Sammanfattning För medlemskap i programmet för energieffektivisering krävs ett certifierat energiledningssystem. Det ger, förutom ett effektivare energiarbete, även sänkt elskatt från 0,5 öre/kwh till 0 öre/kwh vilket för SCA Packaging Obbola AB innebär minskade utgifter med 1,6 miljoner kr per år. För att kunna införa ett energiledningssystem behövs en energianalys samt åtgärder för att minska specifika elanvändningen. Rapporten syftar till att beskriva avdelningarnas funktion och energiflöde, samt vilka förbättringspotentialer som identifierats. Även planerade och nyligen genomförda förändringar har beskrivits. Jämförelser med andra bruk har gjorts för att kunna relatera energiförbrukningen med andra fabriker. Framförallt är det raffinörer och defibrörer i massabruket som har hög elförbrukning. Detta innebär dock av kvarneffekten kan minskas så totala effekten som används för malning av fibrer är normal i förhållande till andra bruk. Specifika energianvändningen definieras som använd effekt per ton producerad liner. Specifika elanvändningen har sedan starten 1975 minskat och trenden pekar mot fortsatt minskning. Biobränsle ligger på en ganska konstant nivå och oljan minskade fram till 1988 men ökar nu på grund av ökat ångbehov i torken på grund av produktionsökning. En turbinmavapump finns installerad i sodapannan och skulle kunna användas för att använda mindre el, men det är inte ekonomiskt att driva den istället för att använda ånga till en el-turbin och sedan driva en elmavapump. Skillnaden ligger i att gröna certifikat beviljas vid elproduktion vid förbränning av tjocklut i sodapannan. Pump 713PU201 pumpar klarfiltrat till viragrop botten och är strypreglerad. Genom att bygga om pumpen till frekvensriktad tjänas 45 kkr/år vilket ger en rak återbetalningstid på investeringen på 2,5 år. Pumparna 468003 samt 468004 pumpar vatten till magnetfiltret i sodapannan samt uppehåller vissa små funktioner. Filtret har använts för att bortföra järnrester från kondensatet. Pumparnas elförbrukning kan minskas med 20 kw om pumparna strypregleras Ventilationen i pappersbruket kommer att förändras för ökad effektivitet. Den totala elbesparingen motsvarar ca 100 kkr/år. Huvudsyftet med åtgärden är dock att minska kondensproblemen och öka ventilationskapaciteten. För förbättrad värmeeffektivitet har kondensorn i pappersbruket undersökts. Effekten som går till avlopp har beräknats och ligger normalt på 2,2 MW vilket kostar 525 kr/h. Det går inte att ta tillvara all värme men det aktuella intervallet är 0 till 0,8 MW, beroende på ytvikt. För att minska värmeförlusten har larm införts vilket gett goda resultat. I indunstningen byts refluxkondensorn ut under hösten 2005 för ökad kapacitet. Det ger minskad ånganvändning med 3 ton ånga per timme i indunstningen samt minskad varmvattenproduktion. Ångan motsvarar 3,8 miljoner kr årligen.
Abstract To aquire membership in the program for energy efficiency there is need of an certified energy manegementsystem. As well as a more effective work with energy issues this also gives lowered taxes for electricity from 0,5 kr/kwh to 0 kr/kwh. In SCA Packaging Obbola AB s case this means lowered taxes with 1,6 Millions kr/year. To introduce a management system for energy there is a need for an energy analysis and for projects that reduce the use of electricity. The aim of the rapport is to describe the function and use of energy in each section and the potential savings in energy. Planned and newly executed projects are also described. Comparentmentes with other mills were made to relate the use of energy to other paper mills with similar production. The biggest difference lies in the difibrers and raffinures in the pulp mill. The high use of energy in defibring and raffiners is compensated by lower use of energy in the grinders in the paper mill. This means that the total use of energy for grinding is average. The specific use of energy is defined as used effect per ton produced liner. The specific use of electricity has gradually reduced and nothing indicates a change in that development. The use of bio fuel has been on a constant level for some years and oil decreased until 1988 but is now increasing because of increased need of steam. A turbine pump for feeding water is installed in the soda boiler and can be used in order to use less electricity. The most economical solution is to use stem to power an electrical turbine and then use that electricity to power an electrical pump. The difference lies in the green certificates that are granted when electricity is produced in the soda boiler. The pump 713PU201 pump water to the wire pit and is damper controlled. By rebuilding the pump to a frequency controlled unit there is a potential profit of 45 kkr/year witch gives a straight pay off time of 2,5 years. The pumps 468003 and 468004 pump water to the magnetic filter in the soda recovery boiler and uphold some other small functions. The filter has been used to purify condensate from iron but is now out of use. The pumps use electricity to a cost of 124 kkr/year witch can be reduced substantonally. The ventilation in the paper mill will be changed for increased efficiency. The total saving in energy is approx. 233 kkr/year. The main reason for the project is to eliminate the problems with condensate and increase the capacity for ventilation. To improve the heat efficiency the condenser in the paper mill was examined. The effect of warm water going to waste was normally 2,2 MW witch costs 525 kr/h. The waste can not be totally avoided but it can be reduced to between 0 and 0,8 MW depending on the current grammage. Alarms have been installed with good results. In the evaporator plant the refluxcondensor has been replaced during 2005 do increase capacity. This gives a three tonne reduction in steam use as more heat is reused. The steam corresponds to 3,8 Mkr every year. 2
Innehållsförteckning INLEDNING... 5 PROGRAMMET FÖR ENERGIEFFEKTIVISERING (PFE)... 6 GENOMFÖRANDE... 7 ANLÄGGNINGSBESKRIVNING... 8 PRODUKTIONSPROCESSEN... 9 FLÖDESMOTSTÅND... 10 FLÖDESREGLERING... 11 FYSISKA ENERGIFLÖDEN VATTEN & LUT... 13 ÅNGFLÖDEN... 14 RÖKGASER... 14 ELMÄTNINGAR... 15 ENERGIBALANSER... 16 ENERGIPRISER... 16 INDATA OCH NYCKELTAL... 17 ENERGIFLÖDE VID SCA PACKAGING OBBOLA AB... 18 RENSERI... 20 KOKERI... 23 TVÄTT... 23 INDUNSTNING... 28 SODAPANNA... 32 TURBINANLÄGGNING... 36 ÅNGCENTRAL 2 (ÅC2)... 38 VITLUTSBEREDNING OCH MESAOMBRÄNNING... 40 RETURFIBER... 43 PAPPERSBRUK... 45 BIOLOGISK RENING OCH AVLOPP... 50 ENERGITILLFÖRSEL... 53 ELANVÄNDNING... 53 ÅNGANVÄNDNING... 56 OLJEANVÄNDNING... 58 FRAMTID... 59 PAPPERSBRUKET... 59 MASSABRUKET... 60 ENERGIANVÄNDNINGENS UTVECKLING... 61 ENERGIANVÄNDNING FÖR TIO ÅR SEDAN... 62 ENERGIANVÄNDNING PÅ ANDRA BRUK... 63 PROJEKT FÖR MINSKAD ENERGIANVÄNDNING... 65 VAKUUMPUMPAR... 65 VENTILATION I PAPPERSBRUKET... 65 SAMMANSTÄLLNING AV GENOMFÖRDA ELEFFEKTIVISERINGAR... 66 FÖRSLAG PÅ PROJEKT FÖR MINSKAD ENERGIANVÄNDNING... 67 KONDENSOR I PAPPERSBRUK... 67 KLARFILTRATPUMP... 71 3
