Energikartläggning av ånga, processventilationssystemet och el på pappersmaskin 2, Stora Enso paper Nymölla AB

Energikartläggning av ånga, processventilationssystemet och el på pappersmaskin 2, Stora Enso paper Nymölla AB - Energikartläggning utifrån lagen (2014:266) och ISO 50001:2011 på pappersmaskin 2. Författare: Konrad Henrysson Handledare Stora Enso Paper AB: Per-Arne Olsson Handledare Linnéuniversitetet: Stefan Fagergren Kurskod: 16HT - 2SJ52E

Sammanfattning För att förbättra företags energieffektivisering tillkom det 2014 en lag på att utföra energikartläggningar på företag som har mer än 250 personer anställda och som har en årsomsättning på över 50 miljoner euro, eller över 43 miljoner i balansomslutning. Nymölla bruk innefattas av denna lag och måste därmed utföra energikartläggning vart fjärde år och rapportera till energimyndigheten. Denna lagen utgör syftet för detta examensarbete som utgår från att genomföra en energikartläggning på pappersmaskin 2 inom Nymölla Bruk. I förtorken evaporeras det 8,89 s vatten från pappret med gramvikten 120g m 2 och 10,45 s med gramvikten 80g m 2. Den troliga anledningen till att det kan evaporera mer vatten från pappret i den lägre gramvikten är att pappret körs genom maskinen i en högre hastighet. Hastigheten för 120g m 2 är 9,67 m/s och för 80g m 2 är hastigheten 17,22 m/s. Den evaporerande skillnaden mellan gramvikterna kan även ses i eftertorken. Massflödet för punkt 20 vilket är vid frånluftsfläkten enligt bild 9 på sidan 25 i rapporten kunde inte redovisas på grund av att det inte sitter en mätare på plats, samt att beräkningar för att ta fram massflödet inte fungerade då fläktdiagrammet från fläkttillverkarna troligen inte stämmer överens med fläkten som mätningarna gjordes på. För att kunna göra en fullständig energikartläggning på denna maskin angående ånga, kondensat och processventilation behövs det att massflödet för punkt 20 kan redovisas. Utan detta massflöde kan en balans över hur mycket som läcker in i förtorken inte fastställas, vilket medför att energianvändningen som krävs för att värma upp denna luft med ånga inte kan redovisas. Därmed borde fortsatta studie göras för att kunna genomföra en fullständig energikartläggning.

Summery In order to improve the company's energy efficiency, a international law in 2014 was introduced to carry out energy surveys on companies with more than 250 employees, with annual income of more than 50 million euros, or over 43 million in total assets. Nymölla Bruk are included in this law and must therefore carry out energy mapping every four years and report it to the Swedish energy department. This law is the purpose for this degree project based to carrying out an energy survey on paper machine 2 in Nymölla Bruk. In the desiccator, 8.89 /s of water is evacuated from the paper with a gram weight of 120g/m 2 and 10.45 /s with a gram weight of 80g/m 2. The likely reason that it can evaporate more water from the paper in the lower grammage is that the paper is driven through the machine at a higher rate. The paper machine can produce 120g/m 2 paper at a speed of 9.67 m/s and 80g/m 2 paper at a speed of 12.22 m/s. The evaporating difference between gram weights can also be seen in the aftermath. The mass flow for point 20 which is at the exhaust air fan as shown in Figure 9 on page 25 of the report could not be reported due to the absence of a meter in place, and calculations for producing the mass flow did not work when the fan diagram from the fan manufacturers probably did not match the fan on which the measurements were made. In order to make an complete energy examination on this machine in regard of steam, condensate and process ventilation, it is necessary that the mass flow for point 20 can be known. The balance of the leakage into the dryer can not be determined without mass flow variable, making the energy consumption required to heat the air with steam impossible to calculate. Therefore, a further study should be done to carry out for making an complete energy examination. 2

Innehållsförteckning 1 Barund 5 2 Frågeställning och syfte 6 2.1 Frågeställning 6 2.2 Syfte 6 3 Introduktion 7 3.1 Om företaget 7 3.2 Avgränsningar i rapporten 7 4 Definitioner och förkortningar 8 5 Processen 9 5.1 Inloppslåda 9 5.2 Formeringsprocessen 9 5.3 Pressparti 10 5.4 Förtork 10 5.5 Limpress 11 5.6 Eftertork 11 5.7 Glättning 11 5.8 Upprullning 11 5.9 Ånga och kondensat 11 5.10 Processventilationssystemet 13 6 Litteratursökning 14 7 Källkritik 15 8 Teori 16 8.1 Fysikaliska formler 16 8.1.1 Ånga 16 8.1.2 Processventilation 16 8.1.3 Papper 17 8.2 Energikartläggning 17 8.2.1 Detaljerad energikartläggning 18 8.3 Mätning av ventilationsluft 20 8.4 Mätning av ånga och kondensat 20 8.5 Kartläggning av massa- och energibalansen 21 8.5.1 Ånga och kondensatbalans 21 8.5.2 Processventilation 21 8.5.3 El 22 9 Resultat 23 9.1 Förtork 23 9.2 Limpressen 24 9.3 Eftertork 26 9.4 Massbalans för torkpartierna 27 9.4.1 Papper 29 3

9.4.2 Ånga och kondensat 30 9.4.3 Processventilation 36 9.4.4 Vatten 42 9.5 Energibalans för torkpartierna 44 9.5.1 Processventilation 44 9.5.2 Ånga och kondensat 51 9.5.3 Papper 54 9.5.4 Effektförbrukning 56 9.6 Totala balansen för alla system 59 9.6.1 Massabalans 59 9.6.2 Energibalans 63 10 Diskussion 67 11 Referenslista 70 12 Bilagor 71 4

1 Barund Det tillkom en ny lag 2014 som bygger på ett direktiv från EU att företag med fler än 250 anställda och med en årsomsättning på mer än 50 miljoner euro, eller över 43 miljoner euro i balansomslutning per år måste följa [1]. Lagen tillkom med syftet att förbättra energieffektiviteten hos stora företag samt nå det mål som Europiska rådets antagit om 20% primärenergibesparing. Där kortsiktiga energieffektiviseringar kan leda till ännu större framtida energieffektiviseringar [2]. EU och Sverige har tre energieffektiviseringsmål som ska uppfyllas inom en viss tid [15]. Stora Enso Paper AB är skyldig att genomföra energikartläggning på sin anläggning enligt denna lag. De har även ett eget intresse av att göra grundliga kontroller av sin energianvändning för att bli kostnadseffektiva och konkurrenskraftiga på marknaden. 5

2 Frågeställning och syfte 2.1 Frågeställning 1. Kartlägga den totala in och utgående energin i processerna. 2. Utreda vilken data som saknas för att kunna utföra beräkningarna på energiflödena. 3. Utreda hur stora energiförlusterna är i delprocesserna. 4. Finna åtgärder som kan leda till minskade energiförluster i delprocesserna. 5. Utforma en lönsamhetskalkyl på åtgärdsförslagen. 2.2 Syfte Syftet med uppsatsen är att göra en energikartläggning utifrån kraven i lag (2016:266) och ISO (50001:2011). Resultatet av uppsatsen kommer Stora Enso använda vid inrapportering till energimyndigheten och implementera åtgärderna i systemet för att minskade energiförluster samt möjligen göra systemet effektivare. Ångsystem, energianvändningen i ångsystemet på pappersmaskin 2. Processventilationen, energianvändningen på ventilationssystemet på pappersmaskin 2. Elsystemet, energianvändningen i elsystemet på pappersmaskin 2. 6

3 Introduktion 3.1 Om företaget Nymölla Bruk är ett integrerat massa- och pappersbruk som ingår i Stora Enso koncernen. De började producera pappersmassa år 1962 och har succesivt utvecklat anläggning till att idag ha massaproduktion på två linjer och två pappersmaskiner. I dagsläget har Nymölla Bruk ca 520 anställda. Överskottsvärme från produktionen levereras till fjärrvärmenäten i Bromölla och Sölvesborg. Nymölla Bruk är ett integrerat bruk vilket betyder att de tillverkar pappersmassan i massafabriken som sedan pumpar över pappersmassan till pappersbruket där pappersmaskinerna gör det till papper och därefter arkas för att sedan transporteras kunderna. Nymölla Bruks produkter är allt från vanligt dokumentpapper så som det välkända Multicopy till kuvertpapper och högkvalitativt papper. Tillverkningen av pappret blev TCF certifierat år 1993 vilket innebär att de inte använder klor i sin blekningsprocess av massan. De bleker massan med syrgas, väteperoxid, natronlut och vid behov perättiksyra. Nymölla Bruks produkter blev även år 1994 svanmärkta som innebär att papprets fibrer kommer från ett hållbart skogsbruk och att tillverkningen av pappret sker med låga utsläpp till luft och vatten. I märkningen ingår även effektiv energianvändning och att en begränsad mängd kemikalier används i processen [9]. 3.2 Avgränsningar i rapporten Arbetets undersökning är begränsad till torkpartiet i denna energikartläggning. Nymölla har många energiprocesser som kontinuerligt kartläggs. Uppsatsens tidsomfång, som är på tio veckor, begränsar antalet energikartläggningar som hinner göras. Pappersprocessen har studerats för att kunna redogöra fakta som krävs i en energikartläggning. 7

4 Definitioner och förkortningar Flockning Mäld Vvx Tambur ISO Sammansättning av fiber Pappersmassa Värmeväxlare Pappersrulle International Organization of Standardization ṁ Massflöde ( / s) Q m P i x C p r o Värmeenergi (kj) Massa () Effekt (kw) Entalpi (kj / ) vatten / torr luft Specifika värmekapaciteten vattnets ångbildningsvärme vid 0 o C = 2500 kj t Temperatur ρ V b C Densitet Volymflödet (m 3 / s) Pappersbredden (m) Hastigheten (m/s) V Ytvikten (g / m 2 ) TSI FI FF LT MT FL I U n TSI = Torr substans Innehåll FI = Fuktinnehåll FF = Fuktförhållande Lågtrycksånga Mellantrycksånga Flashånga Ström Spänning Varvtal Totala summan 8

5 Processen Bild 1: Illustration för tillverkningen av papper i en pappersmaskin och förloppet från mäld till papper [10] 5.1 Inloppslåda Inloppslådan är första steget i pappersmaskinen. I detta skedet består mälden av 99 % vatten samt processmaterial och endast 1 % fiber. I detta stadiet är det risk för flockning och därför måste blandningen bestå av 1 % fiber då detta minskar risken samt att i inloppslådan skapar man turbulens i mälden för att förhindra detta. Inloppslådan tillför ett kontrollerat och jämt flöde av mälden som sedan ska vidare till formeringsprocessen [3]. 5.2 Formeringsprocessen Formeringsprocessen är en del i papperstillverkningsprocessen som måste styras. Genom att använda sig av avvattningselement skapar man ett stort antal sugpulser på virans undersida vilket leder till en god avvattning. Antalet och styrkan hos sugpulserna är väldigt viktiga på grund utav avvattningskapaciteten, papperets styrka och formationen. Avvattningspulserna tillkommer först av foils som då är lister, vilket ligger in mot virans undersida. Vattnet skrapas bort från virans undersida vilket leder till en tryckpuls som därefter övergår till en sugpuls som dels bryter upp och jämnar ut fiberskiktet på viran. 9

