Energi- och miljöeffekter av mekanisk avvattning som försteg till torkning av träflis vid pelletsproduktion

Transkript

1 Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Miljö- och energisystem Oskar Lingman Energi- och miljöeffekter av mekanisk avvattning som försteg till torkning av träflis vid pelletsproduktion Energy and environmental effects of mechanical dewatering as a pre-stage to thermal drying of wood chips in a pellets production Examensarbete 22,5 hp Högskoleingenjörsprogrammet i energi-och miljöteknik Augusti 2018 Handledare: Examinator: Stefan Frodeson Lena Brunzell Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax Information@kau.se

2 I

3 Sammanfattning Med rådande klimathot i form av ökande koldioxidhalter i vår jords atmosfär krävs stora gemensamma insatser för att minska utsläppen. Genom att välja bort fossila bränslen och istället använda miljövänliga energikällor skapar vi tillsammans en hållbar framtid. Träpellets är ett biobränsle tillverkat på biomassa i form av träflis och dess förbränning kan i princip ses som koldioxidneutral. Tillverkningen av bränslepellets är emellertid en energikrävande process där termisk torkning av råvaran står för en majoritet av energianvändningen under pelletstillverkningen, där träflisen torkas från 55 10% fukthalt genom kondensering. I och med den ökande efterfrågan av pellets kommer även större möjligheter till effektivisering, där torksteget i produktionen har stort fokus. Syftet med denna studie har varit att undersöka energi- och miljöeffekter av en ny tvåstegsteknik bestående av mekanisk avvattning som försteg till termisk torkning av träflis i en pelletsproduktion. Den mekanisk avvattningsteknik som undersökts är Drinor CDP - Continuous Dewatering Press. Det primära målet med arbetet har varit att undersöka Drinors CDP som försteg till en bandtork och pneumatisk tork för att slutligen svara på vilken av kombinationerna som ger lägst energianvändning och miljöpåverkan i form av utsläpp. Som referens kommer torkprocessen hos Stora Enso Timber Gruvön användas, där en bandtork i dag används som torksteg. Som delmål kommer två olika partikelstorlekar undersökas vid pneumatisk torkning bestående av spån och flis, detta för att utreda partikelstorlekars påverkan på pneumatisk torkning och om det ens är möjligt att pneumatiskt transportera större flis. Resultaten visar att mekanisk avvattning är en bra lösning för pelletsindustrin. Fallet med CDP i kombination med bandtork ledde till en energireducering med ca 50% och 35% minskade utsläpp som en följd, jämfört med referensfallet bestående av endast bandtork. Resultaten visade även att stora träflispartiklar kunde transporteras pneumatiskt vid en lufthastighet på drygt 23 m/s. Pneumatisk torkning bidrog till en hög användning av el på grund av höga temperaturer, vilket i sin tur leder till stora mängder koldioxidutsläpp. II

4 Abstract With the occurring climate threats in the form of increasing levels of carbon dioxide in our Earth's atmosphere, major joint efforts are needed to reduce our emissions. By opting out of fossil fuels and instead using environmentally friendly energy sources, we help create a sustainable future. Wood pellets are a biofuel made from biomass in the form of woodchips and its combustion can in principle be seen as neutral. However, the production of wood pellets is an energy-consuming process where thermal drying of the wet wood chips accounts for a majority of the total energy use during pellet production, where wood chips are typically dried from 55 10% moisture by condensation. With an increasing demand for pellets, there will also be more opportunities for efficiency, where the drying stage in production has a large focus. The purpose of this study has been to investigate the energy and environmental effects of a new two-stage technique consisting of mechanical dewatering as a prestage to thermal drying of woodchips in a pellet production. The mechanical dewatering technology studied is the Drinor CDP - Continuous Dewatering Press. The primary goal of the work has been to investigate the Drinors CDP as a pre-stage to a packed moving bed and a pneumatic dryer to finally answer to which of the combinations provides the lowest energy use and environmental impact in terms of emissions. As a reference, the drying process of Stora Enso Timber Gruvön is used, where a packed moving bed is used as a single-stage dryer. As a secondary goal, two different particle sizes will be examined for pneumatic drying consisting of saw dust and wood chips, to investigate the impact of particle sizes on pneumatic drying, and whether it is even possible to pneumatically transport larger wood chips. The results show that mechanical dewatering is a good solution for the pellet industry. The case with a CDP in combination with a packed moving bed led to an energy reduction of about 50% and 35% reduced emissions as a result, compared to the reference case consisting only of a packed moving bed. The results also showed that large wood chip particles could be transported pneumatically at an air velocity of just over 23 m/s. Pneumatic drying contributed to a high use of electricity due to high temperatures, which in turn leads to large quantities of emissions. III

5 Förord Detta examensarbete har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete. Examensarbetet omfattar 22,5 högskolepoäng som har utförts vid fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap på avdelningen miljö- och energisystem vid Karlstads universitet. Jag vill passa på att tacka Carl Romlin och Alexander Thelander på Drinor för att ha hjälpt mig att pressa material och svara på frågor. Vill även tacka Stefan Olsson på Stora Enso Timber Gruvön som försett mig med material och min gedigne handledare Stefan Frodeson för att ha hjälpt mig under arbetet. Till sist vill jag tacka alla andra som varit till hjälp och stöttat mig under resans gång. Tusen tack! IV

6 Innehållsförteckning 1. INLEDNING INTRODUKTION SYFTE & MÅL AVGRÄNSNINGAR TEORI PELLETSTILLVERKNING STORA ENSO TIMBER GRUVÖN MEKANISK AVVATTNING DRINOR CDP CONTINUOUS DEWATERING PRESS Funktion METOD MATERIAL GENERELLA INDATA REFERENSFALL BANDTORK STORA ENSO Energi & Miljö FALL 1 - DRINOR CDP + BANDTORK Energi & FALL 2 - DRINOR CDP + PNEUMATISK TORK (STOR FLIS) Energi & FALL 3 - DRINOR CDP + PNEUMATISK TORK (SPÅN) Energi & RESULTAT VÄRME- OCH MASSBALANSER Referensfall Bandtork Stora Enso Fall 1 Drinor CDP + Bandtork Fall 2 Drinor CDP + Pneumatisk tork (Stor Flis) Fall 3 Drinor CDP + Pneumatisk tork (Spån) ENERGI & EFFEKT MILJÖ PNEUMATISK TORKNING, PARTIKELDATA DISKUSSION SLUTSATSER REFERENSER V

