EXAMENSARBETE - DiVA portal1015223/FULLTEXT01.pdf · 2016-10-04 · EXAMENSARBETE 2010:038 CIV...

EXAMENSARBETE2010:038 CIV

EXAMENSARBETE

2010:038 CIV

Petter Kyösti

Energianalys av ett pappersbruk med förbättringsförslag

CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET Maskinteknik

Luleå tekniska universitet Institutionen för Tillämpad fysik, maskin- och materialteknik

Avdelningen för Datorstödd maskinkonstruktion

EXAMENSARBETE

2010:038 CIV

Petter Kyösti





EXAMENSARBETE

2010:038 CIV

Petter Kyösti





EXAMENSARBETE

2010:038 CIV

Petter Kyösti





Energianalys av ett pappersbruk med

förbättringsförslag SCA Packaging Obbola AB

Petter Kyösti

Examensarbete 2010 civilingenjörsprogrammet maskinteknik Luleå tekniska universitet

i

Sammanfattning

Denna rapport beskriver energianvändningen vid massa- och pappersbruket SCA

Packaging Obbola AB för 2008. För att komma fram till resultat har krävts ett

omfattande arbete med att klargöra produktionsprocessen ur ett energiperspektiv.

Fabriker av den här typen kan synas vara likartade, i och med att de tar in ved som

råvara och tillverkar papper. På grund av specifika förutsättningar och lokala

lösningar på processproblem så krävs dock ett gediget undersökande arbete för att

förstå processen. En stor del av insamlandet av information har bestått i att

undersöka interna dokument samt att genomföra informella intervjuer.

Energiflödena har redovisats med Sankey-diagram för brukets större avdelningar.

Jämförelser av nyckeldata har genomförts med data från 2004 i [8] Rickard

Rönnkvists energianalys. Sedan energianalysen 2004 genomfördes har

produktionen av papper med högre returfiberandel ökat och konsumtionen av

eldningsolja och returfiberrejekt minskat. Elförbrukningen har ökat men också

elproduktionen vilket gör att nettot i princip förblivit oförändrat. Förutom

energianalysen har även potentiella energibesparande åtgärder undersökts, vilket

inkluderar allt från rena investeringar till mindre förändringar som bättre

processreglering. Ett visst fokus har riktats mot elbesparande åtgärder på grund av

de mål som energimyndighetens program för energieffektivisering innebär. Även

pågående och nyligen avklarade projekt med energibesparande inslag har

undersökts. Följande förslag är utredda:

Tvättpress

Vedupptining med klarfiltrat

Vedupptining med råvatten

Driftoptimering raffinörer

Värmeåtervinningsprojekt

Sotångreglering

Luftning Hyperdrive

Mikroluftning

Timerstyrda motorvärmare

Virtuella serversystem

Ny klassningsrutin för elmotorer

Förbättrad översikt av fabriksinfosystem

Förbättrad biobränsleblandning

Filter mesaugn

Cyklontork

Förbättrade silplåtar och rotorer

Driftoptimering defibrörer

El av spillvärme

Lågenergibelysning

iii

Abstract

This thesis describes energy consumption at the pulp- and paper mill SCA

Packaging Obbola from 2008. In order to accomplish this report a rigorous study

of the paper production process had to be conducted. Because of the unique

composition of this type of facility a lot of the research had to be done through

informal interviews and studying internal documentation. Comparisons of key

figures are made versus the figures from 2004 presented in [8] Rickard

Rönnkvist’s energy analysis. Energy flows are presented in Sankey diagrams for

all main departments of the mill. Two major changes since the last evaluation are

that an increased part of the raw material consists of recycled paper and that the

consumption of fuel oil has decreased. Electric power production has increased

but also the electric power consumption, which cancels out the net change.

In addition to the energy analysis, potential energy saving measures has been

studied. This includes a whole range of improvements from pure investments to

low cost low gain suggestions like improved process control. Especially electric

power savings are of interest partly because of the demands involving PFE

membership and partly because electric power savings are among the easiest

investments to translate into real savings. Ongoing and newly finished projects are

also examined. The studied improvements are:

washing press

wood de-icing with white water

wood de-icing with fresh water

process control of refiners

heat recovery project

soot blower control

Hyperdive aerator

aerator using micro bubbles

timer controlled car engine heaters

virtual server systems

new classification routine for electric motors

improved energy monitoring

improved bio fuel mix

improved lime mud dryness by replacing centrifuges with filter

lime mud cyclone dryer

improved screen plates and rotors

process control of defibrators

electric power from excess heat

low energy lighting

v

Förord

En kall vinterdag i januari 2010 avslutades det här examensarbetet som är

slutfasen för civilingenjörsprogrammet Maskinteknik vid Luleå tekniska

universitet. Mitt examensarbete har jag haft förmånen att genomföra på SCA

Packaging Obbola AB, som är en del i företagets energieffektiviseringsarbete.

Jag vill speciellt tacka:

examinator Lennart Karlsson och handledare Jan Dahl,

handledare på Obbola pappersbruk Nils Gilenstam,

och alla på företaget som har hjälpt mig på vägen, däribland

Martin Wahlberg,

Olof Öhgren,

Hans Thoren,

Erik Sandberg,

Kristina Jonsson,

Maria Lindgren,

Niclas Ahnmark,

Tilda Nordin,

Urban Brännström och

Sören Marklund.

Dessutom vill jag tacka Johan Eriksson på ATEK och Tomas Lagerfelt på ABB.

vii

Innehåll 1 Introduktion .................................................................................................... 11

1.1 Syfte ........................................................................................................ 11 1.2 Mål .......................................................................................................... 11

2 Beskrivning av programmet för energieffektivisering, PFE ............................. 13 3 Nyckeltal ........................................................................................................ 15

4 Metod och genomförande ............................................................................... 17 4.1 Kreativ metod .......................................................................................... 17

4.1.1 Planering och Genomförande ............................................................ 18 4.2 Hur ställs förbättringsåtgärderna mot varandra? ....................................... 18

4.3 Energibärande medium ............................................................................ 18 4.3.1 Rapporter och rapporteringssystem ................................................... 19 4.3.2 Pappersmassa .................................................................................... 19

4.3.3 Rökgaser ........................................................................................... 19 4.3.4 Luft ................................................................................................... 20

4.3.5 Vatten ............................................................................................... 20 4.3.6 El ...................................................................................................... 20

4.3.7 Ånga ................................................................................................. 21 4.3.8 Vedråvaran ....................................................................................... 21

4.3.9 Lut .................................................................................................... 22 5 Energianvändning ........................................................................................... 25

5.1 Elanvändning ........................................................................................... 25

5.2 Oljeanvändning........................................................................................ 27 5.3 Energianvändning i framtiden .................................................................. 28

5.4 Jämförelse mellan bruk ............................................................................ 29 6 Beskrivning av anläggningen, dess energiflöden och förbättringsmöjligheter .. 31

6.1 Totala anläggningen................................................................................. 31 6.1.1 Utökad mätning och tolkning av energiflöden ................................... 34

6.1.2 Virtualiserade serversystem............................................................... 34 6.1.3 Timerstyrda motorvärmarstolpar ....................................................... 35

6.1.4 Ny inköpsrutin baserad på högre klassning av motorer ...................... 35 6.1.5 Belysning .......................................................................................... 37

6.2 Renseri .................................................................................................... 38

6.2.1 Vedförvärmning ................................................................................ 40 6.3 Kokeri och Tvätt ...................................................................................... 41

6.3 Kokeri och Tvätt ...................................................................................... 41 6.3.1 Flisficka/ förbasningskärl .................................................................. 43

6.3.2 Tvättpress ......................................................................................... 43 6.3.3 Ny malstrategi utan raffinörer ........................................................... 44

6.3.4 Förbättrad reglering av defibrörerna .................................................. 44 6.4 Indunstning 2, 3 och 4.............................................................................. 46

6.4.1 IND 2 och IND 3 .............................................................................. 46

viii

6.4.2 IND 4 ................................................................................................ 46 6.5 Vitlutsberedning, mesaombränning och kemikalieåtervinning .................. 49

6.5.1 Filter mesaugn .................................................................................. 51 6.5.2 Cyklontorkning av mesa.................................................................... 52

6.6 Sodapanna, SP2 ....................................................................................... 53 6.6.1 Sotångreglering ................................................................................. 57

6.7 Turbinanläggning..................................................................................... 58

6.8 Ångcentral, ÅC2 ...................................................................................... 59 6.8.1 Förbättrad biobränsleblandning, ........................................................ 61

6.9 Returfiberavdelning ................................................................................. 62 6.9.1 Nya silplåtar och rotorer .................................................................... 63

6.10 Pappersmaskin ....................................................................................... 64 6.10.1 Värmeåtervinningsprojekt, VÅV ..................................................... 66

6.10.2 Återcirkulera kylvatten kvarnar ....................................................... 66 6.11 Biologisk rening och avlopp .................................................................. 67

6.11.1 Microluftare .................................................................................... 69 6.11.2 Hyperdiveluftare ............................................................................. 69 6.11.3 El av spillvärme .............................................................................. 70

6.12 Sammanfattning förbättringsåtgärder och status ..................................... 70 6.12.1 Pågående projekt ............................................................................. 70

6.12.2 Förkastade/ under utredning ............................................................ 70 6.12.3 Förslag på framtida projekt ............................................................. 71

7 Diskussion och slutsatser ................................................................................ 73 7.1 Källor ...................................................................................................... 74

7.2 Uppföljning på kreativ idéproduktion....................................................... 74 7.3 förslag på jämförelse mellan investeringar ............................................... 74

7.4 Förlustparametrar..................................................................................... 77 7.5 Alternativ investeringsmodell .................................................................. 78

8 Referenser ...................................................................................................... 81

Bilaga 1 – Mollierdiagram för rökgas ................................................................ 83 Bilaga 2 – Beräkningar ...................................................................................... 85

Bilaga 3 – Energibalansförklaringar .................................................................. 89 Bilaga 4 – Opcon:s El av spillvärme .................................................................. 95

Bilaga 5 – Ny klassning av motorer av ABB...................................................... 97 Bilaga 6 - Kreativ ideproduktion ....................................................................... 99

Bilaga 7 - Övervägda idéer .............................................................................. 101 Bilaga 8 – Förstudie ........................................................................................ 103

ix

Figurer och tabeller

figur 1.tallvedens sammansättning

figur 2. elförbrukningen uppdelat på avdelningar

figur 3. specifik elförbrukning pappersbruket, kWh per ton prima liner

figur 4. specifik elförbrukning massabruket, kWh per ton prima liner

figur 5. oljeanvändning de senaste femton åren

figur 6. blockschema över värmeenergiflöden

figur 7. geografisk bild över Obbola massa- och pappersbruk

figur 8. energiflödesdiagram Obbola massa och pappersbruk, kWh/ton-liner figur 9. återbetalningstid vid val av högre klassning

figur 10. energiflödesdiagram över renseriet, kWh/ton-sulfatmassa

figur 11. energiflödesdiagram för kokeri och tvätt, kWh/ton-sulfatmassa

figur 12. försök att dra isär kvarnskivorna max med manuellt reglage

figur 13. energiflödesdiagram över indunstningen, kWh/ton-sulfatmassa

figur 14. energiflödesdiagram vitlutsberedning, kWh/ton-sulfatmassa

figur 15. kretsloppet: Indunstning, Mesabränning och Mixeri

figur 16. data sodapannan SP2 figur 17. energiflödesdiagram sodapanna, kWh/ton-sulfatmassa

figur 18. energiflödesdiagram turbinanläggning, kWh/ton-sulfatmassa

figur 19. energiflödesdiagram ångcentral 2, kWh/ton-sulfatmassa

figur 20. energiflödesdiagram returfiberavdelning, kWh/ton-returfibermassa

figur 21. energiflödesdiagram pappersmaskin, kWh/ton-liner

figur 22. blockdiagram biorening

figur 23. energiflödesdiagram biorening, kWh/ton-sulfatmassa

figur 24. jämförelse investeringar figur 25. förluster och okända parametrar

tabell 1. nyckeltal

tabell 2. jämförelse specifik elförbrukning

tabell 3. vedförvärmning

tabell 4. kvantifierade förbättringsåtgärder

tabell 5. Rangordningsunderlag

tabell 6. Formler för framtagande av jämförelse tal

11

1 Introduktion SCA Packaging Obbola AB är ett pappersbruk som producerar och säljer ytskiktet,

kallat liner, till wellpappförpackningar. Papperstillverkning är en mycket

energikrävande process och därför är det en nödvändighet att undersöka hur

energiförbrukningen kan effektiviseras. Genom att deltaga och uppfylla kraven

som energimyndigheten ställer, kan företag sänka sin skatt på el. Enligt kraven

ska energiflöden dokumenteras och förslag på åtgärder ska ges som minskar

elanvändningen motsvarande skattens inverkan. Denna rapport är exkluderar data

enligt företagets restriktioner.

1.1 Syfte

Syftet med arbetet är att genomföra en analys av energiflödena vid sulfatmassa-

och pappersbruket som innefattar alla använda energislag. Förutom analysen ska

förslag på åtgärder som ger energibesparingar tas fram. Besparingarna ska helst

ha en återbetalningstid på under tre år, utan räntekostnad. Även planerade och

redan genomförda åtgärder redovisas. Kraven på analysen och förslagen är att de

ska vara tillräckliga för deltagande i energimyndighetens program för

energieffektivisering, PFE.

1.2 Mål

Målen med denna rapport är således:

Övergripande energiflödesanalys för hela fabriken

Förslag och analys på energibesparande åtgärder

Rapporten ska dessutom godkännas som examensarbete för

civilingenjörsprogrammet i maskinteknik.

13

2 Beskrivning av programmet för energieffektivisering, PFE Den 1 juli 2004 höjdes skatten på processrelaterad el från 0 till 0,5 öre/kWh som en

anpassning till EG:s energisskattedirektiv. Direktivet innebär samtidigt att

energiintensiva företag kan reducera skatten till 0 öre/kWh om de uppfyller kraven

för PFE.

Vid halvårsskiftet 2009 startar en ny programperiod i PFE. Många företag som

ansöker till den nya perioden har redan deltagit i en programperiod under

perioden juli 2004-juni 2009. Företagen har under denna period genomfört de

moment som [1] lagen kräver.

För medlemskap i PFE krävs införsel av ett energiledningssystem, ELS. I ELS

ingår en energianalys som är mer djupgående än standarden för

energiledningssystem. Energianalysen ska utföras med systemperspektiv samt

vara både kort- och långsiktig.

Programmet har två faser: de första två åren för införande och certifiering av

energiledningssystem. En åtgärdslista för elbesparande åtgärder ska tas fram för

de processförändringar som medför minskad elanvändning. Under den andra

programfasens tre år ska åtgärder genomföras i enlighet med åtgärdslistan. Listan

kan kompletteras under programtiden men synnerliga skäl måste finnas om

fastställda åtgärder inte genomförs under programperioden.

I programmet ingår även att motorer som köps in ska ha den högsta klassningen,

det vill säga EI3. I nuläget så är inköpsstandarden EI2. Detta innebär konkret att

företaget måste ändra sina inköpsrutiner så att senast från och med tidpunkten för

2-årsredovisningen köper motorer av klass EI3 om:

Sådan motor finns tillgänglig i önskad effektklass

Merkostnaden är återbetald inom tre år

Företaget inte istället låter en LCC-beräkning styra valet av motor

Detta enligt [7] energimyndigheten.se/PFE, och [46] ekodesignförordningen.

15

3 Nyckeltal Tabell 1 visar fabrikens viktigaste värden för 2008. Denna lista är viktig ur ett

energiflödesperspektiv eftersom den åskådliggör de viktigaste flödena till och från

fabriken och sammanfattar fabrikens aktuella läge.

Produktion ton MWh Referens Jämförelse mot

2004, kvot

Linerproduktion 416 658 [9] 1,002

Kraftliner 224 084 [9] 0,866

Eurokraft 192 574 [9] 1,308 Sulfatmassa 233 785 [9] 1,025

Returfibermassa 184 443 [9] 1,024

Tallolja 7 738 77 703 [9] 0,876

Terpentin 279 3 408 [9] 0,444

Kappatal 83,93 [9] 0,986

Råmaterial m3f

Rundved 664 153 773 851 [9] 1,070

Sågverksflis 227 350 244 633 [9] 0,930

Vrak + torrflis 23 431 25 212 [9] 1,332

Ved totalt 914 934 1 043 696 [9] 1,036

Returbalar (ton) 213 152 24 970 [9] 1,025

Olja Nm3 MWh

Ångcentral 2 3 684 48 207 [10] 0,277

Mesabränning 6 849 73 642 [9] 1,267

Sodapanna, total 4 545 49 044 [21] *17,480

Tilläggspanna 2 & 3 1 098 11 803 [18] 1,220

Totalt 262 495 181 876 [10] 1,160

Ångcentral 2 m3 MWh

Egen bark 327 594 148 906 [9] 1,033 Köpt bark 237 111 118 555 [9] 0,970

Olja 4 468 48 207 [10] 0,277

Returfiberrejekt (inkl fukt) 7 491 ton 24 970 [9] 0,398

Sodapanna MWh

Tjocklut 268 862 m3 771 598 [9] 1,026

Beckolja

Torrhalt 68,80% [32] 0,985

Effektivt värmevärde 8,00 MJ/kg** [20] 0,941

16

Elförbrukning MWh

Massabruk 102 616 [6] 0,980

Returfiber 28 924 [9] 1,117

Pappersbruk 220 082 [6] 1,167

Totalt 322 698 [6] 1,002

Egen Produktion 140 425 [6] ***2,144 tabell 1. nyckeltal

* I den nya sodapannan förbränns beckolja se 5.2 Oljeanvändning

** Värdet är beräknat på hela bränslet och för torr reducerande miljö

*** I nya sodapannan och turbinen är elproduktion prioriterad

17

4 Metod och genomförande Arbetet inleddes med att göra en förstudie. I den sattes målen upp och en grov

tidsplan i form av ett ganttschema upprättades. Förstudiens dokument kan ses i

bilaga 8. I en första fas fokuserades arbetet på att förstå fabriken och producera en

detaljerad energiflödesanalys. Detta genom att använda branchspecifik litteratur,

interna rapporter och programvara för att övervaka processen. Dessutom hölls

hela tiden en dialog både med personer med överblicksbild och med

specialkunskap för att underlätta att klarlägga sambanden i denna processindustri.