5.3 Pressparti Pappersbanan tas upp från viran genom att en pick up vals tar fäste i det och sedan transportera det på en avtagningsfilt fram till första pressnypet. I presspartiet minskar fukthalten till ca 55 % vilket är vad som är praktiskt möjligt med befintlig teknik och detta gör man med hjälp av att pressa banan i 4 olika nyp mellan valsar. Genom att använda pressfiltar kan man transportera bort vattnet som har pressats ut. I pressningen blir vattenskikten mellan fiberytorna tunnare och detta gör så att ytspänningskrafterna mellan fibrerna blir starkare. I detta steg kan det bildas vätebindningar och gör där med pappret starkare, även kallat högre våtstyrka [4]. Bild 2: Pressvals som trycker ut vattnet från mälden [4]. 5.4 Förtork Det går endast att pressa ut vattnet i mälden till en viss torrhalt vilket bestäms av maskinkonstruktionen. Detta gör att man måste torka bort vattnet för att få pappret till den torrhalt som idag krävs vilket är 52 %. Pappersmaskin 2 på Nymölla Bruk torkar mälden på pappersbanan genom ett mångcylinderligtparti på 55 stycken cylindrar. Genom att värma cylindrarna invändigt med ånga som sedan för över värmen till pappret och därefter kondenserar så leder det till att vattnet i pappret avdunstar. Själva torkningsprocessen börjar med att pappersbanan leds in från presspartiet och låses där efter fast vid den första torkcylindern och torkviran. Pappersbanan leds sedan mellan alla torkcylindrar för att få vattnet att avdunsta till den torrhalt man eftersträvar. För att driva bort vattenångan närmast pappret blåser man varmluft mellan torkcylindrarna. Denna luft utgör processventilationen för pappersmaskinen [3]. 10

5.5 Limpress För att pappret inte ska damma så appliceras ett skikt ytlim som består av stärkelse i pappersmaskinen, som läggs till med hjälp av valsar. Den kokta stärkelsen kan exempelvis bestå av vete, majs eller potatis [11]. 5.6 Eftertork Eftertorken fungerar på samma sätt som förtorken gör. Under limprocessen har papprets fukthalt ökat och måste med denna anledning torkas bort innan upprullning. Det är dock inte lika stor mängd vatten som behöver torkas bort som i förtorken och kräver därmed inte så många cylindrar. I eftertorken används enbart lågtrycksånga [13]. 5.7 Glättning Efter torkningen ska pappret glättas, detta innebär att pappret pressas till en önskad jämnhet. För att få till den jämnheten man vill ha så används en softkalander, som består av en hård och en mjuk vals [11]. 5.8 Upprullning Efter att pappret har gått igenom alla tidigare stegen ska det rullas upp till en maskinrulle även kallad tambuer. Detta görs i en så kallad rullstol där pappret rullas upp på en stor stålvals, vilken fylls upp till en vikt på ca 30 ton färdigt papper. Dessa tamburerna transporteras sedan vidare i tillverkningen [3]. 5.9 Ånga och kondensat Pappret passerar olika sektioner av torkcylindrar där ångan har olika tryck och temperaturer. Ångan avger sin värmeenergi till pappret vilket leder till att ångan kondenserar. Ångan som kondenserar gör att vattnet i pappret evaporerar, som därefter transporteras bort med luften i processventilationssystemet. Detta leder till att torrhalten i pappret ökar. Värmen passerar först ett skikt av kondensat inne i cylindern för att sedan ta sig vidare igenom cylinderväggen. Innan det når pappret passerar även pappret en luftspalt och detta illustreras i bild 3. 11

Bild 3: Stegen för värmeöverföringen från ånga till pappret [12] All ånga som strömmar igenom cylindrarna kondenserar inte och den ånga som kommer ut på andra sidan kallas för genomblåsningsånga. Den hjälper till att transportera bort kondensatet inne i cylindern. Genomblåsningsångan har ett längre tryck än den ingående ångan. Flashångan som uppstår i kondensattanken skickas vidare till nästa cylindergrupp för att ta vara på så mycket värmeenergi i ångan som möjligt. Detta görs efter varje cylindergrupp tills sista cylindergruppen där den då fortsätter vidare med kondensatet för uppvärmning i pannhuset igen och detta förloppet kan man se i bild 4. Detta system är en så kallad kaskadkoppling, vilken visas i bilden nedan. Kaskadkoppling ger fördelen till minimerad ångförlust vilket uppnås utifrån att få en balans i cylindergruppernas ångförbrukning [13]. 12

Bild 4: En illustration över ett kaskadsystem. Röd= LT ånga, lilla= genomblåsningsånga, blå= kondensat 5.10 Processventilationssystemet Processventilationen är en viktig del i torkningsprocessen. Genom att använda torkningsprocessen bidrar detta till hög tork/produktionskapacitet, bra fuktprofil genom kontrollerad luftströmning och att ge en god värmeekonomi under själva torkningen i form av värmeåtervinning och en låg elförbrukning. Då det är väldigt stora värmemängder som hanteras i denna process så är det en väsentlig del för att göra produktionen mer ekonomisk. Luften som tillförs in i kåpan kommer från omgivning, luften värms upp genom ett antal värmeväxlare för att ta tillvara på värmeenergin som annars skulle gått till atmosfären. Efter att luften värmts upp transporteras den in till pappret där den varma luften ska fånga upp det avdunstade vattnet från pappersbanan för att sedan transporteras vidare till de värmeväxlarna som luften sedan värme upp den ingående processluften [3]. 13

6 Litteratursökning Informationssökningen började i Onesearch och i googlescholar med följande sökord Energymapping, Energikartläggning, Energy survey. Dessa sökord gav goda resultat till tidigare uppsatser. En uppsats gjordes på Nymölla 2016 för pappersmaskin 1. Rapporten skrevs av Emmy Lam och resultatet visade på ett minskat massflöde för läckageluften i för- och eftertorken. Hennes resultat innebar att en besparing kan göras på 3,8 miljoner kronor varje år. För att kunna genomföra besparingen krävs att en ny tilluftfläkt installeras eller att varvtalet på befintliga fläktar ökar. Creating value som är skriven av Torsten Svenland är en person som varit med och konstruerat pappersmaskinerna på Nymölla Bruk. En sammanställning av pappersmaskinens olika system dokumenterades till hjälp åt ny personal som ska arbeta med maskinen. Alvarez, Henrik skrev boken Energiteknik som handlar om termodynamiska lagar, mekaniska funktioner på olika system och komponenter. Litteraturen används på programmet drift- och underhållstekniker på Linneuniversitetet. Information till fysikaliska lagar och hänvisningar till formler finns redovisade i litteraturen. Vägledning för energikartläggning i tillverkande industri framtogs av CIT Industriell Energi och CIT Energy Management på begäran från Energimyndigheten. Den förmedlar ett arbetssätt till företag som ska göra en energikartläggning med kostnadseffektiva förslag till åtgärder utifrån lag (2016:244). Rapporten och litteraturen ligger till grund för denna rapport. Processcheman till systemen i pappersmaskinen kommer att användas för att kartlägga var aktuella mätningar till beräkningar är lämpliga att utföras. Processcheman får endast uppdateras av behörig personal men kan granskas av hela Nymölla Bruks personal. Data till systemet som ska kartläggas har hämtats från Nymöllas olika datorprogram som DNA och Netcon 3000. DNA använder driftpersonalen till pappersmaskinen där de ställer in aktuella värden gällande olika kvaliteter och som ger en övergripande bild av processen. 14

7 Källkritik För att kunna utföra angivna beräkningar har information från källmaterialets olika uppsatser använts. Att informationen stämmer och fungerar att använda till beräkningarna har kontrollerats med hjälp av personal från Nymölla Bruks pappersbruk. Datamaterial som hämtats från olika datorprogram kan anses vara korrekta och ha tillräckligt hög trovärdighet då dessa värden är till för driftpersonalen för att hantera pappersmaskinen på rätt sätt. För att säkerställa att processcheman stämmer kommer dessa att kontrollera tillsammans med behörig personal. 15

8 Teori 8.1 Fysikaliska formler 8.1.1 Ånga Med tryck och temp kan entalpin (i) utläsas i mollierdiagram Q = Värmeenergi (kj) m = Massa () i = Entalpi (kj ) [5]: P = effekt (W) = ṁ C p t ṁ = Massflödet ( h) P Å = ṁ Å i Å P K = ṁ K CpK t K 8.1.2 Processventilation För att ta reda på energiinnehållet i luften, för att sedan beräkna effekten kan följande formler användas [8]: i = C pl t + x ( r o + C pv t ) x = vatten/ torr luft C pv = ångans specifika värmekapacivitet i kj = 1,86 kj t = temperaturen i o C r o = vattnets ångbildningsvärme vid 0 o C = 2500 kj C pl = Luftens specifika värmekapacivitet kj = 1,00 kj P Till = ṁ Till i Till P Från = ṁ Från i Från P Läck = ṁ Läck i Läck ṁ Till + ṁ Läck + ṁ Evap = ṁ Från 16

8.1.3 Papper Papprets energi och mängden vatten som avdunstas kan beräknas med följande formler [7]: P p = ( ṁ Fiber Cp Fiber + ṁ Vatten Cp Vatten ) t p ṁ evap = b Pappersbredd C m/s V g/m2 ( FF Före FF Efter ) TSI % = Kg torr substans Kg torr substans+kg vatten (TSI = Torr substans Innehåll) FI % = Kg vatten Kg torr substans+kg vatten (FI = Fuktinnehåll) FF = FI TSI = Kg vatten Kg torr substans (FF = Fuktförhållande) 8.2 Energikartläggning Första steget i en energikartläggning är att identifiera vilka energibärare det finns i processen och sätta gränser på vad som ska ingå i kartläggningen. För att komma fram till detta kan studering av flödesschema ge ett övergripande perspektiv på hur utbyggnaden av systemet ser ut, var de olika delprocesserna är lokaliserade i förhållande till hela processen. Detta kommer även leda till att kunna identifiera vad som flödar ut och in i delprocessen. De avgränsningar som görs över processen är systemgränser. Gränserna är till för att fastställa vilka flöden som kommer ut och in i delprocessen och möjliggör att inga flöden missas, och att energiutbyten i delprocessen inte behöver definieras som gör att arbetet inte blir för omfattande. Nästa steg är att kartlägga energianvändningen i varje delprocess och fastslå vilka energibärare det är. För att komma fram till detta kan gamla uppmätta värden från en databas studeras eller utföra beräkningar för hur mycket energi som har förbrukats det senaste året i varje delprocess [14]. Värdena som används ska vara aktuella, uppmätta och spårbara. Värdena ska även ge en tillförlitlig bild av energianvändningen och ska ligga till grunden för de åtgärdsförslag som utarbetas [6]. Nästkommande steg är att göra en övergripande bild av företagets energianvändning som sedan kommer ligga till grunden för den mer detaljerade kartläggningen [1]. 17