7 1. Inledning 1.1 Introduktion Jorden står inför ett klimathot där koldioxidhalterna i atmosfären ständigt ökar vilket succesivt höjer jordens medeltemperatur. Resultaten av denna temperaturhöjning innefattar bland annat smältande glaciärer, väderkatastrofer och förluster av den biologiska mångfalden. Utsläppen av växthusgaser kräver därför internationella insatser för att begränsas, där ett bra och effektivt sätt att minska våra utsläpp är att minimera användningen av fossila energikällor som olja och kol (UN.org 2016). Genom att istället satsa på mer hållbara lösningar med lägre CO2-utsläpp, exempelvis biobränsle, kan den globala uppvärmningen bromsas. (Naturvårdsverket 2017) (WWF 2018). Biobränsle är ett samlingsnamn för bränsle tillverkat av organiska, förnybara material, så kallad biomassa (WWF 2013). En klar fördel med att använda bränsle tillverkat av organiska material är att det i stort sett kan ses som koldioxidneutralt, då de koldioxidutsläpp som genereras vid förbränning kan tas upp igen i det naturliga kretsloppet under växternas fotosyntes (Pang & Mujumdar 2010). Användningen av biobränsle står idag för ca 10% av världens totala energianvändning och kommer troligtvis öka i och med att fossila bränslen succesivt fasas ut (Stenström 2017). I Europa ökar användningen av bioenergi för varje år som går och har sedan år 2000 ökat stabilt med ca 5% per år, en utveckling som förväntas fortsätta. I Sverige tillfördes år 2015 ca 525GWh där bioenergi stod för ca 25% av dessa, vilket även motsvarar 9% av Europas totala konsumtion av biobränsle (AEBIOM 2017) (Energimyndigheten 2016). Av de producerade biobränslena i Europa under år 2015 stod fasta biobränslen för en stor majoritet med 91% följt av biogas och avfall, där de fasta biobränslena till stor del bestod av träpellets, en trend som verkar öka (AEBIOM 2017). Träpellets är populärt även i Sverige och i och med att Sverige till stora delar är täckt av skog finns goda resurser av råvara i form av flis och GROT från skogsindustrin. Sveriges tillväxt av skog är dessutom större än dess avverkning vilket gör just träpellets och övriga träbaserade biobränslen till ett mycket bra alternativ (Svenska Trädbränsleföreningen 2017) (Olsson 2001). Intresset för träpellets har växt stadigt under de senaste åren och är idag det biobränsle vars produktion tilltar mest världen över. Mellan år 2010 och 2012 ökade den globala produktionen med över 50% och har sedan dess fortsatt öka. Träpelletsproduktionen är som störst i Europa och stod år 2015 för hälften av dess totala biobränsleproduktion. De två europeiska länder som i dag producerar mest pellets är Tyskland följt av Sverige där Tyskland år 2016 hade en produktion på 1,9 miljoner ton (AEBIOM 2017). I Sverige producerades samma år ca 1,7 miljoner ton bränslepellets vilket motsvarar en produktionsökning med ca 5% från 2015 (Bioenergi 2017). Förbränningen av träpellets kan som tidigare nämnt ses som koldioxidneutral, något som inte kan sägas för produktionen av dem. I och med att den globala produktionen av pellets ökar blir behovet av energieffektiva lösningar större, speciellt för torksteget. 1

8 Produktionen av träpellets sker vanligtvis genom en rad processteg där träflis torkas, mals, pelleteras och slutligen förpackas (Stenström 2017). Torkningen vid kommersiell pelletsproduktion är det processteg som kräver överlägset mest energi då färsk, våt träflis normalt sett har en fukthalt på ca 55%. Eldningsbara pellets bör endast ha en fukthalt på runt 10% för att kunna förbrännas effektivt, något som vid stora produktionsvolymer kräver att stora mängder energi går till just fukthaltsreducering vid torkning (Ståhl et al. 2016) (Pirraglia et al. 2010). De tre mest förekommande torkteknikerna, även kallade torksteg, är roterande tork, bandtork och pneumatisk tork där torkning av träflis sker termiskt via varma luftflöden (Pang & Mujumdar 2010). De olika torkstegen lämpar sig ofta till olika områden. Den roterande torken är tillförlitlig, mångsidig och klarar de flesta typer av biomassa och produktionsvolymer. Genom att transportera råvara genom ett lätt lutande rör under rotation skapas omblandning samtidigt som varm luft transporteras genom röret och på så sätt torkar godset (Wimmerstedt 1999) (Johansson, Larsson & Wennberg 2004). Bandtorken har en enkel konstruktion, hög effektivitet och kan även den torka biomassa med varierad storlek. Biomassan transporteras på ett band där varm luft flödar genom materialet och på så sätt torkar det. En fördel med bandtorken är att den kan användas med relativt låga lufttemperaturer, vilket gör den till ett energisnålt alternativ (Frodeson et al. 2013). Pneumatisk torkning bygger på att ett varmt luftflöde transporterar och samtidigt torkar råvara. Pneumatiska torkar lämpar sig bäst till fasta material med små partiklar som lätt kan transporteras, men kan även ha kapaciteten att transportera större föremål som stenar (Ratanyake 2005). Genom att låta partiklarna sväva fritt i luftflödet under transport tillåts en snabbare torkningstid än när de ligger packade på ett band till följd av att partikeln får större ytarea i kontakt med den omgivande luften. Trots en relativt enkel konstruktion kräver den pneumatiska torken att många parametrar stämmer överens. Lufttryck, lufthastighet, partikelstorlek och temperaturer måste justeras noggrant för att effektiv torkning skall nås (El-Behery, El-Askary, Hamed, & Ibrahim, 2012). Torkning av träflis och annat biomaterial sker, som tidigare nämnts, främst via ett torksteg, exempelvis via en bandtork. Det förekommer även flerstegstorkning där kombinationer av flera torkningstekniker används. Att använda flera torksteg är ovanligt, men kan enligt Pang & Mujumdar (2010) effektivisera processen genom att kunna ha lägre temperaturer och därmed minska utsläppen av växthusgaser. För temperaturer över 100 C innebär många gånger att stora mängder energi måste tillsättas vilket ofta kräver ett tillskott av värme från värmepumpar eller värmebatterier. Om värmen kan tas direkt via värmeväxling med industriell spillvärme minskar energianvändningen avsevärt. Genom att kombinera en bandtork med en pneumatisk tork visade Frodeson et al att deras teoretiska Two-Step Drying Technique kunde göra torkprocessen av sågspån 22% mer effektiv. Detta tilläts genom att låta bandtorken torka materialet från 50% till 20% och den pneumatiska torken resterande del ned till 10%. Tidigare torkprocess bestod endast av ett torksteg bestående av en bandtork. Anledningen till effektiviseringen är att en bandtork inte torkar lika effektivt när en fukthalt på ca 20% har nåtts, något som däremot en pneumatisk tork kan (Frodeson et al. 2013). 2

