Energikartläggning av integrerat massa- och pappersbruk

Transkript

1 Energikartläggning av integrerat massa- och pappersbruk Energy survey of integrated pulp and paper mill Växjö, Antal poäng: 3 15hp Ämne/Kurs: Examensarbete Handledare: Per-Arne Olsson, Stora Enso Nymölla Bruk Handledare: Björn Zethræus, Linnéuniversitetet, Institutionen för teknik Examinator: Ulrika Welander, Linnéuniversitetet, Institutionen för teknik Jonas Jonsson Josef Kristofersson Christian Samuelsson

2 Organisation/ Organization Linnéuniversitetet Institutionen för teknik Linnæus University School of Engineering Författare/Author(s) Jonas Jonsson Josef Kristofersson Christian Samuelsson Dokumenttyp/Type of Document Handledare/tutor Examinator/examiner Examensarbete/Diploma Work Björn Zethræus Ulrika Welander Titel och undertitel/title and subtitle Energikartläggning av integrerat massa- och pappersbruk Energy survey of integrated pulp and paper mill Sammanfattning Den 1 januari 2005 infördes en lag som möjliggör skattereduktion gällande elskatt för energiintensiva företag genom att delta i programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri (PFE). Programmet löper över fem år och syftar till att främja effektiv energianvändning samt att belysa energiaspekter i tillverkningsprocessen. De övergripande kraven som ställs på de deltagande företagen är att de ska införa ett energiledningssystem (ELS) samt utföra eleffektiviserande åtgärder. Investeringarna för de eleffektiviserande åtgärderna skall motsvara den minskade kostnaden som följer av skattelättnaden. Införandet av ELS innebär att kartläggning av energiflöden samt kontinuerligt arbete med energieffektiviseringsåtgärder ska utföras. Nymölla Bruk är ett integrerat massa- och pappersbruk som ingår i Stora Enso-koncernen under finpapperdivisionen. På Nymölla Bruk tillverkas papper genom sulfitprocessen. Nymölla Bruk var med från starten av första PFE-perioden och valde att delta även under PFE-period två. Deltagande i period två innebär fortsatt arbete med energieffektivisering. Målet med detta examensarbete har varit att utföra en energikartläggning på Nymölla Bruk med utgångspunkt i företagets befintliga energiaspektregister. Syftet har varit att tydliggöra hur energianvändningen på Nymölla Bruk ser ut. Bakgrunden till detta arbete är företagets deltagande i programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri. I examensarbetet har en energikartläggning på Nymölla Bruk för år 2010 utförts. Fallstudien delades in i två steg där första steget i studien var att kartlägga energiflödena in och ut från bruket. Andra delen av studien innefattade att kartlägga de interna processerna och deras energiflöden. Energiflödenas storlekar baseras främst på mätdata från processerna, som erhållits från Nymölla Bruks interna loggnings- och mätsystem WinMops. Antaganden som i vissa fall varit nödvändiga bygger på uppskattningar som genomförts i samråd med medarbetare på Nymölla Bruk med insikt i och kunskap om respektive delprocess. Enligt detta examensarbete förbrukades år 2010 cirka 510 GWh el, varav massafabriken förbrukade 50 % och pappersbruket 46 %. Resterande andel utgörs bland annat av mät- och överföringsförluster. Under året tillfördes totalt 2060 GWh bränsle där luten står för cirka 75 %. Från bränslena tillfördes 1800 GWh nyttig värme till ångproduktionen. Total energimängd i producerad ånga uppgick till cirka 2190 GWh (från referensnivå). De största förbrukarna av ånga var papperstillverkningen som använde 32 % och indunstningen som använde 19 % av total energimängd distribuerad med ånga. Nyckelord Energikartläggning, integrerat massa- och pappersbruk, sulfitprocess, PFE, sankeydiagram Abstract The aim of this study was to perform an energy survey of Nymölla Mill on the basis of the company's existing energy aspect register. The aim has been to clarify how the energy at Nymölla Mill is used. The background to this thesis is the company's participation in the

3 Programme for Improving Energy Efficiency in Energy Intensive Industries (PFE). In this thesis an energy survey based on 2010 of Nymölla Mill has been performed. The case study was divided into two stages where the first step in the study was to identify the energy flows in and out of the mill. The second part of the study included identifying the internal processes and their energy flows. Energy flows are based primarily on data from processes, obtained from Nymölla Mill's internal logging and measuring system WinMops. Necessary assumptions were made based on estimates provided in consultation with employees on Nymölla Mill with knowledge and understanding of each sub-process. According to this thesis approximately 510 GWh of electricity were consumed in 2010 of which the pulp factory consumed 50 % and the paper mill 46 %. The remaining portion consists of measurement and transmission losses. A total of 2060 GWh of fuel was added of which liquor accounts for about 75 %. From fuels 1800 GWh of useful heat was added to the steam production. The total amount of energy in the steam was about 2190 GWh (from baseline). The largest consumers of steam was the paper productioning unit using 32 % and the evaporation unit using 19 % of total energy distributed by steam. Key Words Energy survey, Integrated pulp and paper mill, sulphite process, PFE, sankey diagram Utgivningsår/Year of issue Språk/Language Antal sidor/number of pages 2011 Svenska 90 Internet/WWW

4 Sammanfattning Den 1 januari 2005 infördes en lag som möjliggör skattereduktion gällande elskatt för energiintensiva företag genom att delta i programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri (PFE). Programmet löper över fem år och syftar till att främja effektiv energianvändning samt att belysa energiaspekter i tillverkningsprocessen. De övergripande kraven som ställs på de deltagande företagen är att de ska införa ett energiledningssystem (ELS) samt utföra eleffektiviserande åtgärder. Investeringarna för de eleffektiviserande åtgärderna skall motsvara den minskade kostnaden som följer av skattelättnaden. Införandet av ELS innebär att kartläggning av energiflöden samt kontinuerligt arbete med energieffektiviseringsåtgärder ska utföras. Nymölla Bruk är ett integrerat massa- och pappersbruk som ingår i Stora Enso-koncernen under finpapperdivisionen. På Nymölla Bruk tillverkas papper genom sulfitprocessen. Nymölla Bruk var med från starten av första PFE-perioden och valde att delta även under PFE-period två. Deltagande i period två innebär fortsatt arbete med energieffektivisering. Målet med detta examensarbete har varit att utföra en energikartläggning på Nymölla Bruk med utgångspunkt i företagets befintliga energiaspektregister. Syftet har varit att tydliggöra hur energianvändningen på Nymölla Bruk ser ut. Bakgrunden till detta arbete är företagets deltagande i programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri. I examensarbetet har en energikartläggning på Nymölla Bruk för år 2010 utförts. Fallstudien delades in i två steg där första steget i studien var att kartlägga energiflödena in och ut från bruket. Andra delen av studien innefattade att kartlägga de interna processerna och deras energiflöden. Energiflödenas storlekar baseras främst på mätdata från processerna, som erhållits från Nymölla Bruks interna loggnings- och mätsystem WinMops. Antaganden som i vissa fall varit nödvändiga bygger på uppskattningar som genomförts i samråd med medarbetare på Nymölla Bruk med insikt i och kunskap om respektive delprocess. Enligt detta examensarbete förbrukades år 2010 cirka 510 GWh el, varav massafabriken förbrukade 50 % och pappersbruket 46 %. Resterande andel utgörs bland annat av mät- och överföringsförluster. Under året tillfördes totalt 2060 GWh bränsle där luten står för cirka 75 %. Från bränslena tillfördes 1800 GWh nyttig värme till ångproduktionen. Total energimängd i producerad ånga uppgick till cirka 2190 GWh (från referensnivå). De största förbrukarna av ånga var papperstillverkningen som använde 32 % och indunstningen som använde 19 % av total energimängd distribuerad med ånga. iv

5 Summary January the 1st 2005, a law that allows energy-intensive companies reduced tax on electricity by taking part in the Programme for Improving Energy Efficiency in Energy Intensive Industries (PFE) was introduced. The program runs for five years and the aim is to promote energy efficiency and to highlight the energy aspects of the manufacturing process. The general requirements imposed on the participating companies is that they should adopt an energy management system (ELS) and carry out measures to improve energy efficiency corresponding to tax credits. The introduction of ELS involves mapping of energy flows and continuous work with energy efficiency steps. Nymölla Mill is an integrated pulp and paper mill as part of the Stora Enso Group under the fine paper division. Nymölla Mill manufactures fine paper by using the sulphite process. Nymölla Mill was involved from the start of the first PFE period and chose to participate in PFE period two. Participation in period two means continued work with energy efficiency measures. The aim of this study was to perform an energy survey of Nymölla Mill on the basis of the company s existing energy aspect register. The aim has been to clarify how the energy at Nymölla Mill is used. The background to this thesis is the company s participation in the Programme for Improving Energy Efficiency in Energy Intensive Industries. In this thesis an energy survey based on 2010 of Nymölla Mill has been performed. The case study was divided into two stages where the first step in the study was to identify the energy flows in and out of the mill. The second part of the study included identifying the internal processes and their energy flows. Energy flows are based primarily on data from processes, obtained from Nymölla Mill s internal logging and measuring system WinMops. Necessary assumptions were made based on estimates provided in consultation with employees on Nymölla Mill with knowledge and understanding of each sub-process. According to this thesis approximately 510 GWh of electricity were consumed in 2010 of which the pulp factory consumed 50 % and the paper mill 46 %. The remaining portion consists of measurement and transmission losses. A total of 2060 GWh of fuel was added of which liquor accounts for about 75 %. From fuels 1800 GWh of useful heat was added to the steam production. The total amount of energy in the steam was about 2190 GWh (from baseline). The largest consumers of steam was the paper productioning unit using 32 % and the evaporation unit using 19 % of total energy distributed by steam. v

6 Abstract Målet med detta examensarbete har varit att utföra en energikartläggning på Nymölla Bruk med utgångspunkt i företagets befintliga energiaspektregister. Syftet har varit att tydliggöra hur energianvändningen på Nymölla Bruk ser ut. Bakgrunden till detta arbete är företagets deltagande i programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri (PFE). I examensarbetet har en energikartläggning på Nymölla Bruk för år 2010 utförts. Fallstudien delades in i två steg där första steget i studien var att kartlägga energiflödena in och ut från bruket. Andra delen av studien innefattade att kartlägga de interna processerna och deras energiflöden. Energiflödenas storlekar baseras främst på mätdata från processerna, som erhållits från Nymölla Bruks interna loggnings- och mätsystem WinMops. Antaganden som i vissa fall varit nödvändiga bygger på uppskattningar som genomförts i samråd med medarbetare på Nymölla Bruk med insikt i och kunskap om respektive delprocess. Enligt detta examensarbete förbrukades år 2010 cirka 510 GWh el, varav massafabriken förbrukade 50 % och pappersbruket 46 %. Resterande andel utgörs bland annat av mät- och överföringsförluster. Under året tillfördes totalt 2060 GWh bränsle där luten står för cirka 75 %. Från bränslena tillfördes 1800 GWh nyttig värme till ångproduktionen. Total energimängd i producerad ånga uppgick till cirka 2190 GWh (från referensnivå). De största förbrukarna av ånga var papperstillverkningen som använde 32 % och indunstningen som använde 19 % av total energimängd distribuerad med ånga. vi

7 Förord Detta examensarbete har utförts som avslutning på högskoleingenjörsutbildningen i Energi och miljö - inriktning bioenergiteknik, vid Linnéuniversitetet i Växjö. Utförandet har varit intressant och lärorikt då de teoretiska kunskaperna från universitetet ställts inför en verklig uppgift i industrin. Uppgiften, som givits av Stora Enso Nymölla Bruk i Bromölla kommun, har inneburit en intressant inblick i pappersindustrin. Ett stort tack riktas från de tre författarna till handledarna, Per-Arne Olsson på Nymölla Bruk och Björn Zethræus på Linnéuniversitetet, för behjälplighet under projektets gång. Tack även till alla anställda på Nymölla Bruk som ställt upp och tagit sig tid att besvara våra frågor, leda oss på rundvandringar i fabriken samt diskutera energifrågor med oss. Växjö, maj 2011 Jonas Jonsson, Josef Kristofersson, Christian Samuelsson vii

8 Innehåll Sammanfattning iv Summary v Abstract vi Förord vii Innehåll ix 1 Introduktion Energianvändning i svensk massa- och pappersindustri Programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri Stora Enso Nymölla Bruk Syfte Mål Avgränsningar Metod Metodvalidering Indelning Processbeskrivning Nymölla Bruk Massaproduktion Återvinning av kokkemikalier Pappersbruket Råvatten- och avloppsvattenhantering Fastbränslepanna Fjärrvärme Sekundärvärmesystem viii

9 4 Kartläggning av bränsleanvändning (Josef Kristofersson) Biobränsle Kartläggningens genomförande Resultat Diskussion och slutsatser Kartläggning av elförbrukning (Jonas Jonsson) Effektberäkningar Kartläggning av elförbrukningen Resultat Diskussion och slutsatser Kartläggning av ånganvändning (Christian Samuelsson) Ånga och kondensat Genomförande Resultat Diskussion och slutsatser Energibalanser Nymölla bruk (Gemensam) Massaproduktion Indunstning Pappersmaskinerna Diskussion 55 9 Slutsatser 57 Referenser 58 Bilagor 60 ix

10 Ordlista ADt COD HT-ånga LT-ånga Air Dry tonne, ton torkad massa vid 90 % torrsubstans Chemical Oxygen Demand, syreförbrukning vid nedbrytning av organiskt material i vatten. Högtrycksånga Lågtrycksånga m³ f Fastkubikmeter m³ f ub Fastkubikmeter under bark MAVA MF MG1 MG2 MT-ånga PB PCC Matarvatten Massafabrik Återvinningspanna 1, Nymölla Bruk Återvinningspanna 2, Nymölla Bruk Mellantrycksånga Pappersbruk Precipitated Calcium Carbonate, kalciumkarbonat PM1 Pappersmaskin 1 PM2 Pappersmaskin 2 SMV2 Fastbränslepanna, Nymölla Bruk TM2 Torkmaskin 2 toe tp Ton oljeekvivalent, energienhet Ton papper vid 95 % torrsubstans x

11 1 Introduktion Massa- och pappersindustrin är den industrisektor i Sverige som använder mest energi. Energiförbrukningen uppgick 2009 till ungefär 74 TWh. Pappersindustrin använder ungefär 2300 MWh per anställd och i Sverige är det bara petroleumindustrin som har en högre total energianvändning per anställd. Gruvindustrin som annars traditionellt förknippas med stora energiflöden kommer i denna jämförelse efter pappersindustrin. (SCB, 2011) Nymölla Bruk är ett av Stora Ensos pappersbruk och producerar årligen över ton finpapper. Eftersom pappersindustrin i förhållande till annan svensk industri är mycket energiintensiv är det ur företagets synvinkel av stort intresse att ha tillgång till ett verktyg som presenterar energiflödena lättöverskådligt. Detta skapar underlag till förbättringar och effektiviseringar av verksamheten. Uppgiften som har mynnat ut i denna rapport var att utifrån befintligt underlag genomföra en energikartläggning för år 2010 och presentera denna kartläggning på ett lättöverskådligt vis genom sankeydiagram. Denna presentationstyp ger en grafisk bild av energiflödena och deras relativa storlek. Produktionsåret 2010 noterades 365 produktionsdygn i både massafabriken och i pappersbruket, det vill säga produktionen fortgick utan underhållsstopp eller större störningar. Tre ingenjörsstudenter har delat på uppgiften och utfört en del var, som tillsammans utgör en helhet. Uppdelningen har varit per energibärare enligt följande: Bränslen: Josef Kristofersson El: Jonas Jonsson Ånga: Christian Samuelsson Följaktligen kan följande rapport betraktas som tre enskilda examensarbeten eller en gemensam större utredning. 1.1 Energianvändning i svensk massa- och pappersindustri I Sverige framställs pappersmassa framför allt genom två huvudtyper av processer: mekanisk och kemisk framställning. Pappersmassan som framställs från de olika processerna har olika egenskaper. För att skilja på pappersmassa som framställts mekaniskt benämns denna pappersmassa för mekmassa medan pappersmassa från kemisk framställning benämns kemmassa. De dominerande energibärarna för massa- och pappersindustrin är framför allt biobränslen (inkl lut) och elektrisk energi. Figur 1.1 beskriver fördelningen mellan de olika energibärarna. (Energimyndigheten, 2009b) 1

