Värmeåtervinning vid papperstorkning

Undersökning av värmeåtervinningens och

torkkåpans kondition vid pappersmaskinens torkparti utfört på SCA Packaging i Obbola

Håkan Jonsson

Civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitets tekniska högskola. (löpnr. som tilldelas)

Sammanfattning Syftet med detta arbete var att studera papperstorkens luftomsättning och hur dess återvinning fungerar energimässigt. Utifrån undersökningen skulle det ges förslag till förändringar så att papperstorkens energikonsumtion minskas och ge en bättre energiåtervinning. Arbetet utfördes genom att identifiera alla luftflöden och mäta dess storlek och temperaturer. Energiutbytet i värmeväxlare i återvinningen undersöktes och ett antal rapporter gjorda av konsulter har lästs för att få en uppfattning om torkens kondition. Beräkningarna har gjorts i programmet Excel och förutom egna mätdata så har även loggade data som lagrats i SCA Packagings databas WinMops används för beräkningarna. De förslag som har kommit fram under arbetets gång är att de manuellt styrda spjäll som sitter i extraevakueringskanalerna bör bytas ut mot styrda spjäll. Denna åtgärd kan motiveras ur energisynpunkt men också ur brandsynpunkt. Vid en eventuell brand i torken så är det viktigt att kunna strypa syretillförseln för att förhindra att branden får fart och sprider sig. En annan energisparande åtgärd är att styra luftomsättningen av torken med hjälp av varvtalsreglering av fläktarna och på så sätt spara både el och värme. Denna åtgärd får till följd att avluften från torken har en högre relativ fuktighet vid låg produktionstakt vilket gör att återvinningen blir effektivare när kondensering i värmeväxlare kan ske. Lokalt höga lufthastigheter inne i torken kan blåsa av pappersbanan vid låga produktionsvikter och det kan undvikas om luftomsättningen styrs. Två alternativ har presenterats i rapporten, en varvtalsreglering av befintliga anläggningen och en helt ny anläggning. En varvtalsreglering av befintlig anläggning ger ovanstående fördelar men det är oklart om den kan utnyttjas fullt ut på grund av anläggningens kondition. En helt ny anläggning skulle ge ovanstående fördelar och dessutom kan varmt processvatten produceras till pappersmaskinen. Brist på varmt processvatten kommer att uppstå när en ny tvättpress installeras i fiberlinjen på massabruket. För att utnyttja energibesparingen maximalt som en ny tvättpress ger rekommenderas att investering i en ny återvinning samordnas med tvättpressen.

II

Abstract The purpose of this investigation was to study the air- and energy exchange in the dryer of paper machine in order to reduce the energy costs and recycle more energy then they do today.

The work was done by identifying temperatures, moist and sizes in all airflows around the hood and exchangers. Energy efficiency in the exchangers was calculated and several reports from consultants have been studied to get a picture of the condition of the hood. The calculations were done in Excel. Except own collected data, data from SCA Packagings database WinMops have been used in the calculations.

One proposal is to install dampers in two air channels in order to minimize unwanted ventilation. This will save much energy and it will improve the air exchange in the hood. The dampers will also be beneficial in case of a fire.

Another proposal is to control the air exchange by steering the revolutions of fans in the dryer section in order to save both electrical and heating energy. The heat exchange will improve in the exchangers if the air is moister. A slower air exchange will also eliminate problems with strong breezes in the hood. The breezes can blow of the sheet in production of thin paper in the wet end of the dryer.

Controlling the air exchange in the existing air exchanger’s gives this benefits, but it is unclear if it will work so well because the exchangers are old and in a bad condition. If a new system is installed it is possible to recycle more energy in shape of hot water 40°-55°C.

It will be a lack of hot water when a new fibre washing press is installed after the digester. The recommendation is to coordinate this two investment’s in order to save energy.