9 De vanligaste torkteknikerna för träflis bygger som tidigare nämnt på termisk torkning. Det är emellertid inte den enda metoden för att reducera fukthalt. Genom att pressa träflis med hjälp av mekanisk energi kan det fria vattnet i cellernas hålrum drivas ut ur materialet. I teorin kan fukthalten trä med hjälp av mekanisk avvattning reduceras till ca 20 25%, den så kallade fibermättnadspunkten (Laurila et al. 2014). Det har länge funnits teorier kring mekanisk avvattning inom industrier som torkar biomassa, något som i teorin skulle kunna fungera bra som ett första steg i en flerstegskombination av torkmetoder. Mekanisk avvattning testades inte förrän först på 80-talet där kompression av träblock och träflis undersöktes. Studier kunde då visa olika optimum för diverse träslag men vidare forskning avtog under en period, även om tekniken verkade lovande. För vissa träslag kunde avvattning ner till 30% nås (Laurila et al. 2014). I en annan rapport där mekanisk avvattning med hjälp av två valsar som avvattnade flis i två steg kom Yoshida et al. (2008) fram till att en fukthalt på 46% (w.b.) var möjligt. I studien jämförde de energianvändningen hos sin mekaniska avvattning i kombination med termisk torkning per kg avlägsnat vatten. Studien kom fram till att termisk torkning av tallflis krävde avsevärda mängder mindre energi per kg avlägsnat vatten om mekanisk avvattning användes som försteg. Under år 2014 kom företaget Drinor med ett koncept som använder sig av mekanisk avvattning, kallad CDP Continuous Dewatering Press. Pressen fungerar på så vis att träflis och spån transporteras genom två valsar via ett perforerat transportband och på så sätt avvattnas från 55% ner till 30% på bara någon sekund. I och med att den globala produktionen av träpellets ständigt ökar kommer behovet at energieffektiva lösningar växa med tiden. Eftersom torksteget inom pelletstillverkning är den delprocess som kräver störst energianvändning, vore det extra intressant att effektivisera för att därmed reducera dess energianvändning och växthusgasutsläpp. Genom att använda mekanisk avvattning som försteg till termiska torksteg, borde positiva energi- och miljöeffekter kunna nås. Företaget Stora Enso har sedan 2008 producerat pellets vid deras sågverk på Gruvön och producerar i dag ca ton pellets per år. Schwartz (2014) utförde sitt examensarbete på Stora Ensos Timber Gruvön där en energikartläggning över pelletsproduktionen gjordes. Enligt rapporten stod torksteget bestående av en bandtork för 1,14 av de 1,29h/ton producerad pellets. Detta innebär att torksteget stod för drygt 85% av hela energianvändningen under pelleteringsprocessen, vilket bekräftar Ståhl et al. (2016) och Pirraglia et al. (2010) kommit fram till. Hur skulle energianvändningen för torkning av flis hos Stora Enso Timber Gruvön påverkas om mekanisk avvattning skulle användas som ett första avvattningsteg till deras nuvarande bandtork? En mekaniska avvattnare skulle teoretiskt sett kunna användas för att reducera fukthalten från 55 30% innan termisk torkning sker av resterande fukthalt från 30% till 10%. Som alternativ till Stora Ensos bandtork vore även pneumatisk torkning intressant att undersöka i en kombination med Drinors CDP då studien Frodeson et al. (2010) gjorde såg lovande ut. Pneumatisk torkning av träflis är som tidigare nämnt en effektiv torkmetod för spån och flis då partiklarna ofta är lätta att transportera (Pang & Mujumdar 2010). Om Drinors mekaniska avvattnare, CDP, installeras som försteg till termisk torkning borde energianvändningen och därmed miljöpåverkan reduceras betydligt. En förutsättning för detta är dock att energibehovet för pressen i sig överskrider den termiska torkens. 3

10 1.2 Syfte & Mål Syfte Syftet med studien är att undersöka energi- och miljöeffekter av en ny tvåstegsteknik bestående av ett mekaniskt avvattningsteg och ett termiskt torksteg för att avvattna och torka råvaran i form av träflis till pelletsindustrin. Mål Två mål har tagits fram, där det primära målet är att kunna svara på vilken av nedanstående fall som har lägst energianvändning samt miljöpåverkan i form av koldioxidutsläpp. De fall som har undersökts är följande: Referensfall - Bandtork Fall 1 - CDP + Bandtork Fall 2 - CDP + Pneumatisk tork (Stor flis) Fall 3 - CDP + Pneumatisk tork (Spån) Delmålet med att undersöka olika flisstorlekar för pneumatisk torkning är att se om det går att transportera stora flispartiklar pneumatiskt. Om inte kommer en kvarn innan torkning att krävas. 1.3 Avgränsningar Drinor CDP är utvecklad för att kunna avvattna biomassa. Den här studien kommer bara undersöka avvattningspotential hos biomassa i form av träflis och spån med avsikt att pelleteras. 4

11 2. Teori 2.1 Pelletstillverkning Stora Enso Timber Gruvön. Produktion av pellets sker kontinuerligt genom ett flertal processer, från träspån och flis till färdiga pellets redo för förbränning. I kapitel 2.1 beskrivs kort pelletstillverkningen på Stora Enso Timber Gruvön lokaliserat i Grums och det är med utgång från torksteget i denna process som referensfallet är konstruerat. Figur 1. Flödesschema som beskriver tillverkningen av pellets vid Stora Enso Timber Gruvön med samtliga steg från våt flis till pellets. Som fig. 1 visar, påbörjas processen med att vått spån och flis transporteras till en bandtork där torkning sker. I bandtorken placeras flis och spån på ett perforerat transportband där materialets fukthalt sänks från 55% till 11% genom att låta varm luft flöda genom det med hjälp av fläktar placerade under spånbädden. Den varma luften torkar materialet genom att vattnet överförs till luften och sedan släpps ut till omgivningen ovanför. Efter torkningen förs spånet och flisen vidare till ett mellanlager för att sedan transporteras till en kvarn där materialet mals ned till mindre partiklar för att senare kunna pelleteras. Det malda spånet och flisen transporteras till en konditionerare där materialet värms och mjukas upp, detta för att fibrerna ska förberedas för pelletering. Efter konditionering går materialet vidare till den press där pelleteringen sker och sedan till ett kyltorn där pelletsen får svalna. Till sist paketeras pelletsen och är sedan redo att levereras till kunder. 5

12 2.2 Mekanisk avvattning Drinor CDP Continuous Dewatering Press CDP är en mekanisk avvattningsmaskin (se fig. 2) som har tagits fram och utvecklats av Stefan Sobota i samarbete med företaget Etteplan och ägs numera av det svenska företaget Drinor. Figur 2. Drinor CDP - Continuous Dewatering Press. 1 Avsikten med pressen är att reducera den termiska torkningstiden som vanligtvis krävs för att torka råmaterialet. Med CDP är det i teorin möjligt att avvattna råmaterialet ned till en fukthalt på 30 % och därmed reducera vattenmängden som sedan måste förångas vid torkning. Med pressen ska sågspån, träflis, GROT och bark kunna avvattnas och tillskillnad mot termisk torkning är det möjligt att uppnå torkningstider på några sekunder, vilket kan jämföras med de minuter det ofta kan ta när materialet torkas termiskt. Genom mekanisk avvattning kan också densiteten bli mer jämnt fördelad i det torkade materialet, vilket i så fall innebär att oavsett vilken fukthalt som förs in i pressen, fås alltid en konstant fukthalt ut. Detta är i nuläget svårt att uppnå vid termisk torkning då det råmaterialet varierar i form, storlek och därmed vatteninnehåll Funktion Materialet som ska avvattnas transporteras på ett perforerat stålband och matas in mellan två valsar som pressas ihop likt en mangel och separerar vattnet från materialet i ett pressnyp (se fig. 3). Trycket vid pressnypet är mellan ton. 2 1 Illustration från Drinor AB, försedd via e-post av Carl Romlin. Används med tillåtelse. 2 Carl Romlin, Drinor, muntlig kommunikation den 9:e april

