorin. Detta för att ordna så att positiva värden i tabellen
blir eftersträvansvärda. Kolumnen ”jämförelsetal” är värdena för varje investering
74
adderade för att få ett jämförelsetal som sammanfattar hur väl varje investering
placerar sig jämfört med övriga investeringar i valda kategorier. Formlerna som
värdena har beräknats från kan ses i tabell 6. Kategorin ånga och oljebesparing har
slagits ihop eftersom olja eldas i processen för att tillverka ånga.
B
Elbesparing
vedtining
med
klarfiltrat
0,17
tvättpress
0
filter
mesaugn
(10 %
högre
torrhalt)
0
cyklontork
innan
mesaugn
0
el av
spillvärme
1
luftare
Hyperdive
0,70
tabell 5. Rangordningsunderlag
B
CE
Ånga/olje
Besparing
F
G
H
Kostnad
Återbetalning
Jämförelsetal
0,24
1,00
0,21
0,00
0,76
0,76
1,38
1,76
0,15
0,29
0,00
0,44
0,33
0,76
0,76
1,85
0
0,99
0,71
2,70
0
0,90
0,80
2,39
b
bmax
c e
c e max
CE
g
F
1
G
1
H
B CE G F
g max
f
f max
tabell 6. Formler för framtagande av jämförelse tal
Jämförelsetalet ger den slutgiltiga rankingen.
1. el av spillvärme
2. luftare Hyperdive
3. cyklontork innan mesaugn
4. tvättpress
75
5. vedtining med klarfiltrat
6. filter mesaugn 2
När investeringar jämförs mot varandra är det ofta en komplex fråga eftersom det
finns en uppsjö av parametrar att ta hänsyn till. Att beskriva problemet grafisk ger
fördelen att det inte ger ett absolut svar utan istället ett diskussionsunderlag att
arbeta vidare på. Figur 23 bygger på data från tabell 5. Elbesparing är enskild
kategori för att ta hänsyn till att det är speciellt attraktivt.
figur 23. jämförelse investeringar
Vad som går att utläsa ur figur 23 är att ”el av spillvärme” och ”luftare
Hyperdrive” har störst ytor och därmed är de intressanta. ”cyklontorken”
76
och ”tvättpressen” har nästan lika stora ytor och eftersom felmarginalen är stor är
dessa också intressanta. ”filter till mesaugn” däremot har en ganska liten yta men
till försvar kan sägas att om centrifugerna börjar kräva stora reparationsåtgärder
blir det ett mycket gynnsamt läge att köpa filter istället för nya
centrifuger. ”vedupptiningen” ser inte heller så bra ut enligt figur 23 men medför
dock att både tillgängligheten och livslängden för ångcentralen ökar, vilket är en
komplex sak att ta få med i en jämförelse av den här typen. Diagrammet har en
del brister men ger ändå ett diskussionsunderlag inför ett eventuellt beslut.
Ett tredje sätt är att gå tillbaka till denna rapports ursprung, PFE, och göra
bedömningen enbart med elbesparingar i fokus. Detta ger följande rangordnade
lista:
1. Raffinörer
2. Mikroluftare
3. El av spillvärme
4. Luftare Hyperdive
5. Indunstning 4
6. Virtuella serversystem
7. Silplåtar och rotorer till pulper
8. Timer motorvärmare
9. Vedspolning klarfiltrat
10. Lågenergibelysning
Raffinörer, luftare Hyperdive, virtuella serversystem och indunstning 4 är dock
pågående projekt och dessutom är mikroluftare ett övergivet projekt till fördel för
Hyperdive luftarna. Ytterligare information som krävs för att göra ett beslut
återfinns i tabell 4.
7.4 Förlustparametrar
Figur 24 visar magnituden av posten ”övriga förluster” från
energiflödesdiagrammen för alla avdelningar. Med ”övriga förluster” avses:
rena förluster: till exempel elmotor eller pump i avkyld lokal eller utomhus.
All effekt övergår i värme som inte behövs.
Semiförluster: till exempel elmotor i lokal som behöver uppvärmning.
Spillvärmen hjälper till att värma upp lokalen.