III

Innehållsförteckning

1 INLEDNING.......................................................................................................................... 1 1.1 BAKGRUND ....................................................................................................................... 1 1.2 FÖRETAGETS MÅL ............................................................................................................. 1 1.3 METOD.............................................................................................................................. 1

2 TEORI .................................................................................................................................... 2 2.1 TORRHALT, FUKTHALT OCH FUKTKVOT ............................................................................ 2 2.2 GASERS VOLYM BEROENDE PÅ TEMPERATUR .................................................................... 2 2.3 FUKTIG LUFT ..................................................................................................................... 2 2.4 KONDENSATION ................................................................................................................ 4 2.5 VÄRMEVÄXLARE............................................................................................................... 5

2.5.1 Medströmsväxlare, Motströmsväxlare och Korsströmsväxlare................................ 5 2.5.2 Tubvärmeväxlare....................................................................................................... 6 2.5.3 Analys av Värmeväxlare, NTU-metoden................................................................... 6 2.5.4 ∆Tlm-metoden............................................................................................................. 8

2.6 TURBULENT FLÖDE I CIRKULÄRA TUBER ........................................................................... 9 2.7 FLÖDE ÖVER TUBER......................................................................................................... 10 2.8 FLÄKTAR......................................................................................................................... 10

2.8.1 Likformighet ............................................................................................................ 10 2.8.2 Fläktdiagram........................................................................................................... 11

3 PAPPERSTILLVERKNING ALLMÄNT........................................................................ 12 3.1 MÄLDBEREDNING............................................................................................................ 12 3.2 PAPPERSMASKIN.............................................................................................................. 12

3.2.1 Ånglådor.................................................................................................................. 12

4 TORKNING AV PAPPER ................................................................................................. 12 4.1 TEMPERATURPROFIL I MASKINRIKTNINGEN..................................................................... 13 4.2 TORKLUFT....................................................................................................................... 13 4.3 ÅNG OCH KONDENSATSYSTEM ........................................................................................ 13 4.4 ÅNGGRUPPER .................................................................................................................. 14 4.5 KONDENSAT I TORKCYLINDRAR ...................................................................................... 15 4.6 TORKVIROR..................................................................................................................... 15

5 ALTERNATIVA TORKMETODER................................................................................ 17 5.1 KONVEKTIONSTORKNING ................................................................................................ 17 5.2 FLÄKTTORK..................................................................................................................... 17 5.3 BESTRYKNINGSTORKAR .................................................................................................. 17 5.4 YANKEECYLINDER .......................................................................................................... 17 5.5 CONDEBELT TORKNING ................................................................................................... 18 5.6 ELEKTROMAGNETISK TORKNING ..................................................................................... 18 5.7 KALANDRERING .............................................................................................................. 18

6 SCA PACKAGING OBBOLA AB .................................................................................... 19 6.1 PAPPERSMASKIN.............................................................................................................. 19 6.2 TORKEN........................................................................................................................... 19 6.3 VÄRMEÅTERVINNINGENS UTFORMNING .......................................................................... 20

IV

6.4 GLYKOLSYSTEM OCH ALLMÄNVENTILATION AV PAPPERSBRUKET .................................. 20 6.5 VÄRMEÅTERVINNINGENS KONDITION ............................................................................. 21 6.6 NUVARANDE DRIFTSÄTT ................................................................................................. 22

7 MÄTNINGAR AV ÅTERVINNING................................................................................. 23 7.1 SYFTE.............................................................................................................................. 23

7.2.1 Luftflöden ................................................................................................................ 23 7.2.2 Resultat flöden......................................................................................................... 23 7.2.3 Analys av mätta luftflöden....................................................................................... 24

7.3 GLYKOLFLÖDET .............................................................................................................. 24 7.4 TEMPERATURER VÄRMEÅTERVINNING ............................................................................ 24

8 FÖRSTA MÄTSERIEN I ÅTERVINNINGEN .............................................................. 26 8.1 SYFTE.............................................................................................................................. 26 8.2 RESULTAT ....................................................................................................................... 26 8.3 ANALYS AV FÖRSTA MÄTSERIEN ..................................................................................... 26

9 MÄTSERIE 2. PÅVERKAN PÅ ÅTERVINNINGEN AV ÖPPNA EXTRAEVAKUERINGSSPJÄLL. ...................................................................................... 28

9.1 SYFTE.............................................................................................................................. 28 9.2 METOD............................................................................................................................ 28 9.3 RESULTAT ....................................................................................................................... 28 9.4 ÖVRIGA FÖRDELAR MED STÄNGDA EXTRAEVAKUERINGSSPJÄLL..................................... 28

10 MÄTSERIE MED STÄNGDA EVAKUERINGSSPJÄLL........................................... 29 10.1 SYFTE............................................................................................................................ 29 10.2 RESULTAT ..................................................................................................................... 29 10.3 ANALYS AV MÄTSERIE STÄNGDA SPJÄLL....................................................................... 30