13 Figur 3. Illustration av avvattningsprocessen 3 Vattnet pressas ut ur materialet och rinner igenom de perforerade hålen i stålbandet (se fig. 3). För att förhindra att vattnet inte ska absorberas av materialet igen på vägen ut ur pressnypet, sugs vattnet bort med hjälp av ett undertryck vid sugmunstyckena placerade före och innan pressnypet (syns ej i fig. 3). Avståndet mellan valsarna kan justeras beroende på vilket råmaterial som skall avvattnas. Vattnet som avvattnas går i sin tur vidare till någon typ av reningsanläggning vilket också är ett krav vid stor och mellanskalig produktion. Småskalig produktion kan i vissa fall komma undan med att släppa ut vattnet i naturen om tillstånd kan ges (Granström 2015). 3 Illustration från Drinor AB, försedd via e-post av Carl Romlin. Används med tillåtelse. 7

14 3. Metod I detta kapitel beskrivs generella indata, nyckeltal och de beräkningar och samband som har använts. Först ges en kort introduktion över avgränsningar som gjorts och de fall som undersökts. Material och generella indata kommer sedan att redogöras. Utgångspunkten i arbetet har varit pelletsproduktionen vid Stora Enso Timber Gruvön, vars nuvarande produktionskedja illustreras i fig. 4. Avgränsning runt torksteget bestående av en bandtork. Figur 4. Produktionskedjan vid Stora Enso Timber, Gruvön. Systemgräns runt torksteg. För att undersöka energi och miljöeffekter av mekanisk avvattning har Drinors CDP undersökts i kombination med bandtork och pneumatisk tork, där nuvarande systemlösning hos Stora Enso använts som referensfall. De fyra fall som undersökts är följande: Referensfall Bandtork Fall 1 CDP + Bandtork Fall 2 CDP + Pneumatisk tork (Stor flis) Fall 3 CDP + Pneumatisk tork (Spån) Energi och miljöeffekter för fallen kommer redovisas i: h/ton torrsubstans - Energi kg CO2-eqv/ton torrsubstans Miljö 3.1 Material Allt material i form av granflis kom från Stora Enso Timber Gruvön. Flödet av granflis och dess flöde av torrsubstans (TS) genom undersökta komponenter antogs hållas konstant. Det enda som kom att variera mellan varje komponent/torksteg var granflisens fukthalt. För att ta fram data för granflis har praktiska mätningar gjorts av fukthalt på avvattnad och icke avvattnad granflis med hjälp av fukthaltsberäkningar på blöt bas. Mätningar av granflisens olika partikelstorlekar och densiteter gjordes genom att mäta partiklarnas dimensioner med skjutmått och sedan väga dem. 8

15 3.2 Generella indata Beräkningar har byggt på ett årsmedelfall samt två dimensionerande fall, ett vinteroch ett sommarfall. Indata för dessa redovisas i tabell 1 och 2. Indata för material, luft och vatten redovisas i tabell 3. Stora delar av den indata som använts vid beräkningarna på följande tork- och avvattningstekniker har använts för samtliga beräkningar och redovisas i tabell 2. Variationer och nya indata redovisas vid specifika fall. Tabell 1. Indata för beräkning av energianvändning för bandtork tagna från Frodeson et al. (2013). Värde Tmaterial in 7 C Tmaterial ut 23 C Tluft in 75 C Tluft ut 30 C Enhet xluft in 0,0038 kgvatten/kgluft Tabell 2. Indata för beräkning av dimensionerande effekter. Tute_sommar 30 C Tute_vinter -19,4 C RHute_sommar 65 % RHute_vinter 85 % Tspillvärme 90 C ηvvx 85 % TMaterial in_vinter 7 C TMaterial in_sommar 15 C xvinter 0,001 kgvatten/kgluft xsommar 0,017 kgvatten/kgluft (temperatur.nu) (Petersson 2011) Antaganden Mollierdiagram Tabell 3. Generella indata för samtliga värme- och massbalanser. Symbol Värde Enhet Referens m våt granflis 20,2 t/h m luft 573 t/h (Schwartz 2014) Cpspån 1,36 kj/kg, C Cpluft 1,005 kj/kg, C (Cengel & Ghajar 2014) CpH2O 4,18 kj/kg, C hfg_ånga 2500 kj/kg (Cengel & Boles 2011) er för fläktar togs från Schwartz (2014) där fläktarna hade en effekt på 0,45 vid ett luftflöde på 573t/h. 9

16 3.3 Referensfall Bandtork Stora Enso Referensfallet bygger på den nuvarande torkningsmetod som i dag används vid Stora Ensos Timber Gruvön. Fig. 5 visar flödet av granflis genom produktionen samt de områden som kommer tas med i beräkningarna. Figur 5. Flödesschema för pelletsproduktionen vid Stora Enso Timber Gruvön. Systemgräns runt torksteg. Värme- och massbalanser beräknades med hjälp (1) till (7), där indata från tabell 1 användes vid årsmedeltemperatur. Dimensionerande effekter beräknades med indata från tabell 2 och med hjälp av (1) (8). Värden för material, luft och vatten togs från tabell 3. Dessa ekvationer användes för samtliga fall. E in E ut = E system (1) För att beräkna värmeeffekten in i systemet användes ekvation (2) E in = Q Luft + Q Vattenånga + Q TS + Q H2O (2) För att beräkna värmeeffekten ut ur systemet användes ekvation (3) E ut = Q Luft + Q TS + Q H2O + Q Vattenånga + Q Förångning (3) er för luft, torrsubstans och vatten beräknades med (4) Q = m Cp T (4) Q Vattenånga = m Ånga h fg Ånga (5) För att skilja mellan ånga och torr luft användes ekvation (6). m torr_luft = m tot_luft (m tot_luft x) (6) Fukthaltsberäkningar för granflis gjordes med hjälp av (7) Fukthalt [%] = m H2O m H2O +m TS 100 (7) 10