SODAPANNANS MAGNETFILTERKRETS... 74 REFUSERADE PROJEKT... 76 TURBINMAVAPUMP I SODAPANNAN... 76 VARMVATTENPRODUKTION FRÅN KONDENSORN... 77 TÖMNING AV MATARVATTENTANK I SODAPANNAN... 78 KVARNAR I PAPPERSBRUKET... 78 SPOLVATTENPUMPAR... 79 MATARVATTENPUMPAR I ÅC2... 80 RESULTAT... 82 SLUTSATSER OCH DISKUSSION... 84 FÖRSLAG PÅ FORTSATTA STUDIER... 85 TECKENFÖRKLARING... 86 KÄLLFÖRTECKNING... 87 BILAGOR... 88 BILAGA 1, MÄTNING AV KONDENSOREFFEKT... 88 BILAGA 2, NYCKELOMVANDLINGSTAL FÖR ENERGI... 89 BILAGA 3, ENTALPI I RÖKGAS... 90 4
Inledning Den 1 juli 2004 höjdes skatten på processrelaterad el från 0 till 0,5 öre/kwh som en anpassning till EU:s energisskattedirektiv. Direktivet innebär samtidigt att energiintensiva företag kan reducera skatten till 0 öre/kwh om de uppfyller kraven för PFE. Den 1 januari 2005 trädde lag om program för energieffektivisering (PFE) [1] i kraft vars ändamål är att främja effektiv energianvändning och möjliggöra för företag att ingå i ett femårigt program för energieffektivisering. Fler programperioder kan komma att genomföras. Tillsynsmyndigheten för PFE är Statens energimyndighet (STEM) vilka hanterar ansökningar, beslutar om deltagande samt gör uppföljningar. För medlemskap i PFE krävs införsel av ett energiledningssystem (ELS). I ELS ingår en energianalys som är mer djupgående än standarden för energiledningssystem. Analysen ska fokusera på elenergi, utföras med systemperspektiv samt vara både kort- och långsiktig (5 och 10 år). Programmet har två faser; de första två åren för införande och certifiering av energiledningssystem. En åtgärdslista för el-besparande åtgärder ska tas fram för de processförändringar som medför minskad elanvändning. Under den andra programfasens tre år ska åtgärder genomföras i enlighet med åtgärdslistan. Listan kan kompletteras under programtiden men synnerliga skäl måste finnas om fastställda åtgärder inte genomförs under programperioden. [2] Syftet med arbetet är att genomföra en analys av energiflödena vid SCA Packaging Obbola AB som innefattar alla använda energislag. Förutom analysen ska förslag på åtgärder som ger elbesparingar tas fram. Besparingarna ska helst ha en återbetalningstid på under tre år, utan räntekostnad. Även planerade och redan genomförda åtgärder ska tas med. Kraven på analysen och förslagen är att de ska vara tillräckliga för medlemskap i energimyndighetens program för energieffektivisering (PFE). Även övriga energibesparingar ska tas med i undersökningen. Målen med undersökningen är att Genomföra godkänd analys för inträde i PFE Ge förslag på energibesparingsåtgärder vilka fyller kraven för PFE Genomföra godkänt examensarbete för examen i civilingenjörsprogrammet i energiteknik. 5
Programmet för energieffektivisering (PFE) Under slutet på 1970-talet genomfördes flera el-effektiviseringar där hydrauliska kopplingar och likströmsmaskiner som var mest effektiva. Många av dessa projekt var mycket lyckade, men i vissa fall förlorades reglerbarhet. Vissa av dessa lösningar är idag utbytta och en del andra är på väg att bytas ut. Idag går effektiviseringsarbetet mest ut på att undersöka möjligheterna till el-effektiva lösningar vid utbyte av utrustning samt nybyggnation. Få effektiviseringar genomförs dock enbart för att vinna el-effektivitet, utan oftast finns flera fördelar. [3] Det pågår ett kontinuerligt utvecklingsarbete där personal lämnar in förslag på förbättringar. Om förslaget genomförs, och går med vinst, så får den som kommit med förslaget del av vinsten. Då energipriserna stigit har även förslag för minskad elanvändning ökat. För att ingå i PFE krävs att ett certifierat energiledningssystem (ELS) införs i vilken kartläggning och analys av energianvändning ska ingå. Kartläggningen och analysen ska ta upp alla energislag på företaget, men inrikta sig speciellt på elenergi. Analysen ska göras med systemperspektiv och innehålla prognoser om energianvändning på kort och lång sikt (5 och 10 år). [2] Företag som ingår i PFE ska redovisa till STEM vid två tillfällen; Vid två år vid avslutad programperiod, samt vid fem år vid avslutande av programmet. Energimyndigheten bedömer då om företaget uppfyllt kraven för medlemskap i PFE och om de därmed är berättigade skattebefrining på el. Om företaget inte uppfyller kraven för PFE kommer elskatten att krävas retroaktivt för hela programperioden. Vid tvåårsredovisningen ska en rapport med energianalysen samt en åtgärdslista för elbesparingar redovisas, samt ett certifierat energilednignssystem. Ansökningar under perioden 3/1 31/3 2005 kan söka retroaktivt medlemskap från 1/7 2004, och då även retroaktiv skattebefrielse. Då anses programmet påbörjat 1/7 2004 och tvåårsredovisningen ska vara inlämnad senast 1/10 2006. Detta gäller för SCA Packaging Obbola AB. [4] Vid slutredovisningen efter fem programår ska resultaten av programmet visas. För godkännande av åtgärdslistan vid programtidens slut måste åtgärder ha genomförts, vilka i stort sett motsvarar el-effektiviseringar som skulle ha genomförts om elskatt betalades [1]. Det finns därmed inget specificerat krav på effektiviseringar, hur mycket som sparas beror på företaget. Effektiviseringar med längre återbetalningstid än tre år kan godkännas som åtgärder, om företaget annars har problem att uppfylla detta. [2] En rekommendation från STEM är att totala förtjänsten vid minskningen av el ska motsvara skatteminskningen som för SCA Packaging Obbola motsvarar 1,62 mkr. Åtgärder som genomförts innan medlemskapet ska inte inräknas. För att uppfylla rekommendationen behöver åtgärder genomföras som motsvarar en minskning av elanvändning med 648 kw. 6