I andra fasen sattes förbättringsåtgärderna i fokus. Under hela arbetet användes

[36] Product design and development som stöd. Målet var hela tiden en

tidsoberoende lista på förbättringsåtgärder som företaget kan återkomma till som

vägledning i utvecklingsarbetet. Grundarbetet som gjordes i den första fasen

granskades och bekräftades med fokus på okända parametrar och kontinuitet i

flödena för att kontrollera tillförlitligheten. Den mesta tiden av arbetet förlades på

plats i fabrikens lokaler. Allt eftersom arbetet fortskred fylldes en lista på med

både egna och andras idéer på förbättringsåtgärder. Denna lista utreddes sedan

med utgångspunkt från behov och potential. När bilden av fabrikens energiflöden

utkristalliserats hölls kreativa möten med syfte att lösa problemen ur en kreativ

synvinkel. Slutligen valdes ett mindre antal idéer ut och granskades i detalj. För

att förenkla iakttagelser anpassades delar av rapporten, till exempel nyckeltalen,

för att vara jämförbara mot motsvarande rapporter som gjorts tidigare år och på

andra fabriker.

För att åskådliggöra energiflöden mer detaljerat uppdelades fabriken i

överblickbara delar med stöd av [8] Energianalys 2006 av Rickard Rönnkvist

samt [11] Energianvändning inom massa- och pappersindustrin SCA-Nordliner

Munksund. Enheten ”per ton sulfatmassa” används i alla sektioner förutom

pappersbruket och den totala som använder ”per ton liner”. Returfiberavdelningen

använder enheten ”per ton returfibermassa”. Anledningen till avdelningarna har

olika enheter är att värdena ska kunna vara jämförbara mot andra bruk och vara

relevanta för avdelningen. Returfiberavdelningens energianvändning är

exempelvis relativt oberoende av produktionen på papper så den rimliga enheten

är därför ”per ton returmassa”.

4.1 Kreativ metod

För att för en bredare bild av vilka möjligheter som finns till hands så har ett möte

hållits där målet var att via en erkänd kreativ metod komma fram till nya idéer att

spara energi. Som stöd för planeringen av mötet användes [2] Product design and

development.

18

4.1.1 Planering och Genomförande

Tre medlemmar förutom jag själv deltog i den en och en halv timme långa

ideverkstaden: [28] Olof Öhgren, [16] Kristina Jonsson och [26] Nils Gilenstam.

Som hjälpmedel användes gula lappar och whiteboard. Först genomfördes en

uppvärmningsövning för att mentalt ställa in gruppen på det tankesätt som krävs

för den här sortens utvecklingsarbete. Uppvärmningsövningen innebar en

ordassociationsövning som gick till så att mötesledaren, jag själv, skrev ned ett

ord på en gul lapp. Ordet i sig är betydelselöst men måste vara ett ord som alla

deltagare känner väl till. Jag valde ordet TV. Sen associerade deltagarna runt det

här ordet och skrev nya lappar, runt vilka det associerades vidare. Efter det

ställdes själva fokusfrågan som centrum för brainstormingen. Frågan var: ”Hur

kan man tillvarata energin i sekundärvärmesystemet (spillvärme)”. Medlemmarna

ombads sedan skriva ned så många idéer som möjligt på gula lappar. Detta

fortsatte tills dess att aktiviteten uppstannat. Medlemmarna fick sedan förklara

sina idéer och sätta upp lapparna runt frågan. Redan här startade den egentliga

brainstormingen eftersom många följdfrågor kom upp och utreddes med nya idéer

som följd. Efter att alla idéer hade förklarats diskuterade medlemmarna vidare hur

man kunde koppla samman lapparna och utveckla tankegångarna till nya idéer.

Slutligen sammanfattades det kreativa mötet och rimligheten i olika möjligheter

diskuterades. Alla idéer som kom upp och skrevs ned på en gul lapp kan ses i

bilaga 6. Dessa skickades sedan ut till deltagarna efter mötet.

4.2 Hur ställs förbättringsåtgärderna mot varandra?

Eftersom förbättringsåtgärder kan vara av olika slag så är det svårt att jämföra

dessa mot varandra. För de förbättringsåtgärder som är traditionella investeringar

är det mer entydigt hur de ska jämföras mot varandra medan regleringar,

kartläggningar inte kan mätas efter samma måttstock. Dessutom är det inte lika

intressant att mäta beslutade och pågående investeringar mot potentiella.

Resterande investeringar kommer först att jämföras i polära diagram, även kallade

nätdiagram, där fyra olika axlar motsvarar fyra egenskaper som man vill jämföra.

Investeringarna kommer sedan att jämföras efter hur väl de placerar sig i

respektive kategori. Av detta kan en rangordning skapas som åskådliggör vilka

investeringar som är borde prioriteras. En extra rangordning kommer dessutom att

göras med endast elbesparingar som variabel eftersom det är ett viktigt resultat av

rapporten.

4.3 Energibärande medium

Energi transporteras i en pappersfabrik genom många olika medium som alla

måste behandlas på ett genomtänkt sätt. I följande kapitel utreds de viktigaste

energibärande medium.

19

4.3.1 Rapporter och rapporteringssystem

Värden på alla större energikonsumtions och produktionsställen erhölls genom ett

antal metoder. De tekniskt enklaste bestod i att granska tidigare rapporter, till

exempel [9] Miljörapport 2008, [8] Månadsrapporter och [10] Energibalans 2008.

Dessutom användes [44] energimyndighetens dokument i ämnet. I somliga fall

var det enbart en fråga om att verifiera att värdet var rimligt medan det i andra

krävdes en och i andra fall rör det sig om beräknade värden. Viktigt var det även

att avgöra om värdet ingick under annan post. Ett annat sätt var att använda

fabriksinfosystemet [32] som innehåller data från över 12 000 mätpunkter med

sparad historia många år bakåt i tiden. Svårigheten ligger i att ta reda på exakt hur

flöden och kopplingar förhåller sig och därmed få de korrekta data som eftersöks.

4.3.2 Pappersmassa

Den delen av flisen som blir pappersmassa räknas vara utan energiinnehåll

eftersom denna del, alltså fibrerna, går rakt igenom processen utan att ge något

energitillskott. Däremot så måste PC bestämmas för pappersmassa. Denna är

beroende av fördelningen torrmassa-vatten. Specifika värmevärdet PC är känt för

vatten som 4,18 KJ/kg/K, vilket motsvarar 0 % torrhalt. PC är dessutom känd vid

9,88 % torrhalt till 3,76 KJ/kg/K enligt [8] tidigare energirapport. Genom att anta

linjärt förhållande så fås en uppskattning om hur mycket termisk energi massan

kan bära. Anledningen till att denna grova approximation är tillräcklig är dels att

massan har runt 10 % torrhalt då den går mellan massabruket och

pappersmaskinen och dels att den här energin inte går att utnyttja till något

eftersom den redan tjänar ett syfte då massan ska ha en viss temperatur då den går

in i pappersmaskinen

4.3.3 Rökgaser

Rökgaserna innehåller förutom de normala vid förbränning av organiskt material

( 2CO , OH 2 , 2N , NO , 2NO , CO och 2O ), 2SO och stoft bestående av 42SONa .

Specifika entalpin för de olika gaserna återfinns i tabell 6.1.7-1 i [39]

Energiteknik. Energivärdet av rökgaser beror framförallt på flödet, fukthalten och

temperaturen. I en ideell reaktion så skulle exakt rätt mängd syre kunna tillföras

pannorna och därmed minimera förlusterna. I verkligheten så tar dock reaktioner

tid, en mindre del bränsle förblir oförbränt och omblandningen är aldrig optimal.

Detta gör att ett överskott av syre måste tillföras. Regelbundna kemiska analyser

på bränslet görs. Analysen ger halterna av kol, svavel, väte, kväve och syre.

Syreöverskottet som lämnar skorstenarna tillsammans med det stökgeometriskt

kända syrebehovet och den tillförda bränslemängden ger det totala rökgasflödet

och dess energimängd. Till rökgaserna räknas även sotånga som är ånga vilken

använts för att rengöra pannan. Rökgaser värmeväxlas mot ingående luft i

20

sodapannan för att tillvarata värmen. Data för rökgasutsläppen hittats i [23]

periodisk besiktningsprotokoll och [22] Månadsrapporter 2008 för ångcentralen.

4.3.4 Luft

Temperatur på ingående luft har från [32] fabriksinfosystemet erhållits till att ha

årsmedeltemperaturen 6,15 °C. För luft har det stor betydelse hur systemgränserna

väljs med avseende på förvärmningen. I denna rapport räknas den kostnadsfria

förvärmningen utanför systemgränsen. Detta för att påvisa den viktiga skillnaden

mellan de steg av förvärmning som sker med spillvärme och de som sker med

primärenergi som färskånga. Fördelen med detta betraktningssätt är att det blir

enklare att utvärdera hur stor del av den tillförda energin som är kostnadsfri. I

pappersbruket och sodapannan värms ingående luft med hjälp av sekundärvärme.

4.3.5 Vatten

Stora mängder vatten används i en pappersindustri. Det gör att även om

temperaturen på råvattnet är låg så blir det ändå en signifikant del av

energibalansen. Ungefär en femtedel av all energi som går in i fabriken är

vattenburen och hälften av all som går ut.

Referenspunkten är satt till 0 °C Celsius och energivärdet ges av

mTTCE REFKP . (1)

Överskott på varmvatten är svårt att tillvarata och det är också därför som så

mycket körs ut till recipient. Dock används också mycket varmvatten i processen

och därför är det viktigt att se över systemen för att kunna tillvarata energin.

Övervakningssystemet ger att temperaturen på råvattnet, som tas en bit uppströms

i älven vid Degernäs råvattenstation, har i medel en temperatur på 8,49 °C då det

är framme vid fabriken.

4.3.6 El

Användningen av den elektriska energin är väl dokumenterad genom mätning av

egenproducerad och inköpt el. Dessa data kan hittas avdelningsvis i Elrapporten,

[6]. Denna energityp är i fokus i denna rapport eftersom det är ett av kraven för

PFE att elförbrukningen ska minskas med lika mycket som skattens inverkan, det

vill säga 2,63 GWh. Fabrikens största elkonsumenter har trefas växelström.

Undantagen är drivningen av pappersmaskinen som har likströmsmotorer.

För kostnadsberäkningar används antingen uppmätt effekt eller ström. Kostnaden

för processrelaterad el fås av [12] investeringsunderlaget. Dessutom påkommer

kostnader för elcertifikat i de fall då elen inte är direkt processrelaterad, till

exempel för viss utomhusbelysning. För större högspänningsanläggningar

tillämpas uppdelningen:

Fast avgift (oberoende av effekt)

21

Abonnemangsavgift (effektberoende)

Högbelastningsavgift (effektberoende)

Abonnemangsavgiften är knuten till den maximala effekten per timme och

högbelastningen till den maximala sextimmarseffekten. Detta enligt [37]

Energikompendium för massa- och pappersindustrin.

4.3.7 Ånga

Ånga tillverkas i ångcentralen och i sodapannan och flera av fabrikens delar

använder sig av ånga som sin viktigaste värmeenergikälla. De största direkta

förbrukarna är pappersbrukets torkparti, indunstningen samt kokeriet enligt

energibalans 2008 [10]. Dessutom är ånga värdefullt eftersom det omvandlas till

elektrisk energi via turbinen. Således kan en besparing av ånga innebära en

ökning av producerad el, eller en minskning i förbrukad olja. I fabriken används

ånga av fyra trycknivåer 3, 10, 30 och 110 bar. Dessa kallas ibland för LT

(lågtryck), MT (mellantryck), MT2 (högmellantryck) samt HT (högtryck). Ångan

från sodapannan har ett tryck på 110 bar och går enbart till turbinen och

tryckreduceringen. Turbinen, som är en mottrycksturbin, reducerar 110 bar ångan

ned till 10 och 3 bar samtidigt som el utvinns. Mottrycksturbiner har väldigt hög

verkningsgrad förutsatt att en ångkonsument för låg- och mellantrycksånga finns.

Från ångcentralen är ångtrycket 30 bar och används bland annat till att sota

sodapannan, värma matarvatten och ladda upp ackumulatorn. Energivärdet per kg

ånga kan bestämmas från mollierdiagram om temperaturen och trycket är kända.

Eftersom det är väldigt energikrävande att framställa ånga vill man använda hela

potentialen och dessutom undvika att använda ånga där spillvärme kan användas

istället. Trycknivån på 3 bar nätet styrs av lasten på indunstningen. En jämn och

hög produktion av ånga med små gradvisa förändringar är optimalt för effektiv

produktion. De största användarna av ånga är pappersbrukets torkparti, kokeriet

samt indunstningen. Medan indunstningen inte har några problem med att hålla en

jämn produktionstakt så är det å andra sidan omöjligt att få kokeriet att använda

ånga i en jämn takt. Detta för att fabriken använder sig av batchkokning där åtta

kokare körs separat istället för en kontinuerligt. Att ångkonsumtionen i

pappersbruket svänger från 20 till 150 MW kan inträffa under väldigt korta tider.

Av denna anledning finns en ackumulator som ger personalen i ångcentralen tid

att ändra lasten för biobränslepannan och variera sin ångproduktion.

4.3.8 Vedråvaran

Veden barkas, det vill säga delas upp i flis och bark, i renseriet. Bark bränns i

ångcentralen för att få ånga och flisen går till kokeriet. Ved består biologiskt av

cellulosa, hemicellulosa, lignin, och bark samt extraktivämnen. Beståndsdelarna i

tallved kan ses i figur 1. Efter kokeriet har man fått ut pappersmassan som består

till största delen av cellulosa och en del hemicellulosa. Dessutom har man fått ut

svartluten som innehåller, förutom de förbrukade kokkemikalierna, mest lignin

22

men också hemicellulosa och en del extraktivämnen. Efter att ha fått sin torrhalt

ökad i indunstningen kan man bränna svartluten och återvinna kokkemikalierna. I

processen får man även ut en del restprodukter som tallolja, terpentin, starka och

svaga gaser. Veden för Obbola består enbart av barrved. Den köpta sågverksflisen

är ofta torrare och måste därför kokas hårdare för att uppnå rätt egenskaper. Om

flisen är för torr gör man normalt inte massa av den och då hamnar den istället i

ångcentralen där den ger ett energitillskott. Detta gäller också sågspån. Vrak

däremot, som är en lägre kvalitet av ved som består av murkna rotvältor och

stormvält timmer, är billigare men medför också större risk för kvalitetsproblem.

Av extraktivämnena är framförallt metanolen intressant eftersom den ger ett

energitillskott efter att den har utvunnits i metanolanläggningen. Uppgifter om

vedens sammansättning kommer från [38] Pappersindustrins utbildningsmaterial.

Vedens sammansättning

lignin

27%

cellulosa

41%

hemicellulosa

28%

extraktivämnen

4%

figur 1. tallvedens sammansättning

4.3.9 Lut

Lut är en alkalisk lösning av natriumsalter. Den primära funktionen för lut är i

formen av vitlut då den används som kokvätska i kokarna för att separera

cellulosan från ligninet. I sulfatmassabruk som Obbola återanvänds luten genom

att man först bränner svartluten tillsammans med ligninet i sodapannan och sedan

återvinner kokkemikalierna 42SONa och 3NaCO från smältan. Denna blandas

med svaglut och dispergeringsånga och bildar grönlut. Grönluten får reagera med

släckt kalk och bildar då återigen vitlut. Vitlut har ungefär samma värmebärande

23

egenskaper som vatten och bär därför på energi i huvudsak i fysisk form.

Dessutom innehåller den en liten del bunden kemisk energi som underlättar

kokningen men som också krävs vid återbildningen. Denna del är dock inte

signifikant för energibalansen i stort. Efter att vitluten har tvättats bort från

massan och kallas svartlut innehåller den betydliga mängder lignin som är en av

fabrikens största värmeenergikällor. Prover på svartlut skickas iväg till ett externt

testlaboratorium som får fram dess energivärde i en bombkaloriemeter. Enligt [11]

Energianvändning inom massa- och pappersindustrin SCA-Nordliner Munksund

så erhålls specifika värmekapaciviteten för svartlut beroende på torrhalten ts av

1868,4)45,096,0( tsC p . (2)

25

5 Energianvändning I följande avsnitt kommer energianvändningen att analyseras med avseende på

historik framtidsutsikter och fördelning över fabriken.

5.1 Elanvändning

figur 2. elförbrukningen uppdelat på avdelningar

I figur 2 kan elenergiförbrukningen ses, uppdelat avdelningsvis. Data är hämtat

från [6] Elrapport -08.

26

figur 3. specifik elförbrukning pappersbruket, kWh per ton prima liner

Som kan ses i figur 2 så är kvarnarna den överlägset största förbrukaren av

elenergi. I figur 3 ses de enskilda förbrukarna per ton prima liner och en minskad

produktion i oktober är orsaken till spiken där. Anledningen till spiken i specifik

elförbrukning i oktober beror på att produktionen då var betydligt lägre än

normalt och elförbrukningen inte kunde sänkas lika mycket för att behålla

fabriken i körklart skick. Att stanna fabriken innebär alltid problem vid uppstart.

Notera dock att här ses hela den halvan av fabriken som brukar räknas till

pappersbruket. Här ingår ångcentralen, tillskottsfiber (returfiber), belysning och

ventilation. Största enskilda förbrukarna är kvarnarna som slutgiltigt maler

massan innan pappersmaskinen. Dessa besår av 3 stycken Conflow kvarnar på

2200 kW och 2 stycken Optifiner 04 på 1200 kW och en asplund kvarn för

utskottsmalning på 1200 kW som går kontinuerligt. Näst största förbrukaren är

våtpartiet, alltså första delen av pappersmaskinen där massan går ut på viran. Den

stora förbrukaren där är motorerna för framdrivning av första delen av

pappersmaskinen, det vill säga den del där pappret har högst fukthalt, våtpartiet.