Reaktionsförluster: Lut och kalk-föreningar kräver respektive avger
förluster då kemiska reaktioner sker. För kalk sker dessa inom
vitlutsberedningens avdelning och märks därför inte. För lut så krävs lite
mer energi för att bränna luten men den avges å andra sidan framförallt i
kokningen. Den här energiåtgången är redan medräknad i energivärdet för
tjocklut.
77
Okända flöden och felaktiga signaler: Det har varit ett genomgående mål i
det här arbetet att dokumentera alla viktiga flöden. Dock är enda sättet att
förklara de stora ”förlusterna” i pappersbruket att alla energiflöden inte är
kända och i kokeriet till exempel saknas en del mätare både för
vattenflödet in till och ut ur anläggningen.
figur 24. förluster och okända parametrar
Förlustposten erhålles som restposten mellan in och utflöden för respektive
avdelning och därför går det inte att skilja på förluster och okända parametrar. Det
är möjligt att utreda det här området vidare genom att ta reda på hur stor del som
är kända förluster, till exempel friktion, avsvalning och tryckförluster. För kretsen
ved till tjocklut finns det rimligtvis större förluster än det ser ut som eftersom
vedens energiinnehåll beräknas efter tjocklutens energivärde som veden ger
upphov till.
7.5 Alternativ investeringsmodell
Något som är värt att undersöka vidare är alternativa investeringsmetoder. En
metod som bygger på långt samarbete och större ansvar för leverantören kan vara
ett alternativ till normala modeller. Detta skulle kunna realiseras till exempel
genom att företaget över en längre tidsperiod hyr utrustning som leverantören
underhåller och ansvarar för funktionen. Alternativt så kan en leverantör få ansvar
för att en viss position eller funktion i produktionskedjan klarar sin uppgift. I och
78
med detta har man möjligheter att dela risker och intäkter med leverantören på ett
balanserat sätt. Ett exempel där ett liknande investeringssätt har praktiserats är
SCA Packaging Munksund som 1999 beslutade att investera i en ny
fastbränslepanna i samarbete med Vattenfall. Vattenfall byggde därmed pannan
tillsammans med turbin och matarvattenförsörjning och äger dessa nu. All
driftpersonal är anställd av SCA förutom de konsulttjänster som köps in efter
behov. SCA betalar en årlig avgift som regleras efter energipriser. Inköp och
större underhållsåtgärder sköts gemensamt mellan SCA och Vattenfall.
Information bygger på samtal med [48] Allan Larsson.
79
8 Referenser
[1] Lag 2004:1196
[2] Ulrich, K. T., Eppinger, S. D., (1995), Product Design and Development,
McGraw-Hill International Editions, Management and Organization Series,
[3] Maria Lindgren, processingenjör IMM
[4] Analys av utförda och planerade större energiprojekt vid SCA Packaging
Obbola AB (2009), intern rapport
[5] Johan Eriksson, försäljare, ATEK
[6] Elrapport -08, intern rapport, SCA Packaging Obbola AB
[7] www.energimyndigheten.se/PFE, [2009-09-01 08:00]
[8] Rickard Rönnkvist, (2006), Energianalys SCA Packaging Obbola AB
[9] Miljörapport SCA Packaging Obbola AB, (2008)
[10] Energibalans, (2008), Per-Erik Björnerbäck, intern rapport,
[11] Jan Fors och Börje Nord, (1980), Energianvändning inom massa- och
pappersindustrin SCA-Nordliner Munksund, SIKOB AB, nr 79-5715
[12] Investeringsunderlag, (2009), intern rapport, SCA Packaging Obbola AB
[13] Urban Brännström, elingenjör, SCA Packaging Obbola AB
[14] Markus Wikman, (2009), Förstudie förbasningskärl – Underlag för framtida