17 Bestämningen av fukthalt gjordes genom att placera 100g spån/flis i en glasbägare och därefter låta det torka i en 103 C varm ugn under 24h tills dess att all fukt dunstat bort. Materialets fukthalt kunde då bestämmas genom att återigen väga bägaren för att se hur stor massa vatten som försvunnit. För dimensionerande effekter beräknades värmeåtervinning från spillvärme med hjälp av (8), med indata från tabell 2. η = T återluft T Uteluft T Spillvärme T Uteluft (8) Energi & Energianvändning vid årsmedeltemperatur beräknades genom ekvation (1) till (7) med indata från tabell 1. behovet för vinter och sommarfall beräknas genom ekvation (1) till (8) med indata från tabell 2. Fig. 6 beskriver hur värme- och massbalanserna för bandtorken är uppställda. Figur 6. Värme- och massbalans för referensfallet Miljö Miljöeffekter i form av CO2-utsläpp relaterade till energianvändning beräknades för el med hjälp av utsläppsvärden för svensk, nordisk och europeisk elmix. Spillvärmens miljöpåverkan beräknades genom utsläppsvärden för biobränsle, se 11

18 tabell 4. Summan av utsläpp beräknades genom att sammanställa energibehoven av el och spillvärme för att sedan beräkna om dem till kg utsläpp per ton torkad TS. Tabell 4. koldioxidekvivalenter per kwh för olika källor Källa Utsläppsvärde [gco2-eqv/kwh] Referens Svensk elmix 47 Nordisk elmix 125,5 Energimyndigheten Europeisk elmix 558 EEA Biobränsle (spillvärme) 5 Miljöfaktaboken 2011 Beräkningar av miljöpåverkan gjordes på samma sätt för samtliga fall. 3.4 Fall 1 - Drinor CDP + Bandtork Fall 1 har beräknats på samma sätt som referensfallet (1) men har nu ett försteg i form av mekanisk avvattning som minskar flödet av vatten bundet i flismassan in i bandtorken. Figur 7. Flödesschema för fall 1 där mekanisk avvattning används som försteg till bandtorken. Avvattningen med Drinor CDP utfördes genom att placera våt flis på ett perforerat stålband som transporterade flisen mellan två valsar som på så sätt avvattnade flisen. Uppskattat avvattningsflöde på ca 1kg granflis per sekund. Granflisen hade förvarats inomhus och antogs därför ha rumstemperatur. Temperaturen på den pressade flisen uppskattades höjas ca 3 C efter avvattning. 4 Fukthaltsmätningar gjordes på samma sätt som för referensfallet där material före och efter pressning torkades och sedan vägdes. Med dessa beräkningar kunde mängden bortfört vatten fastställas. Fig. 8 illustrerar värme- och massbalans för Drinors mekaniska avvattnare (CDP). 4 Carl Romlin, Drinor, Mailkontakt den 10e oktober

19 Eleffekt: Press Trädflis (ts) T/h Vatten T/h Temperatur C Fukthalt % CDP Trädflis (ts) T/h Vatten T/h Temperatur C Fukthalt % Vatten T/h Temperatur C Eleffekt: Rening Figur 8. Värme- och massbalans för Drinor CDP. Metod för CDP gäller samtliga fall Energi & För att fastställa pressens effekt vid drift lästes en elmätare av där momentaneffekten på all tillkopplad utrustning i form av CDP samt suganläggning för avvattning visades. Då flödet av flis vid mättillfället var lägre än Stora Ensos nuvarande flisflöde antogs pressens eleffekt öka linjärt med flödet. Tre körningar av avvattning utfördes och 20 momentaneffekter antecknades under tiden. Med hjälp av mätpunkterna kunde sedan en medeleffekt räknas ut för att ge energianvändning per kilo avvattnad flis. För att säkerställa mätningarnas trovärdighet jämfördes mätpunkterna sedan med mätvärden från Drinor. Pressens eleffekt antogs verka linjärt med flödet av flis. Energi och effektbehov för rening av pressvatten gjordes genom att beräkna hur mycket energi det krävs att rena utgående vatten per ton torrsubstans som pressats. Värden för energianvändning i kwh per ton COD-reduktion togs från tidigare studier av Stoica, Sandberg & Holby (2009), se tabell 5. För att ge en generell bild av energianvändning för reningen användes medelvärdet av dessa tre reningstekniker. Observera att energianvändningen i tabell 5 endast omfattar rening av vattnet, ej behandling av eventuellt slam och dylikt. Tabell 5. Energianvändning för rening av avfallsvatten. Reningsteknik Multi-bio Luftad damm Aktiv slam Total kwh/t COD red Värden för COD-mängden i avvattnat vatten togs från Granström (2015) där pressvattnet beräknades innehålla ca 6450 mg/l. och energi beräknades enligt samma princip som i referensfallet men då vattenmängden in i systemet nu var lägre på grund av avvattningen via försteget, 13

20 justerades flödet av luft in i systemet för att få värme- och massbalanserna att gå ihop, med viss hänsyn till små värmeförluster då systemet ej är slutet. Vid variationer av luftflödet antogs fläktens effekt variera linjärt med luftflöde. 3.5 Fall 2 - Drinor CDP + Pneumatisk tork (Stor flis) Fall 2 använder sig av en pneumatisk tork istället för en bandtork, se fig. 9. Fläktar för transport av flis har antagits bestå av samma typ som i tidigare fall. Då pneumatisk transporttorkning ofta kräver höga temperaturer har ett värmebatteri därför lagts till för att värma luften till önskad temperatur. Fall 2 undersöker förutom energi, effekt och miljöpåverkan om stora flispartiklar kan transporteras pneumatiskt under rimliga förhållanden eller ej. Figur 9. Flödesschema för fall 3. Innan och efter pressning med CDP undersöktes fyra partikelstorlekar för att se hur pick-uphastigheten, dvs den lufthastighet som skulle krävas för att sätta partiklarna i rörelse, skulle variera mellan de olika storlekarna. För de minsta partiklarna antogs storleken 2*2*2mm, dvs det största som skulle kunna ramla igenom ett 2mm-såll. De andra tre storlekarna valdes genom att sålla med tre olika sållstorlekar där de största sållade partiklarna sedan valdes ut. De fyra storlekarna kategoriserades som spån, små flis, medelstor flis och stor flis och dess storlekar redovisas i tabell 6 och kan ses i fig. 10. Figur 10. Bild på de fyra spån och fliskategorierna. 14

21 Tabell 6. Spån och flisstorlekar Kategori Storlek [mm] Spån <2 Små flis <6,5 Medelstor flis <11,2 Stor flis > 16 När 7 partiklar från varje storlekskategori valts ut mättes de med skjutmått för att få fram dess dimensioner. Partiklarna vägdes även för att ta fram densitet för varje partikel. Då samtliga partikeldensiteter beräknats användes medelvärdet för varje storlekskategori. Eftersom formen hos flispartiklar ofta varierar kraftigt användes (9) för att ta fram en ungefärlig diameter hos dem. (9) definieras som diametern hos en sfär som har samma volym/ytareaförhållande som en partikel av intresse (Wang & Fan 2013). Sauter mean diameter(d SMD ) = 6 V p A p (9) För att veta vilka lufthastigheter, pick-uphastighet, som skulle krävas för att få partiklarna att lyfta och följa med luftflödet vid den pneumatiska transporten användes ekvation (10) till (13). Pick-uphastighet för partiklar (Cabrejos & Klinzing 1994). v gpu gd = (0,0428Re p 0,175 ) ( D d )0,25 ( ρ p ρ )0,75 (10) Reynoldstal för partiklar (H. Kalman et al. 2005) Re p = dv pρ = 2,66Ar 0,474 η (11) Ar = gρ(ρ p ρ)d 3 μ 2 (12) Hastighet för enskild partikel beräknades med (13) (Ratanyake 2005) v p = (1 0,68d 0,92 p ρ 0,5 p ρ 0,2 L D 0,54 rör ) (13) Luft ut Sågspån in Värmebatteri Fläkt Luft in Sågspån ut Figur 11. Översikt pneumatisk tork. 15