Denna framdrivning består av 2 stycken 1100 kW motorer, 3 stycken 650 kW

motorer och en 160 kW motor. Man kan också se att andra delen av

pappersmaskinen, torrändan, som här kallas pressparti och torkparti, har en

framdrivning med en hög elförbrukning. Uppgifter bygger på samtal med [28]

Olof Öhgren.

27

figur 4. specifik elförbrukning massabruket, kWh per ton prima liner

I figur 4 kan elkonsumenterna i massabruket ses. Sodapannan har en så stor del

eftersom den innehåller kraftiga matarvattenpumpar, fläktar för rökgas och luft

samt kompressorer. I fiberlinjen ingår i princip alla elkonsumenter förutom de

stora förbrukarna. Det är framförallt pumpar som ska leverera stora mängder lut,

vatten och pappersmassa men också omrörare och tvättfilter som inkluderas.

Defibrörerna är kvarnar som löser upp massan efter att den har blivit kokad.

Raffinörerna, som också är kvarnar, har länge varit en av de största förbrukarna av

el men i början på 2008 minskades driften av dessa i ett försök att spara el.

5.2 Oljeanvändning

Kommentarer till figur 5:

1994 var totala oljeförbrukningen som lägst. Detta på grund av ett

omfattande arbete för att minska oljeberoendet som pågått sedan

oljekriserna på 1970-talet.

2004 kördes ångcentralen väldigt intensivt på olja för att kunna förse

fabriken med ånga. Detta krävdes eftersom sodapannan var gammal och

hade illavarslande sprickbildningar och kunde bara köras på 50 bar istället

för 60 bar.

2007 byggdes den nya sodapannan som inte bara har högre kapacitet men

också möjlighet att bränna biobränslet beckolja. Därmed kunde

förbrukningen av eldningsolja i ångcentralen begränsas.

2008 var specifika eldningsoljeförbrukningen som lägst historiskt sett.

28

figur 5. oljeanvändning 1994-2008, kWh per ton massa

5.3 Energianvändning i framtiden

I dagsläget planeras inga större investeringar eller ombyggnationer inom

energiområdet. Om produktionstakten ökar och antalet stopp fortsätter att minska

minskar innebär det att om ca 5 år kommer produktionskapaciteten på liner att

vara 440 000 ton liner per år. Elförbrukningen kommer att minska specifikt och

även förbrukningen av eldningsolja. Biobränsleförbrukningen kommer att

förändras beroende på andelen returfiberproduktion respektive

sulfatmassaproduktion. En viss skillnad kommer dock att ses redan nästa år

eftersom den nyinstallerade indunstningen planeras förbruka mindre ånga. Obbola

använder större andel returfibermassa än andra jämförbara bruk och detta minskar

energiåtgången per ton producerad liner. Om returfiberinblandningen ökar så

leder det till att mer biobränsle och olja måste köpas in eftersom returfiber varken

ger bark eller lignin. Dock minskar elförbrukningen eftersom returfibermassan

inte mals.

På lång sikt är det ännu svårare att bedöma hur energianvändningen kommer att

ändras men det finns behov en del större investeringar. Mixeriet måste bytas ut

vilket innebär en kapacitetsökning av vitlut och därmed ökade förutsättningar för

en produktionsökning på lång sikt. Ångcentralen kommer också att behöva bytas

ut inom en överblickbar framtid vilket förmodligen kommer att medföra en

ångproduktionsökning från biobränsle. Uppgifter bygger på samtal med [26] Nils

Gilenstam.

29

5.4 Jämförelse mellan bruk

Det är inte uppenbart hur ett pappersbruk kan jämföras med ett annat på ett

rättvist sätt eftersom ingen fabrik är den andra lik. Om man utgår från grunddata

så kan man ändå ställa bruken mot varandra som underlag för diskussion. Här

jämförs elförbrukningen per ton liner för Obbola mot två andra bruk med liknande

råvarumix och produkt. Tabell 2 visar en jämförelse som gäller 2007 och kommer

från [45] Fabriksredovisning för jämförelse. Hänsyn bör tas för nämnda

specifikationer.

Smurfit Kappa

MWh per ton liner

Sulfatbruk: 317 458 MWh 0,457

Pappersbruk: 299 421 MWh 0,431

Produktion prima liner: 694 451 ton

Specifikt: ca hälften blekt sulfatmassa i toppskiktet

Munksund




Specifikt: ca en fjärdedel blekt sulfatmassa i

toppskiktet

Obbola




Specifikt: stor andel returfiberinblandning tabell 2. jämförelse specifik elförbrukning

Skillnaderna beror till störst del på vad som är specifikt för fabrikerna. Obbola har

stor returfiberinblandning, vilket är en effektivare papperstillverkningsmetod ur

elsynpunkt i och med att massan inte mals. Dessutom gör Obbola ingen blekt

massa vilket förenklar produktionsprocessen. Smurfit Kappa däremot har en

betydligt större produktion och har därför lättare att minimera elanvändningen per

ton liner. Det behövs inte dubbelt så mycket kringutrustning för att tillverka

dubbelt så mycket papper.

31

6 Beskrivning av anläggningen, dess energiflöden och förbättringsmöjligheter I följande avsnitt behandlas varje avdelning att separat. Efter en

processbeskrivning beskrivs energibalansen i form av Sankey-diagram och

dessutom förbättringsmöjligheter för respektive avdelning. Hur värdena för varje

post i diagrammen har erhållits kan ses i bilaga 3.

6.1 Totala anläggningen

Produktionen av liner sker med returfibermassa och färskfibermassa, vilken

produceras med sulfatprocessen. Det är en kontinuerlig process som pågår dygnet

runt de flesta av årets dagar, undantaget är månatliga rengöringsstopp för delar av

fabriken samt något enstaka årligt underhållsstopp för hela fabriken.

Arbetsstyrkan är ungefär 300 varav hälften är skiftgående i produktionen. Vid

anläggningen arbetar 15 ingenjörer. Hela processen är omfattande och komplex

på detaljnivå och därför är kunskapen fördelad i organisationen.

Pappersproduktion är en mycket energiintensiv verksamhet och därför är

energieffektivisering en naturlig del av utvecklingsarbetet. En översiktsbild i form

av ett blockschema kan ses i figur 6. Denna figur är resultatet av den helhetsbild

jag har fått av fabriken. Observera att det endast är huvudflödena som inkluderas.

I figur 7 kan energiflödena i form av ett Sankey-diagram ses. Notera att i alla

följande Sankey diagram menas med övriga förluster, både verkliga förluster och

okända flöden.

Massaved anländer till renseriet där bark frånskiljs och trä fraktioneras till flis.

Barken används som bränsle i ångcentralen och flisen transporteras till kokeriet. I

kokeriet blandas flisen med vitlut och tunnlut och kokas med hjälp av ånga för att

frigöra fibrerna från ligninet. Den kokade blandningen separeras i tvätten där

pappersmassan pumpas till lagringstorn och tunnluten till indunstningen och

återkopplas till kokeriet. I mälderiet mals fibrerna för att uppnå önskade

egenskaper och fördelas därefter på viran i pappersmaskinen. Två lager av massa

sammanguskas här till ett och efter sammanförningen är resterande

pappersmaskin en avvattningsprocess. I virapartiet avvattnas massan med vakuum

och pressas mellan filtklädda valsar i presspartiet, filten transporterar bort vattnet.

I torkpartiet torkas massan med hjälp av ånguppvärmda cylindrar och efter det har

massan, eller egentligen pappret, 92 % torrhalt. Den färdiga linern rullas upp på

tambourjärn i rullmaskinen och delas upp i kundrullar. Returfiber kommer i balar

av wellpapp till returfiberavdelningen och går genom rening och separationssteg

innan den tillsammans med färskmassan blir till ny liner, det vill säga papper.

Slutligen går allt vatten som varit i kontakt med fibern till bioreningen där både

32

mekaniska och biologiska metoder används för att avlägsna fibrer och

syrenedbrytande material. Efter det går vattnet till recipient.

I indunstningen ökas torrhalten på tunnluten. Vattnet återanvänds och svartluten,

som den nu kallas, används som bränsle i sodapannan. Sodapannan återvinner

kokkemikalierna och tar på samma gång tillvara kemiska energin i veden som

frigjorts i kokeriet genom att producera ånga av matarvatten. Ånga används

främst till torkning av papper, indunsta svartluten och koka flis men också till att

generera el i turbinen.

Fabriken använder sig av sulfatprocessen som bygger på den alkaliska kokvätskan

vitlut, vilken innehåller de aktiva komponenterna natriumhydroxid, NaOH , samt

natriumsulfat, SNa2 . Mixeriet och vitlutsberedningen återvinner kokkemikalier i

grönluten från sodapannan. Grönluten omvandlas till vitlut och användas för att

koka flis. Vid lutförbränningen i sodapannan hamnar de oorganiska

kokkemikalierna i en karbonat-sulfat-smälta på eldstadens botten. Smältan tappas

av och upplöses i svaglut för att bilda den mer lätthanterliga grönluten.

figur 6. blockschema över värmeenergiflöden

33

figur 7. energiflödesdiagram Obbola massa och pappersbruk, kWh/ton-liner

Kommentarer till energibalansen

1. El och oljeförbrukningen mäts och rapporteras i [6] Elrapporten och [10]

energibalans 2008 och i den årliga [9] miljörapporten.

2. Beckolja är externt raffinerad tallolja

3. Råvattnet har en årsmedeltemperatur på 8,5 °C då det går in i fabriken

4. I returfiberbalarna är det endast det brännbara rejektet som räknas

5. I flisen är det endast den del som kommer att förbrännas i sodapannan som

räknas

6. Energivärdet i liner anges i [11] sidan 35

34

7. Värme till Umeå energi är enbart ett energiflöde eftersom energin leds bort

i värmeväxlare

8. Våtluft över tak är skillnaden i torrhalt före och efter torkpartiet

multiplicerat med ångbildningskoefficienten.

9. Största delen av flisens utlösta vedsubstans hamnar i tjockluten och

förbränns i sodapannan

6.1.1 Utökad mätning och tolkning av energiflöden

För att underlätta tolkningen av fabrikens energiflöden och snabbt utvärdera när

något är fel kan det vara hjälpsamt med en förbättrad visualisering av

energiflödena. Själva gränssnittet skulle kunna se ut på många olika sätt men en

idé är att utforma översikten till att likna operatörernas styrsystem (DCS) där hela

flödesschemat är synligt. Med bättre överblick är det också lättare att avgöra hur

nya givare ska placeras för maximal effekt. Felaktiga givare skulle också kunna

identifieras lättare.

6.1.2 Virtualiserade serversystem

Ett sätt att hantera stora datornätverk och system av servrar är att skapa virtuella

serversystem. Detta innebär att reella servrar och processorer ersätts med ett fåtal

större processorer och hårddiskar som sätter upp virtuella datormiljöer. Detta ger

administratören en bättre överblick och möjlighet att ingripa när så behövs.

Dessutom blir det lättare att spegla serversystem och på så sätt säkerställa att inget

innehåll går förlorat vid ett eventuellt serverhaveri. Den fördel som däremot berör

den här rapporten är att en sådan här lösning är mer energieffektiv. Färre stora

diskar och centraliserade datorlösningar har totalt mindre elförbrukning än många

små. Dessutom måste varje grad värme kylas bort från ett serverrum och därmed

fås positiva följdeffekter i och med att elförbrukningen minskar även för

kylsystemen.

Konverteringen mot färre större serversystem påbörjades sent 2008 och kommer

att fortsätta in på 2010. Under 2009 virtualiserades 42 av 59 servrar och 2010 kan

ytterligare 5 uppgraderas. Eftersom det här är ett teknikområde i snabb förändring

kommer enbart de förändringar som medför elenergibesparingar att betraktas.

Själva elbesparingen ligger i att man i nuläget har ersatt 42 mindre servrar med 6

större. Det betyder att för de nya servrarna är teoretiska elbesparingen 115 MWh

per år och med kylningen inräknad 271,4 MWh. Denna åtgärd är vid slutet av

2009 till 71 % genomförd. Om det går att genomföra åtgärden fullt ut så skulle

totala elbesparingen vara 381,2 MWh oberoende av produktionen.

Strömförbrukningen har även uppmätts där detta har varit möjligt med resultatet

att en elbesparing på 307 MWh per år kunde ses inklusive kylbehov. Det

35

teoretiska värdet ovan tillsammans med stickprovsmätningen ger en uppskattning

av rimligheten i beräkningarna.

Totala kostnaden för att virtualisera serversystemen är oklar eftersom det finns

många okända parametrar både för de gamla och nya serversystemen. Exempel på

osäkra poster: underhåll, konsultarvoden, serverutbyteskostnad, licenser,

uppgraderingar och en del infrastruktur. Beräkningar återfinns i bilaga 2.

Kylningens påslag som inte är en säker faktor kommer från Sören Marklund [34]

och Techworld nr 14 [49].

En ytterligare notering är att det som kan komma att kosta mycket pengar är om

installerade effekten ökar så mycket att nuvarande kylsystem och serverutrymmen

måste byggas ut. Därmed ökar värdet av investeringar som minskar den använda

effekten. Information om virtualiserade serversystem bygger på uppgifter

lämnade av [34] Sören Marklund.

6.1.3 Timerstyrda motorvärmarstolpar

Då motorvärmare är anslutna går dessa kontinuerligt tills de kopplas ur. En

energieffektivare lösning är att installera tidsinställda relän. Det har tidigare

testats att styra detta centralt med dåliga resultat då detta störde elnätet. Därför

skulle det istället gå bättre med motorvärmaruttag med individuell tidsinställning.

Elavgiften är högre än för processrelaterad el, vilket verkar gynnsamt för

investeringen.

Användning i nuläget: åtta timmar om per dygn under vinterhalvåret för varje

anställd: motsvarar 15 % nyttjande

Användning med timer: två timmar per dygn under vinterhalvåret för varje

anställd: motsvarar 4 % nyttjande

Besparing: 495 MWh per år om alla uttag byts, eller 316 000 kr per år

Kostnad ca 1,31 Mkr

Återbetalningstid: 4,13 år

Denna investering kan dock ses som en försämring av arbetsmiljön.

6.1.4 Ny inköpsrutin baserad på högre klassning av motorer

Fokus inom detta område riktas mot att visa vinsterna med att ändra inköpsrutinen

och välja motorer av den högre klassningen, IE3, istället för dagens standard, IE2.

Det som skiljer klassningarna åt är högre verkningsgrad för IE3. Enligt

energimyndighetens krav på PFE så måste en ny standard genomföras i de fall då

dessa är lönsamt på tre år. Återbetalningstiden är därför vad som har undersökts

samt hur stora elbesparingar som kan göras. Först undersöktes motorer från fyra

olika effekter. Beräkningsunderlag beställdes av ABB vilket bestod i detaljerad

information om motorer från vitt skiljda effekter, en IE2 och en IE3 variant

jämfördes med avseende på återbetalningstiden med ABB:s kalkyleringsblad. I

figur 8 kan resultatet ses. Med återbetalningstid menas hur många år det skulle

36

krävas för att få igen den högre inköpskostnaden för en IE3 motor istället för en

IE2 vid köp av motor. Det är alltså inte fråga om att byta ut motorer rakt av. De

blå punkterna visar 66 % nyttjande, vilket är rimligt, och de rosa visar 100 %,

vilket är kortast möjliga återbetalningstid.

Notera att för högre effekter så kommer inte investeringen betalas tillbaka på

mycket lång tid. Detta eftersom verkningsgradsökningen från IE2 till IE3 är liten

för större effekter, som kan ses i bilaga 2. För de lägsta effekterna är det heller

inte lönsamt att välja den högre klassningen eftersom inköpskostnaden för motorn

är en stor del av totala kostnaden. För 66 % nyttjande så kommer inga effekter

under 3 års återbetalningstid. Det intressanta spannet ligger dock mellan 22 och

55 kW.

återbetalningstid för att välja motor med IE3 istället för IE2

020406080

100120140160180200220240260280300320340360380400420

0 50 100 150 200 250

installerad effekt, kW

åte

rbe

taln

ing

sti

d,

må

na

de

r

figur 8. återbetalningstid vid val av högre klassning

Slutsatsen blir alltså att ingen motor måste bytas ut enligt kraven från PFE. Dock

är det sällan som en motor bara går tre år. Det är vanligare med 20 till 25 års

drifttid. Därför kan det ändå vara en bra investering att välja den högre

klassningen, speciellt för motorer mellan 22 och 55 kW som ligger mellan 3 och 4

år i återbetalningstid. Andra skäl till att välja IE3 istället för IE2 är att dessa enligt

leverantör har lägre drifttemperatur och därför kräver mindre smörjning, underhåll

och dessutom har längre livslängd. Ytterligare information av intresse enligt [46]

ekodesignförodningen artikel 2, så ska motorer mellan 7,5 och 375 kW uppfylla

kraven för IE3 från och med 1 januari 2015, förutom undantag. Mer information

om den nya klassningen återfinns i bilaga 5.

37

6.1.5 Belysning

Nya energisnålare lösningar på belysning skulle kunna vara ett sätt att både spara

pengar och energi. Företaget Prismalence har patenterat linsen för en CDM

(ceramic discharge metal-halide) lampa för inom- och utomhus bruk. Av [30]

produktinformationen framgår följande information:

Keramisk metall-halogen teknik

Samma pris för samma klassning

150 W av denna typ motsvarar 400 W av klassisk typ

En 4 kg lampa av denna typ motsvarar 10 kg av klassisk typ

Rektangulär ljusbild

En typisk prisma delar upp ljuset i 800 mindreljuskällor, vilket ger

mjukare skuggor

Rekommenderat är att ha 50 % överlappning av ljusbilderna

Prismalence har lampor upp till 315 W, vilket motsvarar 600 W högtrycks-

natruim eller 1000 W metall halogen

Störst energivinst kan ses över 6 m höjd och utomhus. Detta på grund av

minskat spill av ljus

Vibrationståliga varianter

Ger ett vitt ljus som påminner om solljus mitt på dagen

Avskärmning som ger mindre ljus

Färgen på ljuset

Elavdelningens [49] Per Näslund har kontaktats angående en lämplig testpunkt.