investering av ny förbasningsutrustning
[15] Tilda Nordin, automationsingenjör, SCA Packaging Obbola AB
[16] Kristina Jonsson, vik. processingenjör, ved och fiber,
[17] Martin Wahlberg, processingenjör ved och fiber, SCA Packaging Obbola AB
[18] Motorcykelrapporten, (2008), sammanställning av månadsrapporter, P-E
Björnerbäck, intern rapport
[19] Niclas Ahnmark, processingenjör energi, SCA Packaging Obbola AB
[20] Erik Sandberg, drifttekniker massabruk, SCA Packaging Obbola AB
[21] Månadsrapporter, (2008) Sammanställda av Erik Sandberg, intern rapport
[22] Månadsrapport miljö ÅC2 (2008), intern rapport,
[23] Periodisk besiktningsprotokoll (1996-2008), intern rapport
[24] Hans Thorén, labchef, processingenjör biorening,
[25] Soottech, www.soottech.com, [2009-09-13 08:00]
[26] Nils Gilenstam, tf. teknisk chef, miljö- och processingenjör,
[27] Informationsblad Prismalence och produktblad - boostmaster
[28] Olof Öhgren, processingenjör mälderi/ pappersmaskin,
81
[29] Informationsblad Hyperdive och Offert 2730-10 rev 1 luftningsutrustning
SCA Obbola AB 2009-11-17
[30] Manuel Swärd, Business Development Director, Opcon energy systems
[31] SCA Packaging Obbola AB, Biologisk rening, studiematerial, 1997-11-04,
intern rapport, SCA Packaging Obbola AB
[32] Tips Info Viewer, Winmops, fabriksinformationssystemet
[33] Fredrik Mellesmo, projektledare, SCA Packaging Obbola AB
[34] Sören Marklund, systemtekniker, SCA Packaging Obbola AB
[35] Ture Sandström, drifttekniker IMM, SCA Packaging Obbola AB
[36] Värmeåtervinning vid papperstorkning, (2008), Håkan Jonsson
[37] Sveriges skogsindustriförbund, (1986), Energikompendium för massa- och
pappersindustrin, X721, ISBN 91-7322-105-8
ISBN 91-7322-087-6
[38] Knut-Erik Persson, (2000), Papperstillverkning, Skogsindustrins Utbildning,
2000, ISBN 91-7322-190-2
[39] Henrik Alvarez, (2006), Energiteknik, Studielitteratur, ISBN 91-44-04509-3
[40] Peter Brunesson, projektledare, SCA Packaging Obbola AB
[41] ÅF-Celpap AB, (2004), Förstudie: Kapacitetsökning massabruket rev 3
[42] Vattenfall Power Consultant, (2006), Eldstadskartering och inspektion av
rökgassidor
[43] Hantering biobränsle, (2006-2007), intern rapport,
[44] Energimyndigheten, (2004), Handbok för kartläggning och analys av
energianvändning
[45] Fabriksredovisning, mall för jämförelse, (2007), intern rapport,
[46] Kommissionens förordning (EG), (2009), nr 640, Europeiska unionens
officiella tidning, om genomförande av Europaparlamentets och rådets direktiv
2005/32/EG avseende krav på ekodesign för elektriska motorer
[47] Techworld, (2007), så fungerar den gröna datorhallen, nr 14
[48] Allan Larsson, blockingenjör, SCA Packaging Munksund AB
[49] Per Näslund, drifttekniker, elavdelningen, SCA Packaging Obbola AB
82
Bilaga 1 – Mollierdiagram för rökgas
83
Bilaga 2 – Beräkningar
Virtualiserade servrar
Först genomförs en teoretisk approximation och sedan jämförs denna mot de
uppmätta värdena. För ett år sedan fanns totalt 59 små servrar av vilka 42 är
ersatta av 6 storservrar, med en effekt på mellan 500 och 800 W vardera. Jag antar
här en jämn fördelning då jag inte har hittat data för de enskilda servrarnas effekt,
alltså medeleffekt 650 W. Eftersom dessa körs kontinuerligt så blir
årsförbrukningen för de 42 stycken 239,1 MWh. De 6 servrarna som har ersatt
dessa har en installerad effekt på 1 kW, vilket ger en årsförbrukning på 52,56
MWh. Den teoretiska besparingen är således 186,6 MWh.