Genomförande För framtagande av funktionsbeskrivning samt energiflöden har en energiutredning från 1994 nyttjats,[5]. Den har uppdaterats med avseende på funktion och nya energiflöden har framräknats. Energiflöden till och från fabriken samt energiflöden mellan avdelningar undersöktes genom att ta vara på den information som fanns tillgänglig i rapporter, hämtning av mätdata från fabrikens informationssystem, winmops, samt diskussioner med personal. Kemiska flöden bestäms framförallt från slutprodukterna men även i de fall det finns mätning mellan avdelningarna. Tyngdpunkten på energianvändningen ligger på elanvändning där månadsrapporter för elförbrukning har använts. För värmeförbrukning är det primärt ånga som avses men vid undersökning av energiflödena har även termiska och kemiska energiflöden tagits med. Åtgärder som leder till ökat energiutnyttjande identifieras, framförallt genom diskussioner med processpersonal. Primära målet för energibesparingar är att minska elanvändningen genom åtgärder med kort återbetalningstid. Även projekt för minskad värmeförbrukning hittas. Åtgärder som leder till minskad elanvändning beskrivs och besparingspotentialen beräknas. 7
Anläggningsbeskrivning SCA Packaging Obbola AB är ett linerproducerande pappersbruk som producerar euroliner och kraftliner i tjocklekar från 100 till 200 g/m 2. Linern är oblekt och används bland annat som sidorna på wellpapp. Skillnaden mellan de olika linerkvalitéerna är att kraftliner baseras på färskfiber medan eurokraft i huvudsak består av returfiber men har ett toppskikt av färskfiber. Produktionskapaciteten är 420 000 ton liner varav 240 000 ton färskfibermassa, resterande 180 000 ton kommer från returfibermassa. Figur 1. Översikt av SCA Packaging Obbola AB. 8
Produktionsprocessen Produktionen av liner sker med returfibermassa och färskfibermassa, vilken produceras med sulfatprocessen. Massaved anländer till renseriet där bark frånskiljs och trä fraktioneras till flis, figur 1. Barken används som bränsle i biobränslepannan i Ångcentral 2 (ÅC2) och flisen transporteras till kokeriet. I kokeriet blandas flisen med vitlut och tunnlut och kokas för att frigöra fibrerna från lignin. Den kokade blandningen separeras i tvätten där massan pumpas till lagringstorn och tunnluten till indunstning eller återkopplas till kokeriet. I indunstningen delas tunnluten i vatten och svartlut, figur 2. Vattnet återanvänds och svartluten används som bränsle i sodapannan. Sodapannan återvinner kokkemikalierna och tar på samma gång tillvara den utlösta energin i veden, som frigjorts i kokeriet. Mixeriet och vitlutsberedningen återvinner andra kokkemikalier i grönluten från sodapannan. Luten kallas nu vitlut och är redo för nästa kok. I returfiberavdelningen delas balar upp och renas till lång- och kortfiber innan de går till pappersmaskinen. I mälderiet mals fibrerna för att uppnå önskade egenskaper och massan sprutas ut på en filt. Massan består till mesta del av vatten vid insprutningen och avvattnas automatiskt. Två lager av massa sammanförs här till ett och efter sammanförningen är resterande pappersmaskin en stor avvattningsprocess. I virapartiet torkas massan med vakuum och i presspartiet med filtar. I torkpartiet hettas massan upp och vattnet dunstas till torrhalten är uppe i ca 92 %. Den färdiga linern rullas upp på tambourer i rullmaskinen och delas sedan upp i de beställda bredderna. Returfiber kommer i balar till returfiberavdelningen och går genom rening samt separationssteg innan den blandas med den övriga massan och blir ny liner. Bränslen som används är trä, där barken eldas och ligninet löses ut innan det bränns som svartlut i sodapannan. Olja eldas för ångproduktion i ångcentralerna samt kemikalieåtervinning i mesaombränningen. Ånga från sodapannan reduceras över en mottrycksturbin innan den används i processen. Processavloppsvatten renas i bioreningen där syreförbrukande ämnen reduceras, värmen i avloppsvattnet tas tillvara och används av Umeå energi för fjärrvärmeproduktion via värmepumpar. Figur 2. Schematisk bild över produktionsprocessen vid SCA Packaging Obbola AB. 9
Teori För framtagande av energibalanser behövs grundläggande termodynamik. Vissa ekvationer krävs även för att kunna utvärdera alternativa lösningar, t e x en annan typ av flödesreglering från en pump. Flödesmotstånd Vid flödesberäkningar används bernoullis ekvation där tryckhöjden och hastighetshöjden kan försummas och inkompressibelt flöde kan antas. 2 2 λ u u H= h2 h1 + l + ξ d 2g 2g (1) Där H är höjden i meter vattenpelare som pumpen måste övervinna, h är höjderna som vätskeytorna ligger på, λ är friktionskoefficient, l är längden på röret, u är flödeshastigheten, d är rördiametern, g gravitationen, ξ motståndstalet och ν kinematsika viskociteten. Höjdskillnaden ger ett statiskt flödesmotstånd medan övriga termer ger flödesberoende motstånd. Det flödesberoende tryckfallet består av rakrörsförluster och engångsförluster. Rakrörsförlusterna kommer från strömning i rör medan engångsförluster är förluster från tex ventiler och rörböjar. Engångsförlusterna beräknas med data från komponentleverantörer. Rakrörsförlusterna beror på flödeshastigheten (u) i röret vilket bestäms med u 4Q = π 2 d (2) Där Q är volymflödet och d diametern på röret.från detta kan Reynolds tal (Re) bestämmas enligt ud Re = (3) ν Där ν är kinematiska viskociteten. Med Reynolds tal kan det avgöras vilken ekvation som ska användas för att uppskatta friktionskoefficienten (λ). Om Reynolds tal är under 2300 är flödet laminärt och då används 64 λ =, Re 2300 (4) Re Om Reynolds tal är mellan 5000 och 10 8 används istället 1,325 λ = där 2 ε 5,74 ln + 0,9 3,7 D Re 6 ε 10 10 d 5000 Re 10 2 8 (5) Ytråheten (ε)i dragna rör är normalt 1,5 10-6. [6] 10
Rakrörsförlusterna bestäms med 2 λ u H rakrör = l (6) d 2g Det är lämpligt att genomföra beräkningsstegen för max och medelflöde. Vid maximalt flöde måste pumpen kunna leverera tillräckligt högt tryck för att övervinna förlusterna. Från medelflödet kan besparingspotentialen framräknas. [7] Flödesreglering Det finns ett antal sätt att påverka hur mycket flöde en pump levererar där de vanligaste metoderna är varvtalsreglering, pumphjulsförändringar, strypreglering samt start och stopp av pumpar. Med varvtalsreglering och pumphjulsförändringar förändras pumpkurvan och med strypreglering påverkas systemkurvan. Punkten där pumpkurvan och systemkurvan möts kallas arbetspunkt eller driftspunkt. [8] 100 Pumpkurva Pumpkurva Tryck Arbetspunkt Systemkurva 0 1 5 9 13 17 Flöde 21 25 29 33 37 41 45 Figur 3. HQ-diagram för ett normalt system med pumpkurva, systemkurva och arbetspunkt. Systemkurvans värde då flödet är noll visar den statiska tryckhöjden, d.v.s. det tryck som behövs för att övervinna höjdmässiga skillnaden i systemet. Strypreglering Detta är ett mycket vanligt sätt att påverka flöden då det är mycket enkelt och billigt att installera. Det är det regleralternativ som ger snabbast responstid men även de största förlusterna. Pumpen dimensioneras för den maximala belastningen som anses kommer att förekomma, oftast överdimensioneras denna att vara på den säkra sidan vid produktionsökningar. Flödet stryps sedan till det önskvärda med en ventil efter pumpen. Detta är ett lämpligt reglersätt om hela pumpens kapacitet normalt behövs eller om behovet av reglerbarhet är mycket stor. Ofta är dock denna metod det dyraste driftsalternativet då effekt stryps bort som tillsatts genom el till pumpen. En pump fungerar dock så att ju lägre flöde den har desto mindre effekt använder den. Detta gäller även då flödet minskas genom strypning, så en motor med stort motstånd drar mindre ström än en med lite. Med kapacitetsfaktorn (K v ) på en ventil i ett specifikt läge kan flöde och tryckfall kopplas enligt K v Q = (7) ρ ΔP ρ H 2O 11