Ett särskilt lämpligt ställe har hittats som är lätt att komma åt och har stor åtgång

på lampor på grund av vibrationsproblem. Den gamla lampan var en 125 W och

den nya är en 70 W. Lampan installeras och testkör från och med vecka 50. Det

kan konstateras att den nya lampan lyser upp bra men att ljusbilden är begränsad

till 30ºx60º enligt förteckningen. En testpunkt på hög höjd skulle behövas för att

avgöra hur den här lamptypen klarar en sådan miljö. För mer information se

dokumentation för [30] Prismalence.

Priset för den nya lampan ska enligt leverantören vara detsamma som för

motsvarande lampa med nuvarande teknik men i och med att avtal finns för de

gamla lamporna så är de betydligt billigare.

38

6.2 Renseri

Renseriet i Obbola omfattar utrustning för att kunna ta hand om rundved, helträd,

köpflis och biobränsle. Buntar av ved läggs antingen på hög eller direkt i intaget

till transportören. Transportören har en kammare för upptining av ved som drivs

med ånga och endast används vintertid. Barktrumman, som är en kombinerad

barknings och kvistningstrumma, är 35 meter lång och har en diameter på 5,5

meter. Inget vatten tillsätts trumman vilket minimerar vattenflödet från

avdelningen samt höjer energivärdet på barken som används som biobränsle. För

optimal barkning kan uppehållstiden regleras med hjälp av varvtalet på trumman

och dessutom kan höjden på porten i slutet av trumman varieras. Efter trumman

sorteras sten och bräckage bort och veden går till en horisontellmatad huggmaskin.

Bräckaget huggs i en separat stuphugg och sållas. Utsorteringen går till en separat

stickhugg.

Den färdiga flisen går på transportör till utomhuslager. Inköpt flis transporteras

med lastbil och lastas av i en separat linje. Den linjen går efter sållning till

utomhuslagret, men till en annan del av det för att inte blanda köpt och

egenproducerad flis. Från kokeriet finns därför möjlighet att bestämma

blandningen av egenproducerad flis och köpt flis till varje kok. Bark och kvistar

samlas ihop under trumman och går på transportör till skivsåll och barkriv. I sållet

tas de grövre delarna till en kvarn för sönderdelning och finfraktionerna till

barkpressar. Energiinnehållet på veden beräknas som ligninets värmevärde i form

av tunnlut, tallolja samt vattnet i flisens energiinnehåll. I figur 9 kan energiflödena

in till och ut ur avdelningen ses. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.

39

figur 9. energiflödesdiagram över renseriet, kWh/ton-sulfatmassa


1. Volymer och energimängder biobränsle återfinns i [9] miljörapport 2009

2. Ånga används till att förvärma veden under vinterhalvåret

3. Fiberdelen i ved och flis anges utan energiinnehåll

4. Köpt biobränsle och flis kommer från sågverk och är i allmänhet av något

lägre kvalitet

40

6.2.1 Vedförvärmning

I nuläget förvärms veden under vinterhalvåret med hjälp av ånga för att ta bort is

och snö och förbereda flisen för flisfickan. Problemet är att högvärdig energi,

ånga, används där det hade varit lika bra eller bättre att använda spillvatten.

Fördelen med vatten är att en hel del smuts och sand sköljs bort och därmed

skonar ångcentralen. Nackdelen är att det krävs en stor investering. Det finns två

förslag på hur det här skulle kunna lösas. Antingen tar man in råvatten som värms

med det befintliga ångsystemet eller så tar man 50 °C klarfiltrat från

pappersbruket som annars skulle kylas och gå till bioreningen. Den första

lösningen är billigare att genomföra men ger också mindre årlig besparing. Tabell

3 bygger på information lämnad av [17] Martin Wahlberg.

klarfiltrat

Investeringskostnad 24,5 miljoner kr

Elenergibesparing 0,343 GWh

Ångenergibesparing upptining: 7,79 GWh


råvatten

Investeringskostnad 19,73 miljoner kr

Elenergibesparing 343 MWh

Återbetalningstid 5,0 år tabell 3. vedförvärmning

Förutom själva besparingarna kommer tillgängligheten på ångcentralen att öka då

mindre sand och sten kommer in i pannan. Detta kommer förmodligen också att

öka livslängden på pannan.

41

6.3 Kokeri och Tvätt

Flis levereras till kokeriet via bandtransportör från renseriet. Flisen består av 75 %

egenproducerad barrvedsflis och 25 % sågverksflis. Flisen förvärms i flisfickan

till ca 90 °C med blåsånga och starkgaser. För att undvika explosiv blandning

ventileras flisfickan till en svaggasskrubber. Därefter går flisen in i en av de åtta

kokarna, där den kokas under högt tryck tillsammans med vitlut. Värmningen av

kokarna sker med hjälp av 10 bar ånga. Under koket frigörs terpentinångor som

leds ut via avgasningssil placerad i kokarens topp. Den färdigkokta

massan ”blåses” till blåstankarna, som har atmosfärstryck. Blåsångan frigörs

därmed och leds till flisförvärmningen och överskottet leds till kokeriets

sekundärvärmesystem. Från botten av hetvattentanken pumpas 45 °C vatten till

huvudkondensorn där det vattnet värms till ca 90 °C. Det uppvärmda hetvattnet

från huvudkondensorn återförs därefter till hetvattentankens övre del där det

fördelas vid ytan. Detta medför att temperaturen är högre i tankens övre del

jämfört med dess nedre del. Från hetvattentanken bräddar överskottet av hetvatten

till 75 °C cisternen. Ej kondenserbara gaser från kokeriets sekundärvärmesystem

leds till en starkgasskrubber där den renas med hjälp av vitlut som är speciellt

effektivt för att absorbera svavelväten. Gasen leds sedan till starkgasbrännaren

eller starkgasfacklan på sodapannan.

I tvätten renas fibrerna från utlösta organiska substanser och tillförda

kokkemikalier. Massan körs först genom defibrörerna, två skivkvarnar, med

uppgift att dela upp fiberknippen och frilägga fibrerna ifrån varandra. Massan

silas ren från återstående fiberknippen som återförs som rejekt. Föroreningar som

sand och andra partiklar leds till sandavskiljning och vidare till kompostering.

Därefter går massan till fyra tvättfilter av motströmsprincip. I respektive filter

tvättas massan med hjälp av tillförd tvättvätska och sugs ut genom massabanan

med hjälp av undertryck. Den genom tvätten avskilda luten går härifrån till

indunstningen och pappersmassan går till lagringstornen. I figur 10 kan

energibalansen för kokeriet och tvätten ses. Hur värdena framtagits kan ses i

bilaga 3. Information om kokeriet och tvätten bygger på uppgifter lämnade av [17]

Martin Wahlberg och [8].

Ett viktigt mått i det här sammanhanget är kappatalet, som är ett mått på den

kvarvarande ligninhalten efter kokningen. Det testas med standardiserade

testmetoder och kan ses i 3 Nyckeltal. Kappatalet är också ett mått på vedutbytet

som i Obbolas fall med ett kappatal på 83 ger ett utbyte på 53 % torrved.

Analysmetoden som anges i ISO 302:2004 ger ett värde som normalt ligger

mellan 1 och 100. En approximativ formel är

procent) it (ligninhalkappatal k (3)

där k är ca 6,57 men varierar med processförhållanden och vedslag.

42

figur 10. energiflödesdiagram för kokeri och tvätt, kWh/ton-sulfatmassa

Kommentarer till energibalansen:

1. Vattentillflödet visar endast huvudflöden som är det uppvärmda kylvattnet

från indunstningen, lutkylningen och dumpkondensor. Mindre tillflöden

av både varmvatten och råvatten finns också men dessa saknar givare.

Dessutom sker en viss breddning till avlopp då cisternerna är fulla.

Sammantaget så är vattenflödena till och från kokeriet och dess cisterner

ganska osäkra.

43

2. Lutångkondensat är ett förorenat kondensat från indunstningen som måste

renas i stripperkolonnen för att sedan användas som tvättvätska.

3. I sulfatmassan står vatteninnehållet för den största kapaciteten att

transportera energi

4. Flisens energivärde inkluderar den kemiska energimängd som senare

frigörs vid förbränning i sodapannan, samt den hartsoljans kemiska

energimängd. Utbytet är 59,9, ton torr sulfatmassa/ton torr flis

6.3.1 Flisficka/ förbasningskärl

Syftet med flisfickan är att värma upp flisen till 100 °C med hjälp av blåsånga så

att energi inte behöver åtgå till det när flisen kommer in i kokaren. Den nuvarande

flisfickan är dock gammal och har låg tillförlitlighet och måste stannas oplanerat

för reparation ca 2 gånger per år. Enligt [16] Kristina Jonsson ska signaler från

fabriksinfosystemet visa att det krävs 185 ton mer ånga per dygn då flisfickan är

ur funktion eftersom varje kok först måste värma flisen med färskånga istället för

med blåsånga. Detta motsvarar 0,234 GWh ångenergi per år. Detta beräknas kosta

ca 32 kkr per dygn i extra oljeförbrukning enligt [12] investeringsunderlaget och

[20] Erik Sandbergs omvandlingstabeller.

En ny flisficka utreds i [14] Markus Wikmans examensarbete. Där framkommer

att kostnaden är 50 kkr varje dygn flisfickan är ur funktion, baserat på

energisambanden för hur mycket energi det tar att värma upp all flis och vatten till

100 °C. [14] Wikmans arbete påvisar också att årliga reparationskostnader uppgår

till 1,3 miljoner kr.

Investeringskostnad 30 miljoner

Återbetalningstid 22,0 år

Uppenbarligen är det inte rimligt att investera i en ny flisficka så länge den

nuvarande fungerar så bra som den gör. Vidare undersökningar om pris för ny

flisficka bör göras och dessutom vid vilken punkt det lönar sig att genomföra

denna investering.

6.3.2 Tvättpress

En tvättpress är en valspress efter sista tvättsteget som pressar ut en stor del av

den resterande tunnluten ur massan. Information finns i [41] kapacitetsökning

massabruket. En tvättpress höjer torrhalten på pappersmassan från 12 till 40 %.

Detta får till effekt att torrhalten på tunnluten höjs, tvättförlusten minskar och

massan blir extra ren innan den går till pappersbruket. Därmed fås fyra viktiga

effekter:

mindre ånga krävs i indunstningen för att höja torrhalten

något mer lut tas tillvara medför mer ånga och el från sodapannan och

mindre oljeanvändning

andelen kokkemikalier som kan återanvändas ökar något

44

mindre avfallsämnen går till pappersbruket och därmed även till

bioreningen och recipienten

Ångenergibesparing enligt [17] Martin Wahlberg: 5 ton/h 3 bar ånga, vilket

motsvarar 33,12 GWh per år i ångenergi.

Kostnad: 31 miljoner


Beräkningar återfinns i bilaga 2.

6.3.3 Ny malstrategi utan raffinörer

Under våren 2008 stängdes massaraffinörerna i massabruket. Det visade sig ge

mindre påverkan på massans egenskaper men stor elbesparing. Förändringen

medförde att den tillförda malenergin i massabruket minskade med 54 kWh ptm.

Samtidigt ökade malenergin i pappersbruket med 20 kWh ptm.

Elenergibesparing: 34 kWh ptm eller 7,95 GWh per år enligt [4] analys av utförda

och planerade större energiprojekt.

6.3.4 Förbättrad reglering av defibrörerna

En defibrör, även kallad knutuppslagare, är en skivkvarn med uppgift att skjuva

massan kraftigt så att fiberknippen bryts upp utan att skada fibern [38]. Obbola

har tre defibrörer som bearbetar sulfatmassan innan den går till tvätten.

Användningen av dessa skulle kunna minimeras och ibland undvikas enligt [28]

Olof Ögren. Defibrörerna använder 14,125 GWh el per år. Två av tre kvarnar går

kontinuerligt och den tredje finns alltid tillgänglig i reserv. Det tar lång tid att

starta kvarnarna så det finns inte möjlighet att ha dem avstängda tills de behövs.

En möjlighet vore att bygga en by-passledning med en ventil som skulle skicka

massan förbi defibrörerna då de inte behövs. En sådan skulle dock kosta en del

och andra möjligheter bör därför undersökas i första hand.

En möjlighet vore att köra alla tre kvarnar och på så sätt minska flödet och

motståndet. Detta blir bara en elbesparing om effekterna på de tre sjunker så

kraftigt att tomgångseffekterna inte äter upp hela vinsten. Ett annat sätt vore om

malskivorna kunde ställas isär då det är uppenbart att de går på minimum effekt. I

ett eget test ökades avståndet mellan kvarnskivorna genom att påverka det

manuella vredet och effekten presenterades i fabriksinformationssystemet.

Resultatet, som kan ses i figur 11, visade en 5 kWh/ton-sulfatmassa minskning av

defibrörernas elförbrukning samtidigt som rejektkvarnens elförbrukning ökade i

samma storleksordning. Det var alltså en mindre verksam förändring.

45

figur 11. Översikt på försök att dra isär kvarnskivorna maximalt med manuellt reglage

En annan möjlighet vore om man kunde ställa isär kvarnskivorna med hjälp av

serviceläget på en eller båda defibrörerna. För detta krävs dock att man kontaktar

tillverkaren. Ett tredje alternativ vore om tredje defibrören kunde användas som

by-passledning. Vidare undersökningar bör göras då produktionsförhållanden

tillåter.

46

6.4 Indunstning 2, 3 och 4

Den nya indunstningen, IND 4, tas i drift oktober 2009. Den kommer att ersätta

befintliga indunstningsanläggningar IND 2 och IND 3. Hela rapporten är baserad

på 2008 års värden och därför kommer energianalysen också att vara baserad på

de äldre indunstningsanläggningarna.

6.4.1 IND 2 och IND 3

Indunstningens primära syfte är att öka tunnlutens torrhalt från 10 % till 70 %.

Efter det här steget kallas luten för tjocklut och är redo att brännas i sodapannan.

Ånga används till att förånga vattnet i luten.

Indunstningen består av två parallella indunstningslinjer med sex effekter var.

Den första anläggningen, indunstning 2, är från 1961 och används som

förindunstning. Den andra, indunstning 3, från 1978 är huvudindunstare.

Förindunstningen består av en fallfilmsapparat och fem effekter av typen

kestnerindunstare. Huvudindunstningen är en sexstegsindunstning bestående av

en koncentrator och fem effekter av typen stigfilmsapparater.

Färskånga tillsätts i första effekten, för resterande effekter används lutångan från

föregående steg som utdrivande ånga. I varje steg sänks trycket och i sista

effekterna i varje linje är det undertryck. I sista effekten är det ca 0,2 bar(a).

Undertrycket skapas genom att efter sista steget kondensera lutångan med hjälp

av råvatten. Kondensatet från lutångan pumpas sedan för att uppehålla

undertrycket. Varmvattnet från indunstningens kondensorer leds till kokeriets

cistern för 45° C vatten. Starkt förorenade kondensat från indunstningens

kondensorer leds till en stripperkolonn. I stripperkolonnen separeras flyktiga

ämnen från vatten med destillationsprincipen. Det renade lutångkondensatet från

indunstningsanläggningen samt stripperanläggningen går till tvätten för att

användas som tvättvätska samt till vitlutsberedningen. Ej kondenserbara gaser

från indunstningen inklusive stripp så kallade starkgaser förs till

metanolanläggningen för vidare förbränning i sodapannan. I figur 12 kan

energibalansen för indunstningen ses. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.

6.4.2 IND 4

Hösten 2009 togs fabrikens nya indunstning i drift. Detta innebar nedanstående

förändringar för fabrikens energibalans enligt förutsägelser från [4] Analys av

utförda och planerade större energiprojekt:

Ökad torrhalt på tjocklut från 70 till 74 %. Detta ökar det effektiva

värmevärdet med 2 %, från 13,05 MJ/kg ts till 13,30 MJ/kg ts vilket ökar

ångproduktionen i sodapannan med 56 kWh ptm.

Minskad ångförbrukning med ca 19 % från 0,217 ton ånga/ton avdunstat

vatten till 0,176 i indunstningen på grund av ökat antal effekter, 6 i de

gamla och 7 i den nya. Den minskade ångförbrukningen innebär att mer

47

ånga kommer reduceras till 10 bar ånga istället för 3 bar ånga i turbinen

vilket minskar elproduktionen.

Minskad ångproduktion i IND4 minskar produktionen av varmvatten med

i storleksordningen samma andel som den minskade ångproduktionen.

Den minskade mängden varmvatten kompenseras av

värmeåtervinningsprojektet 6.10.1

IND4 kommer ha en bättre hantering av lutångkondensat än befintlig

indunstning vilket leder till att utbytet av metanol via stripper- och

metanolanläggning kommer att öka. Således kommer en större mängd

metanol tillföras starkgasbrännaren i sodapannan, vilket innebär att

användningen av eldningsolja som stödbränsle kan komma att upphöra.

Detta motsvarar ca 1700 m3 Eo6 per år.

I de befintliga indunstningarna cirkulerar luten med hjälp av

självcirkulation medan den nya tekniken bygger på att luten pumpas runt.

Lutcirkulationen kommer alltså att kräva mer el i den nya indunstningen.

Den nya indunstningen kommer att ha frekvensstyrda pumpar vilket är en

mer energieffektivt metod än fast varvtal. Det totala antalet pumpar

kommer att minska eftersom vi går från två indunstningar till en. Total

installerad effekt är 1,5 MW och utifrån detta antages att elförbrukningen

kommer att bli omkring 25 kWh ptm utöver detta tillkommer lutpumpning

till och från cisterngård inklusive biobränslelager 14 kWh ptm, alltså totalt

39 kWh ptm, vilket är 2 kWh ptm mindre än med gamla indunstningarna.

Lägre ångförbrukning kommer att sänka behovet av beckolja med 214

kWh ptm.