Den uppmätta strömförbrukningen är ett stickprov på de servrar som är
lättåtkomliga, vilket är de flesta, gav resultatet 115 MWh i besparing vilket är i
närheten av det teoretiska värdet. Att detta inte helt stämmer överens med det
teoretiska värdet beror framförallt på att den exakta effekten för varje server är
okänd. En stor extrapost är dock kylningen. Sällan används restvärmen för något
nyttigt ändamål och därför är detta en ren förlust. Enligt [47] Techworld krävs
ungefär 136 % extra effekt till ett serverrum enbart på grund av kylningen.
Därmed är totala elbesparingen
115 (1 1,36) 271,4 MWh per år i nuläget
Om de resterande 17 servrarna kan uppnå samma proportionella besparing så blir
denna ytterligare besparing
59
271,4
1 109,9 MWh
42
Total elbesparing för hela projektet per år blir alltså 381,2 MWh
Effekten kommer att ses gradvis under 2009 och 2010.
Motorvärmarstolpar
334 stycken motorvärmaruttag, alla sitter på dubbelstolpe. Både för motorvärmare
och kupévärmare är effekten ungefär 1500 W.
Nuvarande användning: ca 300 som använder motorvärmare 8 timmar om dagen
under vinterhalvåret ger 14,5 % nyttjande
Användning med timer: 2/24 under vinterhalvåret ger 4,2 %
14,5 4,2
Elbesparing:
1500 344 53,2 kW, eller 465,6 MWh per år
100
Det motsvarar säga 299 kkr per år
Kostnad: Inköps- och installationskostnad på (2800+1000)=3800 kr/uttag eller
1,31 Mkr totalt
Återbetalningstid 4,4 år
85
Hyperdiveluftare
Eftersom de nya luftarna drar mindre ström och kräver mindre luft så behövs bara
en kompressor. Dessutom undviks en underhållsperiod av de gamla luftarna.
Möjligen går det att sälja de gamla luftarna vidare.
återbetalningstid
investering rep.gamla underh.gamla försälj.gamla
skillnad.luftareffekt underhåll.kompressor underhåll.luftare
Data bygger på jämförelser mellan de befintliga luftarna och de som anges i
produktbladet för Hyperdive.
Årlig elbesparing: 1 986 MWh
Minskad årlig kostnad i underhåll och reparation: 175 kkr
Engångsbesparing för utebliven reparation och underhåll samt försäljning: 1210
kkr
Kostnad: 4320 kkr
86
Ny inköpsrutin baserad på högre klassning av motorer
Som kan ses i rapporten 6.1.4 ny rutin för inköp av motorer så var det inga
motorer som klarar kravet på återbetalningstid på under 36 månader. Med en
högre utnyttjad effekt så skulle 22, 37 och 45 kW klara det. Driftcykeln valdes
enligt tabell 4 efter [13] Urban Brännströms, tidigare modell, vilket motsvarar ett
snitt på 66 % utnyttjad effekt.
Effektutnyttjande % del av tid %
100
10
90
10
80
20
70
40
60
20
Tabell 2. Teoretiskt effektutnyttjande
Ett antal installerade motorer i pappersbruket valdes ut för att verifiera denna
modell och det visade sig att Urbans modell stämde ganska bra, vilket stärker
resultatet. Tabell 5 visar resultatet av den stickprovsmätningen.
kW effektutnyttjande %
75
80
132
75
55
70
31
51
Tabell 3. Stickprov på verkligt effektutnyttjande
87
Indunstning 4
Från [4] Analys av utförda och planerade större energiprojekt vid SCA Packaging
Obbola AB
Förändring
Effekt
Ökad ångprod. pga. ökad the. tjocklut
13,1 GWh mer ångproduktion
Ångbesparing pga. fler effekter
4,79 GWh mindre ångförbrukning
Minskad varmvattenproduktion
81 000 ton 50 °C mindre produktion
Oljebesparing pga. metanolutvinning
1700 m3
Elbesparing
0,468 GWh
Tabell 4. Indunstning 4 förändringar och dess effekter
Tvättpress
Flöde 3 bar ånga som besparas med en tvättpress.
 5t / h
m