11 BEHOVSSTYRD VENTILATION AV TORK.............................................................. 31

11.1 SYFTE............................................................................................................................ 31 11.2 METOD.......................................................................................................................... 31 11.3 RESULTAT ..................................................................................................................... 32 11.4 ANALYS VARVTALSREGLERING..................................................................................... 33

11.4.1 Ekonomi................................................................................................................. 33 11.4.2 Effekt på fläkt av höjd lufttemperatur ................................................................... 33 11.4.3 Analys av luft/luft-värmeväxlare vid förändrade flöden ....................................... 33

11.5 BEGRÄNSANDE FAKTORER VID BEHOVSSTYRD VENTILATION........................................ 34 11.5.1 Lokalt hög relativ fuktighet ................................................................................... 34 11.5.2 Värmeåtervinningens status .................................................................................. 35

12 METSOS FÖRSLAG PÅ ÅTERVINNING.................................................................... 36 12.1 OFFERT ......................................................................................................................... 36

12.1.1 Luft/luft-värmeväxlare........................................................................................... 36 12.1.2 Glykolvärmeväxlare .............................................................................................. 36 12.1.3 Processvattenvärmeväxlare .................................................................................. 37

12.2 EFFEKTER AV EN NY ÅTERVINNING ............................................................................... 37

13 ANDRA FÖRSLAG TILL OMBYGGNAD AV TORK................................................ 38 13.1 VAC ROLL ..................................................................................................................... 38

14 SLUTSATS ........................................................................................................................ 39

V

15 REFERENSER.................................................................................................................. 40

BILAGOR..................................................................................................................................I

Bilaga 1; IX-diagram ..........................................................................................................I Bilaga 2; Använda mätinstrument..................................................................................... II Bilaga 3; Mätserie, effekt av stängda spjäll..................................................................... III Bilaga 4; Mätserie återvinning med stängda spjäll ......................................................... VI Bilaga 5; Underlag för besparing vid minskad luftomsättning..........................................X Bilaga 6; Ritning över ett återvinningstorn ..................................................................... XI Bilaga 7; Fläktkurvor...................................................................................................... XII Bilaga 8; Fukthalt i fickor mellan valsar i tork .............................................................XIV Bilaga 9; Offert ny återvinning ....................................................................................... XV

VI

1 Inledning

1.1 Bakgrund Den största enskilda energiförbrukaren i en pappers- och massafabrik är torkpartiet efter pappersmaskinen. Syftet är att identifiera pappersbrukets energiflöden för luftomsättningen. En ingående energianalys ska göras runt torkpartiet och dess luftomsättning. Torkpartiet är för närvarande en begränsande faktor av olika orsaker för produktionen. Torkpartiet har en värmeåtervinningsanläggning som är byggd 1975. Efter olika reparationer och ombyggnationer är det osäkert om den fungerar optimalt.

1.2 Företagets mål Företagets långsiktiga mål har varit att öka produktionen från 420 000 ton per år till 550 000 ton per år. De senaste åren har dessa planer legat på is på grund av att konjunkturen har varit dålig men nu ser företagsledningen positivt på den igen. En viss skillnad på produktionsriktningen har dock aviserats. Produktionen av lätta ytvikter skall öka och en liner av bättre kvalitet skall tillverkas (Öhgren)1. Det innebär att, för att bibehålla produktionen på 420 000 ton per år, måste hastigheten på maskinen öka. Torkkapaciteten blir ett mindre problem då lägre ytvikter kräver mindre torkkapacitet. En önskan har funnits om att förlänga torken på grund av problem med att hinna torka pappersbanan vid höga ytvikter. Om produktionsinriktningen förändras så kommer behovsstyrd ventilation av kåpan att bli mera intressant ur både produktionssynpunkt och energibesparingssynpunkt och en förlängning av torken blir inte lika intressant i första skedet.

1.3 Metod Aktuella flöden och temperaturer har mätts för luft och även relativ fuktighet när dessa har varit intressanta ur energisynpunkt. Det har gjorts en del mätningar och genomgångar på torkpartiet av konsulter under årens lopp och en del av dessa används i detta examensarbete. Programmet Excel har använts till de flesta beräkningarna vid analysen. Programmet WinMOPS är ett program som kontinuerligt loggar mätvärden till en databas från olika mätpunkter i fabriken och en del mätvärden är tagna från denna databas.