Kartläggningen ska i sin tur redovisa förbättringsåtgärder där en kontroll av teknisk potential ska tas fram. En rimlighetsbedömning på de praktiska och ekonomiska aspekterna ska genomföras, samt en bedömning av förslag gällande tekniska och ekonomiska åtgärden. Ett kostnadseffektivt förslag ska resultera i energieffektivisering och ska där med minska energianvändningen [1]. 8.2.1 Detaljerad energikartläggning I den övergripande kartläggningen kan endast den totala energianvändningen distribueras. Genom att göra en mer detaljerad kartläggning så kan man identifiera vilken sorts energibärare som åker in i delprocesserna samt hur de används i processen. Som verktyg i den detaljerad kartläggning kan flödesscheman användas, genom att studera flödesscheman kan man även fastställa vilken sorts energibärare som används för att transportera energin. Flödesschemat ger även information om vilka flöden det är som åker in och ur processen och på detta sätt går det att göra en mass- och energibalans. De olika flödena kan vara materialflöden som råvaror, bi- och restprodukter, energianslutningar i form av el och bränsle, medier som ånga, vatten, luft och produktflöden som processen tillverka [5]. I denna uppsats kommer torkprocessen att kartläggas i pappersmaskin 2 samt att den distribuerade elförbrukningen runt om pappersmaskinen ska även kartläggas. För att få en bättre inblick så kommer undersökningen ta upp två olika ytvikter på pappret. De olika delarna i pappersmaskinen enligt bild 1 är: Viraparti Presspartiet Förtorken Limpressen Eftertorken I torkpartiet kommer följande balanserna sättas upp utifrån Vattenbalansen Ångbalansen Pappersbalansen Luftbalansen 18

Elförbrukningen som olika dela av processen förbrukar är: Mäldberedningen Kvarnarna Våt Torr maskindrift Rullmaskin 4 Massalösning 19

8.3 Mätning av ventilationsluft Fukthalten i tilluften för ventilationen mäts med hjälp av en psychrometer. Genom att ha en termometer som är omgiven av en våt tygstrumpa får man den våta temperaturen. Den torra temperaturen mäts med en termometer som inte är blöt. därefter dras innerbehållaren ut för att sedan snurra runt den i ca 1 minut och 30 sekunder, detta ger den våta- och torra temperaturen. Efter att dessa värden har redovisats på mät givaren så kan man utifrån en tabell ta ut fukthalten i luften. 8.4 Mätning av ånga och kondensat En ultraljudsflödesmätare skickar ut en signal från en sändare, denna signal leds vidare i vattnet och fångas efteråt upp av en mottagare. Utifrån att mäta tiden det tar för signalen att färdas i vattnet från sändaren till mottagaren går det att få ut en hastighet vilket även medföljer att sträckan mellan sändaren och mottagaren är känd. Med hastigheten på vattnet och arean på röret går det därefter att beräkna volymflödet i röret. Med volymflödet i röret går det med densiteten på vattnet vid den specifika temperaturen att beräkna massflödet i röret. 20

8.5 Kartläggning av massa- och energibalansen 8.5.1 Ånga och kondensatbalans För att kunna genomföra massa och energibalansen i ånga- och kondensatsystemet så krävs en del mätningar. Processprogrammet DNA registrerar den totala lågtrycksångan samt mellantycksångan som levereras till förtorken och lågtrycksångan till eftertorken. För att göra en mer ingående beräkning på varje delprocess så kommer det teoretiska flödet på värmeväxlarna räknas ut med hjälp av värden från processventilationen. För att ta fram det teoretiska massflödet genom värmeväxlarna så behövs entalpin för luften före och efter vvx samt massflödet. Massflödet hämtas ut ifrån processprogrammet DNA i kontrollrummet och för att ta fram entalpin krävs x-värdet i luften, temperaturen före och efter vvx. i = i Till = i Från = 1,00 t + x (2500 + 1,86 t ) Steg 1 Q Till = ṁ Till i Till Q Från = ṁ Från Ifrån Steg 2 Q Tagits upp = (i Torr + X (2500 + Cpv TEfter)) (i Torr + X (2500 + Cpv TFöre)) Steg 3 Q Tagits upp = Q Å = ṁ Å i Å Steg 4 Utifrån steg 4 så kan man bryta ut det teoretiska flödet på ångan som krävs för att stämma överens med hur mycket energi som övergått till luften. För att ställa upp massbalansen i ånga och kondensatsystemet så behövs mätning på flödet in i huvudkondensattanken från både förtorken och eftertorken. Vilket flödesmätaren med ultraljud kommer att användas till. 8.5.2 Processventilation Med en psychrometer kan mängden vatten i luften mätas. Både den torra och våta temperaturen redovisas i denna och genom att använda ett mollierdiagram för luft kan den torra luftens entalpi tars reda på. Dessa värden kan sedan användas för att ta reda på den totala entalpin i luften. i = 1,00 t + x (2500 + 1,86 t ) 21

För att ta ut Δi över en värmeväxlare krävs temperaturen före och efter och ska mätas över varje värmeväxlare. Temperaturmätningen görs genom att använda en kontakttermometer som man placerar på röret. Då både fukthalten i luften samt massflödet är det samma hela vägen fram till torkpartiet i maskinen krävs det inte att göra nya mätningar efter varje vvx. För att kunna sätta upp energibalansen för processventilationen krävs det att samma steg som gjordes för tilluften även görs för frånluften. Detta gör att förlusterna kan beräknas och användas till att bedöma åtgärdsförslagen. Temperaturmätningen görs genom att använda en kontakttermometer som man placerar på röret. Massflödet från de flesta fläktar går att ta ut ifrån processdatorerna i kontrollrummet för både tilluften samt frånluften. För de flöden som inte går att ta ut ifrån datorerna kommer två olika sorters mätningar göras. Mätning 1: Effektmätning på motorn till fläkten där sedan med hjälp av effekten går att ta ut volymflöde i ett fläktdiagram. För att kunna ta ut massflödet i mätningen så behövs temperaturen som sedan gör att densiteten går att leta upp i en tabell. Densitetens värde multipliceras sedan med volymflödet och detta ger då massflödet. Massflödet = volymflö det Densiteten 8.5.3 El För att ta reda på effekten runt om maskinen kan man gå in på programmet Netcon 3000. Systemet lagra historiska värden så att mätdata från specifika månader kan följas upp. 22

9 Resultat 9.1 Förtork Fukthalten i pappret är uppskattat till att vara ca 55% innan det går in i förtorken och fukthalten är ca 2% när den kommer ut ur förtorken [10]. Uträkningar på papper med en gramvikt på 80g/m 2 och 120g/m 2 kommer att redovisas här. Då den givna fukthalten i pappret före och efter förtorken finns, kan beräkning av hur mycket vatten som avdunstat beräknas. Följande beräkningar är för 120g/m 2 b P = 6,79m Cm/s = 580m/min = 29 3 m/s Pappersbredden i torkprocessen finns i bilaga 1 och är här bestämt till att vara den ingående bredden till förtorken. Innan någon beräkning görs krävs det att torrhalten i pappret bestäms vilket i detta fall är fibrerna som ses som torrsubstansen. Fukthalten i tambourn är känt till att vara 4,3%, vilket gick att läsa av i DNA: V Fib+lim = 120 (1 0,043) = 114,84 g m 2 Mängden lim som appliceras på pappret är 2,1 g m 2 vilket gör torrsubstansen: V Fib = 114,84 g m 2 2,1 g m 2 = 112,74 g m 2 Värdet för torrhalten används sedan i formeln för att beräkna mängden vatten som avdunstat ur pappret: ṁ evap = 6,79m 29 3 m s 112,74 (55 45 2 ) = 8,893 s 98 23

Följande beräkningar är för 80 g m 2 I detta fall så är fukthalten nu 4,1 % i tambourn: b P = 6,79m C m min = 1033 m min = 1033 60 m s V Fib+lim = 80 (1 0,041) = 76,7 g m 2 Mängden lim som appliceras är fortfarande den samma 2,3g m 2 och torrhalten kan beräknas: V Fib = 76,7 g m 2 2,3 g m 2 = 74,4 g m 2 Värdet för torrsubstansen sätt sedan in i formeln för att beräkna mängden avdunstat vatten: ṁ evap = 6,79m 1033 60 m s 74,4 (55 45 2 ) = 10,45 s 98 9.2 Limpressen I limpressen återfuktas pappret då det finns vatten i limmet som appliceras. Det totala vattenflödet in i limpressen är det som kommer med pappret från förtorken samt det som finns med i limmet. Mängden vatten som kommer ut ur limpressen är den samma som mängden in och mängden vatten som lämnar limpressen är den samma som mängden vatten in i eftertorken. Data för limmet: 2,1 g m 2 är torrsubstansen i limmet för 120g m 2 och för 80g m 2 är det 2,3g m 2 torrsubstans och detta motsvara 12 % i båda limblandningarna. S = S = 2,1g torrsubstans m2 0,12 2,3g torrsubstans m2 0,12 = 17,5 g m 2 = 19,16 g m 2 Pappersbredden in i limpressen har nu krympt på grund av torkningen i förtorken och kan enligt bilaga 1 antas vara b Pappersbredd = 6,64m. Mängden vatten som läggs till i pappret från limmet kan beräknas enligt följande: 24