h= 2720 kJ/kg, enligt mollierdiagram
omvandlingstal: 2,78 10 7 MWh/kJ
5 24 365 1000 2720 2,78 10 7 33120 MWh
Kostnad: 31 Mkr
återbetalningstid: 4,31 år
Återcirkulera tvättvatten kvarnar
Vattnet som krävs för att kyla kvarnarna ska ha en temperatur på 23 °C. Det är en
blandning av råvatten med en medeltemperatur på 6 °C och 55 °C processvatten.
Andelen processvatten fås av
23 300000 55 x 6 300000 x
x= 132000 m3/år
Det är alltså 132 000 m3/år som måste värmas från 4 till 55 °C
Om allt 55 °C varmvatten skulle värmas med olja enbart för detta syfte så blir
besparingen med denna förbättringsåtgärd:
vattenflöde/år CP Vatten kJ MWh temperatur
132000 4,18 2,78e 7 51 1000 1871 MWh/år
Eftersom det endast är under 2,2 % av året olja eldas för att göra varmvatten så är
besparingen istället:
1871 0,022 41,17 MWh per år
88
Bilaga 3 – Energibalansförklaringar
Processtemperatur är 50 °C för pappersbruket och 70 °C för massabruket
Ingående och utgående energivärde stämmer inte i vissa fall eftersom
temperaturen sjunker mellan avdelningarna i strålningsförluster från
cisterner och ledningar
Renseri
Ånga:
Köpt flis:
Köpt biobränsle:
Ved, bark:
Ved, flis:
El:
Totalt biobränsle:
Flis:
[10] Energibalans 2008
Total producerad flis – vedflis
3
mrundved
E flistot
3
mvedtot
[6] Elrapport 2008
Tjocklutens kemiska energivärde + vattnet i flisens
fysiska värmevärde + talloljans energivärde
Kokeri och tvätt
Ånga:
Flis:
El:
Vitlut:
Tjocklutens kemiska energivärde + vattnet i flisens
fysiska energivärde + talloljans energivärde
[6] Elrapport 2008
fysisk energivärde som vatten, kemiskt räknas vara
försumbart, flöde: signal YTOTREPORT9
Varmvatten från
indunstning 45C:
Huvudflödet fås av kylvattnet till kondensorerna till
indunstning 2 och 3. Givare FRC_44.01 och
FRC_44.02. ÅC2 och råvatten. Dessa har dock inga
givare.
Lutkylare och
Dumpkondensor:
Lutångkondensat:
Råvatten till
Dessutom från lutkylare och dumpkondensor: flöde:
signal: 312FI428 och 312FI427, temp: signal:
312TI423 och 312TC422
Flödet: signal 633FC422, temp: signal 633TI423
89
Hetvattencistern:
flödet beräknas från kopplingsschema till
m tillflöde1 Ttot m tillflöde1 Ttillflöde1
m tillflöde 2
Ttillflöde2 Ttot
Temperaturen fås av utemedeltemp
Pappersmassa:
Cp fås genom att anta linjärt förhållande mellan rent
vatten och 10 % torrhalt på massan som är känd,
flödet av givare YTOREPORT3, fiberhalten då
massan går till tornen får av 630YA903 och
temperaturen anger driftpersonalen till 75 C.
[23] Månadsrapporter 2008
Flöde: signal: FRQ_42.05, Samma totala kemiska
energi som tjocklut, temperatur enligt driftpersonal.
Torrhalt enligt LAB. Dessutom såpans energivärde
från miljörapporten.
Primärkondensat:
Tunnlut:
Vatten till
PB och MB:
Terpentin:
Kondensat till
indunstning:
flöde: signal: 312FI426 och 312FI430, temperatur:
signal: 312TC424 och 312TI435
[9] Miljörapport 2008
Flöde: uppskattning av driftpersonal, temperatur:
processtemperatur
Indunstning
Ånga:
Tunnlut:
El:
Kylvatten:
Kondensat från kokeri:
Primärångkondensat:
Lutångkondensat
till tvätt:
Lutångkondensat
till Vitlutsberedning:
Flöde: signal: FRQ_42.05, Samma totala kemiska
energi som tjocklut, temperatur enligt driftpersonal.
Torrhalt enligt LAB. såpans energivärde: [9]
miljörapporten.
[6] Elrapport 2008
flöde: signal: FRC_44.01 och FRC_44.02,
temperatur: utemedeltemperatur
flöde enligt driftpersonal kokeri och
processtemperatur
[18] Motorcykelrapporten 2008