Där densitetstermen kan försummas om mediet som pumpas är vatten. 102 Pumpkurva vid strypreglering Strypt ventil Mindre strypt ventil Ej strypt ventil Pumpkurva 0 1 5 9 13 17 21 Tryck Flöde 25 29 33 37 41 45 Figur 4. HQ-diagram där pumpkurvor och systemkurva är inritade då strypreglering används. Pumphjulsförändringar Ibland kan det vara bra att förändra den befintliga pumpen genom att minska pumphjulet. Det är ett billigt alternativ för att minska elanvändningen till pumpen. Flödet som pumpen levererar sjunker och även trycket över pumpen. Efter bytet av pumphjul kan inte pumpen leverera ett lika stort flöde som tidigare men drar mindre el. Detta regleralternativ passar sig bäst då en befintlig pump visar sig vara överdimensionerad och därför alltid stryps. Pumphjulsförändringar påverkar i princip pumpkurvan på samma sätt som varvtalsreglering gör, med skillnaden att pumpkurvan sänks permanent till en lägre nivå. On-off reglering Vid pumpning mellan två punkter då det inte är viktigt med konstanta flöden kan det vara bra med on-off reglering. Då startar pumpen vid behov och pumpar med full effekt under en period för att vara avstängd under nästa. Pumpningen är effektiv men de stora variationerna kan störa andra delar av processen om de är beroende av stedy state. Varvtalsreglering (FRO) Detta är det idag vanligaste sättet att energieffektivt reglera stora och medelstora pumpar. Här används ingen strypning på flödet utan pumpens varvtal regleras så att den levererar rätt flöde. Varvtalet på motorn är direkt proportionerligt mot frekvensen den matas med. Med hjälp av en FRO ändras denna frekvens så att korrekt varvtal erhålls. På det sättet möter pumpkurvan alltid systemkurvan i rätt punkt och strypning är därför onödig. En liten nackdel är att installationskostnaden är högre än strypreglering, men det är ändå oftast det billigaste alternativet i längden. Varvtalsreglering är speciellt lämpligt om flödet eller trycket varierar mycket. 12
Figur 5. Pumpkurvor vid varvtalsreglering för en normal pump med verkningsgraderna för pumpen i de olika driftsfallen. Från Henriksson H, (1985) Pumpboken]. Markaryd. Sveriges Skogsindustriförbund. Verkningsgraden på pumpen sjunker något då varvtalet sjunker. Detta är dock inte något stort problem om pumpen är korrekt dimensionerad. Det är inte lämpligt att ta till extra stor pump när den ändå varvtalsregleras eftersom verkningsgraden då sjunker snabbt på pumpen, dessutom ökar installationskostnaden för pump, frekvensriktare, ställverk mm. Fysiska energiflöden vatten & lut För bestämmande av energiflöden i form av varmt vatten eller varm lut används ekvation P = m& C p ΔT (8) Där P står för effekt, m& massflödet, Cp specifika värmekapaciteten och ΔT temperaturdifferensen som satts till skillnaden mellan aktuell temperatur och nollgradigt vatten. Specifika värmekapaciteten varierar till viss grad med temperaturen och detta har korrigerats vid högre temperaturer. För svartluten har specifika värmekapaciteten (C p ) bestämts med C p = (0,96-0,45 ts) 4,1868 (9) lutens densitet ( ρ ), och därmed massflöde, varierar med dess torrsubstansmängd (ts) enligt [5] ρ = (ts+108,75) 8/1000 (10) Detta samband är nödvändigt i och med att de flesta flödesmätare bestämmer volymsflöden och inte massflöden. 13
Ångflöden Vid ångflöden används ekvation P = m& Δh (11) För en användare tas entalpin (h) fram för ångan som lämnar aktuell producent. Det innebär att eventuella förluster på väg till konsumenten tillskrivs konsumenten. En del av ångan kommer inte tillbaka som kondensat och måste kompenseras med nytt matarvatten. Det vattnet har en mycket lägre temperatur än kondensatet. För att få en rättvisande bild av energianvändningen i en process tas därför hänsyn till hur mycket kondensat som återförs. Effektanvändningen för en konsument blir då P = m& h m& h & ånga ånga kondensat kondensat ( m& ågna mkondensat ) hnytt (12) vilket använts för ånganvändning. För att inte räkna samma energi två gånger sätts gränsen för vattnet efter förvärmning. Rökgaser Varma gasers energiinnehåll beror mycket på hur mycket vatten som följer med dem och vilken temperatur de är. För att ta fram sammansättningen av rökgaserna används kemiska analyser av bränslet. Från analysen anges det procentuella innehållet av kol, väte, kväve svavel och syre i torra bränslet, samt torrhalt på bränslet. Under antagandet att allt kol bildar koldioxid, vätet bildar vatten, kvävet stannar som kvävgas, svavlet antingen återförs (sodapannan) eller bildar svaveldioxid, kan stökgeometriska syrebehovet bestämmas. Det stökgeometriska syrebehovet anger hur mycket syre som skulle behövas för fullständig förbränning. Rökgaserna skulle då inte ha något syreinnehåll och förlusten skulle minimeras. I och med att reaktionerna tar tid, omblandningen inte är perfekt mm så måste ett syreöverskott bibehållas i pannor för att ta reda på energin som frigörs i förbränningen. Syreöverskottet mäts som syrehalt i rökgaser som lämnar pannan. Då det stökgeometriska syrebehovet är känt, den verkliga syrehalten mätt, samt bränsletillförsel mätt kan rökgasmängden tas fram. Med temperaturen, samt torrhalten på bränslet, kan energiinnehållet i rökgaserna bestämmas från diagram. Sotånga används för att rengöra pannan under drift. Rengöringen sköts automatiskt med sotapparater som startar och går enligt ett styrsystem. Energin i ångan tas till viss del tillvara, då den är mycket varmare än rökgaserna, men vattenmängden försvinner ut ur anläggningen som ånga i rökgastemperatur. Denna ånga måste ersättas med nytt matarvatten. Vissa moderna anläggningar använder teknik som möjliggör rökgaskondensering vilket betyder att rökgastemperaturen är så låg att en del av rökgaserna kondenserar. Problemet med rökgaskondensering är att syror kondenserar vilka fräter på rökgaskanalerna, samt att det krävs omfattande ombyggnationer för att installera tekniken. Vid nybyggnationer idag är det vanligt med rökgaskondensering. 14