12 Figur 1.1: Fördelning av energibärare massa- och pappersindustrin Enligt Energimyndigheten (2009b) minskade användningen av elenergi för massa- och pappersindustrin med 6 % mellan 2008 och Samtidigt visar statistik från SCB (2011) att den totala produktionen av massa, papper och pappersprodukter ökade med 7 % under samma period. Minskningen av elenergianvändningen kan bero på ett aktivt arbete med el- och energieffektivisering. Detta arbete har fått en stor genomslagskraft sedan införandet av PFE (Programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri). Energimyndighetens definition av energiintensiv industri är en industri där minst ett av den två följande kriterierna är uppfyllda. Kostnaden för köpt och internt genererad energi i företaget uppgår till minst 3 % av företagets produktionsvärde. Med produktionsvärde avses omsättning minus inköp av varor och tjänster för återförsäljning. Företagets energi-, koldioxid- och svavelskatter uppgår till minst 0,5 % av företagets förädlingsvärde. Med förädlingsvärde avses sammanlagd skattepliktig omsättning minus skattepliktiga inköp. Eftersom massa- och pappersindustrin enligt definitionerna ovan är energiintensiv var 65 % av de medverkande företagen i första omgången av PFE verksamma inom denna sektorn. (Energimyndigheten, 2011) Tillverkningsprocesserna inom massa- och pappersindustrin förbrukar en stor mängd termisk energi i form av ånga. För att öka lönsamheten och verkningsgraden för dessa anläggningar producerar de flesta mottryckskraft. Mottryckskraft är en kombinerad produktion av elenergi och termisk energi. Den totala elproduktionen med industriellt mottryck uppgick enligt Energimyndigheten (2010) till 5,9 TWh. Detta utgör något mer än 4 % av den totala elproduktionen som 2009 uppgick till 134 TWh. 2

13 Biobränsleanvändningen utgörs framför allt av så kallade interna bränslen. Dessa utgörs av bland annat lutar, bark och vedavfall. Enligt Wiberg (2007) bidrar de interna bränslena med ungefär 76 % av den totala bränsleförbrukningen. Den övriga delen består av inköpta biobränslen som exempelvis kan utgöras av köpt bark och skogsbränsle. Under 2009 fastställde Sveriges riksdag en ny gemensam klimat- och energipolitik som innebär att andelen förnybar energi år 2020 skall uppgå till minst 50 % av den totala energianvändningen. Vidare satte riksdagen upp ett mål att energianvändningen skall effektiviseras med 20 % år 2020 jämfört med (Energimyndigheten, 2010) För att Sverige skall klara av att uppnå den beslutade energieffektiviseringen har regeringen fastslagit att energianvändningen skall ses över och förbättras genom olika energieffektiviseringsåtgärder. Exempel på dessa åtgärder är Programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri. (Energimyndigheten, 2010) 1.2 Programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri Den 1 juli 2004 infördes en elskatt för tillverkningsindustrin. Införandet av elskatten är en del i att anpassa den svenska energiskatten till EG:s energiskattedirektiv. För att kompensera skattepålägget infördes 1 januari 2005 en lag som möjliggör för energiintensiva företag att få skattebefrielse. Programmet, PFE, löper över fem år och syftet är att främja effektiv energianvändning samt att belysa tillverkningsprocessen. (Energimyndigheten, 2005) Förutsättningen för att tillgodogöra sig skattelättnaden är att företaget minst genomför eleffektiviseringar som motsvarar lika mycket som skulle ha uppnåtts om energiskatten på 0,5 öre/kwh hade fått verka istället. Under programmets två första år skall företaget analysera och kartlägga sin energianvändning. Detta görs för att klargöra vilka energieffektiviseringsåtgärder som kan genomföras. Vidare skall företagen under de två första åren implementera och certifiera ett energiledningssystem. För detta finns olika standarder, till exempel SS EN som är en svensk standard anpassad till den europeiska standarden för energiledningssystem. (Energimyndigheten, 2005) Energiledningssystemet är ett verktyg som skall hjälpa företag att kontrollera och styra sin verksamhet till att vara så energieffektiv som möjligt. Energiledningssystemet syftar till öka insikten i hur energiförbrukningen ser ut i tillverkning och i alla stödprocesser. (Energimyndigheten, 2009a) Energiledningssystemet kräver att företaget sätter upp mål och handlingsplaner för att minska sin energianvändning. Ledningssystemet kräver att företaget kontinuerligt arbetar för att hitta 3

14 förbättringar. För att energiledningssystemet skall bli certifierat krävs att en utomstående part reviderar företagets interna arbete, rutiner och dokumentation. (Energimyndigheten, 2009a) Efter de första två åren skall företagen genomföra de föreslagna energibesparingarna samt utveckla och utvärdera sina inköpsrutiner och energiledningssystem. (Energimyndigheten, 2005) Den första PFE-perioden avslutades hösten Totalt hade cirka 100 företag deltagit och tillsammans investerat ungefär 708 miljoner kronor i fler än 1200 eleffektiviseringsåtgärder. Dessa medförde en årlig besparing på 1,45 TWh el. Det förväntade utfallet överstegs med 0,85 TWh. Till den andra PFE-perioden som startade juli 2009 har cirka 90 av de 100 företagen som deltog i första omgången återanmält sig. (Energimyndigheten, 2011) 1.3 Stora Enso Nymölla Bruk Nymölla Bruk är en del av Stora Enso-koncernen och är verksamma inom finpappersdivisionen. Företagen inom Stora Enso- koncernen är globalt verksamma inom framställning av bland annat pappersförpackningar, tidningspapper, bokpapper, finpapper och träprodukter. Koncernen har ungefär anställda fördelade på 86 produktionsanläggningar i 35 länder runt om i världen. Den årliga produktionskapaciteten för papper och kartong uppgår till ungefär 12,7 miljoner ton. Utöver detta tillkommer produktionen av wellpapp och träprodukter. Omsättningen för koncernen 2010 var 10,3 miljarder EUR och rörelseresultatet blev ungefär 754 miljoner EUR. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011c) Nymölla Bruk producerar finpapper som framförallt används för kontorsbruk och tryckeri. Detta uppnås genom att blanda pappersmassa från löv- och barrträ. På detta sätt får pappret en bra sammansättning av långa och korta fibrer. Företagets flaggskepp är Multi Copy, ett kontorspapper som kan användas i alla typer av skrivare och kopiatorer. Utöver detta producerar företaget papper för högkvalitativa tryck och papper till kuvert. Massaproduktionen på Nymölla Bruk startade Företaget är i dagsläget ett av få massabruk som tillverkar pappersmassa genom sulfitprocessen. En av de stora fördelarna med att framställa pappersmassa med sulfitprocessen är att blekningen av pappersmassan kan ske helt utan klor (TCF - Totally Chlorine Free). Detta är för Nymölla Bruk en mycket viktig fördel eftersom företaget aktivt arbetar med att minska miljöpåverkningarna från produktionen. Genom att inte använda klor för att bleka pappersmassan kan bildandet av dioxinliknande föreningar undvikas. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) Produktionen av papper startade 1972 när första pappersmaskinen (PM1) togs i bruk. Under 1980-talet steg efterfrågan på kontorspapper och flera nyinvesteringar genomfördes. I slutet av 80-talet hade efterfrågan ökat så mycket att ytterligare en pappersmaskin (PM2) togs i bruk. 4

15 Idag används fortfarande dessa ursprungliga pappersmaskiner, dock har de modifierats vid flera tillfällen för att uppfylla de ökande kraven på produktion och kvalitet. Pappersmaskinerna har nu en kapacitet på över 900 m/min med en pappersbredd på cirka 600 cm. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) Stora Enso och Nymölla Bruk arbetar aktivt med att minska miljöpåverkningarna från sin verksamhet. Nymölla Bruk använder årligen ungefär 1,5 miljoner m³ f ub rundved och sågverksflis för massa- och pappersproduktion. Eftersom bruket är ett integrerat massa- och pappersbruk kan överskottsenergin från massabruket användas i pappersbruket. Elförbrukningen uppgick 2010 till 510 GWh. Den interna elproduktionen uppgick under samma period till ungefär 248 GWh vilket utgör strax över 45 % av den totala elförbrukningen. I dagsläget producerar Nymölla Bruk även fjärrvärme till Bromölla, Sölvesborg och Mjällby. Produktionen av fjärrvärme uppgick 2010 till ungefär 102 GWh. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) Nymölla Bruk har satt upp långsiktiga energimål och det är att vid utgången av 2014 bli helt fossilbränslefria i processen samt att genomföra elbesparande åtgärder om minst 5 MW. Under första omgången av PFE (2004 till 2009) genomfördes totalt sett besparingar på ungefär 2,2 MW. Nymölla Bruk deltar i den andra PFE-perioden. Målsättningen är att elbesparingarna efter de första två åren skall uppgå till minst 8200 MWh. Detta är en större besparing än den som uppnåddes efter två år i första PFE-perioden. Den prognostiserade besparingen är ungefär 3000 MWh/år större än motsvarande under första PFE-perioden. Brukets målsättningar efter PFE-period två (2009 till 2014) är att ha genomfört en elbesparing om minst 1,5 MW. 1.4 Syfte Syftet med detta examensarbete är att skapa ett verktyg användbart för presentationer både internt inom Nymölla Bruk och Stora Enso-koncernen samt externt vid redovisningar i samband med granskningar av myndigheter. Resultatet av energikartläggningen skall även kunna användas för att underlätta företagets åtaganden inom bland annat PFE. Enligt kommentarer under tidigare PFE-period finns ett behov av en tydligare presentation av energiläget på Nymölla Bruk. Projektet syftar därför även till att förbättra energiredovisningen enligt de förbättringsförslag som uppkommit. 5

16 1.5 Mål Projektet skall mynna ut i en rapport innefattande en energikartläggning av Nymölla Bruk, som redovisas med hjälp av sankeydiagram. Rapporten skall innehålla diskussion och resonemang kring osäkerheter i ingående data och beräkningar. Arbetet delas in i delmål enligt: 1. Beskrivning av anläggningen 2. Kartläggning av anläggningens energianvändning 3. Presentation av sankeydiagram med energibärarna el, bränslen och ånga över utvalda processteg 4. Presentation av ett sankeydiagram över den totala energianvändningen 1.6 Avgränsningar Rapporten inriktas på ett av delmålen inom PFE som involverar upprättandet av en kartläggning (se figur 1.2) av energiflödena på Stora Enso Nymölla Bruk för verksamhetsåret De övriga delarna, såsom kortsiktig och långsiktig bedömning av energianvändning, eventuella förändringar samt sökandet efter energibesparande åtgärder (främst elbesparing) kommer ej att behandlas. Projektet omfattar för kort tidsrymd (3 10 veckors arbete under 10 kalenderveckor) för att utföra dessa steg. 6

17 Figur 1.2: Flödesschema över arbetet med PFE-energikartläggning. (Energimyndigheten, 2004) Utgångspunkten för sankeydiagrammen är ett befintligt energiaspektregister som ursprungligen upprättades av Nymölla Bruk inför period ett av PFE. Sekundärvärmesystemet är mycket komplext att kartlägga och kommer därför inte omfattas i projektet. För processer som använder detta system kommer flöden i sekundärvärmesystemet att ingå i övriga energiflöden. I de fall sekundärvärmesystemet utgör en betydande andel kommer detta omnämnas i förklaring. 7

18 2 Metod Kartläggning av energiförbrukningen på Nymölla Bruk för år 2010 har genomförts genom en fallstudie. Fallstudien delades in i två steg där första steget i studien var att kartlägga energiflödena in och ut från bruket. Andra delen av studien innefattade kartläggning av de interna processerna och deras energiflöden. Utgångspunkt för den energikartläggning som genomförts har varit ett befintligt energiaspektsregister. För att underlätta kartläggningen har vissa av de processteg som återfinns i energiaspektsregistret slagits samman till gemensamma processer. Detta gäller för såväl processerna i massafabriken som för processerna i pappersbruket. För att kunna beskriva processerna och energiflödena har underlaget innefattat såväl kvalitativa som kvantitativa antaganden. De kvantitativa antaganden som gjorts bygger på historiska mätvärden från Nymölla Bruks interna loggnings- och mätsystem WinMops. De kvalitativa antaganden som i vissa fall varit helt nödvändiga bygger på uppskattningar som genomförts i samråd med personal på Nymölla Bruk som har insikt i och kunskap om respektive delprocess. Studierna har inte syftat till att ge en komplett bild av alla energiflöden. Kartläggningen har avgränsats till att inte omfatta sekundärvärmesystemet. Detta har fått till följd att stora interna energiflöden mellan olika processer har uteslutits från rapporten. Anledningen till denna medvetna och avsiktliga förenkling är att sekundärvärmesystemet är mycket komplext och ej skulle rymmas inom projektet. Fokus har legat på att kartlägga de primära energiflödena, energiflöden med hög potentiell utnyttjandegrad, i form av ånga, el och bränslen och vad dessa används till. 2.1 Metodvalidering För att kartläggningen skall uppfylla de krav som ställs i branschen har handböcker för energikartläggning använts som utgångspunkt för kartläggningen. Handböckerna är framtagna för att spegla de krav som ställs på en energikartläggning inom processindustrin och rådande praxis. Genom att använda dessa handböcker som utgångspunkt för fallstudierna säkerställs trovärdigheten på kartläggningen. Detta utgör dessutom en form av validering av angreppssättet. 2.2 Indelning För att kunna angripa uppgiften på ett organiserat och strukturerat sätt kommer energikartläggningen följa energibärarna. Studeras handböcker för energikartläggning angriper dessa ofta 8

19 problemet genom att dela upp kartläggningen i olika processteg. I detta fall torde en sådan uppdelning vara ett mer arbetskrävande angreppsätt eftersom energiflödena inte nödvändigtvis följer processflödet. Energibärarna fördelas mellan studenterna enligt: bränslen (biobränslen och fossila bränslen), ånga (ånga och hetvatten) samt el. Vid kartläggning av de olika processtegen kommer de ingående energibärarna att återfinnas. På så vis speglar slutresultatet de riktlinjer som finns i handböckerna. Uppdelningen syftar även till att ge handledare samt examinator på Linnéuniversitetet möjlighet att bedöma och betygsätta den individuella insatsen av respektive student i projektet. 9

20 3 Processbeskrivning Nymölla Bruk Här beskrivs hur processen är uppbyggd på Nymölla Bruk. Beskrivningen syftar till att ge information om de efterföljande energibalansernas relevans. Nymölla Bruk är uppdelat i två produktionsenheter, massafabriken och pappersbruket. Att produktionsenheterna ligger geografiskt nära varandra möjliggör tillvaratagende av massafabrikens värmeöverskott i pappersbruket. 3.1 Massaproduktion På Nymölla Bruk tillverkas TCF-blekt (Totally Chlorine Free) magnefitmassa av både barr- och lövträråvara Vedhantering Vedråvaran som används på Nymölla Bruk utgörs av både rundved och sågverksflis. Veden kommer till fabriken på lastbil och mäts av VMF Syd (den opartiska virkesmätningsföreningen i södra Sverige). Vedförbrukningen under år 2010 var enligt tabell 3.1, ur vilken även fördelning mellan barr- och lövträmängderna kan utläsas. Tabell 3.1: Vedråvaror 2010 Vedråvara Mängd [m 3 fub] Gran Tall Lärk Sågverksflis (barr) Summa barrved Bok Asp Eukalyptus Summa lövved Totalt barr- och lövved (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) Försörjningen av ved och flis sköts av Stora Enso Skog och Sydved. Båda dessa företag är ISO certifierade, har miljöledningssystem enligt EMAS (Eco Management and Audit Scheme) samt FSC (Forest Stewardship Council)- och PEFC (Programme for the Endoresement of Forest Certification schemes)- certifikat. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) 10

