Effektiv värmeåtervinning är förutsättning för lönsamhet

av Aarre Metsävirta Forum 1980-19-20, sida 12-13, 17.12.1980

Taggar: Teman: värmeåtervinning

Termomekanisk massaframställning:

Effektiv värmeå ervinnin är förutsättning för lönsamhe e& Användningen av mekanisk massa som framställts på termomekanisk väg har vuxit snabbt under 1970-talet. Den sammanlagda kapaciteten hos anläggningar som beställdes år 1979 var nästan 50 procent större än kapaciteten hos år 1978 beställda anläggningar, som i sin tur var 50 procent större än motsvarande siffra för år 1977. I början av 1980 var världens hela kapacitet — igångkörda och beställda anläggningar sammanlagda — 28 600 ton/dygn.

Populariteten hos den nya massaframställningen beror till stor del på de klart förbättrade styrkeegenskaperna jämfört med konventionell slipmassa. Detta har möjliggjort en minskning av den dyra kemiska armeringsmassans andel i papperet. En annan betydande fördel jämfört med slipmassaprocessen är att flis används som råmaterial. Också användning av tall som råmaterial för mekanisk massa blev möjlig genom den termomekaniska processen. Tabellen till höger visar typiska styrkeegenskaper för slipmassa och termomekanisk massa.

Energibehov och återvinningsmöjligheter

Det snabbt stigande priset på energi har emellertid blivit något av en akilleshäl för processen, då det erfordras nära 2 MWh malningsenergi för framställning av ett ton termomekanisk massa. Detta är en tredjedel mera än energiförbrukningen i slipningsprocessen.

Den största delen -—- över 90 procent -— av den energi som tillförs malningen omvandlas till värme och avgår ur processen dels bunden i massan, dels i form av ånga. På bilden uppe till höger är energiflödena i Varkaus termomekaniska process åskådliggjorda i form av ett Sankey-diagram. Närmare 75 procent av den tillförda energimängden avgår ur processen i form av ånga. Ifall denna ånga kan användas effektivt i ett värmeåtervinningssystem, kan den termomeka 12

Energiflöden i Varkaus” TMP-process ( Mcal/h) Två linjer i drift.

(370 ODMTPD)

Energiflöden i Varkaus TMP-process (Mcal/b), två linjer i drift.

| CSF; ml | Spetshalt, a | Dragindex, N x m/g

Rivindex, mNxm?/ | Ljushet, v röjp nings efficient, m?/kg

TMP = termomekanisk massa niska processens ekonomi märkbart förbättras.

I den konventionella termomekaniska processen bildas 1,5—2,0 ton ånga per massaton; emellertid varierar ångans kvalitet och temperatur i olika termomekaniska processer. Malning under tryck ger mera värdefull ånga än ett system som arbetar i atmosfärstryck.

För optimal värmeåtervinning erfordras att malningen försiggår helt under tryck och i möjligast hög massakoncentration.

Den bildade sekundärångan innehåller varierande mängder substanser från träet, tex syror, terpener, alkoholer, hartser, mekaniska föroreningar osv. Detta ställer vissa krav på återvinningssystemet, såväl på material som på konstruktioner.

Återvinningssystem

Typen av värmeåtervinningssystem beror på användningen av det tillvaratagna värmet. Ifall fabriken har behov av varmt vatten, är det billigaste alternativet en återvinningsenhet av skrubbertyp. Emellertid innehåller vattnet från skrubbern organiska syror och andra extraktivämnen från träet, även om

FORUM 19— 20/80

Energiåtgång för kompression av ånga vid trycken 300 kPa och 200 kPa.

Värde av sekundärånga. Värdet som avläses på den vertikala axeln är en funktion av clkraftpris och oljepris.

ångan tvättas före återvinningen. Föroreningarna begränsar givetvis användningsmöjligheterna av vattnet. Ett återvinningssystem försett med värmeväxlare ger rent varmvatten, vars temperatur lätt kan höjas till 90—95? C. Detta ger möjlighet att använda värmet 1 ex för uppvärmning av byggnader eller i fjärrvärmesystemet.

I flera integrerade fabriker är det möjligt att använda sekundärångan direkt efter tvätten i olika processer, t ex i indunstningen, i ångbehandlingen av flisen i cellulosafabriken, eller i ficktorkar i pappersbruket.

Genom användning av en återvinningsenhet av indunstartyp och komprimering av ångan till högre tryck kan den tillvaratagna energin användas effektivt tex i torkpartiet i en pappersmaskin.