1 Olof Öhgren, Processingenjör SCA Packaging Obbola, April 2006

1

2 Teori

2.1 Torrhalt, fukthalt och fuktkvot När man pratar om fukt i material så förekommer de tre termerna torrhalt (TH), fukthalt (FH) och fuktkvot (FK) (Fellers & Norman 1996, s.27). Torrhalt är identisk med materialkoncentrationen (C) och den beräknas som:

(%)100)()(

)((%) THkgVattenkgTs

kgTsC =⋅+

= (1)

där Ts står för torrsubstans. Fuktkvot betecknar förhållandet mellan mängden vatten och mängden torrsubstans. Det beräknas som:

)()(

kgTskgVattenFK = (2)

Fukthalt definieras som mängden vatten i förhållande till mängden torrsubstans plus vatten Det beräknas som:

100)()(

)((%) ⋅+

=kgVattenkgTs

kgVattenFH (3)

2.2 Gasers volym beroende på temperatur Många gaser och ångor kan i tekniska sammanhang betraktas som ideala gaser (Nygaard 1986, s.31). För en ideal gas gäller:

nRTpV = (4) där p är absolut tryck (Pa), V är gasens volym (m³), n är antal mol av gasen som finns, R är den allmänna gaskonstanten (R = 8,314 J/mol⋅K) och T är temperaturen (K). Detta samband kallas för allmänna gaslagen. Den specifika värmekoefficienten (Cp) anges alltid i joule per kg och den är relativt konstant över ett stort temperaturintervall för de flesta gaser. I tabellverk hittas vilken densitet olika gaser har vid en viss temperatur. För att beräkna densiteten vid en viss temperatur som avviker från tabellens temperatur och tryck kan denna ekvation användas:

ref

refTrefT p

pTT 2

22 ⋅⋅= ρρ (5)

där ρ2 är densiteten vi den aktuella temperaturen (kg/m³), ρref är densiteten vid referenstemperaturen (kg/m³), Tref är temperaturen som återfinns i tabell (K) och T2 är den aktuella temperaturen (K). Desamma gäller för p (Pa) som för temperaturen. Denna ekvation gäller för ideala gaser med en godtagbar noggrannhet.

2.3 Fuktig luft Förändringar av fuktig lufts tillstånd kan beskrivas med hjälp av ett i-x diagram , (Bilaga 1) där x-axeln representerar luftens fuktkvot x (kg vattenånga per kg luft) och y-axeln representerar luftens entalpi (kJ/kg torr luft) (Fellers & Norman 1996, s.337-338). Den absoluta mängden vattenånga kan vid en given temperatur inte överstiga ett maximalvärde. Överskrids detta värde så kondenserar vattenångan. Vattenånga i luft är färglös och när man

2

ser att det är ”ånga” i luften så är det i själva verket vatten som har kondenserats till små vattendroppar. Relativ fuktighet (RH) brukar anges i procent. Det är ett värde som beskriver hur stor del vattenånga av det maximala värdet som kan bäras i luften innan kondensering sker vid en viss temperatur. Begreppet våt temperatur förekommer ofta i litteratur. Temperaturen mäts när kulan på termometern hålls våt (Nygaard 1986, s.43). Förutsatt att en tillräcklig mängd luft strömmar runt termometern så kommer det att avdunsta en viss mängd vatten från termometerkulan. I gränsskiktet mellan vattnet och luften kommer luften att vara mättad och därmed ha en lägre temperatur. Om luften är helt mättad kommer den våta och torra temperaturen att sammanfalla. Om den våta och den torra temperaturen är kända så kan man gå in i ett i-x diagram och avläsa en relativ fuktighet, oftast betecknad ϕ i diagrammen. Om skalan för våt temperatur inte är inritad så används maximalt partialtryck för vattenånga vid våt och torr temperatur.

ångtryckångtryckpartiellt

max=ϕ (6)

där maximalt partiellt ångtryck för våt termometer sätts i täljaren och maximalt partiellt ångtryck för torr termometer i nämnaren. Ett annat sätt att åskådliggöra hur mycket fukt som luften kan bära med sig vid en viss temperatur är att titta på hur mycket vattenånga som kan finnas i 1 m³ mättad luft (Figur 1).