Oljeförbrukningen i sodapannan kommer att minska med 76 kWh ptm

genom ökat metanolutbyte vilket tar bort behovet av eldningsolja till

starkgasbrännare.

Turbin kommer att minska sin elproduktion med 48 kWh ptm eftersom 3

bar ångunderlaget minskar.

48

figur 12. energiflödesdiagram över indunstningen, kWh/ton-sulfatmassa


1. Ångan används i sju steg i den nya, och sex steg i den gamla

indunstningen till att höja torrhalten på svartluten inför bränningen i

sodapannan

2. Anledningen till att tunnluten har högre energivärde än tjockluten är att

tunnluten innehåller mer vätska. De båda har samma kemiska

energiinnehåll

3. Kylvattnet hjälper till att skapa ett undertryck som driver processen

4. Tallolja säljs till externa företag och beckolja återfås

49

6.5 Vitlutsberedning, mesaombränning och kemikalieåtervinning

Vitlut används som kokvätska i kokeriet för att separera ligninet från cellulosan.

De aktiva kokkemikalierna i vitlut är natriumhydroxid och natriumsulfid

( NaOH och SNa2 ). Under koket omvandlas kokkemikalierna i vitluten och

tillsammans med det utlösta ligninet kallas detta nu tunnlut. Efter kokningen

skickas pappersmassan till tvätten där massa och tunnlut separeras. Massan

skickas till massatornen och tunnluten skickas till indunstningen, förutom en

mindre del som återkopplas till kokeriet. Indunstningen ökar torrhalten i tunnluten

till närmare 70 %. Nu kallas luten tjocklut och skickas vidare till sodapannan. Det

organiska materialet förbränns och bildar ånga. I sodapannan återskapas även en

av de aktiva kokkomponenterna i vitlut, SNa2 . För att få den andra kemikalien,

NaOH , måste ytterligare en kemisk process äga rum,

3232 2)( CaCONaOHOHCaCONa . (4)

Från sodapannan rinner en smälta ut från botten och blandas med svaglut och

bildar grönlut. Grönluten renas först i två grönlutsklarnare där aska och slam får

sjunka ned till botten. Bränd kalk, CaO tillsätts sedan till den renade grönluten i

två kalksläckare och reaktionerna (4), och (3) sker.

22 )(OHCaOHCaO (5)

När grönluten reagerar med den nu släckta kalken 2)(OHCa bildas vitlut och

mesa ( 3CaCO ). Innan vitluten kan skickas till kokeriet måste den separeras från

mesan. Detta sker genom filtrering i två clarifiler. Clarifil 1 separerar vitlut och en

vitlut-mesablandning och clarifil 2 ger svaglut och mesa. Mesan torkas med hjälp

av filtrering och centrifugering och bränns om till bränd kalk i två mesaugnar

enligt

COCaOvärmeCaCO3 . (6)

Mesaugnen är en avlång liggande ugn med lite lutning. Ugnen roterar konstant

och värms upp med hjälp av en oljeeldad brännare i den lägre änden. Mesa tillförs

till den högre av sidorna och när mesan passerat till andra sidan har den reagerat

till bränd kalk. Genomströmningshastigheten kan varieras för att optimera

reaktionen. Den brända kalken värmeväxlas mot inkommande luft. Rökgaserna

värmeväxlas mot inkommande luft och går igenom ett elfilter innan de går ut.

Ungen är 150- 200 ºC på utsidan, 250 i torkzonen och upp till 1100 ºC i

brännzonen. Figur 14 visar hela kretsloppet indunstning, mesabränning och

mixeri och figur 13 visar energiflödesdiagrammet. Hur värdena framtagits kan ses

i bilaga 3. Uppgifter om vitlutsberedningen och mesaombränningen bygger på

uppgifter från Maria Lindgren [3].

50

figur 13. energiflödesdiagram vitlutsberedning, kWh/ton-sulfatmassa


1. Eldningsoljan används i mesaugnen för att bränna mesa till kalk

2. Grönlut bedöms ha noll kemiskt energivärde men liknande egenskaper för

att transportera fysisk värmeenergi som tjocklut

3. Svagluten kommer från andra clarifilen och är av mesa förorenad vitlut

4. Varmvatten från kokeri används till kalksläckarna

51

figur 14. kretsloppet: Indunstning, Mesabränning och Mixeri

6.5.1 Filter mesaugn

Innan mesan går in i mesaugnarna måste torrhalten ökas för att möjliggöra

omvandlingen till kalk samt minska oljeförbrukningen och höja kapaciteten. Detta

sker med två olika metoder för de två ugnarna. Ena ugnen har ett filter och den

andra har två centrifuger. Centrifugerna, kräver en del reparationer och skulle

behöva ersättas. När detta ändå sker så vore det en bra idé att samtidigt välja en

nyare metod och alltså använda ett filter även före denna ugn. Produktionen för

mesaugn 2 var 132,04 kg/h under 2008. Torrhalten skulle då kunna höjas från 75

till 80-85 %, vilket skulle innebära en oljebesparing på högst

12,52341078,2365246004,1322655100

7585 7 GWh . (7)

Detta motsvarar ungefär 477,9 m3 eldningsolja per år.

Detta är alltså enbart hur mycket mindre energi det går åt för att förånga vattnet i

mesan. Energibesparingen kan omsättas till en produktionsökning istället och då

uteblir den totala energivinsten men den specifika energivinsten bibehålls

Kostnad: 22 Mkr, enligt [33] Fredrik Mellesmo

52

Återbetalningstid (10 % ökad torrhalt på mesa): 18 år, men då är inte

underhållskostnaderna medräknade eftersom de är interna. Detta skulle förkorta

återbetalningstiden betydligt. Notera dock att detta blir en bra investering om

centrifugerna går sönder eller om reparationskostnaderna, som inte är medräknade,

blir för stora.

6.5.2 Cyklontorkning av mesa

Ytterligare ett steg av torkning innan mesaugnarna skulle vara att cyklontorka

mesan. Detta skulle innebära en oljebesparing, alternativt en kapacitetshöjning.

En cyklon skulle nyttja de uppvärmda rökgaserna från mesaugnen och på så sätt

återanvända dessa. En cyklon höjer torrhalten på båda mesaugnarna från 80 till

90 %, förutsatt att 6.5.1 filter till mesaugn redan har införskaffats. Produktionen

mesa från de två ugnarna är 147,8 ton/år och 132,04 ton/år enligt [32]

fabriksinfosystemet. Detta innebär en oljebesparing på

86,101078,23652460)04,13278,147(2655100

8090 7 GWh (8)

eller ungefär 1 012,8 m3 minskad eldningsoljeförbrukning per år. Ovanstående

resonemang gäller enbart hur mycket olja som sparas genom att förtorka mesan.

Eventuell elförbrukning eller värmeåtervinning är inte medräknade. Vid ett senare

skede kan det visa sig mer lönsamt att ersätta energibesparingen med en

produktionsökning och då uteblir den totala energivinsten men den specifika

energivinsten bibehålls ändå.

En uppskattning av [33] Fredrik Mellesmo är att en sådan cyklon skulle kosta 7-8

miljoner vilket ger projektet en återbetalningstid på 3,15 år. En detaljerad studie

skulle behöva göras för att ta reda på mer exakt vad en sådan här cyklontork

skulle kosta.

53

6.6 Sodapanna, SP2

Sodapannans uppgift är i första hand att fungera som kemikalieåtervinning och i

andra hand som ångproducent. Tjockluten från indunstningen har 2008 en torrhalt

på ca 70 % då den kommer till sodapannan. Luten går till ett lagringskärl och

blandas där med stoft från elfiltren. Luten sprutas in i pannan med fyra fasta

lutsprutor. I ugnen förångas vattnet, de organiska ämnena förbränns och

kemikalierna återvinns. Rökgaserna värmer panntuber, överhettare,

konvektionsdel samt två ekonomiserar som sänker temperaturen till ungefär

180°C och sedan elfilter och rökgaskylare som sänker temperaturen till 130 °C.

Ugnen kan uppdelas i tre zoner; reduktionszon, torkzon samt oxidationszon.

Dessa sammanfaller med de tre luftstegen primär, sekundär samt tertiärluft som

används i sodapannan. Vid primärluften är omgivningen reducerande, det är med

andra ord syreunderskott. I torkzonen finns mer syre, men inte så mycket att alla

ämnen oxideras helt utan detta sker i den översta oxidationszonen. Där frigörs den

mesta av värmen i pannan. De oorganiska resterna av den brända luten kallas

smälta och rinner ur pannan ned i lösaren där smältan blandas med svaglut och

dispergeringsånga som tillsammans bildar grönlut. Grönluten pumpas till mixeriet

för framställning av vitlut. Sodapannans ångproduktion täcker två tredjedelar av

fabrikens ångbehov. Vid hög produktion av sulfatmassa behövs mycket ånga men

det är inget problem eftersom man då också får ut mer tjocklut som används som

bränsle i sodapannan. Beckolja används för att stötta produktionen av ånga och

bidrar med ungefär 10 % av sodapannans totalproduktion av ånga. Rent

reglermässigt styrs annars sodapannans ångproduktion av tillgången på tjocklut.

Ångan från sodapannan har ett tryck på 110 bar och en temperatur på 505 °C.

Ångan reduceras över en mottrycksturbin innan den går ut på ångnätet till 10 och

3 bar. Turbinanläggningen är egentligen inte en separat avdelning men den

behandlas under en separat rubrik för att tydligare åskådligöra ångfördelningen.

Följande bygger på uppgifter från [4] Analys av utförda och planerade större

energiprojekt.

Det som skiljer SP2 från andra sodapannor är dess dimensioneringsdata och

systemlösning för att optimera elproduktionen utifrån fabrikens storlek,

marginalbränsle och kommande projekt. Utifrån denna optimering gjordes

följande val:

Ingående matarvattentemperatur har valts till 140 ºC utifrån lämplig

dimensionering av elfilter samt användandet av 3 till 3,5 bar ånga vid

förvärmning av matarvattentank. Utgående ångtemperatur är 505 ºC efter

optimering av investeringskostnader för överhettare för att uppnå olika

temperaturer ställt mot ökad elgenerering i turbin. Utgående ångtryck är

valt till 110 bar efter optimering av elgenereringen med turbinleverantörer.

54

Förbränningsluften värms i tre steg. Första steget utgörs av återvunnen

energi från rökgaserna genom två parallella lågtrycksvärmeväxlare

placerade efter respektive elfilter samt energi återvunnen från pannans

smältalösare. Andra steget består av förvärmningen med 10 till 11 bar

ånga och sista steget utgörs av 30 bar ånga från ångcentralen. Valet att

använda denna ånga istället för att ha en avtappning från turbinen beror på

att barkpannan inte är ansluten till någon turbin. Det lönar sig därmed att

låta all ånga från sodapannan reduceras till 10 bar nätet.

Sotånga tas ifrån 30 bar nätet från barkpannan för att öka utgående

ångmängd och därmed elgenereringen. Denna ånga är mättad och

överhettas något med ånga från sodapannas överhettare.

Sodapannan är utrustad med en starkgasbrännare som förbränner fabrikens

starka gaser med olja och/eller metanol som stödbränsle. Starka gaser i sig

innehåller lågt värmevärde men metanolförbränningen ökar mängden

tillförd energi till pannan. Notera att detta har medfört att oljeförbrukning i

mesaugnar har ökat då denna energi tillfördes i mesaugnarna genom

förbränning av strippergaser.

I eldstadens övre del sitter två stycken lastoljebrännare placerade vilka kan

förbränna eldningsolja (Eo6) eller beckolja.

Vidare ställdes krav på låga emissioner, lågt syreöverskott, hög

reduktionsgrad samt liten mängd oförbränt lignin i smälta och rökgas.

Den nya sodapannan har en elförbrukning av ca 102 kWh ptm jämfört

med den gamla sodapannan som förbrukade 63 kWh ptm. Ökningen kan

stor del förklaras av att det ökade ångtrycket ökar elbehovet för

matarvattenpumpar.

Genom att starta upp SP2 har elproduktionen ökat till det dubbla från ca

300 till 600 kWh ptm. Detta beror till största delen av eloptimeringen.

Elförbrukningen efter drifttagningen av SP2 har ökat med ca 39 kWh ptm

jämfört med gamla sodapannan på grund av större matarvattenpumpar, en

luftkompressor och ett större antal drifter.

55

figur 15. data sodapannan SP2

Genom de val som är beskrivna ovan har fabriken ökat sin elproduktion från 0,30

till 0,49 MWh ptm om man inte räknar med någon förbränning i lastoljebrännare.

Då fabrikens ångcentral redan uppnått sin maximala last på biobränsle så innebär

detta att den skulle behöva öka sin oljelast rejält för att kompensera för den

minskade termiska energin från SP2. För att undvika en ökad oljeförbrukning i

ångcentralen och maximera elproduktionen eldar fabriken istället beckolja i SP2:s

lastoljebrännare vilket också ökar också elproduktionen. Beckolja är en

restprodukt från talloljeförädling och ungefär 370 kg beckolja utvinns ur ett ton

tallolja. Egenskaperna är relativt lika eldningsoljans. En bild med en del

grunddata kan ses i figur 15 och figur 16 visar energiflödesdiagrammet. Hur

värdena framtagits kan ses i bilaga 3.

56

figur 16. energiflödesdiagram sodapanna, kWh/ton-sulfatmassa


1. Tjocklutens energiinnehåll är 8,0 MJ/kg för bränslet totalt sett, i torr

reducerande miljö

57

2. Spädvattnet och det återförda kondensatet värms upp av ugnen och bildar

ångan

3. Rökgaserna används till att förvärma den intagna luften och matarvattnet

4. Ångan kommer från ångcentralen och används till att sota pannan

kontinuerligt

5. Övriga förluster inkluderar reaktionsförluster

6. Grönlut har inget tillägg för kemisk energi, den fysiska energin beräknas

på samma sätt som för tjocklut

6.6.1 Sotångreglering

Sodapannan behöver kontinuerlig rengöring. Detta sker genom att blåsa in 30 bar

ånga genom fasta munstycken med en viss sekvens som är grovt

överdimensionerad för säkerhets skull. Det är möjligt att spara mellan 1/3 och 1/2

av sotångan idag enligt [19] Niclas Ahnmark genom reglering med befintlig

teknik, det vill säga 1,59 till 2,38 GWh ångenergi. Genom att sätta in fler givare

som mäter ”försmutsningsnivån” i pannan kan man minska ångförbrukningen på

ett mer kontrollerat sätt. Ett problem är att man hela tiden vill överdimensionera

sotningen för att inte riskera beläggningar som är svåra eller omöjliga att bli av

med. Det finns även företag som erbjuder liknande tjänster, till exempel [25]

Soottech. Eftersom det finns stor potential inom området så bör det undersökas

vidare.

58

6.7 Turbinanläggning

Turbinens uppgift är att reducera ångan från sodapannan till 3 och 10 bar ånga

samt att generera elektricitet. Ångan som kommer in är 110 bar och 505 °C.

Regleringen av turbinen styrs automatiskt från den aktuella ångbalansen. 110 bar

ångan reduceras både före turbinen och i den för att uppnå maximal

verkningsgrad. Turbinen är utformad för att producera 25 MW. Figur 17 visar

energiflödesdiagrammet. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.

figur 17. energiflödesdiagram turbinanläggning, kWh/ton-sulfatmassa


1. Kylvattnet tillsätts konstant till den reducerade 10 bar ångan efter turbinen,

för att inte ångnätet ska överhettas

2. Ånga till sodapannan är skillnaden mellan totala ångflödet till sodapannan

och det som kommer från ångcentralen

3. Enbart i detta energiflödesdiagram görs uppdelningen mellan 3 bar och 10

bar ånga. I övriga diagram benämns båda enbart som ånga.

59

6.8 Ångcentral, ÅC2

Ångcentralen har till uppgift att tillverka 30 bar ånga genom att förbränna olja,

bark och inköpt biobränsle. Biobränslet transporteras in via transportörer dels från

en barkhög och dels från en tippficka, varifrån det leds till två axonugnar som går

fram till ångpannan. Bränslet skruvas in underifrån och olika luftflöden styr

cirkulation, syrehalt, torkning och omrörning. Rökgaserna leds först in i en

oljepanna där ytterligare energi tas tillvara. Därefter kyls de i ekonomiserar,

cyklonrenare och körs genom elfilter innan de lämnar pannan vid en temperatur

på 140 °C. Ångpannan har ingen överhettare utan producerar mättad 30 bar ånga.

Denna reduceras till 10 bar och lagras i ackumulatorn och används även till att

sota sodapannan. Ångcentralen varierar sin produktion av ånga efter fabrikens

behov. Den kombinerade olje- och biobränslepannan i ångcentralen täcker i

princip en tredjedel av fabrikens ångbehov. Energiflödesdiagrammet för

ångcentralen kan ses i figur 18. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.

60

figur 18. energiflödesdiagram ångcentral 2, kWh/ton-sulfatmassa


1. Biobränsle består av bark, torrflis, sågspån, och en liten del returfiberrejekt

2. Rökgaserna lämnar skorstenen med en temperatur på 140 ºC

3. Vattnet kommer från en kondensatåterföringstank gemensam med

sodapannan. Kondensatförluster ersätts med renat råvatten.

4. Rejekt är resterna från returpappersbalarna som utsorterats från vissa

reningssteg

61

6.8.1 Förbättrad biobränsleblandning,

Efter samtal med [15] Tilda Nordin kan det konstateras att det skulle vara mycket

värdefullt för fabriken att ha en bättre mixad bränsleblandning. Ökad produktion

av ånga, ökad tillförlitlighet, mindre slitage och mindre utsläpp av reglerade gaser

är en del av de fördelar som skulle uppnås. Energimässigt däremot är största

vinsten att undvika att stanna pannan lika ofta. I nuläget stannar den ungefär en

gång per dag för slaggning och två gånger per år för bilning till följd av att sand

följer med flisen in till pannan och sintrar till hård beläggning. Det andra stora

problemet är att det i nuläget är mycket svårt och arbetsamt att blanda biobränsle

så att en jämn fukthalt erhålls. Traktorförarna måste ta ett lass från en hög och

lägga det i en annan. Med en låg fukthalt till exempel i sågspån, brinner pannan

för intensivt och riskerar att skada utrustningen. Med låg torrhalt, exempelvis i

egenproducerad bark, brinner pannan för långsamt och en stor del av energin går

åt till att koka bort vattnet. En sak som bör tas med i helhetsbilden är att en

förbättrad biobränsleblandning bör byggas i samband med byggnationen av en ny

ångcentral för att optimera logistiken. De energimässiga effekterna är komplexa

och bör utredas vidare. Mer information finns i interna dokumentsamlingar [42]

och [43].