21 Barrved och lövved hanteras på skiljda linjer i renseriet, där rundvirket omvandlas till flis. Stockarna placeras med truck på olika matarbord för barr- respektive lövlinjerna, varefter stockarna passerar genom en stenfälla som med vatten skiljer bort oönskade föroreningar. Efter stenfällan förs stockarna till barktrumman, där barken avlägsnas. Barken samlas upp, rivs och pressas till cirka % torrsubstans för att sedan användas som bränsle i fastbränslepannan. Stockarna passerar ytterligare en stenfälla efter barktrumman, varefter huggning till flis sker i en stuphugg per linje. (Svensson, 2011) Den huggna barrvedsflisen tillsammans med köpt sågverksflis blåses från renseri respektive flisficka till en barrflisstack, där lagring mellan 6 och 8 veckor sker för att minska hartshalten i flisen genom de biologiska processer som sker vid stacklagring. Lövvedsflis blåses direkt till kokeriets flisficka eftersom stacklagring ej behövs Kokning av massa Den önskade produkten vid massaframställning, cellulosafiber, friläggs från de övriga ämnena i veden genom kokning i kemikalier. Kokningen sker på Nymölla Bruk i satsvisa kokare, på linje 1 finns fem kokare à 250 m 3, främst för lövråvara, och på linje 2 finns fyra kokare à 390 m 3 för barråvara. Processen som används är en sulfitprocess, kokkemikalien som används är magnesiumbisulfit (Mg(HSO 3 ) 2 ) som ger koksyran ett ph-värde kring 4. Fördelningen mellan barr- och lövmassa var år 2010 barr: 64 % och löv: 36 %. Kokarna fylls med flis som antingen blåses till kokaren eller transporteras med skopelevator och bandtransportörer till kokeriet. Efter fyllning basas lövflisen med ånga, vilket underlättar det efterföljande koket. Efter basningen pumpas koksyra in i kokaren, som efter fyllning trycksätts. Vid kokning av barrved är basningen inte nödvändig, varför koksyran fylls på direkt. Med mellantrycksånga tillförs värme till kokningen, vilken sker under en bestämd tid och temperatur. På linje 1 är temperaturen vid kokningen cirka 145 ºC och på linje 2 cirka 155 ºC. Efter kokningen töms kokaren. Den heta vätska som töms ut kallas avlut och innehåller kokkemikalier, fiber och löst vedsubstans. Värme återvinns till olika system genom värmeväxling av heta gaser samt avlut som lämnar kokarna. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011b) Silning och tvättning Avluten pumpas till tvätteriet där den spädes, varefter kvist och ej fullständigt sönderkokad flis (rejekt) avskiljs i kvistsilar. Kvist och rejekt används som bränsle i fastbränslepannan. Efter kvistsilarna genomgås tre seriekopplade tvättfilter, där massa och tunnlut separeras i ett motströms förlopp. När den lämnar tvättfiltren innehåller tunnluten mellan 98,5 och 99,0 % 11

22 av kokkemikalierna och har en torrsubstanshalt kring 15 %. Genom silning i trycksilar och urvattnarfilter avskiljs föroreningar som små kvistbitar, spetor, barkfragment och sandkorn. Föroreningarna förbränns i fastbränslepannan. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011b) Blekning På grund av ett kvarvarande lignininnehåll i massan är denna gulbrun efter tvättning och silning. Genom blekning med olika kemikalier fås en ljusare massa. På Nymölla Bruk används syrgas (O 2 ), natriumhydroxid (NaOH), komplexbildare (EDTA), väteperoxid (H 2 O 2 ) samt perättiksyra (CH 3 CO 2 OH) i olika kombinationer och steg för blekningen av massan. Då inget klor används benämns massan TCF (Totally Chlorine Free). Vatten surgjort med svaveldioxid (SO 2 ) används som ph-regulator. Reaktionerna sker i trycksatta torn och ursköljning sker på tvättfilter liknande dem i Silning och tvättning ovan. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011b) Eftersilning Efter blekstegen pumpas massan till eftersileriet, där massan silas i virvelrenare. Dessa renare arbetar enligt samma princip som cyklonrenare för gaser då massan sätts i rotation i en cirkulär, konisk behållare varvid acceptet kan tas ut i övre delen av behållaren medan rejektet tas ut i den nedre spetsen av konen. Rejektet innehåller tyngre partiklar samt kvarvarande barkprickar från massan. Rejektet förbränns i fastbränslepannan efter pumpning till gemensam hantering med rejekt från massatvätten. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011b) Torkning och balning Den andel av massaproduktionen som inte pumpas till pappersbrukets pappersmaskiner torkas på en torkmaskin (internt kallad TM2), för antingen avsaluändamål eller egna lager. Den torkade massan klipps i ark om cm vilka sedan pressas till balar. Den torkade massan har cirka 10 % fukthalt. Torkmaskinens princip liknar pappersmaskiners i de avseenden att massan med låg koncentration pumpas till en inloppslåda som fördelar massan över en viraduk. Efter virapartiet följer ett pressparti där mycket av massans vatteninnehåll pressas ur mellan valsar. Efter presspartiet tar torkpartiet vid där kvarvarande vatteninnehåll ner till 10 % fukthalt avdunstas genom värmetillförsel i torkcylindrar och fläkttork. Torkcylindrarna är värmeväxlare där ånga kondenserar på mantelns insida, varvid massabanan som transporteras på utsidan tillförs värmeenergi. 12

23 Torkmaskinen på Nymölla Bruk används intermittent, endast runt hälften av årets timmar. Vid drift har den kapacitet att torka cirka 40 % av den producerade massan. (Svenland, 2011) År 2010 torkades cirka 13,6 % ( ton) av den totala massaproduktionen ( ton). Av den torkade mängden massa såldes 41 % ( ton) till andra pappersbruk. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) 3.2 Återvinning av kokkemikalier För att möta miljökrav samt uppnå konkurrenskraft genom produktens prissättning eftersträvas en hög återvinningsgrad av de processkemikalier som används på Nymölla Bruk. Återvinningen av kemikalier medför även ett stort energitillskott till produktionen i form av ånga Indunstning Tunnluten som kommer från kokeri och tvätteri innehåller som tidigare nämnts 98,5 till 99,0 % av kokkemikalierna samt i princip allt lignin och en stor del av hemicellulosan från vedråvaran. Tunnluten har i detta läge en fukthalt kring 85 %. För att kunna återvinna dessa kemikalier och tillgodogöra sig den energi som ligninet representerar för ångproduktion måste fukthalten ner till cirka 40 %. Detta sker i indunstningen. Kortfattat kan indunstningsprocessen beskrivas som ett antal seriekopplade värmeväxlare i vilka undertryck skapas med hjälp av kondensorer. I första steget värmeväxlas lut mot färskånga. Luten börjar koka och bilda lutånga som sedan används som ånga i efterföljande steg för att driva av ännu mer vatten. Ju fler steg desto mindre färskånga krävs för att förånga vattnet i luten. Indunstningen är uppdelad i förindunstning och två slutindunstningar. Förindunstningen har fem effektsteg av typen fallfilmsapparater. Efter dessa håller luten en fukthalt på cirka % och kallas mellanlut. Förindunstningen förser indunstning 1 och 2 med mellanlut. Indunstning 1 och 2 består av åtta respektive sju effekter (Rosenbladsapparater) där några är parallellkopplade på färskångsidan för att båda ha sex effektsteg vid normal drift. Det finns möjligheter att koppla ifrån några av apparaterna för att kunna utföra tvättning. På ett par ställen i indunstningsprocessen tillsätts slurry av Mg(OH) 2 som har ph-reglerande effekt på luten. Efter indunstningen går luten som nu kallas tjocklut till tjocklutstanken och sedan vidare till förbränning i återvinningspannorna. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011b, 2006a) 13

24 3.2.2 Lutförbränning För att i första hand regenerera kokkemikalier och i andra hand producera högtrycksånga förbränns den indunstade tjockluten i två återvinningspannor. De önskade produkterna är kemikalier vilka senare används i koksyraberedningen. Magnesiumjonerna i luten omvandlas till magnesiumoxid (MgO), svavlet omvandlas till svaveldioxid (SO 2 ) vid förbränningen. Återvinningspannorna kallas Mg1 respektive Mg2, och utgör med den kontinuerliga lutförbränningen de största förbrukarna av bränslen på anläggningen i Nymölla. Högtrycksånga av 60 bar(ö) produceras i pannorna, med kapacitet Mg1: 80 ton HT-ånga/timme, Mg2: 150 ton/timme. Hög förbränningstemperatur är önskvärd, och uppnås med förbränningsluft förvärmd till ºC. Cirka 1300 ºC förbränningstemperatur ger effektiv regenerering av kokkemikalierna. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011b) Det huvudsakliga bränslet är indunstad tjocklut, vilken förbränns i finfördelad form i okyld murad ugn (Mg1), respektive i kyld eldstad isolerad med sprutmassa (Mg2). Eldningsolja används vid uppeldning och störningar i återvinningspannorna, samt ibland vid ångunderskott. Oljan förbränns i samma brännare som luten. (Svensson, 2011; Stora Enso Nymölla Bruk, 2006a) Koksyraberedning För att bereda koksyra till kokningen av sulfitmassan släcks tvättad magnesiumoxid (MgO) från elfiltrena på återvinningspannorna till magnesiumhydroxid (Mg(OH) 2 ) i vatten. Den slurry som bildas låtes reagera med kylda rökgaser från återvinningspannorna i venturiskrubbrar. Rökgasernas innehåll av svaveldioxid (SO 2 ) reagerar i två steg med magnesiumhydroxid: först till magnesiumsulfit (MgSO 3 ) och i det andra steget av jämviktsreaktioner till magnesiumbisulfit (Mg(HSO 3 ) 2 ). För att lösa ut ligninet i kokningen är bisulfitjoner (HSO 3 ) den önskade beståndsdelen. Denna bildas då magnesiumbisulfit löses i vatten. Vätskan från skrubbrarna renas på olika sätt och utgör sedan koksyra. Kring 95 % av de tillsatta kokkemikalierna återvinns på Nymölla Bruk. För att ersätta svavel och magnesium som ej kan återvinnas tillsätts svavel genom förbränning i en svavelugn, vilket ger ett tillskott av svaveldioxid, medan magnesium ersätts genom tillsats av magnesiumsulfat (MgSO 4 ) och magnesiumoxid till luten. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006a) 14

25 3.3 Pappersbruket Pappersmassan som framställs i massafabrikens två fiberlinjer (linje 1 löv och linje 2 barr) pumpas över till pappersbruket via en rörbrygga. Pappersmassan som pumpas över till pappersbruket har en optimal torrhalt runt 2,2 %. Denna koncentration ger det bästa utbytet mellan pumpad mängd massa och tillförd elenergi till massapumparna. För att kunna ta upp svängningarna, som uppstår dels i massaproduktionen, dels från variationer i pappersmaskinernas drift, kan pappersmassan lagras i två massatorn som vardera rymmer ungefär 3000 m³. För att utnyttja denna volym optimalt genomgår pappersmassan först en avvattningsanläggning så att pappersmassan får en torrhalt på ungefär 13 %. Därefter pumpas massan till tornen och lagras. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) Beredning av mäld Pappersmassa som är upplöst och blandad med bland annat stärkelse och andra tillsatsämnen benämns mäld. Denna beredning sker i olika blandningskar innan mälden pumpas upp i pappersmaskinernas inloppslådor. Fiberlängden i pappersmassan är avgörande för att pappret skall uppvisa rätt egenskaper. Därför pumpas massan till stora konkvarnar som maler pappersfibern till rätt storlek. Varje pappersmaskin har en uppsättning om 6 st konkvarnar, 4 st för lövmassa och 2 st för barrmassa. Efter kvarnarna pumpas pappersmassan upp i olika blandningskar och här tillsätts bland annat kalciumkarbonat (PCC) och stärkelselösningar. Halten av PCC i det färdiga pappret uppgår till ungefär 20 % av det färdiga papprets massa. Eftersom kalciumkarbonaten är billigare att framställa än cellulosafibrer sker en så stor inblandning som möjligt. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) Smetkök och kemberedning I smetköket bereds stärkelseblandningarna för både pappersmaskin 1 och 2 (PM1 och PM2). Det finns två typer av stärkelseblandningar som tillsätts: mäldstärkelse, som tillsätts för att bland annat fibrerna och kalciumkarbonaten skall fastna på pappersmaskinens vira samt ytlim vilket tillsätts för att pappret skall få rätt ytegenskaper. Övriga kemikalieblandningar som bereds i smetkök och kemberedning är retentionsmedel, optiska vitmedel och antistatmedel. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) 15

26 Utskott och massaupplösning För att vissa av papperskvaliteterna skall uppvisa rätt egenskaper sker en inblandning av extern massa. Detta görs för att bland annat få en bättre hållfasthet på mälden, vilket innebär att den blir tåligare för mekanisk åverkan. I alla papperskvaliteterna tillsätts utskott, anledningar till detta är dels att pappersfiber som redan en gång torkats eller pressats ger mälden ytterligare stadga, dels för återvinningens skull. Utskott är det spill som skapas dels i pappersmaskinen och dels under konverteringen. Utskottet löses upp i stora kar med omrörning, så kallade upplösare. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) Framställning av kalciumkarbonat Den kalciumkarbonat (PCC) som används i processen tillverkas av ett integrerat företag (Omya Nymölla AB) som framställer kalciumkarbonat (CaCO 3 ) genom att låta kalciumhydroxid (Ca(OH) 2 ) reagera med den koldioxid (CO 2 ) som finns i rökgaserna från pannorna, framför allt från den ena återvinningspannan (Mg-2). Kalciumkarbonaten används för att det färdiga pappret skall få rätt egenskaper i avseende bland annat opacitet, vithet samt bulkegenskaper. Produktionen av kalciumkarbonat binder således koldioxid från rökgaserna. Enligt Stora Enso Nymölla Bruk (2011a) är den beräknade mängden koldioxid som absorberats och bundits till kalciumkarbonat ungefär ton. Den beräknade utsläppsmängden koldioxid från förbränning av fossilabränslen uppgick 2010 till ungefär ton och från biobränslen ton. Detta innebär att den inbundna mängden koldioxid överstiger den mängd koldioxid som genererats från förbränning av olja och gasol. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) Pappersmaskinerna (PM1 och PM2) Efter maskinkaret pumpas mälden upp i inloppslådan på vardera pappersmaskin. Inloppslådan sprider mälden på en viraduk. Mälden har när den lämnar inloppslådan en fukthalt mellan 99 och 99,5 %. Figur 3.1 visar en översiktsbild över de olika processavsnitten i pappersmaskinen. Vira och pressparti Efter inloppslådan börjar avvattningen av mälden i våtpartiet. Här avvattnas mälden genom att vattnet rinner genom viraduken. Om dräneringen bara skulle ske med hjälp av tyngdkraften skulle pappersarkets två sidor få olika struktur. För att undvika detta möter mälden en viraduk på ovansidan. För att viradukarna skall avvattnas effektivt sker detta genom suglådor som är satta under vakuum. För att kunna uppehålla vakuum i suglådorna används stora vakuumpumpar. 16

27 Det avskilda vattnet benämns bakvatten och återanvänds i bland annat kemikalieberedningen och för att justera torrhalten i blandningskaren. När mälden har passerat våtpartiet har den en fukthalt runt 80 %. Nästa steg i processen är presspartiet där pappersbanan pressas genom tre (PM1) eller fyra (PM2) pressnyp. Pappersbanan pressas ihop mellan hydrauliskt belastade pressvalsar. Detta avvattnar pappret till en fukthalt på ungefär % beroende på ytvikt och kvalitet. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) Figur 3.1: Schematisk bild av processtegen i en pappersmaskin (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) Förtork, filmpress och eftertork I förtorken torkas pappret till en fukthalt på ungefär 5 till 10 %. Detta sker med ånguppvärmda cylindrar. Den ånga som används kommer företrädesvis från lågtrycksnätet men för vissa papperskvaliteter behövs även mellantrycksånga. Ångkondensatet värmeväxlas mot det sekundära värmesystemet innan det leds tillbaka till pannhuset som returkondensat. Den vattenånga som lämnar pappret ventileras bort med stora fläktar. Även denna fuktiga luft värmeväxlas mot sekundärvärmesystemet eftersom den innehåller mycket stora mängder energi. Efter förtorken passerar pappret en filmpress. Här tillsätts ytlim och stärkelse för att uppnå 17