Pumpar Den mest använda pumpen i massaindustrin är radialpumpar vars pumpkurva kan fås från producenten. Pumpens tryckhöjd i förhållande till flödet är att lägre flöden ger högre tryck enligt H k Q = H 0 (13) tan β 2 Där H står för tryckhöjden, H0 för tryckhöjden vid nollflöde, k och β pumpberoende konstanter och Q flöde. I ett HQ-diagram ger en pumpkurva trykhöjdens minskning med ökat flöde. [8] Pumpens effektbehov bestäms av δ Q g H P = (14) η Där δ är densitet och η verkningsgraden för pumpen i den specifika punkten. Elmätningar De flesta större drifterna vid SCA Packaging Obbola AB drivs med trefas växelström, dock inte drivningen av pappersmaskinen som är likströmsmotorer. För effektberäkningar i trefastillämpningar används ekvationen P verklig I verklig = Pmärk (15) I märk Där märkeffekt och märkström fås från motormärkning och verkliga strömmen mäts. Vid kostnadsberäkningar är det snabbt och enkelt att använda nyckeltal. Ett användbart sådant i detta fall är hur mycket en kw kostar per år. Baserat på 365 dagar per år, 0,3 kr/kwh och 24timmar/dag erhålls 365 24 0,3=2628 kr/använd kw (16) med en nyttjandegrad på 95 % blir kostnaden 2500 kr/installerad kw. 15
Energibalanser Energianvändningen har till största delen baserats på mätningar under året 2004, som tagits som dygnsmedelvärden från fabrikens databasverktyg winmops. Det finns inte mätningar på alla flöden, temperaturer, torrhalter mm så vissa energibalanser har uppskattats eller beräknats. Beräkningarna har validerats med balansberäkningar samt diskussion med personal så långt det är möjligt. Enheten för energijämförelserna är i kwh/adt (Air dried tonnes med 92 % torrhalt). Pappersbrukets massa kommer från två linjer, returfiber och sulfatmassa, därför har energijämförelserna delats i tre delar; returfibermassa, sulfatmassa samt gemensam del. I returfibermassa finns bara returfiberavdelningen och den gemensamma är pappersbruket samt bioreningen. De övriga avser sulfatmassabruket och omfattar ÅC2, renseri, kokeri, tvätt, indunstning, sodapanna samt turbin. Rökgasberäkningarna har baserats på bränslens kemiska sammansättning där ämnena antas ha övergått i fullständigt oxiderade tillstånd. Från detta samt den mätta syrehalten i rökgaserna har mängden tillsatt luft beräknats. Specifika entalpin har slagits upp i ett mollierdiagram, bilaga 3, där entalpin bestäms från temperatur och fukthalt. Luften till förbränning förvärms med internt producerad ånga och därför tas temperaturen på inluften efter förvärmningen. Energipriser Priset på el är ca 300 kr/mwh. Ångproduktion sker till största delen med lut men även med biobränsle och olja. Olja används oftast i och med ångbrist, vilket betyder att potentiella besparingen vid en åtgärd blir i ånga från olja, inte från medelpriset. Olja används även för att ta upp svängningar i produktion. Eldningsolja kostar ca 250 kr/mwh, ångpriset per ton beror på vilket tryck som används samt hur mycket kondensat som återförs enligt tabell 1. Tabell 1. Ångomräkning från MWh till ton ånga beroende på kondensatåterföring samt ångnät.[bilaga 2] Tryck Kondensatåterföring Omräkningstal [Bar] [%] [MWh / ton/h] 10 0 0,772 10 100 0,633 3 0 0,762 3 100 0,621 Vid förändringar i ånganvändningen antas hela skillnaden bestå i olja. Det innebär att en minskning på ett ton per timme med 100 % kondensatåterföring på tiobarsnätet med 80 % utnyttjandegrad motsvarar en kostnad på ton MWh kr kr 1 0,633 250 0,8 = 158 h ton MWh h (17) 16
Indata och nyckeltal Nyckeltal som årsmedelvärden under 2004. Produktion ton ton/h Referens Linerproduktion 405 865 46,3 [9] Kraftliner 258 677 29,53 [9] Euroliner 147 188 16,80 [9] Sulfatmassa 218 400 ton 24,93 [9] Returmassa 180 093 ton 20,56 [9] Kappatal 85,09 % [10] Tallolja 8830 ton 0,040 t/tm sulfatmassa [9] Terpentin 628 ton 0,0028 t/tm sulfatmassa [9] Råmaterial m³f t/tm sulfatmassa Rundved 620 589 2,842 [9] Sågverksflis 244 565 1,119 [9] Vrak + torrflis 17 586 0,081 [9] Ved totalt 882 740 4,042 [9] Returbalar (ton) 207 799 1,154 t/tm returmassa [9] Bränsle Olja Nm³ MWh Ångcentral 2 (ÅC2) 16 130 172 914 [10] Mesaombränning 5 407 57 963 [10] Sodapanna 260 2 787 [10] Tilläggspanna 2 902 9 669 [10] Totalt 22 700 243 344 [10] ÅC2 MWh Egen bark 317 095 m³s 144 134 [9] Köpt bark 244 436 m³s 122 218 [9] Olja 16 130 Nm³ 172 916 [9] Rejekt 18 825 ton 39 219 [9] Sodapanna Tjocklut 261 974 m³ 921 365 MWh [10] Torrhalt 69,82 % [10] Effektivt värmevärde 8,5 MJ/kg [11] Elförbrukning MWh KWh/tm Massabruk 104 739 479,5 [10] Returfiber 28 924 160,6 [10] Pappersbruk 188 535 464,5 [10] Totalt 322 198 793,9 [10] Egen produktion 65 489 161,4 [10] 17
Energiflöde vid SCA Packaging Obbola AB SCA Packaging Obbola AB använder sig av ett antal primärbränslen där flis är den största. Med flisen kommer såväl biobränslet till biobränslepannan som organiska innehållet i svartluten till sodapannan. Rejekt kommer med returbalarna och är en blandning innehållande fibrer samt annat material. Olja används framförallt i ÅC2 samt mesaugnarna. El produceras i turbinen i sodapannan och säljs. Varmvatten från värmeåtervinningssystemet från avloppsvattnet skickas via värmeväxlare till Umeå energi och utnyttjas via värmepumpar. Tallolja och terpentin säljs. De stora förlusterna är varmvatten till älv där vattnet är 30,2 C men i stor mängd. Med våtluft över tak i pappersbruk avses hur mycket energi som förloras i torkpartiet. Rökgaser är beräknat från samtliga förbränningsugnar och pannor. I övriga förluster innefattas värmeförluster från fabriken i övrigt och är framtagen för att inkommande och utgående energimängder ska vara i balans. Figur 6. Sankeydiagram över hela SCA Packaging Obbola AB. Totalt omsätts 2 010 GWh/år. Övre delen visar inkommande källor och nedre utgående. Enheter är i KWh/ton producerad liner. 18