62

6.9 Returfiberavdelning

Returfiberavdelningens uppgift är att ta in balar med wellpapp, det vill säga

återvunnet papper, sönderdela, rena och göra returmassa som används till att göra

nytt papper. Kapaciteten är 1000 ton returmassa/dygn. Returfiberbalarna är av

mycket skiftande kvalitet och innehåller betydande mängder av plast, sand och

järnskrot. Dessa avlägsnas i flera steg med många olika reningsprinciper. En av de

mer energikrävande reningsmetoderna är virvelrenare där vattnet skjuts in

tangentiellt och skapar en virvel där tunga partiklar sjunker till botten och acceptet

sugs upp i toppen. Två separata linjer används för att klara högre kapacitet och

skapa en viss redundans. För att få en jämn och kontrollerbar kvalitet på

returfibermassan delas fibrerna upp i en långfiber- och en kortfiberlinje. Rejektet

av reningsstegen antingen bränns i ångcentralen eller komposteras beroende på

hur mycket sand och sten rejektet innehåller. Energiflödesdiagrammet för

returfiberavdelningen kan ses i figur 19. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.

figur 19. energiflödesdiagram returfiberavdelning, kWh/ton-returfibermassa

63


1. Både returfiberbalarnas och rejektets energivärde baseras på hur mycket

brännbart rejekt som utkommer av processen.

2. Returfibermassans energivärde beror av torrhalten

3. Varmvattnet från pappersbruket är fiberhaltigt bakvatten

6.9.1 Nya silplåtar och rotorer

Pulpern är ett kar med en rotor och silplåtar i botten vars uppgift är att lösa upp

och finfördela wellpappbalar. Det har visat sig på andra bruk att små

geometriförändringar har medfört kapacitetsökning. En annan form på hålen i

silplåten samt extra rotorblad på navkåpan har visat sig ge 10 % kapacitetsökning

för andra bruk. Med en medelenergiförbrukning på 400 kW blir totala

energiförbrukningen 3,5 GWh per år. 10 % ökningen motsvarar 120 kkr per år.

Detta är en förslitningsvara där reparationer sker internt.

Kostnad: ca 400 kkr


Elenergibesparing: 350 MWh

Detta förutsatt att det går att sänka effekten med 10 % med oförändrat resultat

annars är resultatet enbart kapacitetsökningen.

64

6.10 Pappersmaskin

Till pappersbruket kommer sulfatmassa och returfibermasa och ut går färdig liner.

Pappersbruket består av fem delar: mälderiet, viraparti, pressparti, torkparti och

rullmaskin. Sulfatmassan som kommer från tvätten och har en torrhalt på ungefär

10 % pumpas upp i fyra lagringstorn. Returfibermassan lagras i två separata torn

för lång- och kortfiber. Dessutom lagras utskottet i ett eget torn. Utskott är

utsorterat papper som upparbetats för att kunna återanvändas. Massans

egenskaper påverkas om den står mer än några dagar, speciellt returfibermassan.

Oftast är dock inte detta ett problem eftersom massan kontinuerligt tillverkas och

går används i pappersmaskinen. När massan lagras är det fördelaktigt med en hög

koncentration eftersom det då ryms mer men när massan går från tornen späds

den till 5 %. Efter lagring mals sulfatmassan och pumpas sedan till mellankaren.

Malningen ökar styrkan i pappret eftersom fibrernas kontaktyta ökar. Däremot så

försvåras torkningen av malning. Kvarnarna är de största elenergiförbrukarna i

fabriken följt av vakuumpumparna och drivningen av pappersmaskinen. Massan

går via inloppslådor ut på virorna där den avvattnas genom gravitation och

vakuum med hjälp av vakuumpumpar och fläktar. Därefter går massan till

presspartiet i vilket vattnet pressas ur massan i tre pressnyp och transporteras bort

med hjälp av pressfiltar. Efter pressen går pappret med 45 % torrhalt in till

torkpartiet. Här torkas pappret med hjälp av 52 ångupphettade cylindrar som

förångar vattnet som skickas ut över tak efter värmeväxlingssteg. När pappret

kommer ut ur torkpartiet, med en torrhalt på 92 %, rullas det upp på tamburjärn

och omrullas i rullmaskinen till kundrullar. Energiflödesschemat för

pappersmaskinen kan ses i figur 20. Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3.

65

figur 20. energiflödesdiagram pappersmaskin, kWh/ton-liner

Kommentarer till Energibalansen:

1. Ångan används i torkpartiets torkcylindrar

2. Våtluft över tak beskriver hur mycket energi det går åt till att höja

temperaturen på vattnet i pappersbanan från 45 °C till 100 °C och sedan

förånga vattnet. Vattenmängden som avses är allt vatten som torkpartiet

avlägsnar

3. Primärångkondensatet är vatten som återleds till matarvattentanken. Om

man vill veta hur mycket energi pappersbruket förbrukar ska denna del

dras bort eftersom värmen återvinns.

4. Ingående luft förvärms genom att kyla ned våtluft över tak

66

6.10.1 Värmeåtervinningsprojekt, VÅV

Projektet syftar till att byta ut ett värmeåtervinningssteg på pappersmaskinens

torkparti mot ett värmeåtervinningstorn och därmed öka mängden utvunnet

varmvatten ur våtluft över tak. Vattnet som avlägsnats från pappret och följt med

våtluften passerar den flera värmeväxlingssteg för att ta sänka dess temperatur

och tillvara energin. Detta är en viktig punkt dels eftersom avvattningshastigheten

bestämmer processhastigheten och dels eftersom torkpartiet är en av fabrikens

enskilt största ångförbrukare.

Den återvunna energin används till att värma tilluften till torkpartiet och

lokaluppvärmning. Anledningen till att denna investering kunde motiveras var

dock att den nya indunstningen producerar mindre varmvatten och här finns

möjlighet att få ut mer varmvatten. Det nya värmeåtervinningstornet producerar

40 l/s 50 °C varmvatten från råvatten, vilket är mer än tillräckligt.

Nyttig energi i varmvatten: 4,79 GWh

Något som fortfarande skulle behöva göras är att bygga tre till likadana torn för

att få total kontroll över torkpartiet och därmed styra ångförbrukningen mer i

detalj. En positiv effekt som dessutom kan komma att ses på sikt är att

fuktregleringen av pappret förbättras. Uppgifter bygger på samtal med [40] Peter

Brunesson. För ytterligare information se även [36] Håkan Jonssons arbete om

torkpartiet.

6.10.2 Återcirkulera kylvatten kvarnar

Kvarnarna behöver kylvatten med temperaturen 22-25 °C. Detta fås genom att

blanda 55 °C varmvatten med råvatten. Efter att det har kylt kvarnen spolas det ut

till recipient. Det är ett slöseri med varmvatten att värma vatten för att sedan kyla

det och spola ut till recipient. Under sommaren är det dock inget problem

eftersom det då finns överskott på varmvatten. Kvarnarna förbrukar 300 000 m3

kylvatten per år.

Det är endast då det är brist på varmvatten som denna investering lönar sig. Om

varmvattnet hade värms enbart för detta syfte skulle det kosta 438 kkr per år, men

det är endast då olja eldas för att täcka upp bristen på varmvatten som det är en

verklig kostnad. Detta uppskattar jag till att det sker ungefär två gånger per månad

i 18 timmars intervall under vinterhalvåret efter att ha observerat signalerna från

ackumulatornivån, 75 C° cisternens nivå och oljeförbrukningen i ångcentralen,

vilket motsvarar 2,2 % av hela året. Detta ger att åtgärden borde genomföras om

den kan göras på mindre än 28900 kr för att ha en återbetalningstid på mindre än

tre år. Uppgiften om exakt hur mycket olja som eldas för att göra varmvatten

borde undersökas närmare och den informationen kan hjälpa den här beräkningen

att bli mer exakt. Beräkningar återfinns i bilaga 2.

67

6.11 Biologisk rening och avlopp

Den biologiska reningens syfte är att rena avloppsvattnet från anläggningen.

Föroreningarna man vill separera från vattnet är till viss del fasta som fibrer,

barkrester, sand och lera. Dessutom finns lösliga och olösliga ämnen som

kolhydrater, hartsämnen och salter. Reningen är av typen aktiv slam med selektor.

Anläggningen har tre steg: försedimentering, bioreningssteg samt

eftersedimentering. Figur 21 visar flödena i ett blockschema. I försedimenteringen

pumpas injektet in i centrum av en cirkulär bassäng. De tyngre partiklarna sjunker

till botten och resten rinner av i avdragsrännan i periferin. Bottenslammet skrapas

till centrum där det pumpas till anläggningens slamlager. När vattnet nu går

vidare till det biologiska reningssteget så regleras temperatur och dessutom

tillsätts närsalterna kväve och fosfor. Den biologiska reningen består av en

selektorbassäng med en aktiv slambassäng. Reningsprocessen går ut på att

mikroorganismer nyttjar föroreningarna som föda, substrat och omvandlar dessa

metaboliskt till för miljön ofarliga ämnen. Processen, som är aerob, förekommer

naturligt. Genom kompressorer och luftare skapar man ett flöde av luftbubblor

som syresätter vattnet. Det renade vattnet och slammet pumpas nu till

eftersedimenteringen. En del av slammet som sedimenterar återförs till selektorn

så att biomassan uppehålls, resten avvattnas för att komposteras. Vattnet

sammanförs med fabrikens övriga avloppsvatten innan det värmeväxlas nu och

skickas sedan ut i älven. Figur 22 visar energiflödena in och ut från bioreningen.

Hur värdena framtagits kan ses i bilaga 3. Uppgifter om bioreningen är hämtade

från [31] SCA:s studiehäfte.

figur 21. blockdiagram biorening

68

figur 22. energiflödesdiagram biorening, kWh/ton-sulfatmassa

Kommentarer till energibalansen:

1. Varmvattenenergin som går till Umeå Energi fås genom att summera

energin av de övriga vattenflödena

2. Kylvattnet kyler klarfiltratet från pappersbruket via värmeväxlare så att

temperaturen blir lämplig för bakteriekulturen. Det uppvärmda kylvattnet

blandas med Umeå Energis slinga för uppvärmt råvatten

3. Vatten till renvattenavlopp är allt vatten som använts i fabriken men inte

kommit i kontakt med kemkalier eller fibrer

4. Då det processvarma vattnet lämnar bruket i huvudavloppet så är det den

avgjort största energiposten som lämnar fabriken totalt sett

69

6.11.1 Microluftare

I bioreningen är de gamla luftarna i både aktiv slam och selektor gamla, slitna och

i behov av renovering. I bioreningen luftas vattnet i nuläget med hjälp av

kompressorer som förser luftare av typen O.K.I. 133-51 med luft. Detta är en

energikrävande teknik och företaget Sorubin har en annan lösning. Följande

förklaring kommer från företagets sida sorubin.se:

”Sorubins microluftare är bottenmonterade luftare. Längst ned sitter en motor

med en impeller (sugpropeller). Impellern är riktad mot ytan och genererar en

luftpelare i vattnet som når ända ned till impellern. Denna vortex är känslig för

strömingsstörningar och innesluts därför i en särskild kammare. Då vortexen

roterar skapas tunna skikt av luft-vatten-luft-vatten. Tack vare dessa skikt nås

syremättnad i vattnet som trycksätts i impellern. Då det syremättade vattnet

slungas ut ur impellern faller trycket och det bildas mikroskopiska bubblor.”

En förstudie skulle kosta 30 000 kr och 15 stycken luftare upp till 450 000 kr per

luftare. Dessutom kan det behövas filter för att skydda maskiner och biosystemet.

Detta skulle kosta ca 20 000 kr per maskin det vill säga totala kostnaden hamnar

på upp till 7,05 miljoner plus de 30 000 för förstudien. Denna nya teknik skulle

kräva en effekt på ca 1,5 kW, att jämföra med nuvarande teknik, 500 kW

Kostnad: 7,08 miljoner kr

Årlig besparing: 498,5 kW 4,367 GWh eller 1,49 Mkr

Återbetalningstid: ca 4,73 år beroende på exakta kostnaden

Ett alternativ är att hyra tjänsten ”luftning” av Sorubin för en fast månadskostnad

som inkluderar service.

Däremot så måste tilläggas att det här är en relativt oprövad metod och om den tas

i bruk kommer fabriken fungera som en pilotanläggning.

6.11.2 Hyperdiveluftare

I bioreningen är de gamla luftarna i både aktiv slam och selektor är gamla, slitna

och i behov av renovering. Tekniken har gått väsentligt framåt på det här området

sedan de föregående luftarna, O.K.I. 133-51, installerades vid byggnationen av

bioreningen 1998. ATEK avvattningsteknik AB som levererade de gamla luftarna

har en ny typ som kallas Hyperdive. Fördelen med dessa är att de kräver ungefär

halva luftflödet jämfört med nuvarande luftare. Därmed kan en av de två

blåsmaskinerna stoppas med besparing på 165 kW. Dessutom är det också möjligt

att köra själva luftarna mer energisnålt, vilket ger en ytterligare besparing på 176

kW. Investeringen skulle kosta 3,51 miljoner inräknat de uteblivna reparationerna

och underhållet på den gamla utrustningen. Detta ger en återbetalningstid på 3,6

år. Dessutom finns möjlighet att öka luftningskapaciteten eftersom den andra

blåsmaskinen kan kopplas in. Uppgifter bygger på samtal med [5] Johan Eriksson

på ATEK och på i Hyperdive broschyren och offert [29]. Se beräkningar i bilaga

2.

70

6.11.3 El av spillvärme

Opcon har ett koncept som kallas för powerbox för att utnyttja

temperaturskillnaden mellan spillvatten och råvatten till att producera el. Enligt

[30] Manuel Swärd från Opcon, så skulle ett spillvatten med temperatur 55 °C i

kombination med i 8 °C kylvatten ge en elproduktion på ca 250 till 275 kW med

variationer över året.

Kostnad: ca 8 Mkr exklusive installation och övriga kostnader som rördragning.

Återbetalningstid: minst 5,72 år

Ett problem är dock att klarfiltratet från pappersbruket är fiberhaltigt och det

medför att man måste räkna med någon sorts utrustning för att hantera detta som

till exempel fiberavskiljare eller värmeväxlare. Om det skulle gå att höja

temperaturen på spillvattnet skulle utgångsläget se bättre ut. En idé skulle kunna

vara att använda rent 75 °C vatten för detta men då måste man ha en plan för hur

man ska kunna fortsätta förse fabriken med varmvatten. Där kan man tänka sig att

hitta en ytterligare anledning för att bygga de nya värmeåtervinningstornen till

torkpartiet.

6.12 Sammanfattning förbättringsåtgärder och status

Här sammanfattas alla förbättringsåtgärder kortfattat med nulägesstatus.

6.12.1 Pågående projekt

Indunstning 4: installation klar, intrimning pågår, resultat fortfarande

oklart

Värmeåtervinningsprojekt: levererar enligt plan 40 l/s 50 °C varmvatten

Virtuella servrar: 71 % genomfört

Driftoptimering raffinörer: genomfört, utvärdering pågår

Hyperdiveluftare biorening: köps in 2009 och tas i drift 2009-2010

Silplåtar och rotorer: delvis genomfört, under utvärdering

Energisnål belysning: En första lampa installerad, fler kan bli aktuellt efter

utredning

6.12.2 Förkastade/ under utredning

Flisficka: inte prioriterat så länge den nuvarande håller nuvarande status

Filter mesaugn: inte prioriterat så länge centrifugerna kan repareras till

acceptabelt pris och mesaugnens tillgänglighet inte riskeras

Cyklontorkning mesaugn: kan bli aktuellt vid en kapacitetsökning

Bättre biobränsleblandning: krävs stor investering, tillgänglighet och

ångproduktion skulle förbättras

Mikroluftare: eftersom beställningen är gjord på den konkurrande

lösningen och installationen är på gång så är denna lösning inte längre

aktuell

71

6.12.3 Förslag på framtida projekt

Reglering av defibrörer: utredning krävs och kommer att återupptas då

produktionsförhållanden blir gynnsamma, lågkostnadslösning kan var

möjlig

Vedförvärmning med klarfiltrat: investering inte planerad

Tvättpress: investering inte planerad

Förbättrad tolkning och rapportering av fabriksövervakningssystem:

direkta vinster oklara,

Nya inköpsrutiner motorer: bra investering för motorer speciellt mellan 22

och 55 kW att välja IE3 vid inköp

Timerstyrda motorvärmaruttag: investering inte planerad.

73

7 Diskussion och slutsatser Tabell 4 åskådliggör skillnaderna mellan olika investeringar. De

förbättringsåtgärder som ej återfinns i tabellen finns antingen inte nog med

information om eller så är det åtgärder som inte kan kvantifieras på liknande sätt.

De investeringar som redan har påbörjats har ingen kostnad eller återbetalningstid

eftersom det är irrelevant information. Observera att besparingarna för de olika

energislagen är omräknade till GWh enligt [20] Erik Sandbergs

omvandlingstabeller. I detta kapitel kommer det att diskuteras hur investeringarna

vägs mot varandra. Dessutom kommer källor, förluster och den kreativa

idesessionen att diskuteras.