22 För att beräkna tryckförluster i systemet behövde ett pneumatiskt rörsystem designas. Fig. 11 ger en översikt över den design som användes vid den teoretiska implementeringen av den pneumatiska torken vid Stora Ensos fabrik. Uppsättningen av rörlängd, diametrar samt isolering redovisas i tabell 7. Måtten på rören är baserade på värden från Frodeson et. al (2013). Isoleringstjocklek använd vid värmeförlustberäkningar är antagen. Tabell 7. Data för rör vid pneumatisk transport. Vertikal längd 15 m Horisontell längd 135 m Innerdiameter 1,25 m Ytterdiameter 1,35 m Isoleringstjocklek 0,1 m Värmemotstånd isolering 0,038 W/m 2 K För att beräkna tryckförluster i rörsystem hos pneumatisk tork användes ekvation (14) till (21) (Klinzing et al. 2012). P Tot = P L + P A + P z + P g + P bend (14) För att beräkna tryckfallet relaterat till lufthastighet användes (15), där (16) beskriver luftmotståndet från rörets väggar. ρ P L = λ L 2 v2 L D (15) λ L = 0,316 (16) Re0,25 Accelerationsförluster vid inmatningen av material i den pneumatiska torken beskrivs med (17), där (18) används för att beräkna massflödesförhållandet mellan partiklar och luft i röret. P A = μ MLR v 0 ρ 0 c (17) μ MLR = m p m L (18) Horisontella tryckförluster beräknas med hjälp av (19) ρ P z = μ λ L 2 v2 L D (19) Tryckförluster beroende av höjdskillnader beräknas med (20). P g = μ ρ g Z (20) c/v Tryckförluster för böjar beräknas med (21), där Rb antas vara 5*D. 16

23 P bend = P z 2πR b 210 ( 2 R b L 4 D ) 1,15 (21) Då samtliga tryckförluster beräknats kunde krävd fläkteffekt för att övervinna dess motstånd beräknas med (22). P fläkt = P Tot V fläkt (22) Energi & När pick-uphastigheter och tryckförluster fastställts balanserades systemet utifrån en utgående temperatur på 60 C som togs fram genom diagrammet i fig. 12. För att den utgående, fuktiga luften inte ska kondensera i rören krävs en temperatur på ca 60 C med en luftfuktighet på max 63 64% vid torkning av träflis med önskad utgående fukthalt på ~10%. Figur 12. Kurva för jämviktsfukthalt vid olika temperaturer och rådande luftfuktigheter. Värme- och massbalans för fall 2 beräknades genom att sammanställa framtagna data och justera ingående lufttemperatur. 17

24 Torr luft T/h Vatten T/h Temperatur C Ångkvot kg/kg El Värmebatteri VVX Luft T/h Temperatur C Relativ fuktighet % Spillvärme: Eleffekt: Press Eleffekt: Fläktar Eleffekt: Cirkulationspump Trädflis (ts) T/h Vatten T/h Temperatur C Fukthalt % CDP Trädflis (ts) T/h Vatten T/h Temperatur C Fukthalt % PT Trädflis (ts) T/h Vatten T/h Temperatur C Fukthalt % Vatten T/h Temperatur C Torr luft T/h Vatten T/h Temperatur C Ångkvot kg/kg Eleffekt: Rening Figur 13. Värme- och massbalans för CDP + PT (stor flis). 3.6 Fall 3 - Drinor CDP + Pneumatisk tork (Spån) Fall 3 bygger på samma princip som fall 2, men med en kvarn innan torkning och pneumatisk transport då spån nu ska transporteras. Se fig. 14. Figur 14. Flödesschema fall 3. Beräkningar för hastigheter och övrigt gjordes på samma sätt fast nu för spånpartiklar på ~2mm. Systemet balanserades även här genom att variera lufttemperatur. Då kvarnen finns utanför systemgränsen i fall 1 och 2 tas ingen hänsyn till dess elförbrukning. 18

25 3.6.1 Energi & Beräkningar för energi och effekt gjordes på samma sätt som i fall 2 El Luft T/h Temperatur C Relativ fuktighet % Torr luft T/h Vatten T/h Temperatur C Ångkvot kg/kg Värmebatteri VVX Spillvärme: Eleffekt: Press Eleffekt: Fläktar Eleffekt: Cirkulationspump Trädflis (ts) T/h Vatten T/h Temperatur C Fukthalt % CDP Trädflis (ts) T/h Vatten T/h Temperatur C Fukthalt % Kvarn PT Trädflis (ts) T/h Vatten T/h Temperatur C Fukthalt % Vatten T/h Temperatur C Torr luft T/h Vatten T/h Temperatur C Ångkvot kg/kg Eleffekt: Rening Figur 15. Värme- och massbalans för fall 3. 19

26 4. Resultat 4.1 Värme- och massbalanser Referensfall Bandtork Stora Enso Mätningar av fukthalt på opressad samt torkad granflis taget från Stora Enso visade en initial, ingående fukthalt på 54,5% och en utgående fukthalt på 11,4%. Fig. 16 redovisar värme- och massbalans för referensfallet där värden in- och utgående massflöden av flis gällde för samtliga fall. Figur 16. Värme- och massbalans över Referensfall Bandtork Stora Enso Timber Gruvön Fall 1 Drinor CDP + Bandtork Fig. 17 visar värme- och massbalans för Fall 1 Drinor CDP + Bandtork. Fukthaltsberäkningarna visade att den våta granflisen från Stora Enso Timber Gruvön kunde avvattnas ned till 38,1% från den initiala fukthalten på 54,5%. mätningarna för den mekaniska avvattningen varierade mellan 43-46kW och gav ett medelvärde på 45kW vid avvattning av ett flisflöde på 1kg/s. Vid avvattning av 9,2ton torrsubstans per timme beräknades avvattnarens effekt till 0,25. Avvattningen resulterade i att 5,35 ton vatten fördes bort från pressen per timme för att sedan renas. Avvattningsflödet på 5,35t/h gav ett COD-flöde på 0,58t/t TS och en energianvändning på 0,005kWh/t TS vid rening. 20