Beräkningar för 120 g m 2 ṁ Vatten(lim) = 6,64m 29 3 m s 17,5 g m2 (1 0,12) = 0,988 Kg s För att kunna ställa upp massbalansen för limpressen så behövs en beräkning för hur mycket vatten som kommer in i limpressen genom pappret enligt följande: ṁ Vatten(Pappret) = 6,64m 29 3 m s 112,74 g torrsubstans m2 ( 2 ) = 0,147 Kg s 98 Den totala mängden vatten som kommer ut ur limpressen kan beräknas enligt följande: ṁ Vatten ut = 0,988 + 0,147 = 1,135 Kg s För att kunna beräkna fukthalten in i eftertorken så måste först torrsubstansen beräknas som sedan kan användas för att räkna ut fukthalten. ṁ Fib+lim = 114,84 g m 2 29 m s 6,64m = 7,37 Kg s 3 Fukthalten ut ur limpressen beräknas enligt följande: FI = 1,135 Kg s 100 = 13,34% 1,135 Kg s + 7,37 Kg s Beräkningar för 80g m 2 ṁ Vatten(lim) = 6,64m 1033 60 m s 19,16 g m2 (1 0,12) = 1,927 Kg s Som tidigare så behövs beräkning på hur mycket vatten som kommer in i limpressen genom pappret: ṁ Vatten(Pappret) = 6,64m 1033 60 m s 74,4 g torrsubstans m2 ( 2 ) = 0,173 Kg s 98 Den totala vattenmängden beräknas som för 120 g m 2 ṁ Vatten ut = 1,927 + 0,173 = 2,1 Kg s 25

Torrsubstansen i pappret kalkyleras enligt följande: ṁ Fib+lim = 76,7 g m 2 1033 m s 6,64m = 8,77 Kg s 60 Fukthalten kan beräknas enligt följande: FI = 2,1 Kg s 100 = 19,3% 2,1 Kg s + 8,77 Kg s 9.3 Eftertork Den ingående fukthalten i eftertorken är baserad på beräkningen sen tidigare vilket är 13,34% för ytvikten 120g m 2 och 19,3% för ytvikten 80g m 2. Den utgående fukthalten kan tas ut ifrån operatörsdatorerna vilket i detta fall är 4,3 % för ytvikten 120g m 2 och 4,1% för ytvikten 80g m 2. Bredden på pappret hämtas från bilaga 1 vilket även är det samma som för limpressen. Följande beräkningar är de samma som gjordes i förtorken dock med andra fukthalter: Beräkning för 120g m 2 ṁ evap = 6,64m 29 3 Beräkning för 80g m 2 ṁ evap = 6,64m 1033 60 m s 112,84 g torrsubstans m2 ( 13,34 86,66 4,3 ) = 0,789 s 95,7 m s 74,4 g torrsubstans m2 ( 19,3 80,7 4,1 ) = 1,67 s 95,9 26

9.4 Massbalans för torkpartierna För att kunna göra en massbalans på krävs det att alla flöden in och ut i processen kartläggs. I bild 9 kan man se flödesfördelningen av ångan- och kondensatsystemet och processventilationen för förtorken och i bild 10 kan man se fördelningen för eftertorken. Kaskadsystemet är även inritat. Bild 9: Övergripande bild på processventilationen, ångsystemet och kondensatsystemet i förtorken. I bilden förtydligas kaskadsystemet. 27

Bild 10: Övergripande bild på processventilationen, ångsystemet och kondensatsystemet i eftertorken. Här förtydligas även kaskadsystemet. 28

9.4.1 Papper Mängden fiber är konstant genom hela processen, det är fukthalten som ändras under processen och mängden fiber in i processen beräknas enligt följande: Följande beräkningar är för 120g m 2 ṁ Fiber = 6,79 29 3 112,74 = 7,367 Kg s När det gäller eftertorken så har ett lager lim applicerats på pappret innan det transporteras till eftertorken. Detta ökar torrsubstansen i pappret. Det är samma mängd torrsubstans in i eftertorken, som när det kommer ut. ṁ Fiber = 6,79 29 3 114,84 = 7,54 s Följande beräkningar är för 80g m 2 ṁ Fiber = 6,79 1033 60 74,4 = 8,69 Kg s ṁ Fiber = 6,79 1033 60 76,7 = 8,96 Kg s 29

9.4.2 Ånga och kondensat Ångan som transporteras till pappersmaskinen är lågtrycksånga och mellantrycksånga. Endast förtorken använder mellantrycksånga och lågtrycksångan används både i förtorken och i eftertorken. Men hjälp av DNA kan flödesvärdena tas ut för hur mycket ånga som används och dessa värden visas här efter. För att fastställa att dessa flöden stämmer överens med vad som kommer ut ur torkpartierna så görs mätningar med en ultraljudsflödesmätare som finns beskrivet i metodkapitlet. Resultaten av mätningarna redovisas nedan. Tabeller för 120g m 2 Tabell 1: Registrerande flöden för mellan- och lågtrycksångan i förtorken som tagits från DNA. Ångflöde i förtorken Lågtrycksånga LT 15 Mellantrycksånga MT 28,1 ton h Tabell 2: Registrerande flöden för lågtrycksångan i eftertorken, värdena är tagna från DNA. Ångflöde i eftertorken ton h Lågtrycksånga 4,9 Tabell 3: Värden i kondensatledningen från för- och eftertorken. Kondensatflöde ton h Förtorken 43,1 Eftertorken 4,9 Tabelldata för 80g m 2 Tabell 4: Registrerande flöden för mellan- och lågtrycksångan i förtorken som tagits från DNA. Ångflöde i förtorken Lågtrycksånga LT 28,2 Mellantrycksånga MT 20,6 ton h Tabell 5: Registrerande flöden för lågtrycksångan i eftertorken, värdena är tagna från DNA. Ångflöde i eftertorken ton h Lågtrycksånga 9,5 30

Tabell 6: Värden i kondensatledningen från för- och eftertorken. Kondensatflöde ton h Förtorken 48,8 Eftertorken 9,5 Mätningar görs inte på värmeväxlarna som använder ånga för att värma upp tilluften i processventilationen. Detta gör att ett teoretiskt flöde kommer att beräknas utifrån hur mycket luften värms upp. Genom att mäta temperaturen på ångan innan värmeväxlaren och temperaturen efter så kan entalpin tas ut i en tabell. Då effekten på tilluften in i värmeväxlaren beräknas samt en beräkning på effekten efter värmeväxlaren och antar att all effekt förs över från ångan till luften. Utifrån dessa värden kan en beräkning göras för att ta ut massflödes som krävs vid denna effektöverföring. Effekten för tilluften och massflödet för ångan in och ut ur värmeväxlaren beräknas med följande formler: i in = 1,00 t + x Luftfuktighet (2500 + 1,86 t ) i ut = 1,00 t + x Luftfuktighet (2500 + 1,86 t ) P tilluft = ṁ tilluft i P Tilluft = ṁ Tilluft i FL ṁ FL = P tilluft i FL 31

Följande beräkningar är för 120g m 2 Temperaturerna som tas ut efter och innan luftförvärmarna presenteras i tabellen nedan. Observera att temperaturerna hämtas från systemet DNA. Tabell 7: Mätpunkterna för luftens temperatur in och ut vid luftförvärmare 2 och 4. Mätpunkt 120g m 2 Förtorken Temperatur 2 63 3 100 7 71 8 95 Tabell 8: Mätpunkterna för luftens temperatur in och ut vid luftförvärmare 7 Mätpunkt 120g m 2 Eftertorken Temperatur 13 62 14 100 Luftförvärmare 2, POS-nr 113-0078; 113-0080: t FLin = x i in = 1,00 63 + 1,0177 (2500 + 1,86 63 ) = 2726,5 kj i ut = 1,00 100 + 1,0177 (2500 + 1,86 100 ) = 2833,5 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i = 19,4 (2833,5 2726,5) = 2,075 kw t kondut = x i FLin = x i kondut = x P Tilluft = ṁ Tilluft i FL ṁ LT = P tilluft i FL 32

Luftförvärmare 4, POS-nr 113-0081; 113-0079: t FLin = x i in = 1,00 71 + 1,0177 (2500 + 1,86 71) = 2749,6 kj i ut = 1,00 95 + 1,0177 (2500 + 1,86 95 ) = 2819 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i = 21,5 (2819 2749,6) = 1,492 kw t kondut = x i FLin = x i FLut = x P Tilluft = ṁ Tilluft i FL ṁ FL = P tilluft FL Luftförvärmare 7, POS-nr 113-0082; 113-0083: t FLin = x i in = 1,00 62 + 1,0177 (2500 + 1,86 62 ) = 2723,6 kj i ut = 1,00 100 + 1,0177 (2500 + 1,86 100 ) = 2833,5 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i = 15 (2833,5 2723,6) = 1,648 kw t kondut = x i FLin = x i kondut = x P Tilluft = ṁ Tilluft i LT ṁ FL = P tilluft i FL 120 gramspapper produceras inte frekvent. Under perioden som undersökningen genomfördes kördes inte denna pappersvikt vid något tillfälle som gav möjlighet till att fullfölja mätningar. Vid mättillfället krävs att en behörig elektriker utför mätningen. Någon sådan fanns inte tillgänglig vid det tillfälle 120 gramspappret producerades. Därmed finns inte möjlighet att redovisa några mätningar för gramvikten 120. 33

Följande beräkningar är för 80g m 2 Mätdata för 80g m 2 hämtas även från DNA Tabell 9: Mätpunkterna för luftens temperatur in och ut vid luftförvärmare 2 och 4. Mätpunkt 80g m 2 Förtorken Temperatur 2 64 3 95 7 73 8 100 Tabell 10: Mätpunkterna för luftens temperatur in och ut vid luftförvärmare 7 Mätpunkt 80g m 2 Eftertorken Temperatur 13 69 14 100 Luftförvärmare 2, POS-nr 113-0078; 113-0080: t FLin = 97 i in = 1,00 64 + 1,0177 (2500 + 1,86 64 ) = 2729,4 kj i ut = 1,00 95 + 1,0177 (2500 + 1,86 95 ) = 2819 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i = 21,9 (2819 2729,4) = 1,962 kw t kondut = 61 i FLin = 2671 kj i kondut = 255 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i FL ṁ FL = P tilluft 1962 = = 0,81 s i FL (2671 255) 34

Luftförvärmare 4, POS-nr 113-0081; 113-0079: t FLin = 97 i in = 1,00 73 + 1,0177 (2500 + 1,86 73 ) = 2755,4 kj i ut = 1,00 100 + 1,0177 (2500 + 1,86 100 ) = 2833,5 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i = 16,2 (2833,5 2755,4) = 1,265 kw t kondut = 68 i FLin = 2671 kj i kondut = 285 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i FL ṁ FL = P tilluft 1265 = = 0,53 s i FL (2671 285) Luftförvärmare 7, POS-nr 113-0082; 113-0083: t FLin = 97 i in = 1,00 69 + 1,0177 (2500 + 1,86 69 ) = 2743,8 kj i ut = 1,00 100 + 1,0177 (2500 + 1,86 100 ) = 2833,5 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i = 15 (2833,5 2743,8) 1,345 kw t kondut = 82 i FLin = 2671 kj i kondut = 343 kj P Tilluft = ṁ Tilluft i FL ṁ FL = P tilluft i FL = 1345 = 0,58 s (2671 343) 35