28 rätt ytegenskaper. Detta innebär att fukthalten i pappret stiger några procent. I eftertorken torkas pappret ner till en fukthalt på ungefär 5 %. De papperskvaliteter som kräver ett fint ytskikt poleras av en softkalander. Polering uppnås genom en hastighetsskillnad mellan en hård stålvals och en stålvals som är klädd med ett mjukare plastmaterial. När pappret är klart rullas det upp på tambourer som rymmer flera kilometer papper. Produktionskapaciteten på pappersmaskinerna är ton/år för PM1 och ton/år för PM2. Hastigheten på pappersbanan i maskinerna överskrider 900 m/min. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) Konverteringen Konverteringen (KP) består av tre rullmaskiner och sex arkmaskiner. Efter att pappret har rullats upp på tambour transporteras denna vidare till en av de tre rullmaskinerna (RM1, RM2, RM4). Rullmaskinen skär upp pappret till lämplig bredd och rullar upp detta på nya pappersrullar. Pappersrullarna skickas direkt till vissa kunder som efterfrågar papper på rulle men i vanligaste fallet skickas rullarna vidare till arkmaskinerna. Det finns totalt sex arkmaskinerna som skär upp rullarna till pappersark. Produktionen är upplagd med stor flexibilitet mot kund vilket medför att arkmaskinerna kan producera pappersark helt enligt kundens önskemål eller enligt gängse standardstorlekar exempelvis A4 och A3. Den största produktionsvolymen utgörs av A4-papper. Arkmaskinerna packar specialstorlekar direkt på pall medan standardstorlekar buntas ihop i buntar om 500 ark, så kallade ris, vilka sedan packas i kartong om 5 ris (2500 ark). Lådorna och risen transporteras vidare till pallpacken som staplar pappret på pall och därefter plastar in pallarna innan de är färdiga för leverans. När pallarna är klara för leverans etiketteras de och transporteras med truck ut på färdigvarulagret. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b) 3.4 Råvatten- och avloppsvattenhantering Nymölla Bruk är en större fabrik som hanterar stora mängder vatten. Anläggningar finns inom fabriksområdet både för rening av inkommande råvatten och för rening av avloppsvatten innan det pumpas till recipient Råvattenrening Från Skräbeån, Ivösjöns utflöde till Hanöbukten, tas i snitt cirka 1 m 3 /s vatten. Detta vatten grovfiltreras i intaget varefter det renas mekaniskt i trumsilar. Då vissa processavsnitt kräver 18

29 ännu renare vatten går cirka 40 % av flödet till flockning med aluminiumföreningar och efterföljande sandfiltrering. Avjonisering i totalavsaltningsanläggning sker med det vatten som används till matarvattenspädning. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) Ultrafiltrering Genom att avskilja COD i en ultrafiltreringsanläggning minskas belastningen på avloppsvattenreningsanläggningen. Avloppsvatten från det första bleksteget i barr- respektive lövlinjerna leds till en serie av membranfilter. I denna anläggning anrikas och avskiljs mellan 30 och 40 % av det med blekeriavloppsvattnet inkommande högmolekylära organiska materialet. Filtratet destrueras i fastbränslepannan.(stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) År 2011 togs en indunstningsanläggning i drift för att öka torrhalten på ultrafiltreringskoncentratet Avloppsvattenhantering Allt avloppsvatten exklusive pannhusavloppsvattnet, vissa mindre avlopp och sanitära avlopp går till tre försedimenteringsbassänger. Där renas vattnet mekaniskt för att avskilja fiberslam. Fiberslammet går sedan till fiberslamsförtjockaren. Sanitära avlopp går till Sölvesborgs avloppsreningsverk. Pannhusavloppet går direkt till aktivslamanläggningen. Från försedimenteringsanläggningen pumpas allt mekaniskt renat avloppsvatten vidare till aktivslamanläggningen och dess tre luftade bassänger. Bassäng 0, vilken är den första luftningsbassängen, används i dagsläget enbart som slamluftningsbassäng vilket betyder att vattnet från försedimenteringsanläggningen pumpas förbi luftningsbassäng 0 vidare till 1 och 2. Från luftningsbassäng 2 tas vatten till mellansedimentering. Det mesta av det slam som sedimenterar här återförs till luftningsbassängerna. En liten del motsvarande slamtillväxten tas ut och pumpas till bioslamförtjockaren. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) Det renade vattnet går till efterluftningsbassängen och sedan vidare till slutsedimenteringsbassängen innan det är rent nog för att pumpas ut ett par kilometer i Hanöbukten. Från bioslamsförtjockaren och fiberslamsförtjockaren doseras bioslam och fiberslam i lagom blandningsförhållande till skruvpressar som höjer torrhalten innan det blandas med barken från renseriet för att destrueringseldas. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) 19

30 3.5 Fastbränslepanna För att förbränna bark och andra fasta biobränslen finns en fastbränslepanna av typen bubblande fluidiserad bädd (BFB). I denna förbränns förutom fasta bränslen även olja och gasol samt restprodukter från produktionen i form av avloppsslam och koncentrat från ultrafiltreringsanläggningen. Pannan levererar ånga till fabrikens elproducerande turbiner via högtrycksångnätet. Kapaciteten är 130 ton ånga per timme av 60 bar(ö) och 475 ºC. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006a) 3.6 Fjärrvärme Sedan 1999 har Nymölla Bruk levererat fjärrvärme till Bromölla kommun kopplades även bostäder och kommunala byggnader i Sölvesborgs tätort in på fjärrvärmenätet och 2010 byggdes detta nät ut för att även inkludera Mjällby levererade Nymölla bruk totalt 102 GWh fjärrvärme enligt Stora Enso Nymölla Bruk (2011a). Denna värme är mestadels överskottsvärme från produktionsprocesserna. Nymölla Bruk har arbetat aktivt för att ta tillvara spillvärmen från pappersmaskinerna via sekundärvärmesystemet. Det är främst denna värmeenergi som levereras ut på fjärrvärmenäten. Vid behov kan ånga från lågtrycks- eller låglågtrycksnätet användas för att klara eventuella topplaster. 3.7 Sekundärvärmesystem På flera håll i fabriken genereras spillvärme. En viss andel återvinns genom att värmeväxlas mot sekundärvärmesystemet. Detta leder till minskade förlustposter och innebär att Nymölla Bruk har möjlighet att värma en del processteg med återvunnen värme. Sekundärvärmesystemet har ett antal temperaturnivåer från 20 ºC till 90 ºC och är komplext i sin utformning. 20

31 4 Kartläggning av bränsleanvändning (Josef Kristofersson) Nedan presenteras en kartläggning av bränsleanvändningen på Nymölla Bruk. Denna innehåller en kort teoretisk beskrivning av bränslena, hur de används av företaget samt vilka kvantiteter som uppskattats för år Kartläggningen omfattar ej laborationsmässiga torrhalts- och värmevärdesbestämningar, utan befinliga data från företaget har använts och räknats om i de fall så varit nödvändigt. Denna kartläggning är en del i den totala energibalansen över Nymölla Bruk och ingår i energibalanser över delprocesser. 4.1 Biobränsle Den största energitillförseln till Nymölla Bruk sker genom förbränning av biobränslen, där återvinningslutar och bark utgör de två största energibärarna. Bränslen med ursprung i biomassa klassificeras som biobränsle. Av denna anledning klassas därför både de avlutar och barken som uppstår vid massaproduktion med ved som råvara som biobränslen. (Lehtikangas, 1998) Granved, som är den huvudsakliga råvaran vid kemisk massaproduktion, har typiskt en torrsubstans med sammansättning av 42 % cellulosa, 28 % hemicellulosa, 27 % lignin samt 3 % extraktivämnen enligt Kassberg (1998). Dessa fyra beståndsdelar har olika värmevärden, enligt Lehtikangas (1998) har extraktivämnena högst kalorimetriskt värmevärde (33-38 MJ/kg T S ) följt av lignin (25-26 MJ/kg T S ), cellulosa (17-18 MJ/kg T S ) och hemicellulosa (16-17 MJ/kg T S ). Vid kemisk massaproduktion återfinns dessa beståndsdelar i olika proportioner i massan respektive avluten beroende på processens utformning, vedråvaran och utbyte vid kokning av massa. Exempel på sammansättning av magnesiumbisulfitlutars torrsubstans framgår i tabell 4.1 enligt Kassberg (1998). Tabell 4.1: Torrsubstansanalys av magnesiumsulfitlut Namn Del av torrsubstans [%] Kol 46,3 Väte 5,1 Svavel 6,1 Magnesium 3,2 Syre, kväve och rest 39,3 Enligt samma källa är vanliga torrhalter på den indunstade tjockluten %, varvid luten får ett effektivt värmevärde runt 7 MJ/kg. 21

32 Fasta biobränslen inkluderar bark och andra träddelar. Den avgörande faktorn för dessa bränslens värmevärde är fukthalten. För ett fuktigt bränsle beräknas det effektiva värmevärdet W e f f enligt ekvation 4.1 nedan, där hänsyn tas till den energi som åtgår för att förånga den fukt som medföljer bränslet. Värmevärdena anges vanligen i enhet megajoule per kilogram torrsubstans, MJ/kg T S. (Lehtikangas, 1998) ( W e f f = W kal 2,45 9 ) ( H 2, ) Fukthalt 100 Fukthalt (4.1) I ekvation 4.1 anger faktorn 2,45 ångbildningsentalpin för vatten vid 20 C (2,453 MJ/kg). Faktorn 9 anger de viktandelar vatten som bildas vid oxidation per viktandel väte enligt molmassan för de två grundämnena. H anger väteinnehållet i viktprocent och ligger runt 6 % för trädbränslen enligt Lehtikangas (1998). 4.2 Kartläggningens genomförande Förberedelser För att skapa en överblick över bränsleanvändningen samt flödena i fabriken krävdes förståelse för processernas utformning. Denna förståelse skapades genom studier av interna processcheman, diskussioner med personal, rundvandringar i fabriken samt genom litteraturstudier. Parallellt med att lära känna fabriken påbörjades enligt en handbok för energikartläggning arbetet med att beskriva fabriken och processerna, samt att dela upp produktionen i logiska enheter. (Energimyndigheten, 2004) Datainsamling Data för bränsleanvändningen bygger till stor del på interna förbrukningsrapporter. Dessa summeras av företaget fortlöpande på dags- och månadsbasis, vilket i sin tur summeras i årsrapporter. Årsrapporterna utgör till stor del grunden för de officiella dokument som distribueras till myndigheter, exempelvis den årliga miljörapporten. Uppgifter om bränslenas kvantiteter har samlats in från ovan nämnda rapporter. Då data ej återfunnits i dessa källor har mängderna uppskattats. Uppskattningarna har gjorts dels genom beräkningar, dels efter muntlig inrådan från personal. I vissa fall har uppskattningar gjorts som rimliga antaganden. Uppskattningarnas rimlighet har verifierats av personal på Nymölla Bruk med stor insikt i de aktuella frågorna. 22

33 4.2.3 Databehandling Beräkningarna är många gånger baserade på summeringar av mätvärden från givare. Givarna i fabrikens digitala styrsystem är kopplade till databaser som loggar mätvärden omräknade till passande enheter. I de fall bränsle- eller energiflöden har beräknats från historiska värden har funktioner i det interna datasystemet WinMops genererat timmedelvärden för till exempel temperaturer och flöden. Dessa värden har sedan använts för att beräkna de önskade flödenas belopp för år 2010, vilket enligt uppgiften var den tidsperiod som skulle kartläggas. Energimängder i vedråvara I syfte att skapa en övergripande energibalans över fabriken har den använda vedråvaran räknats om till energiekvivalent enhet (GWh). För den inkommande vedråvaran har detta inneburit omvandling enligt ekvation 4.2 nedan från m³fub via torr-rådensitet till viktenhet torrsubstans, vilket multiplicerat med beräknat effektivt värmevärde för aktuell fukthalt (se ekvation 4.1) gett energiinnehållet. På samma sätt har energin i den från barktrummorna fallande barken uppskattats, med utgångspunkt i schablonmässiga barkpåslag på vedens fastkubikmått. Energi = Fastvolym Andel torrsubstans Rå volym Energiinnehåll Viktenhet torrsubstans (4.2) Dessa överslag har beräknats även i syfte att kunna bedöma rimligheten i de av företaget redovisade energimängderna. 4.3 Resultat Som den energikrävande processindustri ett integrerat massa- och pappersbruk är krävs stora mängder bränslen för att försörja fabriken med värme. Totalt utgör biobränslen 92 % av bränsletillförseln, fossila bränslen utgör 8 % på Nymölla Bruk (se figur 4.1). (Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a) 23

34 Figur 4.1: Bränsleanvändning på Nymölla Bruk 2010 Ur Nymölla Bruks miljörapport 2010 har värdena i tabell 4.2 beräknats. Omräkning från i källa redovisad enhet m 3 oe till enhet MWh har skett med omräkningstal 11,15 MWh/m 3 oe enligt uppgifter för bränslekvalitet i intern dokumentation. Tabell 4.2: Energitillförsel av bränslen 2010 Bränsle Energi [GWh] Avlut Interna biobränslen 232 Externa biobränslen 125 Fossila bränslen, pannor och process 156 Fossila bränslen, fordon 9 Total bränsleanvändning Återvinningslutar Vid massaproduktionen på Nymölla Bruk uppkommer efter kokning och tvättning av massan en avlut, kallad tunnlut. Tunnluten innehåller de använda kokkemikalierna samt utlöst vedsubstans. Enligt Wickström (2011) återfinns 90 % av det med vedråvaran tillförda ligninet i luten, tillsammans med en stor del av hemicellulosan. Efter indunstning till cirka 60 % torrhalt kallas luten tjocklut och förbränns i återvinningspannorna. Tjockluten har under en treårsperiod haft ett genomsnittligt effektivt värmevärde på 7,67 MJ/kg och en fukthalt av 61,1 %. (Harrysson, 2011) Lutens torrsubstans består till största delen av grundämnena kol (37 %) och syre (41 %). Kokkemikalierna svavel och magnesium utgör 11 respektive 6 % av torrsubstansens massa. Resten är till största delen väte (4 %) samt metaller med ursprung i vedråvaran (1 %). (Harrysson, 2011) 24

35 Med ett utbyte av cirka 46 % av vedens torrsubstans i den blekta massan (efter omräkning av uppgifter från Wickström (2011)), och en viss förlust av lignin till avlopp, återstår runt hälften av vedens torrsubstans i luten. Värt att notera är att de mest energirika vedbeståndsdelarna, extraktivämnena samt ligninet, återfinns i denna hälft av vedens torrsubstans. Vid sulfitprocessen, med sur kokvätska, bildas inte den såpa som uppstår vid sulfatprocesser med basiska kokvätskor. Enligt beräkningar utförda i denna kartläggning utgjorde år 2010 återvinningslutarna på Nymölla Bruk 75 % av den tillförda bränsleenergin, motsvarande 1500 GWh totalt eller 4500 kwh/adt Fasta biobränslen Fasta biobränslen utgör en betydande del av energitillförseln till fabriken. För att nyttiggöra den i renseriet fallande barken finns en fastbränslepanna på Nymölla Bruk. Tillsammans med barken blandas kvist från försilerierna och slam från avloppsreningsanläggningen ihop till ett bränsle för fastbränslepannan. Detta blandade bränsle uppvisade under treårsperioden en genomsnittlig torrhalt på 38,4 %. (Stora Enso Nymölla Bruk, 2006a; Harrysson, 2011) I destruktionssyfte förbränns rejekt från ultrafiltreringsanläggningen i fastbränslepannan. Detta avlastar avloppsreningsanläggningen, som annars skulle belastats hårt av det högmolekylära organiska materialet i rejektet. Under år 2010 som kartläggningen avser sprayades ultrafiltreringskoncentratet in ovanför bädden i pannan vid en torrhalt av cirka 16,5 %. Under 2011 togs en indunstningsanläggning i drift vilken höjer torrhalten avsevärt på koncentratet. För att täcka energibehov vid hög ångförbrukning samt för att höja kvaliteten på det interna biobränslet köps även externt biobränsle in. Detta bränsle utgörs till största delen av bränsleflis tillhandahållen av Stora Enso Bioenergi AB. År 2010 utgjorde interna biobränslen exklusive återvinningslutar 11 % av den tillförda energimängden, externa utgjorde 6 %. Totalt tillfördes 230 respektive 120 GWh med dessa sortiment, vilket sammanlagt motsvarar 1100 kwh/adt Fossila bränslen De största mängderna fossila bränslen används på Nymölla Bruk vid start av pannorna samt vid stort ångbehov. Eldningsolja 6 används i samtliga pannor för dessa ändamål, medan även gasol (LPG-mix) används i fastbränslepannan vid höga ångbehov. År 2010 utgjorde fossila bränslen till pannorna 7,5 % av den totala energimängden tillförd av bränslen, motsvarande 155 GWh eller 460 kwh/adt. 25