27 Figur 17. Värme- och massbalans över Fall 1 Drinor CDP + Bandtork Fall 2 Drinor CDP + Pneumatisk tork (Stor Flis) Fig. 18 redovisar värme- och massbalansen för Fall 2 Drinor CDP + Pneumatisk tork (Stor flis). För att torka materialet krävdes i fall 2 en lufttemperatur på 173 C och en effekt på 2,9 för värmebatteriet. Krävd lufthastighet för fall 2 var 23,4 m/s. Torr luft 106 T/h Vatten 0,4 T/h Temperatur 173 C Ångkvot 0,0038 kg/kg El 5,2 2,9 Värmebatteri VVX Luft 106,4 T/h Temperatur 7 C Relativ fuktighet 65 % Spillvärme: 2 Eleffekt: Press 0,25 Eleffekt: Fläktar 0,1 Eleffekt: Cirkulationspump 0,04 Trädflis (ts) 9,19 T/h Vatten 11 T/h Temperatur 7 C Fukthalt 54,5 % CDP Trädflis (ts) 9,2 T/h Vatten 5,7 T/h Temperatur 10 C Fukthalt 38,1 % PT Trädflis (ts) 9,2 T/h Vatten 1,2 T/h Temperatur 45 C Fukthalt 11,4 % 0,11 0,10 0,22 Vatten 5,35 T/h Temperatur 10 C 0,043 Torr luft 106 T/h Vatten 4,9 T/h Temperatur 60 C Ångkvot 0,046 kg/kg Eleffekt: Rening 0,04 5 Figur 18. Värme- och massbalans över Fall 2 Drinor CDP + Pneumatisk tork (Stor flis). 21

28 Energi [h/t TS] Fall 3 Drinor CDP + Pneumatisk tork (Spån) För fall 3 Drinor CDP + Pneumatisk tork (Spån), som redovisas i fig. 19 krävdes en lufttemperatur på 420 C och därmed en värmebatterieffekt på 3,25 för att torka granflisen till önskad fukthalt på 11,4%. Värme- och massbalans för fall 3 visas i fig. 20 där samtliga flöden redogörs för. Krävd lufthastighet för detta fall var 7,5 m/s för den största partikeln i spånkategorin. El 3,25 Luft 33,9 T/h Temperatur 7 C Relativ fuktighet 65 % Torr luft 33,8 T/h Vatten 0,1 T/h Temperatur 420 C Ångkvot 0,0038 kg/kg 4 Värmebatteri VVX Spillvärme: 0,63 Eleffekt: Press 0,25 Eleffekt: Fläktar 0,02 Eleffekt: Cirkulationspump 0,04 Trädflis (ts) 9,2 T/h Vatten 11 T/h Temperatur 7 C Fukthalt 54,5 % CDP Trädflis (ts) 9,2 T/h Vatten 5,7 T/h Temperatur 10 C Fukthalt 38,1 % Kvarn PT Trädflis (ts) 9,2 T/h Vatten 1,2 T/h Temperatur 45 C Fukthalt 11,4 % 0,11 0,10 0,22 Vatten 5,35 T/h Temperatur 10 C 0,043 Torr luft 33,8 T/h Vatten 5 T/h Temperatur 60 C Ångkvot 0,02 kg/kg Eleffekt: Rening 0,04 5,5 Figur 19. Värme- och massbalans över Fall 3 Drinor CDP + Pneumatisk tork (Spån). 4.2 Energi & Jämförelsen av resultaten för energianvändning, som kan ses i fig. 20, visar att fall 3 gav lägst energianvändning men även mest elförbrukning. 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 Energianvändning Referens Fall 1 Fall 2 Fall 3 Spillvärme 1,179 0,564 0,214 0,068 El 0,056 0,062 0,353 0,400 Figur 20. Jämförelse av energianvändning, samtliga fall. 22

29 Koldioxidekvivalenter [kgco2-eqv/t TS] Koldioxidekvivalenter [kgco2-eqv/t TS] Tabell 8. Resultat för dimensionerande effekter vid vinter och sommartemperatur. Dimensionerande effekter Ref Fall 1 Fall 2 Fall 3 Sommar Vinter Sommar Vinter Sommar Vinter Sommar Vinter Enhet Spillvärme 8,02 14,86 3,26 6,81 0,48 0,88 1,49 2,76 Värmebatteri 0,00 0,00 0,00 0,00 2,99 3,30 2,71 2,94 Totalt effektbehov 8,02 14,86 3,26 6,81 3,47 4,18 4,2 5,7 [] 4.3 Miljö Resultaten för miljöpåverkan i form av utsläpp av koldioxidekvivalenter visar att fall 3 gav högst utsläpp och fall 1 lägst utsläpp. Se fig ,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Växthusgasutsläpp Referens Fall 1 Fall 2 Fall 3 Spillvärme 5,89 2,82 1,07 0,34 El 2,25 2,49 14,14 16,01 Figur 21. Jämförelse av koldioxidutsläpp, samtliga fall. Fig. 22 visar hur utsläpp relaterat till elkällan varierar beroende på vilken elmix som används. 250,00 Jämförelse elkällor 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 Referens Fall 1 Fall 2 Fall 3 Svensk elmix 2,25 2,49 14,14 16,01 Nordisk elmix 7,06 7,81 44,36 50,24 Europeisk elmix 31,39 34,74 197,23 223,40 Figur 22. Jämförelse av koldioxidutsläpp beroende av elmix. 23

30 Densitet [kg/m3] 4.4 Pneumatisk torkning, partikeldata Partiklarnas storlekar, densiteter och form varierade mycket vilket gav blandade resultat. Tabell 9. redovisar medelvärden och avvikelser för samtliga partikelstorlekar. Tabell 9. Resultat partikelmätningar. Kategori Spån Små flis Medelstor flis Stor flis Enhet Storlek (SMD) Avvikelse ±394 ±1034 ±1226 ±2718 Densitet 318,44 423,38 375,07 338,48 Avvikelse ±96,43 ±99,84 ±101,74 ±49,91 Pick-upp 5,93 11,95 18,40 23,06 Avvikelse ±2,17 ±2,18 ±3,97 ±2,84 m kg/m 3 m/s Resultaten från densitetsmätningarna (fig. 23) visar att pressad flis fick jämnare densitet än opressad flis. 1200,0 1100,0 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 Partikeldensitet jämförelse Pressad flis Opressad flis Spån Små flis Medelstor flis Stor flis Figur 23. Jämförelse av densitet för pressade samt opressade granflispartiklar i samtliga undersökta storlekskategorier. 24