åtgärd

a årlig

besparing [GWh]

b varav

el [GWh]

c varav ånga

[GWh]

d varav vatten [GWh]

e varav olja

[GWh]

f kostnad

Mkr [GWh]

g

Återbet. [år]

ny tvättpress 33,12 33,12 31,00 4,31

vedupptining med klarfiltrat 8,26 0,42 7,83 24,50 4,28

vedupptining med råvatten 0,18 0,42 – 0,24 19,73 5,05

driftoptimering raffinörer 7,95 7,95

indunstning 4 25,84 0,47 17,88 – 4,79 12,28

Värmeåtervinnings-projektet 4,79 4,79

sotreglering, halvering ~2,38 ~2,38

mikroluftning biorening (dyraste alternativet) 4,37 4,37 6,78 4,50

timer motorvärmare 0,30 0,30 1,31 4,38

virtuella serversystem 0,38 0,38

flisficka 0,23 0,23 30,00 22,0

filter mesaugn 2 (10 % högre torrhalt) 5,12 5,12 22,00 18,00

cyklontork innan mesaugn 10,86 10,86 8,00 3,15

nya silplåtar och rotorer 0,35 0,35 0,40 3,33

luftare Hyperdive 1,68 1,68 3,11 3,64

el av spillvärme 2,41 2,41 8,00 5,17

totalt 108,61 19,54 61,41 0,00 25,21 491,60 tabell 4. kvantifierade förbättringsåtgärder

74

7.1 Källor

Helhetsbilden av fabriken har framkommit dels genom granskning av litteratur om

och från pappersindustrin. Detta räcker dock inte eftersom varje fabrik har

hanterat sina problem på lite olika sätt och dessutom har olika förutsättningar.

Därför krävs det många samtal med personer insatta i sambanden på fabriken i

man får en bra bild av den. Därför pekar referenser nu mot personer som är väl

insatta i sina respektive områden. Dessutom har många interna rapporter varit till

stor hjälp.

7.2 Uppföljning på kreativ idéproduktion

Sammanfattningsvis kan sägas om resultatet av brainstormingen att det inte är lätt

att nyttja spillvärmen till något användbart eftersom den har väldigt lågvärdig

energi. En idé som upp under mötet var att ersätta ånga med varmvatten där detta

är möjligt. Problemet är att enbart element som tas in i fabriken utifrån kan tänkas

värmas på detta sätt eftersom resten av flödena i princip har en högre temperatur.

Att förvärma veden med spillvatten under vinterhalvåret är ett sätt att göra detta

och ett annat att förvärma luften som tas in i lokalerna. En annan bra idé som

diskuterades var möjligheten att använda varmt spillvärmen till fjärrvärme. Detta

skulle vara en speciellt bra lösning om man dessutom kunde speciellt om man kan

höja temperaturen på spillvattnet till exempel genom en värmepump. Om de

resterande tre värmeåtervinningstornen dessutom byggdes så skulle

pappersmaskinen vara helt självförsörjande på varmvatten. Spillvärmen från

indunstningen och sekundärvärmesystemet skulle då kunna användas för andra

ändamål som detta. Slutsatsen av diskussionerna blev att många delar av fabriken

skulle kunna bli bättre tillvara spillvärme men till ganska stora investeringar med

relativt långa återbetalningstider. De åtgärder som skulle kunna göras med små

ekonomiska insatser är att kartlägga vattensystemet och installera ett antal nya

flödesmätare.

7.3 förslag på jämförelse mellan investeringar

Sex förbättringsåtgärder valdes ut för att jämföras vidare. Kriterierna var att de

skulle vara ej genomförda förbättringar av investeringskaraktär som har utretts till

liknande grad. Ett sätt att jämföra investeringarna mot varandra är att kvantifiera

hur väl de placerar sig gentemot varandra i ett mindre antal kategorier. Vad tabell

5 åskådliggör är just detta. Varje investering har fått ett värde inom varje kategori

som motsvarar hur väl de mäter sig mot varandra. För kolumnerna ”elbesparing”

och ”ånga/oljebesparing” är värdena del av högsta värdet inom kategori. För

kolumnerna ”kostnad” och ”återbetalningstid” motsvarar värdet ett minus del av

högsta värdet inom kategorin. Detta för att ordna så att positiva värden i tabellen

blir eftersträvansvärda. Kolumnen ”jämförelsetal” är värdena för varje investering

75

adderade för att få ett jämförelsetal som sammanfattar hur väl varje investering

placerar sig jämfört med övriga investeringar i valda kategorier. Formlerna som

värdena har beräknats från kan ses i tabell 6. Kategorin ånga och oljebesparing har

slagits ihop eftersom olja eldas i processen för att tillverka ånga.

B

Elbesparing

CE Ånga/olje Besparing

F

Kostnad

G

Återbetalning

H

Jämförelsetal

vedtining med klarfiltrat 0,17 0,24 0,21 0,76 1,38

tvättpress 0 1,00 0,00 0,76 1,76 filter mesaugn (10 % högre torrhalt) 0 0,15 0,29 0,00 0,44 cyklontork innan mesaugn 0 0,33 0,76 0,76 1,85 el av spillvärme 1 0 0,99 0,71 2,70 luftare Hyperdive 0,70 0 0,90 0,80 2,39

tabell 5. Rangordningsunderlag

maxb

bB

maxec

ecCE

max

1g

gF

max

1f

fG

FGCEBH

tabell 6. Formler för framtagande av jämförelse tal

Jämförelsetalet ger den slutgiltiga rankingen.

1. el av spillvärme

2. luftare Hyperdive

3. cyklontork innan mesaugn

4. tvättpress

76

5. vedtining med klarfiltrat

6. filter mesaugn 2

När investeringar jämförs mot varandra är det ofta en komplex fråga eftersom det

finns en uppsjö av parametrar att ta hänsyn till. Att beskriva problemet grafisk ger

fördelen att det inte ger ett absolut svar utan istället ett diskussionsunderlag att

arbeta vidare på. Figur 23 bygger på data från tabell 5. Elbesparing är enskild

kategori för att ta hänsyn till att det är speciellt attraktivt.

figur 23. jämförelse investeringar

Vad som går att utläsa ur figur 23 är att ”el av spillvärme” och ”luftare

Hyperdrive” har störst ytor och därmed är de intressanta. ”cyklontorken”

77

och ”tvättpressen” har nästan lika stora ytor och eftersom felmarginalen är stor är

dessa också intressanta. ”filter till mesaugn” däremot har en ganska liten yta men

till försvar kan sägas att om centrifugerna börjar kräva stora reparationsåtgärder

blir det ett mycket gynnsamt läge att köpa filter istället för nya

centrifuger. ”vedupptiningen” ser inte heller så bra ut enligt figur 23 men medför

dock att både tillgängligheten och livslängden för ångcentralen ökar, vilket är en

komplex sak att ta få med i en jämförelse av den här typen. Diagrammet har en

del brister men ger ändå ett diskussionsunderlag inför ett eventuellt beslut.

Ett tredje sätt är att gå tillbaka till denna rapports ursprung, PFE, och göra

bedömningen enbart med elbesparingar i fokus. Detta ger följande rangordnade

lista:

1. Raffinörer

2. Mikroluftare

3. El av spillvärme

4. Luftare Hyperdive

5. Indunstning 4

6. Virtuella serversystem

7. Silplåtar och rotorer till pulper

8. Timer motorvärmare

9. Vedspolning klarfiltrat

10. Lågenergibelysning

Raffinörer, luftare Hyperdive, virtuella serversystem och indunstning 4 är dock

pågående projekt och dessutom är mikroluftare ett övergivet projekt till fördel för

Hyperdive luftarna. Ytterligare information som krävs för att göra ett beslut

återfinns i tabell 4.

7.4 Förlustparametrar

Figur 24 visar magnituden av posten ”övriga förluster” från

energiflödesdiagrammen för alla avdelningar. Med ”övriga förluster” avses:

rena förluster: till exempel elmotor eller pump i avkyld lokal eller utomhus.

All effekt övergår i värme som inte behövs.

Semiförluster: till exempel elmotor i lokal som behöver uppvärmning.

Spillvärmen hjälper till att värma upp lokalen.

Reaktionsförluster: Lut och kalk-föreningar kräver respektive avger

förluster då kemiska reaktioner sker. För kalk sker dessa inom

vitlutsberedningens avdelning och märks därför inte. För lut så krävs lite

mer energi för att bränna luten men den avges å andra sidan framförallt i

kokningen. Den här energiåtgången är redan medräknad i energivärdet för

tjocklut.

78

Okända flöden och felaktiga signaler: Det har varit ett genomgående mål i

det här arbetet att dokumentera alla viktiga flöden. Dock är enda sättet att

förklara de stora ”förlusterna” i pappersbruket att alla energiflöden inte är

kända och i kokeriet till exempel saknas en del mätare både för

vattenflödet in till och ut ur anläggningen.

figur 24. förluster och okända parametrar

Förlustposten erhålles som restposten mellan in och utflöden för respektive

avdelning och därför går det inte att skilja på förluster och okända parametrar. Det

är möjligt att utreda det här området vidare genom att ta reda på hur stor del som

är kända förluster, till exempel friktion, avsvalning och tryckförluster. För kretsen

ved till tjocklut finns det rimligtvis större förluster än det ser ut som eftersom

vedens energiinnehåll beräknas efter tjocklutens energivärde som veden ger

upphov till.

7.5 Alternativ investeringsmodell

Något som är värt att undersöka vidare är alternativa investeringsmetoder. En

metod som bygger på långt samarbete och större ansvar för leverantören kan vara

ett alternativ till normala modeller. Detta skulle kunna realiseras till exempel

genom att företaget över en längre tidsperiod hyr utrustning som leverantören

underhåller och ansvarar för funktionen. Alternativt så kan en leverantör få ansvar

för att en viss position eller funktion i produktionskedjan klarar sin uppgift. I och

79

med detta har man möjligheter att dela risker och intäkter med leverantören på ett

balanserat sätt. Ett exempel där ett liknande investeringssätt har praktiserats är

SCA Packaging Munksund som 1999 beslutade att investera i en ny

fastbränslepanna i samarbete med Vattenfall. Vattenfall byggde därmed pannan

tillsammans med turbin och matarvattenförsörjning och äger dessa nu. All

driftpersonal är anställd av SCA förutom de konsulttjänster som köps in efter

behov. SCA betalar en årlig avgift som regleras efter energipriser. Inköp och

större underhållsåtgärder sköts gemensamt mellan SCA och Vattenfall.

Information bygger på samtal med [48] Allan Larsson.

81

8 Referenser [1] Lag 2004:1196

[2] Ulrich, K. T., Eppinger, S. D., (1995), Product Design and Development,

McGraw-Hill International Editions, Management and Organization Series,

[3] Maria Lindgren, processingenjör IMM

[4] Analys av utförda och planerade större energiprojekt vid SCA Packaging

Obbola AB (2009), intern rapport

[5] Johan Eriksson, försäljare, ATEK

[6] Elrapport -08, intern rapport, SCA Packaging Obbola AB

[7] www.energimyndigheten.se/PFE, [2009-09-01 08:00]

[8] Rickard Rönnkvist, (2006), Energianalys SCA Packaging Obbola AB

[9] Miljörapport SCA Packaging Obbola AB, (2008)

[10] Energibalans, (2008), Per-Erik Björnerbäck, intern rapport,

SCA Packaging Obbola AB

[11] Jan Fors och Börje Nord, (1980), Energianvändning inom massa- och

pappersindustrin SCA-Nordliner Munksund, SIKOB AB, nr 79-5715

[12] Investeringsunderlag, (2009), intern rapport, SCA Packaging Obbola AB

[13] Urban Brännström, elingenjör, SCA Packaging Obbola AB

[14] Markus Wikman, (2009), Förstudie förbasningskärl – Underlag för framtida

investering av ny förbasningsutrustning

[15] Tilda Nordin, automationsingenjör, SCA Packaging Obbola AB

[16] Kristina Jonsson, vik. processingenjör, ved och fiber,


[17] Martin Wahlberg, processingenjör ved och fiber, SCA Packaging Obbola AB

[18] Motorcykelrapporten, (2008), sammanställning av månadsrapporter, P-E

Björnerbäck, intern rapport

[19] Niclas Ahnmark, processingenjör energi, SCA Packaging Obbola AB

[20] Erik Sandberg, drifttekniker massabruk, SCA Packaging Obbola AB

[21] Månadsrapporter, (2008) Sammanställda av Erik Sandberg, intern rapport

[22] Månadsrapport miljö ÅC2 (2008), intern rapport,


[23] Periodisk besiktningsprotokoll (1996-2008), intern rapport

[24] Hans Thorén, labchef, processingenjör biorening,


[25] Soottech, www.soottech.com, [2009-09-13 08:00]

[26] Nils Gilenstam, tf. teknisk chef, miljö- och processingenjör,


[27] Informationsblad Prismalence och produktblad - boostmaster

[28] Olof Öhgren, processingenjör mälderi/ pappersmaskin,


82

[29] Informationsblad Hyperdive och Offert 2730-10 rev 1 luftningsutrustning

SCA Obbola AB 2009-11-17

[30] Manuel Swärd, Business Development Director, Opcon energy systems

[31] SCA Packaging Obbola AB, Biologisk rening, studiematerial, 1997-11-04,

intern rapport, SCA Packaging Obbola AB

[32] Tips Info Viewer, Winmops, fabriksinformationssystemet

[33] Fredrik Mellesmo, projektledare, SCA Packaging Obbola AB

[34] Sören Marklund, systemtekniker, SCA Packaging Obbola AB

[35] Ture Sandström, drifttekniker IMM, SCA Packaging Obbola AB

[36] Värmeåtervinning vid papperstorkning, (2008), Håkan Jonsson

[37] Sveriges skogsindustriförbund, (1986), Energikompendium för massa- och

pappersindustrin, X721, ISBN 91-7322-105-8

ISBN 91-7322-087-6

[38] Knut-Erik Persson, (2000), Papperstillverkning, Skogsindustrins Utbildning,

2000, ISBN 91-7322-190-2

[39] Henrik Alvarez, (2006), Energiteknik, Studielitteratur, ISBN 91-44-04509-3

[40] Peter Brunesson, projektledare, SCA Packaging Obbola AB

[41] ÅF-Celpap AB, (2004), Förstudie: Kapacitetsökning massabruket rev 3

[42] Vattenfall Power Consultant, (2006), Eldstadskartering och inspektion av

rökgassidor

[43] Hantering biobränsle, (2006-2007), intern rapport,


[44] Energimyndigheten, (2004), Handbok för kartläggning och analys av

energianvändning

[45] Fabriksredovisning, mall för jämförelse, (2007), intern rapport,


[46] Kommissionens förordning (EG), (2009), nr 640, Europeiska unionens

officiella tidning, om genomförande av Europaparlamentets och rådets direktiv

2005/32/EG avseende krav på ekodesign för elektriska motorer

[47] Techworld, (2007), så fungerar den gröna datorhallen, nr 14

[48] Allan Larsson, blockingenjör, SCA Packaging Munksund AB

[49] Per Näslund, drifttekniker, elavdelningen, SCA Packaging Obbola AB

83

Bilaga 1 – Mollierdiagram för rökgas

85

Bilaga 2 – Beräkningar

Virtualiserade servrar

Först genomförs en teoretisk approximation och sedan jämförs denna mot de

uppmätta värdena. För ett år sedan fanns totalt 59 små servrar av vilka 42 är

ersatta av 6 storservrar, med en effekt på mellan 500 och 800 W vardera. Jag antar

här en jämn fördelning då jag inte har hittat data för de enskilda servrarnas effekt,

alltså medeleffekt 650 W. Eftersom dessa körs kontinuerligt så blir

årsförbrukningen för de 42 stycken 239,1 MWh. De 6 servrarna som har ersatt

dessa har en installerad effekt på 1 kW, vilket ger en årsförbrukning på 52,56

MWh. Den teoretiska besparingen är således 186,6 MWh.

Den uppmätta strömförbrukningen är ett stickprov på de servrar som är

lättåtkomliga, vilket är de flesta, gav resultatet 115 MWh i besparing vilket är i

närheten av det teoretiska värdet. Att detta inte helt stämmer överens med det

teoretiska värdet beror framförallt på att den exakta effekten för varje server är

okänd. En stor extrapost är dock kylningen. Sällan används restvärmen för något

nyttigt ändamål och därför är detta en ren förlust. Enligt [47] Techworld krävs

ungefär 136 % extra effekt till ett serverrum enbart på grund av kylningen.

Därmed är totala elbesparingen

4,271)36,11(115 MWh per år i nuläget

Om de resterande 17 servrarna kan uppnå samma proportionella besparing så blir

denna ytterligare besparing

9,109142

594,271 MWh

Total elbesparing för hela projektet per år blir alltså 381,2 MWh

Effekten kommer att ses gradvis under 2009 och 2010.

Motorvärmarstolpar

334 stycken motorvärmaruttag, alla sitter på dubbelstolpe. Både för motorvärmare

och kupévärmare är effekten ungefär 1500 W.

Nuvarande användning: ca 300 som använder motorvärmare 8 timmar om dagen

under vinterhalvåret ger 14,5 % nyttjande

Användning med timer: 2/24 under vinterhalvåret ger 4,2 %

Elbesparing: 2,533441500100

2,45,14 kW, eller 465,6 MWh per år

Det motsvarar säga 299 kkr per år

Kostnad: Inköps- och installationskostnad på (2800+1000)=3800 kr/uttag eller

1,31 Mkr totalt

Återbetalningstid 4,4 år

86

Hyperdiveluftare

Eftersom de nya luftarna drar mindre ström och kräver mindre luft så behövs bara

en kompressor. Dessutom undviks en underhållsperiod av de gamla luftarna.

Möjligen går det att sälja de gamla luftarna vidare.

luftareunderhåll.kompressorunderhåll.tuftareffekskillnad.l

mlaförsälj.galaunderh.gamrep.gamlaginvesteriningstidåterbetaln

Data bygger på jämförelser mellan de befintliga luftarna och de som anges i

produktbladet för Hyperdive.