Fjärrvärme Interna energikällor är troligen inte lämpade att använda för fjärrvärmeproduktion då man redan idag har användning för värmen. Om inte processens energianvändning förändras kan enbart medier som lämnar systemet användas som fjärrvärmeproducenter. Rökgaserna är i de flesta fall kylda i den mån det är möjligt, enbart från mesaombränningen har rökgaserna så hög temperatur att den kan användas för uppvärmning (200 C). Något som kan komma att användas för varmvattenproduktion är rökgaskondensering, det kräver dock stora investeringar. Förlusterna är svåra att överse men kan minskas genom isolering mm. Potentialen i ökad isolering har inte undersökts. Våtluften över tak i pappersbruket skulle kanske kunna användas för ökad energiåtervinning då luften är ca 45 C då den lämnar värmeåtervinningen. Projekt pågår för hur ventilationen ska förändras i pappersbruket där ökad värmeåtervinning är ett mål. Varmvatten till älv är en av de största förlustposterna. Vattenflödet var under 2004 47 000 m³/dygn med en temperatur på 30,2 C. Om ökad fjärrvärmeproduktion ska uppnås är det troligtvis mest ekonomiskt att öka samarbetet med Umeå energi. Ett ökat utnyttjande av energikällor med låga temperaturer i samband med rökgaskondensering skulle kunna ge stora mängder värme i temperaturer som lämpar sig till fjärrvärmeproduktion. Ökad råvattentemperatur Det går att öka temperaturen på råvattnet genom att skicka tillbaka en del av det använda vattnet till råvattnet. Då kan råvattentemperaturen höjas till t ex 25 C året runt. Vid dimensionering av kylutrustning används 25 C som dimensionerande kallvattentemperatur. Dagens råvattentemperatur varierar mellan 25 C sommartid till 2 C vintertid. Med ökad inkommande temperatur skulle medeltemperaturen på vatten höjas och utgående vatten bli varmare. Detta skulle minska mängden varmvatten då energimängden som tillförs kylvattnet är konstant. Om detta ska genomföras bör tester genomföras i indunstningen för att se att tillräcklig kylkapacitet finns. Då är det även lämpligt att se över vattenförsörjningen till pappersbruket så att pumpen som pumpar 45ºC vatten till pappersbruket har tillräcklig kapacitet, [12]. 19
Renseri Anläggningen är dimensionerad för helträdshantering och kan därför ta emot rundved, helträd, köpflis, samt biobränsle. Leveranserna kommer med lastbil och lossas med truck. Buntarna läggs antingen i välta eller direkt in i intagstransportören. Transportören har en kammare för upptining av ved som drivs med ånga, som används vintertid. Barktrumman är en kombinerad barknings och kvistningstrumma som är 35 meter lång och har en diameter på 5,5 meter. Vatten tillsätts inte i trumman vilket minimerar vattenflödet från avdelningen samt höjer energivärdet på barken som används som biobränsle. Varvtalet på trumman är reglerbart och höjden på porten i slutet av trumman kan varieras för att få längre uppehållstid i trumman. Efter trumman sorteras sten och bräckage bort och veden går till en huggmaskin. Den färdiga flisen går på transportör till ett utomhuslager. Bräckaget huggs i en separat hugg. Inköpt flis transporteras med lastbil och lastas av i en separat linje. Den linjen går direkt till utomhuslagret, men till en annan del av det för att inte blanda köpt och egenproducerad flis. Från kokeriet finns därför möjlighet att bestämma blandning av egenproducerad flis och köpt flis till varje kok. Bark och kvistar samlas ihop under trumman och går på transportör till skivsåll. I sållet tas de grövre delarna till en kvarn för sönderdelning och finfraktionerna till barkpressar. Pressarna är underdimensionerade och klarar endast ca 55 % av barkflödet i normal drift. [12] Figur 7. Schematisk bild över renseriet 20
Energibalans Under 2004 köptes 620 589 m 3 fub (m³ fast utan bark) rundved och 244 565 m³f (m³ fast) flis vilket gav upphov till tre huvudsakliga energiuttag; bark till biobränslepannan, tjocklut till sodapanna samt tallolja och terpentin från indunstningen.[9] Ångmätningen till anläggningen har inte fungerat tillfredsställande och uppskattas därför, [12]. Elen som används går framförallt till huggar, bandtransportörer samt barktrumman. Biobränslet har en torrhalt på ca 43,8 %, det köpta biobränslet har en torrhalt på 58,7 % och returfiberrejektet 40,8%. Fukthalten gör en stor skillnad i energiinnehåll per ton eftersom vattnet i biobränslet förångas i pannan. [13] Figur 8. Energibalans över renseriet. Rundveden som kommer till avdelningen står för både ved och bark. Totalt omsätts 1 267 GWh/år. Enheten på siffrorna är kwh/adt sulfatmassa. 21
Förbättringar Barkpressar. Nuvarande barkpressar (2 st.) installerades 1985 och är av typen trumpress (Enso trumpress 1700). De är i mycket dåligt skick och måste antingen bytas ut eller genomgå större renovering. Tillgängligheten har under de senaste åren minskat pga. reparationer och driftsproblem. Ett annat större problem med dem är att de inte klarar dagens flöde av biobränsle, uppskattningsvis 55 % av biobränslet pressas, resten går förbi pressarna. Principen för pressarna är att barken skruvas in i en roterande trumma. I botten av trumman finns en cylinder som pressar barken mot sidan av den perforerade trumman. Vattnet läcker då ut och den pressade barken skruvas ut ur pressen.[12] Det alternativ som ses som mest intressant är en ny barkpress, av typen bark master. Den pressen fungerar i princip på samma sätt som de nuvarande. Den stora skillnaden är att den har högre kapacitet samt saknar reglering över hur mycket bark som går in. Barken matas in i trumman i den takt den kommer dit, pressas med en cylinder medan barken går runt i trumman innan den kommer ut på andra sidan. Pressen är självreglerande, får den mycket bark så pressas den kortare tid, får den mindre så pressas den noggrannare. Med dagens konstruktion pressas en del av barken noggrant medan en del går förbi utan behandling. Eftersom det är lättare att pressa ut lite vatten ur mycket bark, än mycket vatten ur lite bark, så blir det en betydande höjning av medeltorrhalten. [12] Om barkpressarna byts ut kommer sållningen samtidigt att byggas om samt andra delar av biobränslehanteringen som är i behov av renovering. Totalt skulle projektet kosta ca 20 miljoner kronor. Torrhalten på biobränslet skulle höjas från 36,5 % till 43 % vilket innebär att ca 9800 m 3 mer vatten pressas bort. Mer energi från samma mängd bränsle erhålls då vilket minskar oljeförbrukningen. Totalt uppskattas besparingen bli 6,5 mkr/år vilket betyder en rak återbetalningstid på 3,05 år. [14] Återbetalningstiden beror på om en ny biobränslepanna byggs. Idag används inte teknik som möjliggör rökgaskondensering men detta är möjligt vid en ombyggnation. I och med rökgaskondensering skulle vinsten i att pressa bort vatten minska. Upptiningsficka Att använda ånga för att ta bort is är onödigt och ångan skulle kunna bytas mot spillvärme i form av varmvatten. Det skulle dock innebära en större ombyggnation av upptiningsfickan samt vattenreningen och vore därför inte ekonomiskt försvarbart. [12] 22