Vatten per volym vattenmättad luft

0

100

200

300

400

500

600

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temperatur (°C)

Ång

a (g

/m³)

Figur 1. Maximal upptagningsförmåga av vattenånga i mättad luft beroende av luftens temperatur (Nording&Österman 1999 s.40). Det kan vara en fördel att ha det synsättet då temperaturen kan variera från fall till fall, men fläktar i ventilationssystem pumpar lika många m³/s oberoende av temperatur och luftfuktighet. (Se avsnitt om fläktar).

3

2.4 Kondensation När man har värmeöverföring med kondensation från fuktig luft så fås ett avsevärt högre värmeövergångstal än för torr luft. Följande tabell visar ungefär hur mycket större h-värdet kan bli vid fuktighetsmättad luft och små temperaturdifferenser. (Nygaard 1986, s106) Tabell 1 Daggpunkt och värmeövergångstalets förändring när fuktig luft kondenserar vid atmosfärstryck (Nygaard 1986, s106). Daggpunkt °C h-våt/h-torr

10 2 20 3 30 5 40 7 50 10 60 14 70 19 80 26

Luft som kondenserar, avger en stor mängd energi. Figur 2 beskriver hur mycket energi per grad som finns i en kubikmeter fuktig luft.

Energi i 1 m³ luft, 90°C med 45% Luftfuktighet

0

5

10

15

20

25

20 30 40 50 60 70 80 90Temp (°C)

Ener

gi p

er g

rad

sänk

ning

(kJ)

Figur 2 Energi per grad i en kubikmeter luft som ursprungligen håller 90° och en relativ fuktighet på 45%. Volymen kommer att krympa under avsvalning. I denna graf är massan densamma under avsvalningsförloppet. I figuren så syns det tydligt att det finns mycket mera energi att hämta när kondensation inträffar. I detta fall så är kondenseringspunkten ca 70°C.

4

2.5 Värmeväxlare Värmeväxlare används till att ta vara på energi i form av värme i en fluid och föra över den till en annan fluid. Det finns olika skäl till detta. Den vanligaste orsaken är att man inte vill blanda de olika fluiderna då den ena är förorenad på något sätt. Ett exempel är ventilation av luft i lokaler. Syftet med ventilationen är ventilera ut luft som har en hög koldioxidhalt eller hög luftfuktighet. Energin i luften kan då överföras till den luft som ska ersätta den utgående luften för att minska energiförbrukningen och samtidigt uppnå syftet. I dessa värmeväxlare måste en fysisk barriär finnas i form av någon vägg för att skilja de båda fluiderna åt men det finns applikationer där fluiderna hålls åtskilda på ett naturligt sätt av gravitationen. Värmeväxlare kategoriseras genom att titta på flödesriktningar för fluiderna och konstruktion. Här nedan kommer förklaringar till en del termer som förekommer när det talas om värmeväxlare.

2.5.1 Medströmsväxlare, Motströmsväxlare och Korsströmsväxlare För medströmsväxlare så är båda flödena parallellt med varandra i samma riktning dvs den kalla fluiden och den varma fluiden går in i växlaren i samma ände (figur 3). I en motströmsväxlare så är flödena parallellt med varandra men i motsatt riktning dvs den kalla fluiden och den varma fluiden gå in i värmeväxlaren i motsatta ändar.

Figur 3. Principskiss för medstömsväxlare (A) och motströmsväxlare (B). En korsvärmeväxlare går den kalla fluiden i kors mot den varma fluiden. (figur.4)

Figur 4. Principskiss korsvärmeväxlare med båda flöden omixade (a) och där ett flöde mixat och den anda omixad (b) (Incropera & DeWitt 2002 s.643) Det är vanligt att skilja på mixade och ej mixade flöden. För ej mixade flöden går fluiden i kanaler genom växlaren och det blir då ett jämt fördelat flöde genom växlaren. För mixade flöden så styrs inte flödet och kan då få ett ojämnt flöde genom växlaren. Det är vanligt att ett av flödena är ej mixad och den andra är mixad i en korsvärmeväxlare. Vilken konstruktion

5

som väljs beror på vilken verkningsgrad man vill uppnå, vilka fluider som energin växlas mellan och vilket rengöringsbehov av växlaren som finns.