Årlig elbesparing: 1 986 MWh

Minskad årlig kostnad i underhåll och reparation: 175 kkr

Engångsbesparing för utebliven reparation och underhåll samt försäljning: 1210

kkr

Kostnad: 4320 kkr


87

Ny inköpsrutin baserad på högre klassning av motorer

Som kan ses i rapporten 6.1.4 ny rutin för inköp av motorer så var det inga

motorer som klarar kravet på återbetalningstid på under 36 månader. Med en

högre utnyttjad effekt så skulle 22, 37 och 45 kW klara det. Driftcykeln valdes

enligt tabell 4 efter [13] Urban Brännströms, tidigare modell, vilket motsvarar ett

snitt på 66 % utnyttjad effekt.

Effektutnyttjande % del av tid %

100 10

90 10

80 20

70 40

60 20 Tabell 2. Teoretiskt effektutnyttjande

Ett antal installerade motorer i pappersbruket valdes ut för att verifiera denna

modell och det visade sig att Urbans modell stämde ganska bra, vilket stärker

resultatet. Tabell 5 visar resultatet av den stickprovsmätningen.

kW effektutnyttjande %

75 80

132 75

55 70

31 51 Tabell 3. Stickprov på verkligt effektutnyttjande

88

Indunstning 4

Från [4] Analys av utförda och planerade större energiprojekt vid SCA Packaging

Obbola AB

Förändring Effekt

Ökad ångprod. pga. ökad the. tjocklut 13,1 GWh mer ångproduktion

Ångbesparing pga. fler effekter 4,79 GWh mindre ångförbrukning

Minskad varmvattenproduktion 81 000 ton 50 °C mindre produktion

Oljebesparing pga. metanolutvinning 1700 m3

Elbesparing 0,468 GWh Tabell 4. Indunstning 4 förändringar och dess effekter

Tvättpress

Flöde 3 bar ånga som besparas med en tvättpress.

htm /5

h= 2720 kJ/kg, enligt mollierdiagram

omvandlingstal: 71078,2 MWh/kJ

331201078,227201000365245 7 MWh

Kostnad: 31 Mkr

återbetalningstid: 4,31 år

Återcirkulera tvättvatten kvarnar

Vattnet som krävs för att kyla kvarnarna ska ha en temperatur på 23 °C. Det är en

blandning av råvatten med en medeltemperatur på 6 °C och 55 °C processvatten.

Andelen processvatten fås av

xx 30000065530000023

x= 132000 m3/år

Det är alltså 132 000 m3/år som måste värmas från 4 till 55 °C

Om allt 55 °C varmvatten skulle värmas med olja enbart för detta syfte så blir

besparingen med denna förbättringsåtgärd:

temperaturMWhkJCe/årvattenflöd VattenP

187110005178,218,4132000 7e MWh/år

Eftersom det endast är under 2,2 % av året olja eldas för att göra varmvatten så är

besparingen istället:

17,41022,01871 MWh per år

89

Bilaga 3 – Energibalansförklaringar Processtemperatur är 50 °C för pappersbruket och 70 °C för massabruket

Ingående och utgående energivärde stämmer inte i vissa fall eftersom

temperaturen sjunker mellan avdelningarna i strålningsförluster från

cisterner och ledningar

Renseri

Ånga: [10] Energibalans 2008

Köpt flis: Total producerad flis – vedflis

Köpt biobränsle: [10] Energibalans 2008

Ved, bark: [10] Energibalans 2008

Ved, flis: flistot

vedtot

rundved Em

m3

3

El: [6] Elrapport 2008

Totalt biobränsle: [10] Energibalans 2008

Flis: Tjocklutens kemiska energivärde + vattnet i flisens

fysiska värmevärde + talloljans energivärde

Kokeri och tvätt


Flis: Tjocklutens kemiska energivärde + vattnet i flisens

fysiska energivärde + talloljans energivärde


Vitlut: fysisk energivärde som vatten, kemiskt räknas vara

försumbart, flöde: signal YTOTREPORT9

Varmvatten från

indunstning 45C:

Huvudflödet fås av kylvattnet till kondensorerna till

indunstning 2 och 3. Givare FRC_44.01 och

FRC_44.02. ÅC2 och råvatten. Dessa har dock inga

givare.

Lutkylare och

Dumpkondensor: Dessutom från lutkylare och dumpkondensor: flöde:

signal: 312FI428 och 312FI427, temp: signal:

312TI423 och 312TC422

Lutångkondensat: Flödet: signal 633FC422, temp: signal 633TI423

Råvatten till

90

Hetvattencistern: flödet beräknas från kopplingsschema till

2

2

111

tillflöde

tottillflöde

tillflödetillflödetottillflödem

TT

TmTm

Temperaturen fås av utemedeltemp

Pappersmassa: Cp fås genom att anta linjärt förhållande mellan rent

vatten och 10 % torrhalt på massan som är känd,

flödet av givare YTOREPORT3, fiberhalten då

massan går till tornen får av 630YA903 och

temperaturen anger driftpersonalen till 75 C.

Primärkondensat: [23] Månadsrapporter 2008

Tunnlut: Flöde: signal: FRQ_42.05, Samma totala kemiska

energi som tjocklut, temperatur enligt driftpersonal.

Torrhalt enligt LAB. Dessutom såpans energivärde

från miljörapporten.

Vatten till

PB och MB: flöde: signal: 312FI426 och 312FI430, temperatur:

signal: 312TC424 och 312TI435

Terpentin: [9] Miljörapport 2008

Kondensat till

indunstning: Flöde: uppskattning av driftpersonal, temperatur:

processtemperatur

Indunstning


Tunnlut: Flöde: signal: FRQ_42.05, Samma totala kemiska

energi som tjocklut, temperatur enligt driftpersonal.

Torrhalt enligt LAB. såpans energivärde: [9]

miljörapporten.


Kylvatten: flöde: signal: FRC_44.01 och FRC_44.02,

temperatur: utemedeltemperatur

Kondensat från kokeri: flöde enligt driftpersonal kokeri och

processtemperatur

Primärångkondensat: [18] Motorcykelrapporten 2008

Lutångkondensat

till tvätt: Flöde: signal: 633FC422, temperatur: signal:

633TI423

Lutångkondensat

till Vitlutsberedning: Flöde enligt [17] Martin Wahlberg, temperatur är

processtemperatur enligt driftpersonal

91

Starka gaser och metanol: [9] Miljörapport 2008,

Tjocklut: Flöde 490FI406, Kemisk energi 8,00 MJ/kg (fuktig

reducerande miljö) enligt [19] Niclas Ahnmarks

beräkningsmodell, temperatur enligt driftpersonal.

Torrhalt enligt LAB:s veckoanalyser. Såpans

energivärde från miljörapporten. Såpans andel enligt

[35] Ture Sandström

Varmvatten

till kokeri: Flödet fås av kylvattnet till kondensorerna till

indunstning 2 och 3. Givare FRC_44.01 och

FRC_44.02, processtemperatur

Såpa eller tallolja: [9] Miljörapport 2008

Sodapanna


Beckolja: [10] Energibalans 2008

Svaglut: enbart fysisk energi. Flöde enligt FL_49.16.

temperatur är processtemperatur

Återfört kondensat

& Spädvatten: Enligt flödesscheman, signal 495FI402 och

479FI415 samt enligt [20] Erik Sandberg


Tjocklut Flöde 490FI406, Kemisk energi 8,00 MJ/kg (fuktigt

reducerande miljö), temperatur av driftpersonal.

Torrhalt enligt LAB:s veckomätningar. Dessutom

såpans energivärde från miljörapporten. Temperatur

från sodapannans driftpersonal

Luft: Primär, sekundär och tertiärluft enligt signal

452FC401, 397FQ730 och 452FC761. temperaturen

är utemedeltemperatur eftersom förvärmningen

antas ske med spillvärme

Eldningsolja: [10] Energibalans 2008

Starka gaser: [9] Miljörapport 2008

Ånga: [18] Motorcykelrapporten 2008

Rökgaser: från bränslets flöde densitet och kemiska

sammansättning multiplicerat med andelen rökgaser

per andel svartlut och specifika värmevärdet från

mollierdiagram, temperatur enligt 490FI406

Grönlut: flöde enligt FRC_49.06 och FRC_49.07 temperatur

enligt [35] Ture Sandström, torrhalt enligt [8]

tidigare energirapport

92

Turbinanläggning

Ånga 110 bar: flöde: givare 491FI432 tryck: givare 491PI425,

mollierdiagram

Kylvatten turbin: flödet enligt [20] Erik Sandberg, temperaturen är

utemedeltemperatur

Ånga 10 bar flöde: givare 332FI747, tryck: givare 333PI410,

entalpi: mollierdiagram

Ånga 3 bar flöde: givare 333FI460,tryck: givare 332PI410,

entalpi: mollierdiagram

El: [10] Energibalans 2008

Ånga till sodapannan Total ångflöde till sodapannan – ånga från

ångpannan till sodapannan

Ångcentral 2

Rejekt: [9] Miljörapport 2008


Eldningsolja: [10] Energibalans 2008

Biobränsle: [10] Energibalans 2008

Avsaltat vatten

& återfört kondensat: Enligt flödesscheman, signal 495FI402 och

479FI415 samt enligt samtal med [20] Erik

Sandberg, om matarvattensystemets uppbyggnad

Ånga 30 bar: [18] Motorcykelrapporten 2008

Rökgaser: [22] Flöde enligt månadsrapport miljö ÅC2 2008-

01-01 till 2009-01-01, sammansättning enligt givare

470YA907.CBIO, 470YA907.HBIO,

470YA907.NBIO, 470YA907.SBIO,

470YA907.OBIO

Vitlutsberedning, mesaombränning kemikalieåtervinning

Eldningsolja: [9] Miljörapport 2008,

El: [6] Elrapport 2008,

Grönlut: flöde enligt FRC_49.06 och FRC_49.07, temperatur

enligt [35] Ture Sandström, torrhalt enligt [8]

tidigare energirapport

Lutångkondensat: [17] Flöde enligt Martin Wahlberg,

processtemperatur

Varmvatten från kokeri Flöde: uppskattning från flera muntliga källor,

processtemperatur

Svaglut: enbart fysisk energi. Flöde enligt FL_49.16.

temperatur enligt tidigare rapport.

93

Rökgaser: [23] Periodisk besiktningsprotokoll 1996-2008,

mollierdiagram

Vitlut: fysisk energivärde som vatten, kemiskt räknas vara

försumbart, flöde: signal YTOTREPORT9

Returfiberavdelning


Returbalar, brännbara delen: [9] Miljörapport 2008

Varmvatten fr. pappersbruk: totala flödet till bioreningen minus vattnet som följer

med massan

Brännbart rejekt: [9] Miljörapport 2008

Returmassa: flöde från [9] Miljörapport 2008, Cp fås genom att

anta linjärt förhållande mellan rent vatten och 10 %

torrhalt på massan som är känd, temperaturen:

processtemperatur

Varmvatten till biorening: flödet: bioreningens del från returfiberavdelningen

uppges enligt [24] Hans Thoren temperaturen:

processtemperatur

Pappersbruk



Massa: massan från sulfatbruket + massan från

returfiberavdelningen

Varmvatten 55 C: flöde: signal 312FI426, temperatur:

processtemperatur

Kylvatten: flöde: signal FRQ_70.55, temperatur:

utemedeltemperatur

Luftintag: flöde: halva maxintaget, enligt [34] Håkan Jonsson,

uppvärmt med sekundärvärme

Primärångkondensat: [21] Månadsrapporter, 2009 av Sammanställda av

Erik Sandberg

Våtluft över tak: Skillnaden i torrhalt före och efter torkpartiet

multiplicerat med ångbildningskoefficienten.

Återvunnen värme antas bli förluster efter att ha

uppfyllt sekundära uppgifter.

Klarfiltrat till returfiber: flöde: enligt [24] Hans Thorén, temperatur:

processtemperatur

Klarfiltrat till bioreningen: flöde: signal: FCQ_70.27, temperatur:

processtemperatur

94

Liner: Enbart fysisk energi. Enligt standardberäkningmetod

från [11] Energianvändningen inom

pappersindustrin

Varmvatten från kondensor: flöde: signal: 311FI490, temperatur: signal:

31TC406

Biorening

El: [6] Elrapport 2008,

Varmvatten till biorening: flöde: signal: 350YA903, temperatur: signal:

354AC475

Varmvatten till renavlopp: huvudavloppet och Umeå Energis andel minus det

som kommer från pappersbruket och

returfiberavdelningen

Varmvatten från

Temperaturkorrigering: efterVVXföreVVX EE

Umeå Energi fjärrvärme: genom summering av övriga

Huvudavlopp: flöde: signal: 350YA910.FLOWM3D, temperatur:

signal 350YA910.TEMP

95

Bilaga 4 – Opcon:s El av spillvärme Från Opcon:s sida opcon.se:

ORC betyder Organic Rankine Cycle. Den teknik som Opcon Energy Systems

utvecklat för utvinning av el ur överskottsvärme med Opcon Powerbox bygger på

grundprincipen för en Rankinecycle. Det betyder att den teoretiska

verkningsgraden styrs av temperaturskillnaden mellan varmt och kallt medium.

Rankine är en skala för temperaturer, uppkallad efter den skotske ingenjören

William John Macquorn Rankine, som presenterade den 1859.

Opcons ORC-system i Opcon Powerbox har en rad avgörande fördelar:

- Den producerar el från överskottsenergi (spillvärme)

- Produktionen orsakar inga utsläpp och ger ingen miljöpåverkan

- Produktionskostnaden för el är mycket konkurrenskraftig, kostnaden är 15-20

öre kWh, vilket gör tekniken lönsam redan vid lägre elpriser än dagens

- El framställd ur spillvärme från biobränslen - förnybar el - ger producenten

elcertifikat, som kan säljas vidare till elhandelsföretag

- Opcons teknik och teknologi är beprövad och bygger på ett unikt industriellt

kompressorkunnande

- Systemet är enkelt att anpassa till olika typer av industrimiljöer

97

Bilaga 5 – Ny klassning av motorer av ABB

99

Bilaga 6 - Kreativ ideproduktion

Följande punkter togs upp på frågan: Hur kan man utnyttja sekundärvärmen?

Resultatet i form av gula lappar med idéer kan ses här:

Ersätta ånga

Ersätta högvärdig energi med lågvärdig

Turbin blåsånga

Förvärma luft ÅC2

Torka och bränna avfall

Värmepump

Torka bark

Torka biobränsle

Värma råvatten

Värmedriven generator

Elproduktion

Kylvatten kvarnar

Bättre styrning

Ackumulator

Varmvatten

Värmeåtervinningstorn 1,2,4

Kontorsuppvärmning

Värma lokaler

Fjärrvärme

Eliminera dumpning för varmvattenproduktion

Tina ved med varmvatten

Förbehandling renseri

Vattenflöde pappersmaskinreturfiberrenseri

Driftventiler vakuumpumpar

Spritsvatten

Bättre utnyttjande klarfiltrat

101

Bilaga 7 - Övervägda idéer Följande är rakt av en lista på alla idéer som jag har berört.

Minska användningen av defibrörer

Se över oljorna som används

Råvattenvärmning med spillvärme

Ökat samarbete med Umeå Energi för att sälja mer fjärrvärme

Isolera mesaugn

Belysning: rörelsevakter

Belysning: effektivare lampor

Virtuella serversystem

Tidsstyrda motorvärmare

Förvärm ved renseri vinter effektivare

Öka koktiden

Pumpar frekvensriktade

Göra metangas av kompost

Organisera fabriksinformationssystemet ,Winmops

Noggrannare elrapportering till elbolag

Se över om installerade motorer är överdimensionerade

Upptining av returfiberbalar

Underhåll av ångsystemet

Ångfällor: bättre mätning

Motorer för inköp klassning

Coating mesaugn

Flisficka/ förbasningskärl

Mikroluftare

Torka, bränna bioslam

Tvättpressar

höja torrhalt på lut innan indunstning

Torka mesa bättre genom att använda cyklon

Alternativa bränslen mesaugn: biobränsle?

Varvtalsstyrd upplösare till pulper

Hydraulväxellåda till pulper

Ta bort transportskruvar i returfiberavdelningen

Optimera torkpartiet

Nya typer av lager

Bättre biobränsleblandning

Använda turbinånga till sotning

Undvika att köra varmvatten i avlopp i onödan

Ersätta centrifug innan mesaugn 2 med filter

102

Använda tallolja som bränsle

Dela up råvatten tidigt i kylvatten och processvatten

Nya växlar, nya drifter till torkparti

Upplösare, nya plåtar och rotorer

Torkviratvättar

Omrörare sulfatmassakar, den har platt botten och är av förlegad typ

Recirkulera tätningsvatten

Recirkulera kylvatten, motorer till kvarnar

Smörjning pappersmaskin med frekvensomriktare

Oljekylda transformatorer

Hydraulpump till skopress

Större utgående ventiler till ackumulatorn

Sotångreglering

Värmeåtervinningsprojektet

indunstning 4

Nya kvarnar pappersbruk

103

Bilaga 8 – Förstudie Examensarbetesförslag – Energibalans: SCA Obbola 2009-04-19, Petter Kyösti

Arbetet ska omfatta en uppdatering av energibalansen enligt samma standard som

använts tidigare på SCA Obbola. Detta innebär en kartläggning av

energianvändningen i bruket. I arbetet ska också ingå att undersöka huruvida

specifika förbättringar kommer att löna sig över en treårsperiod. Detta innebär

viss nyutveckling av befintliga processer och utrustning.

Examensarbetet bör delas in i följande faser:

litteraturstudie och genomgång av lokala produktionsförhållanden

undersöka förändringar sen förra rapporten och följa upp dessa

förändringar

beräkning av ny energibalans

förbättringsförslag och sammanfattning

Slutrapport

Examinator: Professor Lennart Karlsson, Datorstödd Maskinkonstruktion

Handledare LTU: Docent Jan Dahl, Energiteknik

Handledare på företaget: Nils Gilenstam

104

Figur 1. Ganttschema

EXAMENSARBETE - DiVA portal1015223/FULLTEXT01.pdf · 2016-10-04 · EXAMENSARBETE 2010:038 CIV...

Documents

Transcript of EXAMENSARBETE - DiVA portal1015223/FULLTEXT01.pdf · 2016-10-04 · EXAMENSARBETE 2010:038 CIV...