FORUM 19-— 20/80

Ahlströms system för värmeåtervinning ur TMP-processen.

Återvinningssystemet i Varkau Återvinningssystemet i Varkaus anläggning för termomekanisk massa består av två enheter. I den ena uppsamlas ånga som genereras i det första stegets raffinering, den tvättas ren från mekaniska föroreningar i en venturiskrubber. Efter droppavskiljning leds ångan till en värmeväxlare av lamelltyp, ur vilken fås rent varmvatten av temperaturen 85—95? C. Den tillvaratagna energin är 65—70 procent av den elektriska energi som tillfördes vid malningen. Verkningsgraden i själva återvinningsenheten är över 90 procent.

Det tillvaratagna varmvattnet leds först till en annan värmeväxlare, varifrån uppvärmningen av byggnaden, flisbehållaren samt sanitetsvattnet i anläggningen och i den nya pappersfabriken sköts. Det något avsvalnade vattnet används därefter i pappersmaskinerna som spritsvatten.

Den ånga som bildas i det andra malningsskedet, alltså under normalt lufttryck, behandlas i det andra återvinningssystemet. Man bestämde sig för ett skilt system av den anledningen att ångan som tas tillvara alltid innehåller små mängder luft, vilket försämrar ångans användbarhet. Då användningen av värmet ej ställer några speciella krav, valdes fär återvinningen en enhet av skrubbertyp. Det tillvaratagna värmet används i barkeriet, vedhanteringen och sågen. Användningen av denna återvinningsenhet är begränsad till vintermånaderna november-april.

Värmeåtervinningssystemet 1 Varkaus termomekaniska anläggning visade sig ekonomiskt synnerligen lönsamt. I en långt integrerad träförädlingsfabrik som Varkaus (fanerfabrik, såg, kartongfabrik, cellulosafabrik och pappersbruk) finns många möjligheter för utnyttjandet av det tillvaratagna värmet. I synnerhet under den kalla perioden november-april tas varenda tillgänglig joule tillvara.

Återbetalningstiden för värmeåter vinningssystemet var ca I år, som beräkningsgrund användes priset på mottrycksånga.

Nya system för återvinning av värme

Som tidigare nämnts är det effektivaste sättet att tillvarata sekundärånga att använda den som sådan. De organiska föroreningarna i ångan begränsar emellertid användningsmöjligheterna i de flesta fall. Ifall ångan konverteras till ren ånga i värmeväxlare förloras samtidigt 5—8"C i temperatur.

Tryck och temperatur i den erhållna ångan är oftast så låga, att ångan ej direkt kan användas tex i papperets torkningsprocess. Genom att höja ångans tryck genom termokompression eller tex med ånginjektor kan användningsområdena ökas. I sammanhanget kan nämnas att Varkaus mekaniska verkstad och Hans Ahlströmlaboratoriet har utvecklat en enhet för produktion av ny, ren ånga med ånga från raffinörerna. Bilden uppe på sidan visar schematiskt systemets funktion. Ångan tvättas, varefter den används för att förånga rent vatten. Den erhållna rena ångan komprimeras i en termokompressor. Uppkommet kondensat uppdelas i en ren och en förorenad fraktion för att minska på belastningen av miljövårdssystemet.

Värmeåtervinningssystemets ekonomi

För att beräkna systemets ekonomi är det naturligtvis viktigt att känna till energiåtgången vid kompressionen av ångan. Diagrammet till vänster visar hur energiåtgången avsatts mot ångans temperatur vid två olika sluttryck.

Rydqvist (nedre diagrammet) har beräknat det ekonomiska värdet hos den erhållna ångan vid olika oljepriser, då 85 kWh/ton används för kompression av ångan.

I takt med stigande energipriser har lönsamheten av värmeåtervinningen från termomassaproduktionen snabbt förbättrats. Detta gäller speciellt i fabriker med brist på mottrycksånga. Återbetalningstiden för ett återvinningssystem med = termokompressor kan med dagens priser beräknas till under två år. Ålervinningssystemet spelar en allt centralare roll för hela termomassaprocessens lönsamhet. I synnerhet inom områden där energin: är dyr, vilket är fallet i Norden, kommer ett effektivt återvinningssystem att vara en grundförutsättning för konstruktion av nya anläggningar för termomekanisk massa.

Aarre Metsävirta

I. RA Leask: Pulp and Paper Canada, March 198 2 A Metsävirta: International mechanical pulping conference, Toronto 1979.

13