9.4.3 Processventilation Massbalansen för ventilationen i förtorken beräknas enligt följande. Massflödet för punkter finns det kontinuerlig mätning på och kan tas ut direkt ifrån systemet DNA. Vid en relativ luftfuktighet på 40% ger detta ett x-värde på 0,0177 vatten / torr luft Med följande formel så kan beräkningar för den torra luftens massflöde tas ut. 120g m 2 Följande beräkningar är för FT ṁ Fuktig luft = (1 + x) ṁ Torr luft ṁ Torr luft 1 = 19,4 torr luft = 19,06 1,0177 s Mängden vatten som behövs för vattenbalansen redovisas här: ṁ Fuktig luft 1 ṁ Torr luft 1 = 0,56 vatten s ṁ Torr luft 6 = 21,5 torr luft = 21,13 1,0177 s ṁ Fuktig luft 6 = 21,5 21,13 = 0,37 vatten s ṁ Torr luft 18 = 12 torr luft = 11,79 1,0177 s ṁ Fuktig luft 18 = 12 11,79 = 0,21 vatten s x-värdet i frånluften mäts kontinuerligt och kommer användas till följande beräkning: ṁ Torr luft 5 = 53,8 torr luft = 46,9 1,146 s ṁ Fuktig luft 5 = 53,8 46,9 = 6,9 vatten s 36

ṁ Torr luft 10 = 40,7 torr luft = 36,63 1,111 s ṁ Fuktig luft 10 = 40,7 36,63 = 4,07 vatten s Då massflödet för punkt 20 inte är något som registreras så krävs det en beräkning för att ta fram detta. Genom att mäta ström, spänning, varvtal och ta fram cosφ som finns i bilaga 2 går det att beräkna effektbehovet för denna fläkt. När effektbehovet är känd kontrolleras hur stort volymflödet är utifrån ett fläktdiagram som tagits fram av tillverkaren. När volymflödet är framtaget så kan ett massflöde beräknas utifrån att densiteten på luften vid en specifik temperatur är känd. Ström = x A Spänning = x V Cosφ = 0,86 Varvtal = x rpm P = I U cosρ 3 Densiteten på luften har minskat på grund av att temperaturen på luften har ökat. Detta medför att effekten måste räknas om så att den motsvara effektbehovet för den nya densiteten. P v = 1,2 P D ρ n Verklig = x rpm n Diagram = x rpm P V = ( n 3 V ) P P D n D = ( n2 3 T n1 ) Pv = x kw 120 gramspapper produceras inte frekvent. Under perioden som undersökningen genomfördes kördes inte denna pappersvikt vid något tillfälle som gav möjlighet till att fullfölja mätningar. Vid mättillfället krävs att en behörig elektriker utför mätningen. Någon sådan fanns inte tillgänglig vid det tillfälle 120 gramspappret producerades. Därmed finns inte möjlighet att redovisa några mätningar för gramvikten 120. 37

Tabell 11: Mätpunkterna vid till- och frånluft med data för torr luft och vatteninnehållet i förtorken. Mätpunkterna finns i bilden 9. Mätpunkt 120g m 2 Massflödet Kg torr luft s Massflödet vatten / s 1 19,06 0,56 6 21,13 0,37 18 11,79 0,21 5 46,9 6,9 10 36,63 4,07 20 x x Det totala flödet för tilluften med mätpunkterna 1,6 och 18 beräknas följande: ṁ Fuktig tilluft,förtorken = ṁ 1 + ṁ 6 + ṁ 18 = 52,9 s Gällande mätpunkt 6 så är det totala flödet från mätpunkt 5 och 10. Detta flöde kommer inte finnas med i beräkningarna för massbalansen men kommer att behövas för beräkningar av energibalansen. För frånluften så används mätpunkterna 5, 10 och 20 och skulle kalkyleras enligt följande om värdet på massflöde 20 hade funnits: ṁ Fuktig frånluften,förtorken = ṁ 5 + ṁ 10 + ṁ 20 Beräkningar som gjordes för 120g m 2 kommer även göras för 80g m 2 80g m 2 Följande beräkningar är för FT ṁ Torr luft 1 = 16,1 torr luft = 15,8 1,0177 s ṁ Fuktig luft 1 = 16,1 15,8 = 0,3 vatten s 38

ṁ Torr luft 6 = 22 torr luft = 21,6 1,0177 s ṁ Fuktig luft 6 = 22 21,6 = 0,4 vatten s ṁ Torr luft 18 = 11,8 torr luft = 11,59 1,0177 s ṁ Fuktig luft 18 = 11,8 11,59 = 0,21 vatten s Beräkningarna för utgående luft har ett annat x-värde då vattnet från pappret även nu behöver räknas med. Värdet på x är något som registreras i processdatorerna kontinuerligt och används nu för att göra beräkningar. ṁ Torr luft 5 = 50,4 torr luft = 43,11 1,169 s ṁ Fuktig luft 5 = 50,4 43,11 = 7,29 vatten s ṁ Torr luft 10 = 40,6 torr luft = 35,83 1,133 s ṁ Fuktig luft 10 = 40,6 35,83 = 4,77 vatten s Även här görs samma beräkningar som gjordes för 120g m 2 för att ta reda på massflödet för punkt 7 Mätningarna för 80g m 2 pappret presenteras nedan. Ström = 35,6 A Spänning = 490 V Cosφ = 0,86 Varvtal = 1718 rpm P = I U cosρ 3 P D = 35,6 490 0,86 3 = 26 kw 39

P v = 1,2 P D φ = 26 1,2 1,055 = 29,6 kw Varvtalet för denna gramvikt på fläkten är för högt för att kunna ta ut ett massflöde utifrån fläktdiagrammet och där med används affinitetslagen för att kunna ta reda på volymflödet i diagrammet. n V = 1718 rpm n D = 1400 rpm P V = ( n 3 V ) P P D n D = ( 1400 3 T 1718 ) 17,06 = 9,23 kw Med denna uträknade effekten som har omvandlats för att motsvara ett varvtal som finns i fläktdiagrammet går det inte att ta ut ett volymflöde. Där av kan inte ett värde redovisas för den punkten. Tabell 12: Mätpunkterna vid till- och frånluft med data för torr luft och vatteninnehållet i förtorken. Mätpunkterna finns i bild 9. Mätpunkt 80g m 2 Massflödet Kg torr luft s Massflödet vatten / s 1 15,8 0,3 6 21,6 0,4 18 11,59 0,21 5 43,11 7,29 10 35,83 4,77 20 x x Följande beräkningar är gjorda för 80g m 2 : ṁ Fuktig tilluft,förtorken = ṁ 1 + ṁ 6 + ṁ 18 = 49,9 s På grund utav att massflödet i punkt 20 inte kan beräknas så kan inte det totala massflödet ut från FT redovisas. ṁ Fuktig frånluften,förtorken = ṁ 5 + ṁ 10 + ṁ 20 40

Flödena som registrerats i tabell 13 och i tabell 14 är de totala flödena in och ut ur eftertorken. Punkt 1 är för både 120 g m 2 och 80 g m 2 tilluften och punkt 2 är frånluften för båda ytvikterna. 120g m 2 Följande beräkningar är för ET ṁ Torr luft 12 = 15 torr luft = 14,74 1,0177 s 15 14,74 = 0,26 vatten s ṁ Torr luft 17 = 33,1 torr luft = 31,58 1,048 s 33,1 31,58 = 1,52 vatten s Tabell 13: Mätpunkterna vid till- och frånluft med data för torr luft och vatteninnehållet i eftertorken. Mätpunkterna finns i bild 10. Mätpunkt 120g m 2 Massflödet Kg torr luft s Massflödet vatten/s 12 14,74 0,26 17 31,58 1,52 80g m 2 Följande beräkningar är för ET ṁ Torr luft 12 = 15 torr luft = 14,74 1,0177 s 15 14,74 = 0,26 vatten s ṁ Torr luft 17 = 36,1 torr luft = 32,94 1,096 s 36,1 32,94 = 3,16 vatten s 41

Tabell 14: Mätpunkterna vid till- och frånluft med data för torr luft och vatteninnehållet i eftertorken. Mätpunkterna finns i bilden 10. Mätpunkt 80g m 2 Massflödet Kg torr luft s Massflödet vatten/s 12 14,74 0,26 17 32,94 3,16 9.4.4 Vatten För att kunna ta reda på vattenbalansen in och ut ur torkpartierna studeras vilka flöden som saknas för att det ska gå jämnt ut. Det flöden som saknas är nu läckageluften in i förtorken och eftertorken. Utifrån att värdena för ingående luft, utgående luft och mängden vatten som evaporera från pappret är känt, kan ett massflöde på läckageluften in i torkpartierna beräknas då det ska gå jämnt ut. Följande beräkningar är för 120g m 2 Vattnet som kommer in förtorken är från pappret, tilluften och läckageluften. Allt vatten som kommit in i förtorken följer sedan med ut i frånluften. Den vänstra sidan av ekvationen motsvarar det ingående vattnet och den högra sidan motsvara utgående vatten i FT. Data för ingående- och utgående vatten i processventilationen finns i tabell 11 och värdet för den evaporerade vattnet i pappret finns i rubriken 9,1. ṁ 1 + ṁ 6 + ṁ 18 + ṁ evap FT + ṁ läck FT = ṁ 5 + ṁ 10 + ṁ 20 0,56 + 0,37 + 0,21 + 8,893 + ṁ läck FT = 6,9 + 4,07 + ṁ 20 Det okända värdet i ekvationen är massflödet på vattnet i läckageluften och kan beräknas fram enligt följande: ṁ läck FT = 10,97 + ṁ 20 10,033 Då värdet på massflödet i punkten 20 saknas går det inte att beräkna vatteninnehållet i läckageluften. Följande sätt för ET görs på samma sätt som för FT och data för processventilationen finns i tabell 13 och värdet för den evaporerade vattnet i pappret finns i rubriken 9,3. 42

ṁ 12 +ṁ evap ET + ṁ läck ET = ṁ 17 0,26 + 0,789 + ṁ läck ET = 1,52 ṁ läck ET = 1,52 1,049 = 0,471 s Följande beräkningar är för 80g m 2 ṁ 1 + ṁ 6 + ṁ 18 + ṁ evap FT + ṁ läck FT = ṁ 5 + ṁ 10 + ṁ 20,2 0,3 + 0,4 + 0,21 + 10,45 + ṁ läck FT = 7,29 + 4,77 + ṁ 20 ṁ läck FT = 11,76 + ṁ 20 11,36 = x Då värdet på massflödet i punkten 20 saknas går det inte att beräkna vatteninnehållet i läckageluften. Fortsatta beräkningar är för ET ṁ 12 +ṁ evap ET + ṁ läck ET = ṁ 17 0,26 + 1,67+ ṁ läck ET = 3,16 ṁ läck ET = 3,16 1,93 = 1,23 s 43