Kokeri Flis kommer in i kokeriet från flisstacken via transportör. Den går via skruvar till flisfickan där veden förvärms med blåsånga från blåstanken. Blåsånga frigörs då trycket sänks efter kokningen. Med minskat tryck sjunker koktemperaturen vilket skapar blåsångan. Flisen har utetemperatur när den kommer in och är ca 90 C då den går ut ur flisfickan. Flisen transporteras med skruv till den av de åtta kokarna som ska satsas. Lut satsas till kokaren och när den är klar startas ångpådraget. Kokaren värms indirekt med ånga från tiobarsnätet, i slutet av kokningen värms även koket något med direktinsprutning av ånga. Från kokaren blåses innehållet till vald blåstank där blåsångan och massan separeras. Blåsångan går antingen till flisfickan och värmer den inkommande flisen eller till sekundärvärmesystemets skiktaccumulator för varmvattenproduktion. Gaserna går till hartskokeriskrubbern där gaserna skrubbas med vitlut. Till destruktion går gaserna från terpetinkylaren samt gaser från kolonnkondensatcisternen i indunstningen. I sekundärvärmesystemet värms 45 C vatten till 75 C. Under koket frigörs terpentinångor som leds ut genom gasventilen i kokarens topp. Dessa ångor värmeväxlas mot inkommande vit och svartlut och terpentinet skiljs från kondensatet i en terpentindekantör. Terpentinet lagras och säljs för närvarande medan kondensatet leds till indunstningens stripperkolonn för rening. Gaserna går till förbränning i mesaugnarna och ersätter en stor del olja. Tvätt Från blåstankarna späds massan med lut och passerar sandfilter innan den defibreras i tre parallallkopplade skivraffinörer. Defibreringen skiljer fibrerna från varandra och massan går vidare till de tre primärsilarna. Fibrerna från silarna går vidare till första tvättsteget och luten går till rejektsystemet för vidare utvinning av fiber och återvinning av lut. Filtren är av motströmstyp och massan går i ordningen 4, 3, 2, 1 medan tvättvätskan går i ordningen 1, 2, 3, 4. Filtren ligger halvt nedsänkt i kar och fibrerna sugs fast på cylindern, roterar över toppen och skrapas av filtret för att hamna i nästa filter. Tvättvätskan spritsas på massan en bit upp på cylindern för att rena fibrerna så effektivt som möjligt. Undertrycket i cylindern skapas med fallrörsprincip av tvättvätskan som gått in i cylindern. Tvättvätskan är efter sista tvättsteget tunnlut som går till indunstningen eller tillbaka till kokeriet. Efter tvättfilterna går fibrerna genom två raffinörer och vidare till ett av de fyra massalagringstornen. 23
Figur 9. Schematisk bild över kokeri och tvätt. Med t/tm avses ton per ton sulfatmassa.
Energibalans Kokeri & Tvätt Flisen kommer från stack och energiinnehållet beräknades från energiinnehållet i svartluten till förbränning, talloljeproduktionen i indunstningen samt värmen i flisen. Energiinnehållet i vitluten antas bestå av enbart värme. Energin som frigörs från vitluten då den används i kokningen försummas. Varmvattnet från indunstningen utgör en stor del av energitillförseln eftersom det rör sig om så stora mängder, 16,8 t/adt sulfatmassa. Vattnet används sedan som kylmedie i skicktackumulatorn och bildar 75 C vatten som lagras i en separat tank. Vattnet är uppdelat i 45 samt 75 C där utgående 45 C framförallt går till pappersbruk. Tvätten tar största delen 75 C, 4,84 t/adt sulfatmassa, sedan pappersbruket med 4,47 t/adt sulfatmassa. En mindre del, ca 1,93 t/adt sulfatmassa går till mesaombränning. Tunnluten innehåller mer energi än flisen. Detta beror på att flisen har är mycket varmare efter kokeriet. Den innehåller dessutom mer varmvatten vilket även bidrar till den större energimängden. Figur 10. Energibalans över kokeri och tvätt. Totalt omsätts 1 539 GWh. Enheten för energiflödena är kwh/adt sulfatmassa.
Förbättringar Silar och defibrörer I kokeriet var rotorerna i silarna slitna och två av fyra är utbytta under 2005. Rotorerna skapar tryckstötar mot silarna och håller dem på det sättet rena. Med nya rotorer minskar eleffektbehovet från 130 till 105 kw enligt tillverkaren. Efter renovering ökade kapaciteten så mycket att en av de tre silarna kunde stängas av vilket gav en minskning av använda eleffekten med 50 kw. Till följd av detta kunde en defibrör stängas av vilket motsvarar en ytterligare minskning med 100 kw. Totalt gav renoveringen en minskning av el med 150 kw vilket motsvarar ca 375 kkr/år. Tvättpress En möjlighet är att installera en tvättpress efter sista tvättsteget i kokeriet. Tvättpressar pressar ur tvättvatten från massan och rent vatten späds in efter pressen. I och med den effektivare reningen av massan skulle mindre tvättvatten kunna tillsättas massan. Allt vatten som tillsätts som tvättvatten måste senare indunstas vilket kräver ånga. Installation av en tvättpress skulle innebära att tunnlutflödet skulle minska från dagens 4,5 t/adt liner till uppskattningsvis 2,5 t/ ADt liner. [15]. Kemiska innehållet skulle vara detsamma som tidigare men luten skulle vara mer koncentrerad. Den minskade vattenmängden till indunstningen innebär en produktionsökning eftersom indunstningen stundtals är produktionsbegränsande. Tvättpressen innebär en höjning av installerad eleffekt i tvätten med 425 kw vilket kostar 1,06 milj kr/år. Det innebär även en sänkning av ånganvändningen i indunstningen med m& m tunnlut m& & massa ånga ton m& ånga = = 2 220000 0.26 = 114400 m& år m& år massa tunnlut Omräknat till ton ånga per timme som medelvärde på ett år blir detta 13 ton/h. I och med att tillgängligheten på indunstningen inte är 100 % ökar tonantalet per timme. Kostnaden under 2004 för marginalånga var 250 kr/mwh eftersom olja användes. I indunstningen kostade ett ton ånga enligt ekvation 12 med 3,5 bars tryck samt 71 % kondensatåterföring 250 (0,71 0,621 + (1-0,71) 0,762) = 165 kr/ton ånga Minskningen av ånga motsvarar 165 114 400 = 18,9 milj. Kr/år. Ångpriset baseras på utfallet för -04 och kommer antagligen att stiga med åren. Enligt äskandet av pengar till projektet är totala investeringen för detta projekt 60 miljoner och vinsten 20 miljoner/år baserat på minskad ånganvändning i indunstningen samt ökad produktion, [15]. I och med ökande energipriser har återbetalningstiden minskat sedan äskandet. Förutom de nämnda fördelarna skulle även inblandningen av styrkehöjande och skumdämpande medel i pappersbruket kunna minskas då fibrerna innehåller mindre lut. Styrkeökningen kan även användas för att öka returfiberinblandningen och därför produktionen. Den minskade mängden vatten i pappersbruket är positiv då mindre vatten som ska omsättas i intern rening samt biorening. Lutbalansen skulle förbättras då mindre lut försvinner till pappersbruket. Lagringskapaciteten skulle öka då en högre koncentration i tornen är möjlig. De senare nämnda förtjänsterna är inte medtagna i äskandet och skulle minska återbetalningstiden. 26