31 5. Diskussion Förstegsavvattning bidrog till att energianvändningen kunde reduceras avsevärt genom att pressa flisen innan termisk torkning, vilket studien av Yoshida et al. (2008) även påvisade. Genom att med Drinors CDP, mekaniskt avvattna träflis från 55% till 38% fukthalt minskade vattenmängden i flisflödet från 10,8 till 5,7 ton per timme, vilket nästan motsvarar en halvering av den ursprungliga vattenmängden. Som figur 18 visar, bidrog avvattningen till att ett vattenflöde på 5,3ton per timme avlägsnades från flisen för att sedan föras bort och renas. Drinors CDP krävde vid 40 tons drifttryck en effekt på 0,25, något som togs fram genom att manuellt mata pressen med träflis i omgångar och samtidigt läsa av en elmätare. Vid längre drifttider och med hjälp av fler mätvärden hade säkrare resultat kunnat fås fram, något som eventuellt hade kunnat påverka resultaten något. Vid beräkningar av krävd effekt för rening användes endast värden för reduktionen av COD i vattnet, vilket är ett förenklat sätt att se reningsprocessen då den är mer komplex än så. Troligtvis har själva reningen ingen betydande påverkan för slutresultatet, men det är ändå värt att notera och något som bör tänkas på i fortsatta studier. Data och beräkningar för rening av avvattning från pressen byggde på en kombination av reningsteknikerna multi-bio, luftad damm och aktivslam, vilket skulle ge en ungefärlig bild av vad det energimässigt kan kosta i h att rena vattnet. Energianvändningen för rening bygger alltså på stora, omfattande reningstekniker som kräver stora investeringar för att kunna användas. Rekommendationen till den som införskaffar en CDP är att ett reningsverk redan finns i närheten och att det får tas användas för rening av vatten. Förhoppningen med avvattningen var att kunna avvattna flisen ner till en fukthalt på 30%, något som tyvärr inte kunde nås. Hur pressens effektbehov hade påverkats av högre drifttryck än 40ton är oklart men hade troligtvis ökat avvattningsförmågan och därmed reducerat energibehovet för torkning ytterligare. Ökat presstryck skulle även leda till högre energianvändning vilket eventuellt skulle kunna göra avvattningen olönsam ur ett energiperspektiv. Energianvändningen för samtliga fall redovisas i figur 21 där påverkan av mekanisk avvattning som försteg tydligt kan avläsas. Låg energianvändning är inte alltid det viktigaste att tänka på då kraven på miljövänliga energikällor blir allt viktigare. Fig. 21 redovisar miljöpåverkan i form av utsläpp av koldioxidekvivalenter och visar en tydlig trend där de fallen med hög elförbrukning får betydligt högre utsläpp. Fall 3, som hade bäst resultat ur energisynpunkt visar sig även ha högst utsläppsvärden. Anledningen till den höga elförbrukningen för fall 2 och 3 beror på de höga temperaturer som krävs för att torka granflisen till önskad fukthalt. En bandtork, som normalt arbetar vid temperaturer på runt 100 C kan utnyttja spillvärmen på ett mycket effektivare sätt än en pneumatisk tork som i fall 3, kräver hela 420 C. För att öka temperaturen de resterande graderna krävs i fall 3 stora mängder energi från värmebatteriet som endast drivs av el, tillskillnad från spillvärmen som i många fall kommer från biobränslen med låga emissionsvärden. Med detta i åtanke får fall 1 betydligt bättre helhetsresultat, där energianvändningen sjunkit med ca 50% och utsläppen med ca 35%, i jämförelse med referensfallet. Även om referensfallet använder något mindre el kompenseras detta med den stora minskningen av energianvändning i form av spillvärme. 25

32 Fig. 22 visar påverkan av den elmix som används vid produktionen. Svensk elmix med miljövänliga källor har betydligt lägre miljöpåverkan i form av koldioxidutsläpp än både nordisk och europeisk elmix. Fall 1, som hade lägst utsläppsvärden med Svensk elmix hade med europeisk elmix haft nästan 14 gånger så höga utsläpp på grund av de orena energikällorna i form av olja, kol och dylikt. Om ett av fallen skulle implementeras på en plats där just europeisk elmix används är fall 1 ändå det bästa alternativet. Nordisk elmix ger drygt 3 gånger så höga, utsläpp så om möjlighet finns bör el användas från antingen svenska eller nordiska elmarknaden. Fall hade 2 och 3 lägst energianvändning och gemensamt för dem var att pneumatisk torkning användes. Resultaten för den pneumatiska torkningen visade att stora partiklar kunde transporteras under lägre hastigheter än väntat. Då lufthastigheter på 10-30m/s vanligtvis används vid pneumatisk transport av träpartiklar var resultatet för lufthastigheter på drygt 23m/s för stora flispartiklar överraskande. I och med att de minsta spånpartiklarna krävde lufthastigheter på ca 5m/s så borde stora flispartiklarna ha krävt mer eftersom de i vissa fall var gånger större, storleksmässigt (se tabell 9). Då partikelstorlekarna skulle bestämmas krävdes ett sätt att beräkna om den relativt rektangulära formen på flisen till sfärisk form istället, då det visat sig att tidigare studier ofta valt att behandla partiklar på detta vis. Anledningen till att räkna på sfärer är att partiklar som ska pneumatiskt transporteras ofta är just ojämna och rektangulära. Det var svårt att få fram en metod som kunde beskriva partiklarnas omslutningsarea och volym på grund av just detta. Att mäta så noga som möjligt med skjutmått blev därför det bästa rimliga alternativet. Många av flispartiklarna var jämna och fina och kunde utan större problem räknas om till sfärer med hjälp av skjutmått, medan några av dem hade mer avvikande former. Figur 21 visar även att fall 2 och 3 är de fall med lägst andel energi från spillvärme och högst andel från el, något som är direkt relaterat till lufthastigheterna. Beräkningarna för fall 2 och 3 bygger på att använda sig av minsta tillåtna lufthastighet för att få flispartiklarna att följa med luftflödet. Genom att använda lufthastigheter på 7,5 respektive 23,4 m/s minskade volymflödet av luft från 570t/h till ca 34 respektive 106t/h. Genom att minska luftflödet kunde mindre energi tas från den tillgängliga spillvärmen, vilket ledde till att mer energi från värmebatteriet krävdes då mängden fukt som skulle torkas fortfarande var densamma för samtliga fall. För fall 2 krävdes därför en lufttemperatur på 173 C (se figur 19) och för fall 3 en temperatur på 420 C (se figur 20). Uppskattning av pick-uphastigheter var inte heller helt oproblematiskt då få studier gjorts på just träpartiklar. För andra solida material såsom grus, sten, plast och läkemedel fanns många olika varianter, men få av dem passade in på just träflis. Metoden som användes valdes ut för att den kunde hantera en stor vidd av partikelstorlekar av olika densiteter, men gav därför inte helt tillförlitliga resultat. Med slutsatsen att lufthastigheten bör höjas för de pneumatiska torkarna för att slippa hög värmebatterieffekt spelar det emellertid mindre roll, då högre lufthastighet skulle innebära att de majoriteten av partiklarna ändå följer med luftflödet. När värmeväxlarens potentiella återvinning från spillvärmen hos Stora Enso skulle bestämmas användes endast temperaturer och verkningsgrader för att fastställa temperatur på tilluft. Eftersom frånflödet av spillvärme bestod av vatten och hade 26