Flöde: signal: 633FC422, temperatur: signal:
633TI423
Flöde enligt [17] Martin Wahlberg, temperatur är
processtemperatur enligt driftpersonal
90
Starka gaser och metanol:
Tjocklut:
Varmvatten
till kokeri:
Såpa eller tallolja:
[9] Miljörapport 2008,
Flöde 490FI406, Kemisk energi 8,00 MJ/kg (fuktig
reducerande miljö) enligt [19] Niclas Ahnmarks
beräkningsmodell, temperatur enligt driftpersonal.
Torrhalt enligt LAB:s veckoanalyser. Såpans
energivärde från miljörapporten. Såpans andel enligt
[35] Ture Sandström
Flödet fås av kylvattnet till kondensorerna till
indunstning 2 och 3. Givare FRC_44.01 och
FRC_44.02, processtemperatur
Sodapanna
Ånga:
Beckolja:
Svaglut:
Återfört kondensat
& Spädvatten:
El:
Tjocklut
Luft:
Eldningsolja:
Starka gaser:
Ånga:
Rökgaser:
Grönlut:
enbart fysisk energi. Flöde enligt FL_49.16.
temperatur är processtemperatur
Enligt flödesscheman, signal 495FI402 och
479FI415 samt enligt [20] Erik Sandberg
[6] Elrapport 2008
Flöde 490FI406, Kemisk energi 8,00 MJ/kg (fuktigt
reducerande miljö), temperatur av driftpersonal.
Torrhalt enligt LAB:s veckomätningar. Dessutom
såpans energivärde från miljörapporten. Temperatur
från sodapannans driftpersonal
Primär, sekundär och tertiärluft enligt signal
452FC401, 397FQ730 och 452FC761. temperaturen
är utemedeltemperatur eftersom förvärmningen
antas ske med spillvärme
från bränslets flöde densitet och kemiska
sammansättning multiplicerat med andelen rökgaser
per andel svartlut och specifika värmevärdet från
mollierdiagram, temperatur enligt 490FI406
flöde enligt FRC_49.06 och FRC_49.07 temperatur
enligt [35] Ture Sandström, torrhalt enligt [8]
tidigare energirapport
91
Turbinanläggning
Ånga 110 bar:
mollierdiagram
Kylvatten turbin:
Ånga 10 bar
Ånga 3 bar
El:
Ånga till sodapannan
flöde: givare 491FI432 tryck: givare 491PI425,
flödet enligt [20] Erik Sandberg, temperaturen är
utemedeltemperatur
flöde: givare 332FI747, tryck: givare 333PI410,
entalpi: mollierdiagram
flöde: givare 333FI460,tryck: givare 332PI410,
entalpi: mollierdiagram
Total ångflöde till sodapannan – ånga från
ångpannan till sodapannan
Ångcentral 2
Rejekt:
El:
Eldningsolja:
Biobränsle:
Avsaltat vatten
& återfört kondensat:
Ånga 30 bar:
Rökgaser:
[6] Elrapport 2008
Enligt flödesscheman, signal 495FI402 och
479FI415 samt enligt samtal med [20] Erik
Sandberg, om matarvattensystemets uppbyggnad
[22] Flöde enligt månadsrapport miljö ÅC2 200801-01 till 2009-01-01, sammansättning enligt givare
470YA907.CBIO, 470YA907.HBIO,
470YA907.NBIO, 470YA907.SBIO,
470YA907.OBIO
Vitlutsberedning, mesaombränning kemikalieåtervinning
Eldningsolja:
El:
Grönlut:
Lutångkondensat:
Varmvatten från kokeri
Svaglut:
[9] Miljörapport 2008,
[6] Elrapport 2008,
flöde enligt FRC_49.06 och FRC_49.07, temperatur
enligt [35] Ture Sandström, torrhalt enligt [8]
tidigare energirapport
[17] Flöde enligt Martin Wahlberg,
processtemperatur
Flöde: uppskattning från flera muntliga källor,
processtemperatur
enbart fysisk energi. Flöde enligt FL_49.16.
temperatur enligt tidigare rapport.
92
Rökgaser:
mollierdiagram
Vitlut:
[23] Periodisk besiktningsprotokoll 1996-2008,
fysisk energivärde som vatten, kemiskt räknas vara
försumbart, flöde: signal YTOTREPORT9
Returfiberavdelning
El:
[6] Elrapport 2008
Returbalar, brännbara delen: [9] Miljörapport 2008
Varmvatten fr. pappersbruk: totala flödet till bioreningen minus vattnet som följer
med massan
Brännbart rejekt:
Returmassa:
flöde från [9] Miljörapport 2008, Cp fås genom att
anta linjärt förhållande mellan rent vatten och 10 %
torrhalt på massan som är känd, temperaturen:
processtemperatur
Varmvatten till biorening: flödet: bioreningens del från returfiberavdelningen
uppges enligt [24] Hans Thoren temperaturen:
processtemperatur
Pappersbruk
Ånga:
El:
Massa:
Varmvatten 55 C:
Kylvatten:
Luftintag:
Primärångkondensat:
Våtluft över tak:
Klarfiltrat till returfiber:
Klarfiltrat till bioreningen:
[6] Elrapport 2008
massan från sulfatbruket + massan från
returfiberavdelningen
flöde: signal 312FI426, temperatur:
processtemperatur
flöde: signal FRQ_70.55, temperatur:
utemedeltemperatur
flöde: halva maxintaget, enligt [34] Håkan Jonsson,
uppvärmt med sekundärvärme
[21] Månadsrapporter, 2009 av Sammanställda av
Erik Sandberg
Skillnaden i torrhalt före och efter torkpartiet
multiplicerat med ångbildningskoefficienten.
Återvunnen värme antas bli förluster efter att ha
uppfyllt sekundära uppgifter.
flöde: enligt [24] Hans Thorén, temperatur:
processtemperatur
flöde: signal: FCQ_70.27, temperatur:
processtemperatur
93
Liner:
Enbart fysisk energi. Enligt standardberäkningmetod
från [11] Energianvändningen inom
pappersindustrin
Varmvatten från kondensor: flöde: signal: 311FI490, temperatur: signal:
31TC406
Biorening
El:
Varmvatten till biorening:
354AC475
Varmvatten till renavlopp:
Varmvatten från
Temperaturkorrigering:
Umeå Energi fjärrvärme:
Huvudavlopp:
[6] Elrapport 2008,
flöde: signal: 350YA903, temperatur: signal:
huvudavloppet och Umeå Energis andel minus det
som kommer från pappersbruket och
returfiberavdelningen
E föreVVX EefterVVX
genom summering av övriga
flöde: signal: 350YA910.FLOWM3D, temperatur:
signal 350YA910.TEMP
94
Bilaga 4 – Opcon:s El av spillvärme
Från Opcon:s sida opcon.se:
ORC betyder Organic Rankine Cycle. Den teknik som Opcon Energy Systems
utvecklat för utvinning av el ur överskottsvärme med Opcon Powerbox bygger på
grundprincipen för en Rankinecycle. Det betyder att den teoretiska
verkningsgraden styrs av temperaturskillnaden mellan varmt och kallt medium.
Rankine är en skala för temperaturer, uppkallad efter den skotske ingenjören
William John Macquorn Rankine, som presenterade den 1859.
Opcons ORC-system i Opcon Powerbox har en rad avgörande fördelar:
- Den producerar el från överskottsenergi (spillvärme)
- Produktionen orsakar inga utsläpp och ger ingen miljöpåverkan
- Produktionskostnaden för el är mycket konkurrenskraftig, kostnaden är 15-20
öre kWh, vilket gör tekniken lönsam redan vid lägre elpriser än dagens
- El framställd ur spillvärme från biobränslen - förnybar el - ger producenten
elcertifikat, som kan säljas vidare till elhandelsföretag
- Opcons teknik och teknologi är beprövad och bygger på ett unikt industriellt
kompressorkunnande
- Systemet är enkelt att anpassa till olika typer av industrimiljöer
95
Bilaga 5 – Ny klassning av motorer av ABB
97
98
Bilaga 6 - Kreativ ideproduktion
Följande punkter togs upp på frågan: Hur kan man utnyttja sekundärvärmen?
Resultatet i form av gula lappar med idéer kan ses här:
Ersätta ånga
Ersätta högvärdig energi med lågvärdig
Turbin blåsånga
Förvärma luft ÅC2
Torka och bränna avfall
Värmepump
Torka bark
Torka biobränsle
Värma råvatten
Värmedriven generator
Elproduktion
Kylvatten kvarnar
Bättre styrning
Ackumulator
Varmvatten
Värmeåtervinningstorn 1,2,4
Kontorsuppvärmning
Värma lokaler
Fjärrvärme
Eliminera dumpning för varmvattenproduktion