36 Fossila bränslen används även i fordon på Nymölla Bruk. Vedhanteringen kräver stora vedtruckar, vilka tömmer timmerbilar samt förser matarborden innan barktrummorna med rundved. Flisstackarna hanteras med dieseldrivna bandlastare. Gaffeltruckarna som används drivs antingen av gasol eller el. Bensin används till en handfull bilar. Sammanlagt uppgår den fossila bränsleanvändningen i fordon till 0,4 % av den totala bränsletillförseln. Direktanvändning av fossilt bränsle, gasol, i processen sker vid packning av pallar med färdig produkt. Dessa pallar kläs i en plastfilm, som vid uppvärmning krymper och sluter tätt runt pallen vilket skyddar produkten under transport. Gasolen som används direkt i processen uppgår till mindre än 0,1 % av den totala bränsletillförseln. 4.4 Diskussion och slutsatser Diskussion om osäkerheter i bränslekartläggningen Enligt beräkningar tydliggjorda i figur 4.2 motsvarar hela den levererade vedmängden inklusive bark 3,1 TWh. Hälften av detta, 1,55 TWh, levereras ut från fabriken som kemiskt bunden energi i papper och avsalumassa. Detta ger att 1,55 TWh borde återfinnas i lut och bark, vilket stämmer relativt väl med summan av de två översta posterna (1,77 TWh) i tabell ,55 TWh är 12 % mindre än 1,77 TWh vilket i sammanhanget påvisar rimlighet i båda beräkningsmetoderna. Lutmängderna i tabell 4.2 är beräknade via producerad ångmängd (uppmätt med strypfläns efter återvinningspannorna), tillförd oljemängd och pannverkningsgrad. Barken, som utgör större delen av interna biobränslen i tabell 4.2 är beräknad på liknande sätt utifrån ångan som producerats i fastbränslepannan. 26

37 Ext. massa: biobr: GWh Träråvara: 3085 GWh El: 265 GWh Råvatten: Eo6: Gasol: GWh Nymölla Bruk Förluster: Rökgaser: 371 GWh 191 GWh Vatten Vattenånga: till recipient: 1406 GWh Papper: GWh GWh Avsalumassa: Fjärrvärme: 9102 GWh GWh Figur 4.2: Total energibalans Energin i vedråvara och bark i figurerna 4.3a och 4.3b är beräknade utifrån inmätt vedvolym. VMF Syd anger för år 2010 en relativ avvikelse på +1,3 % av volymen vid mätning av granmassaved och -1,4 % vid mätning av lövmassaved, då kontrollmätningar utförts. (VMF Syd, 2011) Flödena Värme- och mekaniska förluster är i figurerna 4.3a och 4.3b balansposter. I samma figurer framgår den stora skillnaden som uppstår då vedråvaran betraktas som ett energiflöde eller ej. 27

38 Bark (från rundved): 182 GWh Vedråvara (inkl. sågv.- och euk.flis): 2903 GWh Vatten (45*C/PV2): 60 GWhEl: 24 GWh Bark (riven, pressad): 182 GWh Huggen flis (inkl. sågv.- och euk.flis): 2903 GWh Vedhantering Värme- och mekaniska förluster: Avloppsvatten: GWh 40 GWh Bark (från rundved): 182 GWh Bark (riven, pressad): 182 (a) Vedhantering inklusive kemisk energi i vedråvara Vatten (45*C/PV2): 60 GWh Vedhantering El: 24 GWh Värme- och mekaniska förluster: Avloppsvatten: 45 GWh40 GWh (b) Vedhantering exklusive energi i vedråvara Figur 4.3: Energibalanser över vedhantering Enligt företagets redovisning, se tabell 4.2, bidrar de interna biobränslena (bark, rejekt, kvist, fiber- och bioslam och ultrafiltreringskoncentrat) med 232 GWh. Beräkningar som utförts i detta arbete har gett ett energitillskott från barken som faller i renseriet på 180 GWh och 50 GWh med slammet från avloppsreningsverket. Detta summeras till 230 GWh, men exkluderar rejekt och kvist från sileri och ultrafiltreringsanläggningen då uppgifter för dessa ej återfunnits. Alltså ger jämförelsen mellan att räkna baklänges via ångproduktionen ungefär samma resultat som genom att uppskatta energiinnehållet i fallande barkmängder och slammängder. Osäkerheten är stor oavsett vilken metod bränslemängderna uppskattas med, varför de redovisade uppgifterna i tabell 4.2 anses vara fullt rimliga efter den jämförande beräkning som beskrivits ovan. I figur 4.2 framgår att den dominerande tillförseln av energi till fabriken sker i form av den kemiskt bundna energin i träråvaran. Följes denna post genom processerna återfinns hälften som kemiskt bunden energi i de färdiga produkterna papper och avsalumassa. Den andra hälften omvandlas genom förbränning i pannorna till värme och el. 28

39 Förbättringsförslag för barkhanteringen Ett problem som föranleder ökad fossilbränsleanvändning är att barkpressarna inte klarar att pressa all fallande bark när renseriet har hög produktion. Detta innebär att endast en del av barken pressas för att sedan återfuktas av den icke pressade andelen. Tillsammans med det fuktiga slammet (med torrhalt cirka % efter pressning enligt Svensson (2011)) fås konsekvensen att bränslet till fastbränslepannan försämras avsevärt vilket inverkar negativt på förbränningen i fastbränslepannan. Man är medvetna om detta problem, och företaget planerar att investera i bättre utrustning för pressning av bark. Ett förslag är att tills denna bättre utrustning installerats stöta ut den bark som ej pressats på hög istället för att blanda in den i den pressade. Detta skulle kräva en mindre ombyggnad i renseriet samt innebära ökad hantering av barken för renseripersonalen. Den utstötta barken skulle i så fall kunna pressas då renseriet är mindre belastat. En utredning av denna möjlighet föreslås. 29

40 5 Kartläggning av elförbrukning (Jonas Jonsson) Kartläggningen av elförbrukningen utgör en del av den övergripande energikartläggningen av Nymölla Bruk. I detta avsnitt kommer tillvägagångssätt och resultat från kartläggningen av elförbrukningen att presenteras. 5.1 Effektberäkningar För att beräkna den tillförda elenergin till belastningar anslutna till trefassystemet används ekvationen nedan. P = 3 I U cos ϕ (5.1) där P I U cos ϕ Effekt [W] Ström [A] Spänning [V] effektfaktorn Effektfaktorn cos ϕ anger fasförskjutningen mellan ström och spänning och antar ett värde mellan 0 och 1. En förbrukare, till exempel en elmotor, ger upphov till en delvis induktiv belastning. Den induktiva belastningen består av den magnetiseringsström som skapar det magnetfält som krävs för att driva motorn. Detta ger upphov till en fasförskjutning, eller fördröjning mellan ström och spänning. De flesta industriella belastningarna är induktiva, vilket innebär att strömmen förskjuts i förhållande till spänningen. För att motverka de induktiva belastningarna som förekommer kan en kondensator anslutas parallellt med belastningen. Detta ökar effektfaktorn vilket innebär att större delen av den tillförda effekten kan utnyttjas för mekaniskt arbete. (Haag, 1998) 30

41 5.2 Kartläggning av elförbrukningen Enligt de direktiv som finns upprättade från PFE och som återfinns i Arvidsson et al. (2005) framgår att elförbrukningen skall kartläggas på avdelnings- eller processnivå och avse aktiv effekt. Enligt Energimyndigheten (2004) är första steget i en energikartläggning att upprätta en anläggningsbeskrivning och tydligt ange systemgränserna för kartläggningen. Anläggningsbeskrivningen återfinns under stycket processbeskrivning och är baserad på litteraturstudie, egna observationer (vid rundvandring i fabriken) samt information från intervjuer med processansvariga. Upprättandet av en processbeskrivning är en viktig del för att kartläggningen skall beskriva verkliga processteg och underlätta arbetet. Den tidigare kartläggningen av elförbrukarna som gjorts på företaget har inte utförts enligt den detaljeringsnivå som önskas av PFE. Den genomförda kartläggningen av elförbrukningen i detta arbete bygger på processbeskrivningen och på Nymölla Bruks energiaspektregister. Enligt Arvidsson et al. (2005) skall en kartläggning av elförbrukningen baseras på uppmätta värden. I det system som Nymölla Bruk använder för kontroll och övervakning av elsystemet, Netcon, lagras all information från elsystemets alla mätpunkter i en databas. I dagsläget finns effektmätningar på: Transformatorerna som är anslutna till yttre nät (130 kv respektive 50 kv) Anslutningen från generator 1 och 2 (egen elproduktion) Majoriteten av matningarna in och ut från 6 kv ställverken Uppdelning på processnivå Eftersom effektmätning inte sker på de enskilda förbrukarna utan på ställverksnivå krävs en kartläggning av ställverken och vilka processteg som matas från respektive ställverk. Underlag till denna kartläggning utgjordes av ställverksdokumentation och kopplingsscheman. Ytterligare en komplikation för uppdelningen utgjordes av att ställverk och transformatorer kan mata flera olika förbrukare vilka inte nödvändigtvis tillhör samma processteg. För att kartläggningen skall uppfylla riktlinjerna för en energikartläggning under PFE genomfördes en uppdelning av elförbrukningen i de fall där en transformator uppenbart matar flera processteg. Uppdelning av elförbrukningen är baserad på hur stor andel av den, på ställverket, totalt installerade effekten varje processteg utgjorde. 31

42 Utifrån kartläggningen av ställverken på processnivå sammanställdes mätvärdena från Netcon i månadsrapporter. Dessa rapporter importerades därefter i MS Excel för att lättare kunna genomföra beräkningar och därefter utgöra underlaget till upprättande av en elbalans och sankeydiagram över elförbrukningen. För elmatningen till PM2 saknas effektmätning i flera av de aktuella ställverken. De ställverk som står i BM-hallen saknar likaså effektmätning. BM-hallen har fått sitt namn från den bestrykningsmaskin som tidigare stod i hallen. I hallen finns numera valsverkstad, mellanförvar till de båda pappersmaskinerna samt upplösare för att lösa upp kasserat papper från rullmaskinerna och från konverteringen. På de ställverk som matar PM2 mäts ström och spänning ut till förbrukarna. Genom ekvation 5.1 kan effekten beräknas. Enligt Melander (2011) kan effektfaktorn, cos ϕ, antas ligga på ungefär 0,86 som ett medelvärde och gälla för hela fabriken. PM2 matas med ström från ställverken i BM-hallen. Genom att det finns mätare för den ingående effekten till BM och till PM2 kan elförbrukningen för de förbrukare som matas av ställverken i BM-hallen erhållas. Förbrukarna under BM-hallen utgörs framför allt av lokalventilation, upplösare och belysning. Eftersom det saknas digitala mätare på elmatningarna från ställverken i BM-hallen genomfördes under kartläggningen manuella avläsningar vid två tillfällen med åtta dagars mellanrum. Den elförbrukning som uppmättes under de åtta dagarna användes som underlag till att fördela BMs årsförbrukning till respektive ställverk. Kartläggningen av elförbrukningen på massa och pappersbruket och uppdelningen av ställverken på processnivå återfinns i bilaga Resultat Elförbrukningen på Nymölla Bruk uppgick under 2010 till ungefär 510 GWh. I tabell 5.1 framgår fördelningen mellan inköpt, såld och egenproducerad el. Tabell 5.1: Sammanställning av inköpt, såld, och egenproducerad el Namn Årlig energimängd [GWh] Medeleffekt [MW] 50 kv köpt kv såld -25 2,9 130 kv köpt ,3 Egen el produktion ,3 32

43 Nettotillförseln av el från yttre nät uppgick till 266 GWh och den egna elproduktionen i mottrycksturbiner uppgick under samma tid till 248 GWh. Den egna elproduktionen stod för ungefär 48 % av den totala elförbrukningen. Turbin 1 med generator 1 stod för 25 % av elproduktionen medan turbin 2 med generator 2 stod för 75 % av elproduktionen Massafabriken Massafabrikens elförbrukning beskrivs med hjälp av sankeydiagrammet i figur 5.1. Totalt förbrukade massafabriken nästan 260 GWh el. Detta motsvarar hälften av Nymölla Bruks totala elförbrukning. Massaproduktionen under 2010 uppgick till något mer än ton vilket ger att den totala elförbrukningen per ton massa uppgick till 771 kwh/adt. Tabeller och ytterligare information återfinns i bilaga 3. I figur 5.1 framgår att elförbrukningen för avloppsreningsverket uppgick till ungefär 37 GWh vilket motsvarar 14 % av massafabrikens totala elförbrukning. De enskilt största elförbrukarna under avloppsverket är de tre stora turbokompressorerna som används för luftning av aktivslamanläggningen. Tvätteriet är den näst största elförbrukaren med nästan 12 % av elförbrukningen. I tvättsteget tvättas massan fri från kokkemikalierna i stora tvättsilar. Elmotorerna till tvättsilarna har en installerad effekt från 90 till något över 300 kw och är de största elförbrukarna under tvättsteget. 33

44 Massafabrik 259 GWh Massapump El: 3 GWh El: Belysning 6 GWh Ultrafiltrering El: 7 GWh El: Rökgasfläkt GWh Vattenverk El: 10 GWh El: Eftersileri Kokeri Tvätt Blekeri GWh Syraberedning El: GWh Pannhus El: Avloppsverk 24 El: Renseri 37 Pappsal El: Indunstning El: GWh GWh Figur 5.1: Elförbrukningen i massafabriken 2010 Blekeriet står för 10 % av massafabrikens elförbrukning och uppgick till 25 GWh. Enligt miljörapport Stora Enso Nymölla Bruk (2010) är de betydande elaspekterna under blekeriet pumpning av processvatten och pappersmassa samt omrörning i omrörningskar. Renseriets elförbrukning uppgår till 24 GWh och står för 9 % av massafabrikens elförbrukning. De stora elförbrukarna i renseriet utgörs av två barktrummor, flishuggarna och blåsmaskinerna som används för att blåsa flisen in till kokarna i kokeriet. I pannhuset och under syraberedningen är rökgasfläktar och vattenpumpar de stora förbrukarna. Dessa står vardera för ungefär 9 % av massafabrikens elförbrukning. För torkmaskinen (TM2) som ingår under pappsalen är de stora elförbrukarna framför allt vakuumpumparna som används för att avvattna pappersmassan och viraduken. Eftersom utnyttjandegraden av TM2 är låg förbrukar denna endast 2 % av massafabrikens elförbrukning. Elförbrukningen under de övriga processtegen utgörs framför allt av stora pump- och fläktmotorer samt elmotorer till olika omrörare och upplösningssystem. 34

45 5.3.2 Pappersbruket Elförbrukningen på pappersbruket uppgick under 2010 till 236 GWh. Under samma period producerades totalt ton papper. Detta ger att den totala elförbrukningen per ton papper uppgick till något mindre än 540 kwh/tp. I figur 5.2 visas elförbrukning på avdelnings- och processnivå för pappersbruket genom ett sankeydiagram. De två produktionsanläggningarna El: Rullmaskin 0,4 GWh1 PM1 och PM2 stod för ungefär 46 % av Nymölla Bruks totala elförbrukning. Belysning Tabeller och ytterligare information återfinns i bilaga 3. Mäldberedning Kvarnar 4 GWh El: PM1 115 GWh El: Pappersbruket Konvertering Torrända Våtända Maskindrift El: 4 GWh El: 22 El: GWh Övrigt El: 10 GWh (BM) GWh Rullmaskin El: 3 GWhÖvrigt El: 5 GWh (BM) Kvarnar Belysning Mäldberedning El: PM2 El: Konvertering Massalösning Torrända Våtända Maskindrift El: 0,3 GWh El: El: GWh GWh El: 122 GWh El: 2 GWh Figur 5.2: Elförbrukningen i pappersbruket 2010 Elförbrukningen på PM1 uppgick för 2010 till 115 GWh. Detta motsvarar 48 % av elförbrukning på pappersbruket. Produktionen av papper uppgick för PM1 till ton. Detta ger att 35