2.5.2 Tubvärmeväxlare En annan vanlig typ av värmeväxlare är tubvärmeväxlare och den enklaste formen är den som visas i figur 5. Bafflar är ofta installerade för att öka turbulensen och korsflödet i värmeväxlaren.

Figur 5 Principskiss tubvärmeväxlare där flödet passerar endast en gång genom växlaren (single-pass) (t.v.). Det förekommer också att flödet passerar genom växlaren flera gånger (multi-pass) (t.h.). (Incropera & DeWitt 2002 s.643) Det finns också varianter där en eller båda fluiderna går två eller flera gånger genom växlaren för att öka verkningsgraden. En speciell, viktig grupp av värmeväxlare är de som har en överföringsyta som är större än 700 m²/m³. De kallas för kompakta värmeväxlare (Compact heat exchangers). De här värmeväxlarna har en kompakt struktur av flänsar på rör eller väggar och används ofta när minst en av fluiderna är en gas) (Incropera & DeWitt 2002 s.643).

2.5.3 Analys av Värmeväxlare, NTU-metoden Ett kraftfullt verktyg för att analysera en värmeväxlares effektivitet är NTU-metoden (Incropera & DeWitt 2002 s.660-665). NTU står för number of heat transfer units och kan översättas till värmeväxlarens termiska längd och är dimensionslös. Den är definierad som:

minCUANTU ≡ (7)

där U står för växlarens övergångskoeffient (W/m²K), A är växlarens area (m²) och Cmin definieras som:

( hc CCC ,minmin = ) (8) där Cc är det kalla flödet genom växlaren (kg/s) multiplicerat med fluidens specifika värmevärde cp (J/kg⋅K) och Ch är motsvarande för varma flödet.

6

Det är logiskt att definiera värmeväxlarens effektivitet som:

maxqq

=ε (9)

eller ( )( )

( )( )icih

icocc

icih

ohihh

TTCTTC

TTCTTC

,,min

,,

,,min

,,

−−

=−

−=ε (10)

där de olika temperaturerna visas i figur 6 för en värmeväxlare.

Figur 6 En förenklad bild på hur temperaturen (T) förändras genom en motströms värmeväxlare. Indexbeteckningar i figuren står för följande, i står för in, o för out, c för cold, h för hot och m& för massflöde. För olika konfigurationer har empiriska samband tagits fram för ε och NTU och här är några sådana för korsvärmeväxlare. Cmin mixad och Cmax omixad:

( )[ ]{ }( )NTUCC rr −−−−= − exp1exp1 1ε (11) och

( ) ( ) 11ln1 +−−= − εrCNTU (12) där

max

minC

CCr = (13)

Båda flödena omixade:

( ) ( )[ ]{ ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−−= 1exp1exp1 78,022,0 NTUCNTU

C rr

ε } (14)

I figur 7 kan man se hur effektiv olika flödesalternativ är beroende på konstruktion och massflöden som finns.

7

Figur 7 (T.v.) En graf där det kan utläsas hur effektiv en värmeväxlare är om man känner flödenas storlek och NTU för omixade flöden. (T.h.) En graf för en omixad och ett mixat flöde. Förhållandet varierar beroende på vilka flöden som finns på den kalla och den varma sidan. För båda flödena omixade (t.v) så gäller kvoten Cmin/Cmax. Om ena flödet är omixat och det andra är mixat så gäller Cmix/Cunmix (t.h.). Ett annat sätt att se en värmeväxlares effektivitet är att titta på temperaturverkningsgrad. Om det är det kallare flödet som är intressant så definieras verkningsgraden som:

icoh

icocin TT

TT

,,

,,

−

−=η (15)

Oftast är det intressant att få en så hög temperatur som möjligt för det kallare flödet men det kan finnas situationer där en temperaturverkningsgrad för det varma flödet är intressant:

icoh

ohihout TT

TT

,,

,,

−

−=η (16)

2.5.4 ∆Tlm-metoden Ett sätt att analysera värmeväxlare är den logaritmiska medeltemperaturdifferensmetoden (Incropera & DeWitt 2002 s.660-665). Medeltemperaturdifferensen beräknas som:

( )12

12

ln TTTTTlm ∆∆

∆−∆=∆ (17)

där ∆T beräknas enligt figur 6 för motströmsväxlare. För medströmsväxlare så byter ena flödet riktning i figuren. Då kan energiflödet beräknas som:

lmTUAq ∆= (18) För korsströmsvärmeväxlare så måste ekvationen modifieras något och införa en faktor F. Då får ekvationen utseendet:

CFlmTFUAq ∆= (19) där ∆Tlm CF står för den logaritmiska medeltemperaturdifferensen för korsvärmeväxlaren.