9.5 Energibalans för torkpartierna 9.5.1 Processventilation Effekten för processventilationen är den samma som beräknades under rubriken 8.4.3 och kommer redovisas även under detta kapitel. Massflödet som används i beräkningarna här är samma värden som i rubriken 8,4,3 vilken kontinuerligt mäts i DNA. Luften har samma vatteninnehåll genom alla luftförvärmare och där med används befintligt x-värde i alla följande uträkningar Formlerna som används är följande: i in = 1,00 t + x (2500 + 1,86 t ) i ut = 1,00 t + x (2500 + 1,86 t ) P tilluft = ṁ tilluft i Följande beräkningar är för 120g m 2 Luftförvärmare 1, POS-nr 113-0060: temperatur 1 = 34 temperatur 2 = 63 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 34 + 1,0177 (2500 + 1,86 34 ) = 2642,6 kj i ut = 1,00 63 + 1,0177 (2500 + 1,86 63 ) = 2726,5 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 19,4 (2726,5 2642,6) = 1,627 kw Luftförvärmare 2, POS-nr 113-0078; 113-0080: temperatur 2 = 63 temperatur 3 = 100 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 63 + 1,0177 (2500 + 1,86 63 ) = 2726,5 kj i ut = 1,00 100 + 1,0177 (2500 + 1,86 100 ) = 2833,5 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 19,4 (2833,5 2726,5) = 2,076 kw 44

Luftförvärmare 3, POS-nr 113-0061: temperatur 6 = 34 temperatur 7 = 71 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 34 + 1,0177 (2500 + 1,86 34 ) = 2642,6 kj i ut = 1,00 71 + 1,0177 (2500 + 1,86 71 ) = 2749,6 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 21,5 (2749,6 2642,6) = 2,288 kw Luftförvärmare 4, POS-nr 113-0081; 113-0079: temperatur 7 = 71 temperatur 8 = 95 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 71 + 1,0177 (2500 + 1,86 71 ) = 2749,6 kj i ut = 1,00 95 + 1,0177 (2500 + 1,86 95 ) = 2819 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 21,5 (2819 2749,6) = 1,505 kw Värmeväxlare 5, POS-nr (113) 0063-0071;0075-0077: Luften från två olika ledningar blandas innan det åker in i värmeväxlaren vilket leder till att en beräkning behöver göras för att ta ut den blandade luftens entalpi och x-värde. m 5 i 5 + m 10 i 10 = (m 5 + m 10 ) i bl m 5 x 5 + m 10 x 10 = (m 5 + m 10 ) x bl i 5 = 1,00 55 + 1,169 (2500 + 1,86 55 ) = 3097 kj i 10 = 1,00 56 + 1, 133 (2500 + 1,86 56 ) = 3006 kj 45

Efter punkt 5 och punkt 10 går de två rören ihop vilket gör att de två luftkvaliteterna blandas och måste därmed räknas om enligt följande formler: m 5 i 5 + m 10 i 10 = (m 5 + m 10 ) i bl m 5 x 5 + m 10 x 10 = (m 5 + m 10 ) x bl På grund av under perioden mätningarna pågick kördes inte den kvaliteten och det gjorde att uträkningar på denna värmeväxlaren inte kunde beräknas. Uträkning för 80 g/m 2 finns och beräknas på samma sätt som det skulle gjorts för 120 g/m 2 Luftförvärmare 6, POS-nr 113-0062: temperatur 12 = 34 temperatur 13 = 62 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 34 + 1,0177 (2500 + 1,86 34 ) = 2642,6 kj i ut = 1,00 62 + 1,0177 (2500 + 1,86 62 ) = 2723,6 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 15 (2723,6 2624,6) = 1,485 kw Luftförvärmare 7, POS-nr 113-0082; 113-0083: temperatur 13 = 62 temperatur 14 = 100 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 62 + 1,0177 (2500 + 1,86 62 ) = 2723,6 kj i ut = 1,00 100 + 1,0177 (2500 + 1,86 100 ) = 2833,5 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 15 (2833,5 2723,6) = 1,648,5 kw 46

Luftförvärmare 8, POS-nr 113-0072; 0073; 0074: Den avger effekt och blir där med negativ, där av temperaturerna. Värdet på x kommer även vara nytt. temperatur 16 = 69 temperatur 17 = 67 X värde = 1,048 vatten torr luft i in = 1,00 69 + 1,048 (2500 + 1,86 69) = 2823,5 kj i ut = 1,00 67 + 1,048 (2500 + 1,86 67 ) = 2817,6 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 33,1 (2817,6 2823,5) = 0,195 kw Luftförvärmare 9, POS-nr 113-115: temperatur 18 = 34 temperatur 19 = 95 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 34 + 1,0177 (2500 + 1,86 34 ) = 2642,6 kj i ut = 1,00 95 + 1,0177 (2500 + 1,86 95 ) = 2819 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 12 (2819 2642,6) = 2,117 kw 47

Följande beräkningar är för 80g m 2 Luftförvärmare 1, POS-nr 113-0060: temperatur 1 = 34 temperatur 2 = 64 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 34 + 1,0177 (2500 + 1,86 34 ) = 2642,6 kj i ut = 1,00 64 + 1,0177 (2500 + 1,86 64 ) = 2729,4 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 16,1 (2729,4 2642,6) = 1,397 kw Luftförvärmare 2, POS-nr 113-0078; 113-0080: temperatur 2 = 64 temperatur 3 = 95 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 62 + 1,0177 (2500 + 1,86 64 ) = 2727,4 kj i ut = 1,00 95 + 1,0177 (2500 + 1,86 95 ) = 2819 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 16,1 (2819 2727,4) = 1,474 kw Luftförvärmare 3, POS-nr 113-0061: temperatur 6 = 34 temperatur 7 = 73 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 34 + 1,0177 (2500 + 1,86 34 ) = 2642,6 kj i ut = 1,00 73 + 1,0177 (2500 + 1,86 73 ) = 2755,4 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 22 (2755,4 2642,6) = 2,482 kw Luftförvärmare 4, POS-nr 113-0081; 113-0079: temperatur 7 = 73 temperatur 8 = 100 X värde = 1,0177 vatten torr luft 48

i in = 1,00 73 + 1,0177 (2500 + 1,86 73 ) = 2755,4 kj i ut = 1,00 100 + 1,0177 (2500 + 1,86 100 ) = 2833,5 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 22 (2833,5 2755,4) = 1718,2 kw Luftförvärmare 5, POS-nr (113) 0063-0071;0075-0077: i 5 = 1,00 55 + 1,169 (2500 + 1,86 55 ) = 3097 kj i 10 = 1,00 56 + 1, 133 (2500 + 1,86 56 ) = 3006 kj Efter punkt 5 och punkt 10 går de två rören ihop vilket gör att de två luftkvaliteterna blandas och måste därmed räknas om enligt följande formler: m 5 i 5 + m 10 i 10 = (m 5 + m 10 ) i bl m 5 x 5 + m 10 x 10 = (m 5 + m 10 ) x bl 50,4 3097 + 40,6 3006 = (50,6 + 40,6) i bl i bl = 3056 kj 50,4 1,169 + 40,6 1,133 = (50,6 + 40,6) x bl x bl = 1,153 vatten torr luft i ut = 1,00 53 + 1,153 (2500 + 1,86 53 ) = 3049 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 50,4 + 40,6 (3056 3049) = 0,3346 kw Luftförvärmare 6, POS-nr 113-0062: temperatur 12 = 34 temperatur 13 = 69 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 34 + 1,0177 (2500 + 1,86 34 ) = 2642,6 kj i ut = 1,00 69 + 1,0177 (2500 + 1,86 69 ) = 2743,8 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 15 (2743,8 2642,6) = 1,518 kw 49

Luftförvärmare 7, POS-nr 113-0082; 113-0083: temperatur 13 = 69 temperatur 14 = 100 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 69 + 1,0177 (2500 + 1,86 69 ) = 2743,8 kj i ut = 1,00 100 + 1,0177 (2500 + 1,86 100 ) = 2833,5 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 15 (2833,5 2743,8) = 1,338 kw Luftförvärmare 8, POS-nr 113-0072; 0073; 0074: temperatur 16 = 69 temperatur 17 = 67 X värde = 1,096 vatten torr luft i in = 1,00 69 + 1,096 (2500 + 1,86 69 ) = 2949,6 kj i ut = 1,00 67 + 1,096 (2500 + 1,86 67 ) = 2943,6 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 36,1 (2949,6 2943,6) = 0,217 kw Luftförvärmare 9, POS-nr 113-115: temperatur 18 = 34 temperatur 19 = 95 X värde = 1,0177 vatten torr luft i in = 1,00 34 + 1,0177 (2500 + 1,86 34 ) = 2642,6 kj i ut = 1,00 95 + 1,0177 (2500 + 1,86 95 ) = 2819 kj P tilluft = ṁ tilluft i = 11,8 (2819 2642,6) = 2,081 kw 50

9.5.2 Ånga och kondensat Beräkningen av energin i ångan in och kondensatet ut behövs massflödet som räknats ut och mäts upp tidigare. Energibalansen kommer räknas ut för förtorken, eftertorken och luftförvärmarna i vardera sektionen. Utifrån observationer så går det att fastställa att LT ånga inte används för att värme tilluften utan endast FL ånga vilket gör att endast FL ånga kommer att redovisas. 120g m 2 Följande beräkningar är för FT För att kunna beräkna effektbehovet för ångan krävs det data på temperaturen, trycket och massflödet finns tillgängligt, vilket redovisas nedan. Följande data är förtorken: t LT = 150 p LT = 3,79 bar t MT = 207 p MT = 12,2 bar Med ovanstående data kan entalpin utifrån ett mollierdiagram tas ut: i LT = 2753 kj i MT = 2847 kj Effekten på ångan in beräknas med entalpin och massflödet: P LT = ṁ i LT = 15 2753 = 41,295 kw P MT = ṁ i MT = 28,1 2847 = 80,7 kw För att ta reda på FT totala effektbehov beräknas entalpifallet och entalpin på kondensatet kan tas ut direkt i tabell då det är i flytande form. t kond = x i kond = x För att ta ut effektbehovet över FT används följande formel: P FT = (ṁ LT i LT + ṁ MT i MT ) (ṁ kond i kond ) P FT = (15 2753 + 28,1 2847) (48 X) = X 3600 = kw 51

På grund av att kvaliteten under mätningarna sällan kördes så gick det inte att utföra en mätning på temperaturen för kondensatet i förtorken. Beräkningar som skulle utförts för 120g/m 2 är likadana som för 80g/m 2. 80g m 2 Följande beräkningar är för FT Samma beräkningar som gjordes för 120 g/m 2 görs även för 80 g/m 2. t LT = 149 p LT = 3,6 bar i LT = 2755 kj t MT = 214 p MT = 12,53 bar i MT = 2850 kj P LT = ṁ i LT = 28,2 2755 = 77,691 kw P MT = ṁ i MT = 20,6 2850 = 58,7 kw t kond = 117 i kond = 482 kj P FT = (28,2 2755 + 20,6 2850) (48,8 482) = 112879 3600 = 31,35 kw 52