46 elförbrukningen per ton papper producerat på PM1 uppgick till 564 kwh/tp. PM2 förbrukade 122 GWh el vilket motsvarar 52 % av papperbrukets elförbrukning. Pappersproduktionen på PM2 uppgick till ton vilket get att elförbrukningen per ton producerat papper för PM2 uppgår till 514 kwh/tp. Kvarnarna används för att mala pappersfibern till rätt storlek. Kvarnarna står för 19 % av elförbrukningen på PM1 och 16 % av elförbrukningen på PM2. Mäldberedningen där pappersmassan blandas med kemikalier från smetkök och späds med bakvatten står för 18 % respektive 24 % av elförbrukningen på PM1 och PM2. De stora elförbrukarna under mäldberedningen är olika pumpsystem och omrörare. Under våtändan vars elförbrukning uppgår till 19 % för PM1 och 16 % för PM2 återfinns vakuumpumparna som på samma sätt som för torkmaskinen avvattnar mälden och viraduken. Maskindriften står för 14 % respektiver 25 % av pappermaskinernas elförbrukning. Maskindriften består av likströmsmotorer som används för driften av pappersmaskinen. Ett exempel på elförbrukning är driften av valsarna i presspartiet. Elförbrukningen under torrändan består till stor del av fläktsystem som används för att ventilera bort all vattenånga som bildas när pappret torkas med ånguppvärmda cylindrar. Torrändan står för ungefär 14 % respektive 7 % av pappersmaskinernas totala elförbrukning. Konverteringen där den slutgiltiga produkten färdigställs står endast för 2 % av pappersbrukets elförbrukning BM Nymölla Bruk använder sig av en schablon för att kostnadsföra elförbrukningen till rätt processavdelning. Enligt schablonsfördelningen härrör 67 % av elförbrukningen i BM-hallen från PM1 och 33 % från PM2. Totalt sett står elförbrukarna i BM-hallen för ungefär 16 GWh vilket motsvarar nästan 7 % av pappersbrukets elförbrukning. I tabell 5.2 redovisas de ställverk som är i drift och den beräknade elförbrukningen under 2010 för respektive ställverk. 36

47 Tabell 5.2: Elförbrukning i BM-hallen och uppdelning Stv Förbrukare Andel av BM förbrukning Förbrukning [GWh] Medeleffekt [MW] 30H Lokalvent BM-hallen 21 % 3,3 0,4 36K Belysning 30 % 4,7 0,5 37H Upplösare, kompressor 1 40 % 6,2 0,7 40X Rullmaskin 2 2 % 0,3 0,04 43H Smetkök, kembered PM2 7 % 1,0 0,1 Summa 15,6 1,8 De största elförbrukarna utgörs av bland annat BMs upplösare, som används för att lösa upp kasserat papper från rullmaskinerna och konverteringen, samt en tryckluftskompressor. Dessa står för 40 % av BMs elförbrukning. Övriga stora förbrukare är belysning vars elförbrukning uppgår till nästan 5 GWh och lokalventilation av BM-hallen Elbalans En sammanställning av mätningarna avseende elförbrukning presenteras i tabell 5.3. Restposten finns redovisad och uppgår till nästan 8 GWh. Detta motsvarar endast 1,5 % av Nymölla Bruks elförbrukning. Elleveransen till den integrerade fabriken för framställning av kalciumkarbonat (Omya Nymölla AB) uppgick under 2010 till 10 GWh. Tabell 5.3: Balans över elförbrukningen för 2010 IN Förbrukning M.effekt UT Förbrukning M.effekt Enhet [GWh] [MW] Enhet [GWh] [MW] Netto tillförsel Summa MF Egenproduktion Summa PB Lev. Omya AB 10 1 Restpost 8 1 Summa Summa Diskussion och slutsatser Den genomförda kartläggningen av Nymölla Bruks elförbrukning har följt de riktlinjer som återfinns i Arvidsson et al. (2005). Resultatet stämmer väl överrens med de värden som finns 37

48 publicerade i miljörapporten från Stora Enso Nymölla Bruk (2011a). Eftesom någon tidigare kartläggning av elförbrukarna på avdelnings- och processnivå ej tidigare genomförts är det mycket svårt att kunna verifiera de olika processtegens elförbrukning. Den genomförda kartläggningen av elförbrukningen har skapat ett verktyg för att på ett lätt sätt visualisera elförbrukningen i form av sankeydiagram. Underlaget till sankeydiagrammen är upplagt så att det möjliggör framtida användning i och med att det går att importera nya månadsrapporter. Syftet med arbetet var att genomföra en energikartläggning som en del av företagets arbete under PFE-period 2. Nivån på kartläggningen är i paritet med den nivå som efterfrågas i handböcker för energikartläggning. Detta medför att kartläggningen uppfyller de krav som bland annat ställs av PFE. Således torde kartläggningen av elförbrukningen uppfylla de syften och mål som definierades vid projektets början. 38

49 6 Kartläggning av ånganvändning (Christian Samuelsson) Detta kapitel belyser arbetet med energikartläggningen av ång- och kondensatsystem på Nymölla Bruk. I teoridelen ges en kortfattade beskrivning av ånga som energibärare och beräkningsmetoder. Här redogörs även för vanlig utrustning som används för att mäta tryck, temperatur och flöde på fluider. Teoriavsnittet ämnar ligga till grund för senare diskussion. Genomförandeavsnittet beskriver hur arbetet med kartläggning av ångsystemet gjorts utifrån den gemensamma metoden. Där beskrivs även hur detaljnivån för kartläggningen av ångsystemen är satt för att passa den övergripande kartläggningen. I resultatet redovisas kortfattat hur ångsystemet är uppbyggt och en nulägesbeskrivning ges som baseras på år I diskussions- och slutsatsavsnittet diskuteras resultatet med avseende på mätosäkerheter. 6.1 Ånga och kondensat Ånga är en viktig energibärare i massa- och pappersindustrin. Ånga används främst för att leverera värme till de olika processtegen där höga temperaturer krävs för att delprocessen skall fungera. Oftast värmeväxlas ånga på ett eller annat sätt i processen och kondensatet återförs till matarvattentanken. Detta är till exempel fallet vid torkning av papper i torkmaskiner och i indunstningen. En del ånga används dock direkt i processen och återförs inte utan hamnar till slut i avloppet. För att inte dränera ångsystemet krävs därför tillförsel av spädvatten som står i direkt paritet till den mängd som försvinner via avlopp. Energiinnehållet i ångan kan bestämmas utifrån angivna tryck- och temperaturnivåer med hjälp av ångtabeller och mollierdiagram. Som referenspunkt används vatten vid 0 C om inget annat anges. Energiflöde per tidsenhet, eller effekt, kan beräknas med ekvation 6.1: P = m h (6.1) där: P m h Effekt [kw] Massflöde [kg/s] Entalpidifferens [kj/kg C] 39

50 Effekten fås i kw och för omräkning till kwh multipliceras effekten med antalet drifttimmar och divideras med antalet sekunder per timme. För vatten och kondensat är referensnivån satt till 0 C. Energiflöde i vatten kan beräknas med ekvation 6.2: P = mc p T (6.2) Där: C p T Specifik värmekapacitet [kj/kg C] (Vatten = 4,18 kj/kg C) Temperaturdifferens [K eller C] (Alvarez, 2006) Mätinstrument I detta avsnitt beskrivs kortfattat hur givare som vanligen används i processindustrin fungerar. Viktigt att komma ihåg är att all information som dessa givare anger behandlas av datasystem och att fysikaliska signaler omvandlas till elektriska signaler som sedan tolkas och i vissa fall behandlas vidare innan de presenteras. Detta innebär att datasystemet påverkar hur det slutliga värdet blir. Alla osäkerheter vid mätning, då datasystemet behandlar/beräknar samt vid energiberäkningar kommer påverka osäkerhetsgraden i den resulterande energibalansen. Tryckmätning I industriapplikationer är tryckmätning med så kallade Differential Pressure Cells (DP-celler) vanligt förekommande. Dessa bygger på en mekanisk tryckmätare av membrantyp där membranet är kopplat till trådtöjningsgivare. Trådtöjningsgivarens resistans ändras då membranet rör sig tack vare att trycket i en ledning ändras. Resistansen mäts med hjälp av en Wheatstonebrygga och på så vis översätts en mekanisk rörelse till en elektrisk signal som sedan översätts till ett tryck (Haag, 1998). Flödesmätning Vid flödesmätning av lättflytande vätskor och gaser i rörledningar är två vanligt förekommande mätinstrument venturiröret och strypflänsen. Dessa bygger båda på att trycket på var sida om 40

51 en förträngning är olika och att tryckdifferensen kan utnyttjas för att bestämma flödet (Alvarez, 2006; Haag, 1998). Enkelt uttryckt kan venturiröret beskrivas som en gradvis förträngning av rördiametern där differentialtrycket mäts mellan en punkt innan förträngningen och den smalaste diametern i förträngningen. Strypflänsen är en insats med ett hål vars diameter är mindre rörledningen. Trycket mäts innan och efter insatsen. Genom att data för venturiröret och strypflänsen är noga bestämd kan sedan termodynamiska lagar och Bernoullis ekvation utnyttjas för att bestämma flödet i rörledningen (Alvarez, 2006; Haag, 1998). Generellt gäller att flödesmätning med venturirör ger en mer noggrann mätning än med strypfläns. Vid snabbt varierande flöden är metoden med strypfläns mindre noggrann och ger betydande tryckförluster. Metoden är dock billig varför den används flitigt (Haag, 1998). Temperaturmätning Vid temperaturmätning utnyttjas det faktum att en viss egenskap hos en kropp ändras när kroppens temperatur ändras. Det finns olika sätt att mäta temperaturer och det är viktigt att givartypen passar till mätobjektet. Valet beror på givarens egenskaper, miljö, mätområde och åtkomlighet till mätobjektet. Man kan dela in givarna i två grupper. Beröringsgivare, vilka måste vara i kontakt med det medium som ska mätas och strålningsgivare som mäter temperaturen på distans. Vanliga beröringsgivare är termoelement och motståndsgivare (Haag, 1998). Termoelementen består av två olika metaller som sammanfogas i två lödpunkter. När dessa lödpunkter befinner sig vid olika temperatur uppstår en spänningsskillnad som är proportionell mot temperaturskillnaden mellan den kalla och den varma lödpunkten. Detta betyder samtidigt att den kalla lödpunkten måste hållas vid konstant temperatur eller krävs att givaren utrustas med kompensering för omgivningstemperaturen. Olika konfigurationer av metaller gör att mätområdet för termoelement ligger mellan -200 C och 2300 C. Fördelar med termoelementen är dess ringa kostnad och storlek vilket medger mätning i svåråtkomliga punkter samt att den reagerar på temperaturskillnader snabbt. Den största nackdelen med denna typ av givare är att den tenderar att åldras, något som gör mätningen mindre tillförlitlig med tiden (Alvarez, 2006; Haag, 1998). Motståndsgivarna bygger på att en ledande metalls motstånd ändras med temperaturen. Denna typ av givare har högre noggrannhet och precision än termoelement och kräver ingen kompensation för omgivande temperatur. Dessa tillverkas vanligen av platina (PT100) eller nickel eftersom dessa metaller har hög temperaturkoefficient. Givare av denna typ kan användas i mätområdet -200 C till 900 C. Enligt standard IEC finns två klasser PT100-givare, 41

52 klass A som har ett toleransområde på 0,15 C ± 0,002 t och klass B med toleransområdet 0, 3 C ± 0, 005 t (Alvarez, 2006; Haag, 1998). 6.2 Genomförande Förarbete För att uppnå delmålet att kartlägga energiflödet i ångsystemet studerades tekniska rapporter, processcheman och operatörssystem. Dessutom har intervjuer med berörd personal genomförts. Denna studie gav en överblick över ångsystemen och gav också den detaljeringsnivå med vilken de ångproducerande och ångförbrukande processtegen kunde beskrivas. För ånga sattes tidigt detaljeringsnivån så att energibalanserna kan utgå från faktiska mätpunkter i de fall ingen officiell data gick att hämta ur diverse årligen återkommande rapporter. Detta är ett tillvägagångssätt som rekommenderades enligt Arvidsson et al. (2005). Nymölla Bruk strävar hela tiden efter att hålla tryck och temperaturer på ångnäten så nära konstruktionspunkterna som möjligt. Detta innebär att angivna börvärden för de olika ångdistributionsnäten används som gällande. Som förarbete kontrollerades därför årsmedelvärden för tryck och temperaturnivåer på de olika ångnäten för att fastslå eventuella avvikelser jämtemot börvärden. Dessa avvikelser korrigeras för vid energibalanserna så att det aktuella energiläget för 2010 kunde fastslås. I enlighet med Arvidsson et al. (2005) har ett tryck och en temperatur fastslagits för ångdistributionsnäten så nära de producerande enheterna av ånga som möjligt. Trycket och temperaturen används sedan även vid förbrukarna och innebär att alla förluster på vägen påförs de förbrukande processtegen. Med utgångspunkt från det befintliga energiaspektregistret delades fabriken upp i ett antal processteg. Där flera ångflöden gick till samma processteg slogs dessa ihop till ett Datainsamling och databehandling Operatörssystemet där den mesta informationen om ångsystemet är hämtad kallas Damatic. Från detta system loggas kontinuerligt mätvärden till WinMops där trender över önskat tidsintervall kan hämtas. Rådata tagen från tidigare nämnda system har behandlats med hjälp av Microsoft Excel. Massoch volymflöden på timbas har summerats till årsproduktion eller -förbrukning. Årsmedeltemperatur och -tryck är beräknade från loggade timvärden i WinMops. Vidare har mätvärdena använts vid beräkningar av energiflöden med hjälp av av formlerna 6.1 och 6.2. Entalpiteter är 42

53 i första hand interpolerade för de rådande trycken och temperaturerna. I vissa fall har entalpin bestämts med mollierdiagram. 6.3 Resultat Nymölla Bruk har fyra ångnät för distribution av ånga till de ångförbrukande delprocesserna vid massa- och papperstillverkningen. Ångdistributionsnäten ser principiellt ut enligt figur 6.1. Observera att direktreducering och tillskott av mellantrycksånga från svavelförbränningen ej är inkluderade i figuren. Figur 6.1: Principskiss över ångsystem exkl. direktreducering De fyra ångnäten har börvärden enligt (Stora Enso Nymölla Bruk, 2009): Högtrycksnät (HT): 60 bar(ö), temperatur 475 C. Mellantrycksnät (MT): 12,5 bar(ö) (får öka till 13,5 bar(ö) vid behov), temperatur 200 C. Lågtrycksnät (LT): 3,95 bar(ö), temperatur 155 C. Låg-lågtrycksnät (LLT): 0,75 bar(ö), temperatur 123 C. HT-ånga produceras i pannhuset i två återvinningspannor (MG1 och MG2) och en fastbränslepanna (SMV2). Det produceras även en mindre mängd mellantrycksånga direkt till MT-nätet vid svavelförbränningen i svavelugnen. HT-ånga reduceras på olika ställen ner till MT och LT främst via fyra turbiner. På Nymölla Bruk finns två mottrycksturbiner (T1 och T2) för elproduktion, en turbin som driver en matarvattenpump och en som driver en mekanisk ångkompressor (MVR) i vilken spillånga från diverse processer komprimeras till LLT-ånga med liten insats av HT-ånga. MVR kan liknas vid 43