8

Faktorn F är en empirisk faktor och ser lite olika ut beroende på vilka förutsättningar som är vid den aktuella växlaren (figur 8).

Figur 8. Beräkning av korrektionsfaktorer för korsvärmeväxlare. Till vänster är båda flödena omixade och till höger så är ena flödet omixat och det andra mixat. Här beräknas två parametrar för att kunna avläsa faktorn F. P som är en temperaturverkningsgrad för inkommande flöde på x-axeln och R som visar kvoten mellan temperaturdifferensen för det kalla flödet och det varma flödet som är inritat i diagrammet.

2.6 Turbulent flöde i cirkulära tuber För att beräkna värmeöverföringstalet, h i ett cirkulärt rör finns ett antal empiriska samband framtagna (Incropera & DeWitt 2002 s.491). För ett cirkulärt rör med ett turbulent flöde så kan den beräknas med dessa samband:

nDDNu PrRe023.0= (20)

där ReD står för Reynolds tal för rör, Pr är Prantl’s tal och n = 0,4 för uppvärmning (Ts>Tm) och n = 0,3 för kylning. Detta empiriska samband gäller för:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

≥≥

≤≤

1000010Re160Pr7.0

DLD

där L står för rörets längd och D för rörets diameter. Nusselt’s tal i sin tur beräknas som:

khDNuD = (21)

där k står för fluidens värmeledningsförmåga och h är värmeöverföringstalet mellan fluiden och röret

9

2.7 Flöde över tuber För att bestämma ett genomsnittligt värmeöverföringstal h när en fluid strömmar över en samling tuber så har ett empiriskt samband tagits fram och det är:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

≥

<<≥

=

7.0Pr00040Re0002

10

PrRe13.1

max,

31

1 max,

D

L

mD

N

CNuD

(22)

där NL står för antal rader, m och C1 avläses i tabell 2 och är beroende på vilket avstånd det är mellan rader och kolumner i tubbanken (Incropera & DeWitt 2002 s.419). Tabell 2 Tabell för tuber i en rak linje. ST står för avståndet mellan centrum av två tuber tvärs fluidens strömningsriktning och SL står för avståndet mellan centrum av två tuber längs fluidens strömningsriktning. C1 och m är koefficienter som används för beräkningar i ekvation 22. ST/D

ST/D 1,25 1,50 2,0 3,0 SL/D C1 m C1 m C1 m C1 m 1,25 0,348 0,592 0,275 0,608 0,100 0,704 0,0633 0,752 1,5 0,367 0,586 0,250 0,620 0,101 0,702 0,0678 0,744 2,0 0,418 0,570 0,299 0,602 0,229 0,632 0,198 0,648 3,0 0,290 0,601 0,357 0,584 0,374 0,581 0,286 0,608

För att beräkna ReD,max måste Vmax beräknas och det beräknas som:

VDS

SVT

T

−=max (23)

där ST står för avståndet mellan centrum av två tuber tvärs fluidriktningen, D är tubens diameter och V är fluidens hastighet innan tubbanken.

2.8 Fläktar Fläktars huvuduppgift är att transportera gaser. För att en transport ska komma till stånd så måste mekaniskt arbete tillföras via fläktaxeln. Gasens tillståndförändring uttrycks vid fläktar som en totaltrycksökning. Fläktar arbetar med så små tryckstegsökningar så förloppet kan anses som inkompressibelt ur strömningstekniskt synpunkt (Gustafson 1999 Fläktar s.3). Det innebär att volymflödet är oberoende av gasens densitet.

2.8.1 Likformighet Vid jämförelse mellan två likformiga fläktar, som arbetar med likformiga hastighetstrianglar, kan likformighetssambanden skrivas som, om lika verkningsgrad antas:

3

22

DnkonstQ

Dnkonstpo

⋅⋅=

⋅⋅=∆ (24)

där Q står för volymflödet (m³/s), n för fläktens varvtal, D för fläkthjulets diameter och op∆ för totaltrycksökningen över fläkten.