Tina ved med varmvatten
Förbehandling renseri
Vattenflöde pappersmaskinreturfiberrenseri
Driftventiler vakuumpumpar
Spritsvatten
Bättre utnyttjande klarfiltrat
99
Bilaga 7 - Övervägda idéer
Följande är rakt av en lista på alla idéer som jag har berört.
Minska användningen av defibrörer
Se över oljorna som används
Råvattenvärmning med spillvärme
Ökat samarbete med Umeå Energi för att sälja mer fjärrvärme
Isolera mesaugn
Belysning: rörelsevakter
Belysning: effektivare lampor
Virtuella serversystem
Tidsstyrda motorvärmare
Förvärm ved renseri vinter effektivare
Öka koktiden
Pumpar frekvensriktade
Göra metangas av kompost
Organisera fabriksinformationssystemet ,Winmops
Noggrannare elrapportering till elbolag
Se över om installerade motorer är överdimensionerade
Upptining av returfiberbalar
Underhåll av ångsystemet
Ångfällor: bättre mätning
Motorer för inköp klassning
Coating mesaugn
Flisficka/ förbasningskärl
Mikroluftare
Torka, bränna bioslam
Tvättpressar
höja torrhalt på lut innan indunstning
Torka mesa bättre genom att använda cyklon
Alternativa bränslen mesaugn: biobränsle?
Varvtalsstyrd upplösare till pulper
Hydraulväxellåda till pulper
Ta bort transportskruvar i returfiberavdelningen
Optimera torkpartiet
Nya typer av lager
Bättre biobränsleblandning
Använda turbinånga till sotning
Undvika att köra varmvatten i avlopp i onödan
Ersätta centrifug innan mesaugn 2 med filter
101
Använda tallolja som bränsle
Dela up råvatten tidigt i kylvatten och processvatten
Nya växlar, nya drifter till torkparti
Upplösare, nya plåtar och rotorer
Torkviratvättar
Omrörare sulfatmassakar, den har platt botten och är av förlegad typ
Recirkulera tätningsvatten
Recirkulera kylvatten, motorer till kvarnar
Smörjning pappersmaskin med frekvensomriktare
Oljekylda transformatorer
Hydraulpump till skopress
Större utgående ventiler till ackumulatorn
Sotångreglering
Värmeåtervinningsprojektet
indunstning 4
Nya kvarnar pappersbruk
102
Bilaga 8 – Förstudie
Examensarbetesförslag – Energibalans: SCA Obbola 2009-04-19, Petter Kyösti
Arbetet ska omfatta en uppdatering av energibalansen enligt samma standard som
använts tidigare på SCA Obbola. Detta innebär en kartläggning av
energianvändningen i bruket. I arbetet ska också ingå att undersöka huruvida
specifika förbättringar kommer att löna sig över en treårsperiod. Detta innebär
viss nyutveckling av befintliga processer och utrustning.
Examensarbetet bör delas in i följande faser:
litteraturstudie och genomgång av lokala produktionsförhållanden
undersöka förändringar sen förra rapporten och följa upp dessa
förändringar
beräkning av ny energibalans
förbättringsförslag och sammanfattning
Slutrapport
Examinator: Professor Lennart Karlsson, Datorstödd Maskinkonstruktion
Handledare LTU: Docent Jan Dahl, Energiteknik
Handledare på företaget: Nils Gilenstam
103
Figur 1. Ganttschema
104

Energianalys av ett pappersbruk med förbättringsförslag

Transcription

Similar documents

magasinet Spets - GUL - Göteborgs universitet

"Anki i Nasjonalgalleriet" (Anki at the National gallery)

Hill Evo - Orange Clean AB

K26/615 - FairNet

V-serien Stickugnar

0 - Västerbottens museum

nyhetsbladet

Teknik 2.pdf

1981 nr 2

från blysättning till datorstyrt tryck

SAMSON Sverige

Comfort - FairNet

Kultur- program - Minabibliotek.se

Lönelistan 2012

Linerbladet - Smurfit Kappa

Riksbyggens Renoveringsverkstad

Direktlånet – oavsett var du befinner dig i livet