Gällande eftertorken så görs samma beräkningar som gjordes för förtorken men i eftertorken så används endast LT ånga. 120g m 2 Följande beräkningar är för ET t LT = 150 p LT = 3,79 bar i LT = 2753 kj P LT = ṁ i LT = 4,9 2753 = 13,49 kw På grund av tidsbrist gick det inte att utföra en mätning på temperaturen för kondensatet i eftertorken. Beräkningar som skulle utförts för 120g/m 2 är likadana som för 80g/m 2. 80g m 2 Följande beräkningar är för ET t LT = 149 p LT = 3,6 bar i LT = 2755 kj t kond = 113 i kond = 474 kj P LT = ṁ i LT = 9,5 2755 = 26,172 kw P ET = 9,5 (2755 474) = 21,7 kw 53

9.5.3 Papper Energiinnehållet i pappret in och ut ur torkpartierna kan beräknas, dock så krävs det att vatteninnehållet i pappret in och ut ur torken är känt. Datan finns i kapitel 9,4,1. 120g m 2 Följande beräkningar är för FT Mängden vatten in och ut beräknas enligt följande: ṁ Vatten in = 6,79 29 3 55 112,74 = 9,04 s 45 ṁ Vatten ut = 6,79 29 3 112,74 2 = 0,151 s 98 Mängden fiber behöver även beräknas för att kunna bestämma energiinnehållet i den torra substansen: ṁ Fiber = 6,79 29 3 112,74 = 7,367 s Temperaturen på pappret innan och efter förtorken mäts med en termografikamera vilket registrerade ingående temperatur till 49,3 och utgående temperatur till 115. Utifrån temperaturerna kan man beräkna energiinnehållet i pappret enligt följande: P in = (7,367 1,42 + 9,04 4,177) 49,3 = 2377kW P ut = (7,367 1,42 + 0,151 4,227) 115 = 1276kW 80g m 2 Följande beräkningar är för FT t in = 49 t ut = 131 ṁ Vatten in = 6,79 1033 60 55 74,4 = 10,6 s 45 ṁ Vatten ut = 6,79 1033 60 74,4 2 = 0,177 s 98 ṁ Fiber = 6,79 1033 60 74,4 = 8,69 s 54

P in = (8,69 1,42 + 10,6 4,177) 49 = 2774 kw P ut = (8,69 1,42 + 0,177 4,265) 131 = 1715 kw Tidigare beräkningar gäller även för eftertorken. I detta steg så är det andra temperaturer som gäller men samma beräkningssätt används även här. Det som är viktigt att komma ihåg här är att torrsubstansen har ökat då limmet applicerats sen tidigare och att även pappersbredden är mindre. 120g m 2 Följande beräkningar är för ET ṁ Vatten in = 6,64 29 3 13,34 112,74 = 1,113 s 86,66 t in = 79,6 t in = 53,7 ṁ Vatten ut = 6,64 29 3 ṁ Fiber = 6,64 29 3 4,3 112,74 = 0,325 s 95,7 114,84 = 7,37 s P in = (7,37 1,26 + 1,113 4,193) 79,6 = 1110 kw P ut = (7,37 1,26 + 0,325 4,179) 53,7 = 571 kw 80g m 2 Följande beräkningar är för ET ṁ Vatten in = 6,64 1033 60 19,3 74,4 = 2,03 s 80,7 t in = 80 t ut = 91 ṁ Vatten ut = 6,64 1033 603 ṁ Fiber = 6,64 1033 60 4,1 74,4 = 0,363 s 95,9 74,4 = 8,505 s P in = (8,505 1,26 + 2,03 4,193) 80 = 1538 kw P ut = (8,505 1,26 + 0,325 4,201) 91 = 1099 kw 55

9.5.4 Effektförbrukning I denna rubrik kommer den totala effektförbrukningen av pappersmaskin 2 redovisas för hela år 2016. Pappersmaskinen är indelade i olika grupper vilket gicks igenom i rubrik 8,2,1 och kommer redovisas här i tabeller. Beräkningarna genomfördes med cosφ till 0,86, spänningen och amperen finns i bilagorna 4-15. Notera att spänningen har antagits ett medelvärde på 6,21 kv. Resultatet av beräkningarna redovisas i tabell 15 och fördelningen procentuellt i pappersmaskin 2 olika system redovisas i diagram 1. P = U I 3 cosφ Mäldberedning P = 2 642 206 6 210 3 0,86 = 24 440 MWh Kvarnarna Våtänden P = 18 311,1 MWh P = 2 044 688 6 210 3 0,86 = 18 931,7 MWh Torränden P = 803 809,7 6 210 3 0,86 = 7 435,4 MWh Maskindrift Rullmaskin 4 P = 2 858 593,5 6 210 3 0,86 = 26 442,5 MWh P = 12 445,7 6210 3 0,86 = 115,1 MWh Massalösning P = 2 560 6 210 3 0,86 = 23,7 MWh 56

Tabell 15: Resultat över effektförbrukningen i pappersmaskin 2 olika system Pappersmaskin 2 MWh för år 2016 Mäldberedning 24 440 Kvarnar 18 311,1 Våtända 18 931,7 Torrända 7 435,4 Maskindrift 26 442,5 Rullmaskin 4 115,1 Massalösning 23,7 övrigt 16 373 Total 112 070 Diagram 1: Fördelningen av energianvändningen i pappersmaskin 2 Energifördelningen på PM2 under 2016 0% 15% 22% 23% 16% 7% 17% Mälberedning Kvarnar Våtända Torrända Maskindrift Rullmaskin 4 Massalösning Övrigt 57

Tabell 16: Totala energianvändningen på Nymölla Bruk Nymölla Bruk MWh för år 2016 Bränsle 2 002 272 Ånga tillverkad 2 003 645 Ånga förbrukad 1 774 238 Elkraft internt 197 234 producerat Elkraft tillförd 491 359 Elkraft förbrukad 481 925 Total 6 950 673 Diagram 2: Fördelningen av energianvändningen på Nymölla Bruk 2016 Energianvändning på Nymölla Bruk 2016 3% 7%7% 29% 25% 29% Bränsle Ånga förbrukad Elkraft förbrukad Ånga tillverkad Elkraft internt producerat Elkraft tillförd I tabellerna 15 och 16 redogörs det att pappersmaskin 2 står för ca 23 % av Nymölla Bruks totala energianvändning. 58

9.6 Totala balansen för alla system 9.6.1 Massabalans I bild 11 och 12 illustreras balansen över förtorken med de olika ytvikterna. För att sammanställa den totala ingående massan i förtorken så läggs alla ingående flöden ihop och likadant görs för de utåtgående flödena, vilket görs enligt följande: ṁ Vatten + ṁ Papper + ṁ Tilluft + ṁ LT ånga + ṁ MT ånga + ṁ Läckage = ṁ Papper + ṁ Kondensat + ṁ Vatten + ṁ Frånluft Följande beräkningar görs för 120g/m 2 i förtorken: Den totala ingående massan beräknas till följande 10 vatten s + 7,36 fiber s + 53 torr luft s + 4 LT ånga s + 8 MT ånga s = 82,36 s Den totala utågende massan beräknas enligt följande 7 fiber s + 12 kondensat s + 11 vatten s + 84 torr luft s = 114 s Bild 11: Shankeydiagram på massabalansen över förtorken med ytvikten 120g/m 2 59

Följande beräkningar görs för 80g/m 2 i förtorken: Den totala ingående massan beräknas enligt följande 11,36 vatten s + 8,69 fiber s + 48,99 torr luft s + 7,78 LT ånga s + 7,6 MT ånga s = 84,4 s Den totala utåtgående massan beräknas enligt följande 8,69 fiber s + 13,6 kondensat s + 12,06 vatten s + 78,94 torr luft s = 113,3 s Bild 12: Shankeydiagram på massabalansen över förtorken med ytvikten 80g/m 2 Den ingående- och utgående massan har olika totala massflöden. Det som skiljer sig åt är tilluften och frånluften. På grund av att massflödet inte gick att ta ut i den ena frånluftsledningen, innebär det att mängden läckageluft som kommer in i förtorken inte kan beräknas. Balansen blir där med ofullständig. Värdet som representerar frånluften är den totala massan som går att få ut i resterande ledningar men som inte är helt korrekt då massflödet från punkten 20 saknas. 60

I bild 13 och 14 illustreras balansen över eftertork med de olika ytvikterna. För att sammanställa den totala ingående massan i förtorken så läggs alla ingående flöden ihop och likadant görs för de utåtgående flödena, vilket görs enligt följande: ṁ Vatten in + ṁ Papper + ṁ Tilluft + ṁ LT ånga + ṁ Läckage = ṁ Papper + ṁ Kondensat + ṁ Vatten ut + ṁ Frånluft Följande beräkningar görs för 120g/m 2 i eftertorken: Den totala ingående massan beräknas till följande. 1,52 vatten s + 7,54 fiber s + 14,74 torr luft s + 1,36 LT ånga s = 25,16 s Den totala utågende massan beräknas enligt följande 1,52 vatten s + 7,54 fiber s + 1,36 kondensat s + 31,58 torr luft s = 42 s Bild 13: Shankeydiagram på massabalansen över eftertorken med ytvikten 120g/m 2 61

Följande beräkningar görs för 80g/m 2 i eftertorken: Den totala ingående massan beräknas till följande. 2 vatten s + 9 fiber s + 15 torr luft s + 3 LT ånga s = 29 s Den totala utågende massan beräknas enligt följande 2 vatten s + 9 fiber s + 3 kondensat s + 33 torr luft s = 47 s Bild 14: Shankeydiagram på massabalansen över eftertorken med ytvikten 80g/m 2 62

9.6.2 Energibalans I bild 15 och 16 illustreras balansen över förtorken med de olika ytvikterna. För att sammanställa den totala ingående energin i förtorken så läggs alla ingående energier ihop och likadant görs för de utåtgående energierna, vilket görs enligt följande: Q Tilluft + Q LT ånga + Q MT ånga + Q Papper in = Q Frånluft + Q Kondensat + Q Papper ut Följande beräkningar görs för 120g/m 2 i förtorken: Bild 15: Shankeydiagram på energibalansen över förtorken med ytvikten 120g/m 2 9616 kw (tilluft) + 11562 kw (LT ånga) + 22149 kw(mt ånga) + 2377 kw(papper in) = 40670 kw(frånluft) + 6929 kw (Kondensat) + 1276 kw (Papper ut) In = 45704 kw Ut = 48875 kw 63