Vid installation av tvättpress är det lämpligt att optimera malningen i massabruket. Det är mycket energieffektivare att mala högkoncentrerad massa än att mala lågkoncentrerad. Om man installerar en tvättpress kommer man därför även att införa effektstyrning av raffinörerna. Detta ingår i kostnaden på 60 miljoner. 27
Indunstning Indunstningens syfte är att dela upp tunnluten i vatten och torrare svartlut. Detta genomförs genom att dunsta bort vattnet från luten med ånga. Vattenmängden som avdunstas är framtagen som skillnaden i vattenmängd mellan inkommande tunnlut och utgående tjocklut, 173 kg vatten/h. Ångan som används motsvarar 45,2 ton/h vilket ger nyckeltalet 0,26 ton ånga (3 bar) för att avdunsta ett ton vatten från luten. Tunnluten som kommer från tvättning har en torrhalt på 11,5 % och efter indunstning har luten en torrhalt på 69,82 % och den kallas då tjocklut. Indunstningen består av två parallella indunstningslinjer med sex effekter (steg) var. Den första anläggningen, indunstning II, är från 1961 och används som förindunstning. Den andra, indunstning III, från 1978 är huvudindunstare. I förindunstningen är alla effekter av typen kestnerindunstare, en typ av stigfilmsindunstare. I huvudindunstningen är fem effekter av typen kestner och den sista (från luten sett) är av sjunkfilmstyp. Färskånga tillsätts i första effekten, för resterande effekter används lutångan från föregående steg som utdrivande ånga. I varje steg sänks trycket och i de två sista effekterna i varje linje är det undertryck. Undertrycket skapas genom att efter sista steget kondensera lutångan mot inkommande kallvatten. Kondensatet från lutångan pumpas sedan för att uppehålla underttycket. Det värmda råvattnet går till kokeriets 45 C tank. Lutångan kyls något mot utgående tvättvätska och går till stripperkolonn. I kolonnen separeras flyktiga ämnen från vatten med destilationsprincipen. Det renade lutångkondensatet går till tvätten för att användas som tvättvätska. Den delen av lutångorna som inte kondenserar går till mesaugn 2 efter vidare kylning i refluxkondensorn samt justerande värmeväxlare. Gaserna till mesaugnen har ett energiinnehåll som motsvarar ca 10 920 MWh/år. [9] Starka gaser är svavelföreningar som exempelvis svavelväte, metylmerkartan och dimetylsulfid med en koncentration av svavelföreningar som är lika med eller över 40 %, [4]. 28
Figur 11. Förenklad bild över indunstningen. Övre indunstningsserien är indunstning 2 och nedre är indunstning 3. I övre högra hörnet ses kolonnen som tar hand om strippergaserna. Mellanluten till indunstning två och tre förvärms innan den går till första indunstningsapparaten, bland annat i den inritade refluxkondensorn. 29
Energibalans Tunnlutens energiinnehåll beräknades från tjocklutens samt talloljans kemiska innehåll vilket totalt var 903 GWh/år respektive 118 GWh/år. Värmen i tunnluten motsvarar 163 GWh/år. Kylvattnet används för att kondensera lutångorna och skickas till kokeriet. Där lagras det i tank. Vattnet från indunstningen håller normalt en temperatur på 50 C. Vattnet från 45 Ctanken används framförallt i pappersbruket men även till hetvattenproduktion i kokeriet. Lutångkondensaten återförs till tvätten och vitlutsberedningen vilket ökar återvinningen av vatten i systemet. Därigenom slipper men även att värma vatten som används som tvättvatten. De starka gaserna innehåller höga halter metanol men även andra brännbara ämnen samt vatten. Energitillskottet baseras på oljetillsats då gasflödet stängs av och är totalt 11 GWh. Figur 12. Energibalans över indunstningen. Totalt omsätts 1 486 GWh. Enheten i diagrammet är kwh/adt sulfatmassa. 30
Förbättringar Talloljan säljs idag till utomstående men i framtiden är det möjligt att den kommer att brännas i sodapannan. Den är ungefär lika energirik som eldningsolja och skulle ge mer mottrycksånga vilket ger mer el och samtidigt mindre oljeanvändning. Detta ger även ökade intäkter m ha gröna certifikat. Med dagens priser på tallolja är det dock ekonomiskt fördelaktigt att sälja den. Refluxkondensor Refluxkondensorn värmeväxlar starka gaserna från strippern mot mellanlut till indunstning 2. Mellanluten förvärms sedan med ånga för att få upp temperaturen ytterligare. Starka gasernas temperatur justeras med råvatten. Med nya refluxkondensorn kommer mer värme att överföras så att behovet av ytterligare temperaturreglering minskas. Färskånganvändningen för lutförvärmning beräknas minska med 3 ton/h [16] vilket motsvarar 3,8 miljoner kr/år. Minskningen av ånganvändningen med 3 ton/h, som kyls med nollgradigt vatten så att 2752 3 ton kylvattnet blir 50 C innebär ett massflöde av kylvatten med = 39.5. 4.18( 50 0) h kj Där entalpin på ånga är 2752 kwh/ton [17] och 4.18 är specifika värmekapaciteten kg C för vatten. Under 2004 var medelproduktionen 24,86 ton sulfatmassa per timme vilket betyder en minskning av specifika kylvattenflödet på 1,76 t/adt sulfatmassa. Normalt används ca 36 ton ånga till indunstningen vilket bör ge en varmvattenproduktion 2752 36 ton på ca = 474, förutsatt att temperaturen är satt till 50 C. 4.18 50 0 ( ) h Den nya refluxkondensorn kommer således att minska varmvattenflödet till kokeriet med 39,5 ton per timme, eller 8,3 %. Under sommarperioden finns inget behov av mer varmvatten eftersom det breddar över i kokeriet. Under kalla vinterperioder kan det vara tillfällig brist på varmvatten och då måste vatten värmas med ånga. Varmvatten Det är möjligt att dra det breddande vattnet från 45ºC-tanken till värmeåtervinningen till Umeå energi. Det rör sig dock om en lång sträcka och kräver troligtvis pumpning. Om det finns önskemål om ökat utnyttjande av värme utan värmeväxling bör detta alternativ undersökas vidare. Förslagsvis börjar en sådan undersökning med mätning av hur mycket vatten som breddar ut ur tanken vid olika utetemperaturer. Rördragning bör sedan undersökas samt val av eventuell pump samt pumpgrop. Från underlaget bör en ekonomisk analys kunna genomföras om åtgärden bör genomföras eller ej. 31