54 en värmepump med hög värmefaktor. HT-ångan som reduceras via MVR-turbinen går ut på MT-nätet. Detta gör även ångan som reduceras i matarvattenturbinen. I mottrycksturbinerna reduceras HT-ånga till MT- och LT-ånga, samtidigt som el genereras. Efter turbinerna håller ångan högre temperatur än nödvändigt. Därför konditioneras både MTångan och LT-ångan till de ovan angivna temperaturerna, vilket innebär några graders överhettning. De enskilt största förbrukarna av MT- och LT- ånga är torkpartiet på pappersmaskinerna (PM1 och PM2), kokeriet och indunstningen. Medan indunstningen inte har några problem att hålla jämn produktionstakt finns det inbyggda svårigheter i kokeriet på grund av satsvis massakokning. Dessutom gör vissa driftfall att pappersmaskinerna under kortare perioder kräver mer ånga än normalt. Av denna anledning finns en ångackumulator som ska täcka de största variationerna. I vissa driftfall krävs så pass mycket ånga att en del direktreduceras från HT-nätet till övriga ångdistributionsnät. Direktreducering vill undvikas i största möjliga mån eftersom potentialen i HT-ånga att uträtta annat värdefullt arbete går förlorad. MVR-maskinen är ett sätt att ta tillvara på potentialen i en liten mängd högvärdig HT-ånga för att höja potentialen av mycket spillånga från diverse processer så att denna kan nyttjas igen. MVR-maskinen används mycket sparsamt men man hoppas kunna utnyttja denna mer i framtiden och på så vis minimera behovet av direktreduceringen ytterligare Ångproduktion och ångförbrukning 2010 År 2010 noterades att högtrycksnätet som årsmedel höll trycket 58,2 bar(ö). Medeltemperaturen på ånglödet ut från pannorna var cirka 467,5 C. Det producerades sammanlagt cirka 270 ton/h över året HT-ånga. Energimässigt innebär detta att HT-ångan som levererades motsvarade cirka 2190 GWh år Under samma period levererade svavelpannan 10 GWh till MT-nätet. Fördelningen över produktion av högtrycksånga kan se i Tabell 6.1. Tabell 6.1: Produktion av högtrycksånga Produktion HT [GWh/år] MG1 564 MG SMV 494 Totalt Enligt tabell 6.1 stod återvinningspanna MG2 ensam för mer än hälften av producerad högtrycksånga. Återvinningspanna MG1 och fastbränslepanna SMV producerar ungefär jämbördigt med 44

55 högtrycksånga. Ångan går ut på HT-nätet där det finns fyra förbrukande turbiner och en ångackumulator. Från nätet finns möjlighet till direktreducering till övriga trycknät. För pannorna blev de fullständiga balanserna enligt figur 6.2. Tjocklut: 515 GWh HT-ånga: 469 GWh Tjocklut: 1011 GWh Olja: 6 GWh El: 6 GWh Rökgasförluster: 47 GWh MG1 Övriga förluster: 12 GWh Olja: 27 GWh 0 El: 11 GWh MG2 Övriga förluster: 22 GWh Gasol: 37 GWh Rökgasförluster: 51 GWh (a) Energibalans MG1 (b) Energibalans MG2 Interna Externa biobränslen: Olja: GWh GWh HT-ånga: 403 GWh El: 6 GWh SMV2 Övriga förluster: 16 GWh HT-ånga: 934 GWh Rökgasförluster: 93 GWh (c) Energibalans SMV2 Figur 6.2: Energibalanser över pannor Förbrukningen av högtrycksånga vid turbinerna samt produktionen av elektricitet, mellantrycksoch lågtrycksånga kan ses i tabell 6.2. Tabell 6.2: Energi i ånga till och från turbiner Turbin Förbr. HT Prod. MT Prod. LT Prod. el [GWh/år] [GWh/år] [GWh/år] [GWh/år] MAVA ,4 MVR 1,5 1,4 0,12 Totalt Totalt förbrukar turbinerna cirka 88 % av den producerande högtrycksånga. Resterande 12 % motsvarande cirka 260 GWh, eller cirka 32 ton i timmen, används i ackumulatorn eller direktreduceras. Det går ungefär 15 ton i timmen till ackumulatorn vilket medför att 17 ton i timmen finns kvar som enligt detta resultat skulle direktreduceras till andra nät. Enligt tabell 6.2 uppgår den totalt produktionen av el och ånga i turbinerna till 1944 GWh per år medan det förbrukas 1933 GWh ånga per år. Här kan mätosäkerheter vad det gäller mätning 45

56 av flöden, tryck och temperaturer spela stor roll. Observera att posten elproduktion för MAVAoch MVR-turbinen är uträttat axelarbete som ersätter den el som skulle ha köpts om maskinerna hade varit eldrivna. Ur figur 6.3 och 6.4 syns det att balansen över turbin 1 går ihop med en liten förlustpost medan balansen över turbin 2 visar mer avgiven energi än inkommande. Det finns ingen temperaturmätare på avtappningen till mellantrycksångan från turbin 1. Temperaturen har antagits ligga cirka 10 C lägre än för turbin 2 som hade årsmedeltemperatur cirka 357 C. Antagandet är rimligt då turbin 1 är byggd för effektivare avtappning enligt Svenland (2011). Temperaturen El: 61 GWh vid turbinernas avlopp var 213 C för turbin 1 och 202 C för turbin 2. HT-ånga: 496 GWh MT-ånga: LT-ånga: GWh Övriga förluster: 2 GWh Turbin 1 Figur 6.3: Sankeydiagram över turbin 1 El: 187 GWh HT-ånga: 1310 GWh MT-ånga: LT-ånga: GWh Turbin 2 Figur 6.4: Sankeydiagram över turbin 2 År 2010 noterades att MT-nätet som årsmedel höll trycket 13,5 bar(ö). Temperaturen på nätet var cirka 204 C i årsmedel. För LT-nätet gällde under samma period att trycket var 3,85 bar(ö) och temperaturen var cirka 154 C. De största förbrukarna av MT- och LT-ånga är som tidigare nämnts torkpartiet i pappersmaskinerna, kokeri och indunstning. Tabell 6.3 visar hur mycket MT-ånga resp. LT-ånga som massaproduktionen, torkmaskin 2 (TM2), indunstningen och papperstillverkning förbrukar. 46

57 Tabell 6.3: Enheter som förbrukar mellantrycks- och lågtrycks ånga Förbrukare MT [GWh/år] LT [GWh/år] Massaprod TM2 41 Indunstning 425 Papperstillv Totalt Posten massaproduktion inkluderar kokeri, sileri, blekeri och eftersileri. I massaproduktionen står kokeriet för i princip hela förbrukningen av ånga. Indunstningen inkluderar förindunstning, indunstning 1 och indunstning 2. I posten papperstillverkning inkluderas pappersmaskin 1, pappersmaskin 2 och kemikalieberedningen. Totalt förbrukar dessa enheter cirka 1500 GWh ånga. Ungefär 1690 GWh levereras av turbinerna och ytterligare cirka 260 GWh levereras från ångackumulatorn samt via direktreducering. Den totala ångproduktionen uppgår till 2190 GWh. Av detta utnyttjar pappersmaskinerna 32 % av energin, indunstningen 19 %, massaproduktionen 16 % och torkmaskin 2 ungefär 2 %. Av den totala energin i producerad ånga omvandlas cirka 12 % till el. Enligt Stora Enso Nymölla Bruk (2011a) levererades cirka 100 GWh värme till fjärrvärmenätet. Denna energimängd motsvarar cirka 5 % av total energi i producerad ånga. Resterande 15 % fördelar sig på småförbrukare av MT-, LT- och LLT-ånga eller blir förluster. De övriga ångförbrukarna är blåskondensorer, matarvattenuppvärmning, samt direktreducering till LLT-nät från LT-nät. LLT-ånga används främst för uppvärmning av returvatten vid fjärrvärmeproduktion och för mellanvärmning av lutånga mellan indunstningseffekterna enligt Svenland (2011). Ur tabell 6.3 syns att LT-ånga används främst vid indunstning och papperstillverkning medan massaproduktionen kräver mest MT-ånga eftersom det krävs att flis- och syrablandningen håller C i samband med kokning enligt Harrysson (2011). MT-ånga som används i pappersmaskinerna används främst för att reglera trycket in i torkpartiet. Nymölla Bruk har planer på att lösa det genom att bygga en ny LT-ledning och samtidigt öka trycket för att minimera behovet av mellantrycksånga där. 6.4 Diskussion och slutsatser På HT-nätet produceras cirka 20 ton mer ånga per timme än vad förbrukarna använder enligt Svenland (2011). I denna energikartläggning har det beräknats att det produceras cirka 17 ton i timmen mer än vad förbrukarna exklusive direktreducering använder. Systemet är byggt för att klara variationer vad gäller tillgång och efterfrågan på ånga främst genom reglering med turbiner och ångackumulator. Detta styrker att det inte skulle direktreduceras mer ånga än vad som 47

58 går via ångackumulatorn. Direktreducering förklarar förmodligen endast till viss del skillnaden i produktion och förbrukning. För MG1 gäller att flödet av matarvatten till pannan enligt givare är cirka 4 ton lägre per timme än flödet av ånga ut. Rimligtvis borde det vara tvärtom eftersom en del ånga används för sotning och bottenblåsning. Det går att diskutera vilken mätare av de två som beräkningar bör baseras på. I dagsläget baseras energiberäkningar på ånga ut från pannan och så även i detta arbete. De två mätpunkterna borde ses över. Nymölla Bruk beräknar hur mycket energi som tillförs pannorna utifrån hur mycket ånga som produceras. Enligt miljörapporten Stora Enso Nymölla Bruk (2011a) tillfördes under år 2010 cirka 1890 GWh bränsle till pannorna (omräknat från toe). Energikartläggning i detta arbete visar att det tillfördes 2020 GWh bränsle under Detta är cirka 7 % mer vad som redovisas i miljörapporten. Samtidigt produceras 17 ton mer ånga i timmen än vad som förbrukas. Det motsvarar cirka 140 GWh högtrycksånga per år. Dessa 140 GWh svarar för hela skillnaden mellan vad som redovisas i miljörapporten och vad denna energikartläggning visar. Det råder osäkerheter i varje enskild mätpunkt i systemet. Detta blir tydligt för turbinerna, främst turbin 2. Förlustposten för turbin 1 är cirka 0,4 % och enligt balansen levererar turbin 2 cirka 10 GWh mer än den förbrukar. Realistiskt vore att mekaniska och termiska förluster ligger någonstans mellan 1 och 5 %. Om flödet av HT-ånga till turbin 2 är 12 % större, det vill säga 180 ton i timmen istället för 160, skulle turbinen ha en förlust som motsvarar 10 GWh. Då skulle det förbrukas lika mycket ånga som det producerades enligt mätare. På turbin 1 finns ingen temperaturmätare på avtappat flöde. Detta gör beräkningarna av energiflödet via avtappningen extra osäkra eftersom temperaturen baseras på uppskattat värde. För att komma till botten med vad skillnaden mellan producerad och förbrukad HT-ånga beror på är ett angreppssätt att kartlägga flödet till direktreducering samt att kalibrera flödes- och temperaturmätare på flöden till och från MG1, turbin 1 och turbin 2. För att beskriva systemet noggrannare krävs energikartläggning av lågtryckångflöden till blåskondensorer, fjärrvärmecentralen, matarvattenuppvärmning samt direktreducering till LLT-nät. Dessutom kan LLT-nätet kartläggas mer i detalj. Energikartläggningen av ånga i detta arbete ger en bild över hur de större producenterna och förbrukarna förhåller sig till varandra. Eftersom det råder osäkerheter i alla data som behandlats beskriver balanserna endast på ett översiktligt vis hur mycket energi processerna omsätter. 48

59 7 Energibalanser Nymölla bruk (Gemensam) I denna del av rapporten presenteras energibalanser över hela Nymölla Bruk samt över delprocesser som ansetts vara intressanta att belysa. Energibalanser för övriga processteg återfinns i bilaga 1. Energiflödena in till eller ut från Nymölla Bruk beskrivs av sankeydiagrammet i figur 7.1. En mer detaljerad kartläggning av bränsleflödena, elförbrukningen och ångflödena finns redovisad i respektive avsnitt. Det skall beaktas att energiflödena av vatten och ånga är beräknade utifrån 0 ºC som referen- Ext. massa: biobr: GWh Förluster: snivå. Rökgaser: 371 GWh 191 GWh Träråvara: 3085 GWh Vatten Vattenånga: till recipient: El: 265 GWh Papper: GWh GWh GWh Nymölla Bruk Eo6: Gasol: 40 Avsalumassa: Fjärrvärme: 9102 GWh GWh Råvatten: 341 GWh Figur 7.1: Sammanställning av energiflöden över Nymölla Bruk Kartläggningen av energiflödena in till Nymölla Bruk visar att träråvaran utgör det klart största energiflödet. Träråvarans energimängd uppgår till 3085 GWh. Denna energimängd utgörs av den kemiskt bundna energin. Ungefär hälften av den energi som kommer in med träråvaran lämnar bruket i form av papper och avsalumassa. Detta ger att ungefär 1530 GWh av träråvaran omvandlas till interna energiflöden framför allt i form av avlutar. Den kemiskt bundna energin i pappret och avsalumassan står för nästan 40 % av de totala energiflödena som lämnar Nymölla Bruk. Vattnet som kommer in tillsammans med träråvaran har antagits lämna bruket i form av vattenånga. Kartläggningen har visat att temperaturen på vattenångan som lämnar bruket efter värmeåtervinningen håller en temperatur på ungefär 50 ºC. Detta ger att den energimängd som lämnar bruket i form av vattenånga uppgår till 500 GWh. Detta motsvarar ungefär 12 % av den totala energimängd som passerar ut från Nymölla Bruk. Råvattenflödet är det näst största energiflödet in till bruket. Vattenflödet uppgår till ungefär 60 m³/min och den totalt ackumulerade vattenmängden som tagits in från Skräbeån har uppgått 49

60 till nästan 32 miljoner m³. Årsmedeltemperaturen i vattnet från Skräbeån är 9 ºC. Trots att energinivån i vatten av 9 ºC är låg blir den ackumulerade energimängden ett betydande energiflöde. För att ge en mer rättvisande bild av kallvattenflödenas betydelse skulle årsmedelenergibalansen kunna överges och ersättas med till exempel en sommar- och en vinterenergibalans. Energimängden som kommer in till Nymölla Bruk i form av biobränslen uppgick till nästan 314 GWh. Detta energiflöde uppgår till 8 % av den inkommande energimängden och utgörs av bark och externa biobränslen. De fossila bränslena utgör ett totalt energiflöde som uppgår till nästan 160 GWh, vilket motsvarar ungefär hälften av energimängden som kommer in med biobränslen. Förbränningen av avlutar, biobränslen och fossila bränslen ger upphov till rökgasförluster. Energimängden som lämnar Nymölla Bruk i form av rökgaser uppgick till 190 GWh. Kartläggningen av elförbrukningen har visat att den totala tillförseln av elenergi från yttre nät uppgick under 2010 till 266 GWh. Totalt sett omvandlas denna energimängd i slutändan till värmeförluster. Vattnet som tas in till bruket passerar genom olika processteg innan det pumpas ut till Hanöbukten. Temperaturökningen på vattnet när det passerar genom processerna är nästan 19 ºC. Detta ger att det renade avloppsvattnet som lämnar området bär med sig en energimängd som uppgår till ungefär 1400 GWh. Detta motsvarar 34 % av energimängden som lämnar pappersbruket. Under 2010 levererade Nymölla Bruk ungefär 102 GWh fjärrvärme. Detta energiflöde motsvarar endast 2,5 % av den totala energimängden. Kartläggningen har gett en restpost som uppgår till 371 GWh vilket motsvarar 9 % av den totala energimängden. Detta torde ses i sammanhanget som ett lågt värde för en oredovisad post. I denna förlustpost inkluderas bland annat värmeförluster till omgivningen. 50

61 7.1 Massaproduktion Flis (vatten): 7 GWhFlis (torrsubstans): 2 GWh Ånga (MT+LT): 333 GWh Vatten, olika temperaturnivåer: 544 GWh Koksyra: 114 GWh El: 95 GWh Massaproduktion Massa, pumpad till TM2: 1 GWh Massa, pumpad till PB: 6 GWh Bakvatten till UF: 247 GWh Hetlut: 387 GWh Värme- och mekaniska förluster: Vatten, 319 olika GWh temperaturnivåer: 134 GWh Figur 7.2: Energibalans över massaproduktionen I figur 7.2 ovan är energiflödena till och från massaproduktionen åskådliggjorda. Systemgränsen har dragits runt kokeri, tvätteri och försileri, blekeri samt eftersilning som en gemensam enhet. De största inflödena av energi utgörs av ånga och varmvattenflöden. Ångflödena domineras av MT-ånga till kokarna, då dessa kräver hög temperatur för att själva sönderdelningen av vedråvaran skall ske. Summerat används 990 kwhånga /ADt. Energitillförseln med vattenflödena fördelar sig på olika temperaturnivåer, här beräknade mot 0 ºC som referenstemperatur. Varmvattenflödena används för att dels tvätta ur luten från massan, dels för att tvätta massan mellan de olika blekstegen. Massaproduktionen kräver nästan en femtedel av den totala elanvändningen på Nymölla Bruk. De enskilt största förbrukarna är tvättfiltren, i övrigt används elen huvudsakligen till pumpar och omrörare. Som processteget är definierat i denna balans används 280 kwh el /ADt för massaproduktion. Koksyran har en temperatur av cirka 75 ºC då den når koksyravärmningen som ansetts ligga inom systemgränsen för energibalansen i figur 7.2. Detta ger vid referensnivå 0 ºC att koksyran bär med 114 GWh värmeenergi in i systemet. I balansen ovan har det vatten som pumpas från pappersbruket till massafabriken, för att på nytt transportera fiber till pappersproduktionen (Processvatten 1), ansetts varken tillföra eller bortföra energi. Skulle denna vattenmängd, cirka 15 miljoner m³ per år, med en temperatur av cirka 55 ºC redovisats i sankeydiagrammet som in- och utpost skulle övriga flöden framstått som marginella. 51