Följande beräkningar görs för 80g/m 2 i förtorken: Bild 16: Shankeydiagram på energibalansen över förtorken med ytvikten 80g/m 2 7071 kw (tilluft) + 21433 kw (LT ånga) + 18530 kw (MT ånga) + 2774 kw (Papper in) = 40207 kw (Frånluft) + 6555 kw (Kondensat) + 1715 kw (Papper ut) In = 49808 kw Ut = 48477 kw 64

I bild 17 och 18 illustreras balansen över eftertork med de olika ytvikterna. För att sammanställa den totala ingående energin i förtorken så läggs alla ingående energier ihop och likadant görs för de utåtgående energierna, vilket görs enligt följande: Q Tilluft + Q LT ånga + Q Papper in = Q Frånluft + Q Kondensat + Q Papper ut Följande beräkningar görs för 120g/m 2 i eftertorken: Bild 17: Shankeydiagram på energibalansen över eftertorken med ytvikten 120g/m 2 3133 kw (tilluft) + 3854 (LT ånga) + 1110 kw(papper in) = 6375 kw (Frånluft) + 726 kw (Kondensat) + 571 kw (Papper ut) In = 8097 kw Ut = 7682 kw 65

Följande beräkningar görs för 80g/m 2 i eftertorken: Bild 18: Shankeydiagram på energibalansen över eftertorken med ytvikten 80g/m 2 2853kW (tilluft) + 7628kW(LT ånga) + 1530kW(Papper in) = 11420kW (Frånluft) + 1080kW (Kondensat) + 1099kW (Papper ut) In = 12011 kw Ut = 13599 kw 66

10 Diskussion Denna uppsats handlar om att utföra en energikartläggning enligt lagen 2014:266 och ISO 50001:2011. För att kunna utföra en fullständig energikartläggning görs en balans med massa och energi som tillförs och som sedan forceras ut ur delprocessen. Möjligheten till att ta fram balanserna i rapporten gick inte att genomföra då massflödet i en frånluftledning inte gick att mäta eller beräkna. Vilket medför att energikartläggningen blir ofullständig. På grund av att data för massflödet i punkt 20 inte gick att ta fram medför det att några åtgärder som skulle leda till energibesparing inte gick att göra och därmed blir lönsamhetskalkylen utelämnad. För att kunna ta ut massflödet i punkt 20 enligt bild 9 på sidan 25 så gjordes en mätning på strömmen, spänningen och varvtalet, och värdet på cosφ. Dessa värdena skulle göra det möjligt att med en effektformel beräkna effekten på fläkten vid det tillfälle då kvaliteten 120g/m 2 och 80g/m 2 tillverkades. utifrån fläktens effektbehov vid tillverkningen av pappret kan ett volymflöde tas ut i ledningen där fläkten är placerad. Volymflöde gick inte att ta ut i fläktdiagrammet på grund av att effektbehovet inte motsvarade det varvtal som fläkten kördes i. En anledning till att volymflödet inte gick att redovisa kan vara för att fläkten kördes över det angivna maximala varvtalet som tillverkaren rekommendera en annan att det bifogade diagrammet som följde med fläkten inte var rätt. Dock bör det med affinitetslagarna vara möjligt att omvandla effekten till ett varvtal som finns i diagrammet men då detta inte fungerade ökar misstanken om att diagrammet som blivit bifogat med fläkten inte stämmer. Resterande beräkningar som inte gick att utföra var på grund av kvaliteten 120 g/m 2 tillverkas mycket sällan men även vid planerad tillverkning så schemaläggs den under helger. Vid mätning av 120 g/m 2 för att ta ut strömmen, spänningen och varvtalet krävs behörighet att utföra mätningen. Den behörigheten har inte jag. Personal som kan utföra den här typen av mätningar arbetar inte på helger och mätningen ansågs inte prioriterad för företaget att kalla ut behörig personal. Kondensatflödet i för- och eftertorken finns det ingen kontinuerlig massflödemätning på. Med hjälp av ultraljudsvolymflödesmätare skulle det vara möjligt att beräkna massflödet. För att detta ska fungera krävs det att massan som leds i ledningen är i vätskeform, detta medförde problem då vattnet i rören är så varmt att det förångas och det gick därmed inte att få ut ett volymflöde i ledningarna. Men efter diskussion med handledare Per- Arne Olsson på Nymölla Bruk så ansågs 67

mängden ånga som kommer in i för- och eftertorken vara samma mängd som kommer ut. Skulle fallet vara att mängden kondensat som kommer ut inte är samma som kommer in så skulle det stå och läcka, något som skulle vara synbart för personalen. Dessutom skulle det totala massflödet som transporteras tillbaka till pannorna i massafabriken inte motsvara det totala massflödet som skickas till pappersmaskinen Mätningen av temperaturen utfördes med en kontakttermometer vilket är känsligt då temperaturen kan variera beroende på vilken vinkel den får kontakt med röret på. Därför utfördes samma mätningar ett flertal gånger för att säkerställa att värdena inte varierad för mycket. Termometern har en egen felmarginal vilket var på 5%. Denna felmarginal anses inte som något som behöver tas i hänsyn till då det inte skulle göra någon större påverkan på resultatet. Vid studering av flödesschema angående processventilationen saknades ledningar i schemat. Detta upptäcktes vid kontroll ute i anläggningen. Frånluftledningen som saknades i flödesschemat har inte blivit uppdaterat i Nymölla bruks databas. Detta är något som borde göras av behörig personal så att inte framtida missförstånd uppkommer. De olika hastigheterna på kvalitéerna har att göra med att pressnypen inte klara av mer. 120 gramspappret består av mer massa vilket medför att pressnypen inte klara av att trycka ut mer vatten. Detta leder till att det krävs mer ångförbrukning i för- och eftertorken. Till skillnad mot 80 gramspappret där pressnypen klarar av att pressa ut mer vatten kan hastigheten hållas högre och ändå komma ner till en godkänd nivå av fukthalten. En märkbar skillnad i ångförbrukningen är mängden ånga som används för de olika kvalitéerna. När produktionen för 80 gramspappret körs används mer ånga än när 120 gramspappret körs. Detta motsäger sig vad man vanligt vis tänker då det borde krävas mer ånga för 120 gramspappret än för 80 gramspappret, men på grund av hastigheterna uppstår skillnaden. Man måste därför titta på mängden ånga som förbrukats tillsammans med mängden papper som producerats. Detta kan mätas genom att mäta mängden tillverkat papper och mängden förbrukad ånga under en gemensam tidsperiod. Slutsatsen för denna rapport är att installation av massflödesmätare i frånluftledningen (punkt 20 enligt bild 9 på sidan 25) börs installeras till framtida energikartläggningar. Kartläggning ska göras vart fjärde år och skickas in till energimyndigheten och en installation av en massflödesmätare skulle medföra lättare tillgång till data. 68

Fläkten som installeras i punkt 20 går i för högt varvtal än vad som tillverkaren rekommendera. En kontroll om fläkten börs bytas ut borde göras eller ett uppdaterat underhållsschema med fler kontrollintervaller om fläktens välmående. Genom att fläkten körs med ett för högt varvtal leder detta till mer vibrationer och obalans och kan medföra till att fläkten haverera tidigare. Värmeväxlare som finns i processventilationssystemet används inte. Det innebär att den värmeenergin som finns i luften åker ut i atmosfären. Denna energi som går förlorad skulle vara en intressant framtida studie att göra. Det skulle kunna innebära att värmen tillförs i tex Nymöllas fjärrvärmesystem. Kartläggningen på energianvändningen i pappersmaskin 2 ger en överblick var det är man borde se över möjliga åtgärder för att minska på energianvändningen. De två största energianvändarna i maskinen är maskindrift och mäldberedningen. En studie över vilka åtgärder man skulle kunna göra på dessa kunde vara av intresse. 69

11 Referenslista [1] Energimyndigheten, vägledning för energikartläggning i stora företag, arkitektkopia AB, Bromma statens energimyndighet. [2] Energimyndigheten, Energieffektiviserings direktiv, 2015-05-05, http://www.energimyndigheten.se/energieffektivisering/lag-ochratt/energieffektiviseringsdirektivet/, (Hämtad 2016-12-02) [3] Gavelin, Gunnar och Kassberg, Mats, Massa och papper- en grundbok, Markaryd: Skogsindustrins utbildning i Markaryd AB, 1998. [4] Svenska Cellulosa Aktiebolaget, Papperstillverkning, 2010, http://www.sca.com/global/publicationpapers/pdf/brochures/papermaking.pdf, (Hämtad 2017-01-30) [5] Jernkontoret, Energiinnehåll i ånga, http://www.energihandbok.se/energiinnehall-i-anga, (Hämtad 2017-01-26) [6] SFS 2014:347, Förordning (2014:347) om energikartläggning i stora företag [7] Martinsson, Jenny, Energy optimization of paper drying at Munksjö Papper, Lunds tekniska högskola, 2005. [8] Alvarez, Henrik, Energiteknik, 3:7. uppl. Lund: Studentlitteratur AB. 2006. [9] Stora Enso. Stora Enso Paper Nymölla Bruk 2017 [Internmaterial], Nymölla: Stora Enso, 2017. [10] Stora Enso, Flödesschema pappersmaskin 2016 [Internmaterial], Nymölla: Stora Enso, 2016. [11] Stora Enso, Guideinformation PB_2014 [Internmaterial], Nymölla: Stora Enso. [12] Torsten Svenland, Creating value [Internmaterial], Nymölla: Stora Enso [13] Lam, Emmy. Energy Analaysis of the Drying Hood in Paper Machine 1 at Stora Enso, Nymölla Mill. Lund universitetet, 2016 [14] Energimyndigheten, Vägledning för energikartläggning i tillverkande industri, ER 2016:05, ISSN 1403-1892 [15] http://www.riksrevisionen.se/pagefiles/18571/rir_19_klimat%20f%c3%b6r%20pengarna_bilaga_3_anpassad.pdf 2016-12-05 70

12 Bilagor Bilaga 1: bild över bredden på pappret under olika steg av pappersmaskinen 71

Bilaga 2: Fläktdata för fläkt 113:535 72

Bilaga 3: Fläktdiagram för fläkt 113:535 73

Bilaga 4: Månadsdata för januari Bilaga 5: Månadsdata för februari 74

Bilaga 6: Månadsdata för mars Bilaga 7: Månadsdata för april 75

Bilaga 8: Månadsdata för maj Bilaga 9: Månadsdata för juni 76

Bilaga 10: Månadsdata för juli Bilaga 11: månadsdata för augusti 77

Bilaga 12: Månadsdata för september Bilaga 13: Månadsdata för oktober 78

Bilaga 14: månadsdata för november Bilaga 15: Månadsdata över december 79