62 Hetluten värmeväxlas i flera steg för att tillvarata värmeenergi. Stora mängder värmeenergi återvinns således från massaproduktionen till sekundärvärmesystemen. Förlustposten uppgår till 319 GWh för de processer som inkluderas i massaproduktionen. Detta motsvarar 29 % av energiflödet till processerna och utgörs av bland annat värmeavgivning från koknings- och blekningsprocesserna. Sett till det totala energiflödet genom Nymölla Bruk motsvarar detta ungefär 8 %. Detta kan tyckas vara en stor förlustpost men det skall beaktas att denna värmeenergi till viss del återvinns i sekundärvärmesystemet. 7.2 Indunstning Figur 7.3 visar energiflödena genom indunstningen. Detta processteg är en stor förbrukare av LT-ånga och förbrukar energimässigt cirka 19 % av total producerad ånga (2191 GWh). I balansen ses luten endast som energibärare, det vill säga här redovisas hur mycket energi i form av värme som luten bär med sig till och från indunstningen. Tjocklut: 52 GWh Ånga: 425 GWh Lutångakond: 293 GWh Hetlut: 387 GWh Värme till sekundärvärmesyst.: 303 GWh Indunstning El: 14 GWh Värme- och mekaniska förluster: 84 GWhÅngkond: 94 GWh Figur 7.3: Energibalans över indunstningen I indunstningen utgör värmeåtervinning ett betydande energiflöde. Därför har en grov uppskattning av detta energiflöde gjorts då förlustposten annars skulle utgöra cirka 50 %. Uppskattningen baseras på ungefärliga flöden och temperaturökningar av vatten i värmeväxlingspunkter. Detta har gjorts i samråd med Torsten Svenland. Energiflödet till sekundärvärmesystemet och spädmatarvattenuppvärmning utgör enligt denna grova uppskattning cirka 37 % av totala energiflödet till indunstningen. Resterande 10 %, eller 84 GWh, anses vara termiska förluster och inkluderar förluster till omgivningen. I förhållande till det totala energiflödet uppgår förlusten från indunstningen till endast 2 %. 52

63 7.3 Pappersmaskinerna I figur 7.4 och 7.5 beskrivs energiflödena genom pappersmaskinerna med hjälp av sankeydiagram. I kartläggningen av pappersmaskinerna inkluderades upplösarsystem, smetkök och konvertering. I energibalanserna för pappersbruket har den kemiskt bundna energin i fibrerna ej beaktats. Den energimängd som flisen bär med sig uppkommer av att vattnet där fibern är suspenderad håller en temperatur på ungefär 50 C. Energiflödena genom PM1 beskrivs av figur 7.4. De totala energiflödena in till PM1 uppgår till ungefär 860 GWh. El: 115 GWh Papper, värme: 0,4 GWhÅngkondensat: 66 GWh Fiber, värme: 405 GWh Div, processvatten: 393 GWh Ånga Ånga LT: 289 GWh PM 1 Ytlim: MT: 4 GWh 57 GWh Vattenånga: 195 GWh Värme- och mekaniska förluster: 215 GWh Figur 7.4: Energiflöden genom PM1 Den största energimängden in till PM1 utgörs av det varma vatten som följer med fibern. Denna energimängd uppgår till 47 % av den totala ingående energimängden. Pappret som lämnar pappersmaskinen har en fukthalt på endast 5 %, vilket ger att den mängd värmeenergi som lämnar pappersmaskinen med pappret endast är 0,4 GWh. I presspartiet på pappersmaskinerna pressas vatten bort från mälden. Den energimängd som följer med bakvattnet uppgår till nästan 390 GWh för PM1. Detta är det enskilt största energiflödet ut från pappersmaskinen och andelen uppgår till över 50 % den totala energimängden. I torkstegen på pappersmaskinen tillförs ånga för torka pappret till en torrhalt på ungefär 95 %. Energimängden som tillfördes PM1 med ånga uppgick till 350 GWh. Pappersproduktionen på PM1 under 2010 uppgick till ton papper. Detta ger att den tillförda energimängden i form av ånga uppgick till 1700 kwhånga /tp. Energimängden som avgår med vattenånga från pappret uppgår till nästan 200 GWh, detta utgör ungefär 23 % av den energimängd som lämnar PM1. Energitillförseln av el uppgick under 2010 till 115 GWh. Detta utgör ungefär 13 % av det inkommande energiflödet. Elen som används i pappersmaskinen omvandlas under processerna 53

64 först till mekaniska förluster som i sin tur ger värme. Eltillförseln per ton papper uppgick till nästan 570 kwh el /tp. Storleken på det oredovisade energiflödet för PM1 uppgår till 215 GWh. Detta motsvarar 25 % av den energimängd som lämnar El: 122 pappersmaskinen. GWh Papper, värme: 0,4 GWhÅngkondensat: 69 GWh Fiber, värme: 475 GWh Div, processvatten: 461 GWh Ånga LT: 345 GWh PM 2 Ånga MT: 16 GWh Ytlim: 5 GWh Vattenånga: 229 GWh Värme- och mekaniska förluster: 202 GWh Figur 7.5: Energiflöden genom PM2 Den totala pappersproduktionen på PM2 uppgick under 2010 till ungefär ton papper. Energiflödena för PM2 finns redovisad i figur 7.5. Energiflödena jämfört med PM1 är till absoluta belopp större men sett till den tillförda energimängden per ton producerat papper är tillförseln lägre. Energiflödet av ånga till PM2 uppgick till 360 GWh. Detta ger att energitillförseln av ånga per ton papper uppgick till 1500 kwhånga /tp. Energiflödet av el till PM2 uppgick till 122 GWh och per ton papper till 514 kwh el /tp. De energiflöden som redovisas som värme- och mekaniska förluster uppgår för pappersmaskinerna till 417 GWh. Denna energimängd används delvis för uppvärmning av bakvatten och förluster till omgivningen. Energimängden motsvarar 10 % av det totala energiflödet. 54

65 8 Diskussion Enligt Europakommissionen (2001) står den globala massa- och pappersindustrin inför en konsolidering där antalet aktörer kommer minska. För att ett massa- eller pappersbruk skall kunna hävda sig gentemot konkurrenterna måste företaget uppvisa god lönsamhet. Detta leder till ett ständigt arbete med att minska de totala kostnaderna och att samtidigt öka produktionen. I takt med stigande energipriser ökar också företagens kostnader. Detta tillsammans med de nationella mål och riktlinjer som är uppsatta för att minska energiförbrukningen ökar medvetenheten om energiflödens betydelse. Enligt Energimyndigheten (2011) har medvetandegraden ökat avsevärt hos de företag som medverkat i första omgången av PFE. Detta examensarbete har varit en del av Nymölla Bruks arbete att energieffektivisera produktionen. En energikartläggning är enligt Energimyndigheten (2004) ett mycket viktigt verktyg för att kunna identifiera energibesparingar. I rapporten från Europakommissionen (2001) presenteras genomsnittliga riktvärden för energianvändningen i integrerade sulfitmassa- och pappersbruk. I rapporten anges att förbrukningen av ånga uppgår till GJånga /ADt och motsvarande värde på elförbrukningen uppgår till 1,2-1,5 MWh el /ADt. Vid jämförelse förbrukar Nymölla Bruk 2190 GWh ånga vilket motsvarar 23 GJånga /ADt. Elförbrukningen på Nymölla Bruk uppgår till 1,5 MWh el /ADt. Detta ger en bild av att el- och ångförbrukningen för Nymölla Bruk ligger inom det angivna intervallet. I europakommissionens rapport har flertalet av de sulfitbruk som ligger till grund för värdena större årlig massaproduktion än vad Nymölla Bruk har. I rapporten anges att energiförbrukningen är något högre för mindre massa- och pappersbruk jämfört med större bruk som lättare kan tillgodogöra sig stordriftsfördelar. Kartläggningen som har genomförts syftar inte till att ge en exakt bild av energiflöderna utan snarare att visa på storleksfördelningen mellan de olika energiflödena. Avsaknaden av mätvärden är ett ständigt problem när undersökningar sker i industrin. De mätningar som sker i industrin är framför allt av de flöden som är av intresse för daglig drift och processövervakning. Detta gör att en kartläggning som skall baseras på befintliga mätvärden kommer innehålla en viss mängd beräknade eller antagna parametrar. Utöver detta förändras processerna löpande i takt med utveckling och de för tidpunkten rådande produktionsambitionerna. Detta kan leda till osäkerhet kring vad en mätare verkligen mäter om inte mätsystemet utvecklas i takt med förändringarna. Under examensarbetes gång har det visat sig att mätare inte alltid mäter det som anges. I kartläggningen har mätvärdesosäkerheten ej granskats i enskilda detaljer. Detta ger att resultaten endast utgör en uppskattning av energiflödena. Resultaten kan således endast utvärderas i grader av rimlighet och ej ligga till grund för processtyrning. 55

66 Storleken på flera av de energiflöden där mätning ej kunnat ske är beräknade. Många beräkningar är utförda utifrån antagandet att mängden producerad högtrycksånga och dess temperatur är korrekt. Skulle det råda stor osäkerhet på mätningen av exempelvis högtrycksånga kan detta få stort genomslag i såväl den totala energibalansen som i energibalanserna över de enskilda processtegen. Under kartläggningens gång har det konstaterats att det i den interna redovisningen redovisas motstridiga uppgifter för olika flöden. Exempelvis skiljer uppgiften på den totalt producerade mängden papper upp till 5 % mellan två källor i de interna systemen. Detta belyser problemet hur väl mätvärdena stämmer om det råder en osäkerhet på 5 % på den primära produkten. Ur detta kan antagandet göras att den totala osäkerheten är avsevärt högre. I den genomförda kartläggningen har sekundärvärmesystemet ej granskats. Massa- och pappersproduktionen använder stora mängder värmeenergi för bland annat torkning av papper, kokning av fiber och indunstning av lut. Dessa processer producerar stora mängder spillvärme som kan återvinnas genom värmeväxling. Värmeåtervinning tillämpas på många system och står för det största underlaget till produktionen av fjärrvärme. För att öka den totala verkningsgraden av processerna är det av stort intresse att tillse att så mycket som möjligt energiflödena återvinns. Detta skapar även större underlag för egen elproduktion genom att låta en större del av ångan expandera genom hela turbinen. Det skall beaktas att det ej är korrekt att summera ihop förlustposterna från de olika delprocesserna och jämföra dessa mot den förlustpost som finns redovisad i den övergripande energibalansen. Energin i de olika förlustposterna nyttiggörs i andra processteg och därför blir den totala förlustposten betydligt mindre än summan av förlustposterna från delprocesserna. 56

67 9 Slutsatser Som avslutning på detta arbete kan konstateras att Nymölla Bruks uppfattning av storleken på de i fabriken förekommande energiflödena är god. Företaget har under lång tid innan arbetet inom PFE påbörjades haft en strävan att energieffektivisera produktionen samt utnyttja spillvärme. Några tankar som slagit författarna är att ytterligare utnyttja spillvärme genom att använda värmeåtervinningen på pappersmaskinerna och torkmaskinen i större utsträckning, samt att värmeväxla ljumna avloppsvatten mot det kalla inkommande råvattnet. Kartläggningen har utfallit enligt förväntningarna och har uppfyllt det som efterfrågades i mål och syfte där uppgiften definierades. 57

68 Referenser Alvarez, H., Energiteknik. D.1, 3rd Edition. Studentlitteratur, Lund. Arvidsson, J., Carlsson, A.-M., Tarantino, N., Wiberg, R., Kartläggning och analys av energianvändning inom skogsindustrin inför Programmet för energieffektivisering (PFE). Värmeforsk (929). Energimyndigheten, Handbok för kartläggning och analys av energianvändning. Energimyndigheten. Energimyndigheten, Skattebefrielse på el - för effektiv elanvändning i industrin. Energimyndigheten. Energimyndigheten, 2009a. Energiledningssystem ett verktyg för ständig förbättring av energiarbetet. Energimyndigheten. Energimyndigheten, 2009b. Industrins årliga energianvändning Energimyndigheten. Energimyndigheten, Energiläget Energimyndigheten. Energimyndigheten, Programmet för energieffektivisering. Erfarenheter och resultat efter fem år med PFE. Energimyndigheten. Europakommissionen, Best available techniques in the pulp and paper industry. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC). Haag, B., Industriell systemteknik : ellära, elektronik och automation, 2nd Edition. Studentlitteratur, Lund. Harrysson, T., Chef pannhus, Stora Enso Nymölla Bruk. Intervjuer Kassberg, M., Lutförbränning : (sulfat och sulfit). Skogsindustrins utbildning i Markaryd, Markaryd. Lehtikangas, P., Lagringshandbok för trädbränslen. Sveriges lantbruksuniv., Uppsala. Melander, L., Tekniker, el- och automationsavdelningen, Stora Enso Nymölla Bruk. Intervjuer SCB, Industriproduktionsindex. Stora Enso Nymölla Bruk, 2006a. Kemikalieåtervinning, Utbildning av operatörer. Driftavd. pannhus. 58

69 Stora Enso Nymölla Bruk, 2006b. Pappersbruk, Utbildning av operatörer. Driftavd. pappersbruk. Stora Enso Nymölla Bruk, Styrning av ångnät. Driftavd. pannhus. Stora Enso Nymölla Bruk, Energiaspektregister. Energiavdelningen. Stora Enso Nymölla Bruk, 2011a. Miljörapport Kvalitets- och miljöavdelningen. Stora Enso Nymölla Bruk, 2011b. Processbeskrivning massafabriken. Internt utbildningsmaterial. Stora Enso Nymölla Bruk, 2011c. StoraEnso in brief. Internetkälla, hämtad: URL: Svenland, T., Energiteknisk chef, Stora Enso Nymölla Bruk. Intervjuer Svensson, J., Drifttekniker, Stora Enso Nymölla Bruk. Intervjuer VMF Syd, Årsredovisning VMF Syd Ek för. Wiberg, R., Energiförbrukning i massa- och pappersindustrin Skogsindustriernas Miljö och Energikommitte. Wickström, P., Utvecklingsingenjör, Stora Enso Nymölla Bruk. Intervjuer

70 Bilagor 60

71 BILAGA 1, Energibalanser (antal sidor: 8) Figurer 1 Total energibalans Nymölla Bruk Vedhantering Vedhantering alternativ Koksyraberedning T T MAVA-turbin MVR-turbin MG MG SMV TM UF-anläggning Indunstning Massaproduktion PM PM Råvattenrening Råvattenrening alternativ Avloppsvattenhantering

72 Figur 1: Total energibalans Nymölla Bruk Massafabrik Figur 2: Vedhantering Figur 3: Vedhantering alternativ 2 2

73 Figur 4: Koksyraberedning Figur 5: T1 Figur 6: T2 3

74 Figur 7: MAVA-turbin Figur 8: MVR-turbin Figur 9: MG1 Figur 10: MG2 4

75 Figur 11: SMV2 Figur 12: TM2 Figur 13: UF-anläggning 5

76 Figur 14: Indunstning Figur 15: Massaproduktion 6

77 Papperbruk Figur 16: PM1 Figur 17: PM2 7

78 Övrigt Figur 18: Råvattenrening Figur 19: Råvattenrening alternativ 2 Figur 20: Avloppsvattenhantering 8