10

För en och samma fläkt så är D konstant och kan då elimineras och då fås:

nkonstQnkonstpo

⋅=⋅=∆ 2

(25)

Den nyttiga effekten Pn är för en fläkt:

ooo

n pQpQpmP ∆⋅=∆

⋅⋅=∆

⋅=ρ

ρρ

& (26)

där m&står för massflödet och ρ för gasens densitet. Om man vill se hur en varvtalsändring av en fläkt förändrar effektbehovet så kan sambanden utnyttjas mellan ekvationerna ovan och får då:

3nkonstPn ⋅= (27) Om man vill beräkna vad ett ändrat luftflöde betyder för effekten i ett installerat system:

3QkonstPn ⋅= (28) där konstanten kan tecknas som

3u

u

Qpkonst = (29)

där Pu är den ursprungliga effekten och Qu är den ursprungliga volymflödet.

2.8.2 Fläktdiagram Av tradition så redovisas alltid fläktars prestandakurvor för densiteten 1,20 kg/m³ (motsvarar ungefär 1 bar och 15°C). För att kunna använda fläktdiagrammen vid avvikande densitet finns följande regel: Volymflöde i diagram = Verkligt flöde Axelvarvtal i diagram = Verkligt varvtal Tryckökning i diagram -> Korrigeras map densitet Axeleffekt i diagram -> Korrigeras map densitet Eller uttryckt i symboler:

v

v

d

d

v

v

d

d

vd

vd

PP

ppnnQQ

ρρ

ρρ

=

∆=

∆==

(30)

11

3 Papperstillverkning allmänt För att få en förståelse för vad som styr torkning av papper måste man känna till hur en pappersmaskin fungerar ur ett energiperspektiv. Torkningen av papper är i särklass den mest energikrävande enskilda process vid papperstillverkning och energiförbrukningen är beroende hur väl vattnet pressas ur pappersbanan innan den går in i torken.

3.1 Mäldberedning I mälderiet i ett pappersbruk så spädes den inkommande massan med bakvatten (returvatten från andra processer) till 3-4 % koncentration och mals i kvarnar (Nygaard 1986, s.231). Malningen görs för att ge önskade styrke och kvalitetsegenskaper. Den färdiga mäldblandningen späds ut ytterligare med bakvatten till 0,5-1 %, vid mjukpapperstillverkning ännu lägre innan mälden silas och avluftas. Därefter går mälden in i inloppslådan i pappersmaskinen för att spridas ut på en duk, så kallad vira.

3.2 Pappersmaskin Pappersbanan formas i pappersmaskinens viraparti. Det mesta av det vatten som tillförs virapartiet med mälden, normalt ca 97%, dräneras genom en eller flera viror(Nygaard 1986, s.237). Därefter följer presspartiet där ytterligare 2% pressas ur pappersbanan. Återstående ca 1% måste torkas bort. Före torkpartiet så har pappersbanan en torrhalt på ca 35-45%. En huvudpunkt för en god värmeekonomi är att pressa så mycket vatten som möjligt ur pappersbanan utan att uppoffra för mycket elenergi innan torken. Presspartiet utformas lite olika beroende på vilken produkt som tillverkas. Det är dock inte möjligt att sträva mot en optimal torrhalt utan att beakta pressningens inverkan på vissa pappersegenskaper. Pressning till ökad torrhalt medför normalt en ökad arkdensitet och minskad böjstyvhet. Detta begränsar optimal presstorrhalt speciellt för kartongprodukter.

3.2.1 Ånglådor Ånglådor i presspartiet ger högre torrhalt på pappersbanan i torkpartiet (Nygaard 1986, s.240). För en maskin som är torkpartibegränsad är den högre torrhalten av stort värde eftersom produktionen kan ökas. Högre torrhalt ger högre våtstyrka i pappersbanan medan en högre temperatur ger lägre våtstyrka. Normalt ger ånglådan en positiv effekt med färre banbrott som följd. När torrhalten ökar så minskar energiförbrukningen för torkprocessen. Dock förbrukar ånglådan energi och om det totalt blir en bättre värmeekonomi varierar från fall till fall.

4 Torkning av papper Gemensamt för alla torkprocesser är att vatten eller en annan vätska avlägsnas genom avdunstning (Nygaard 1986, s.243). Till följd av vattnets höga ångbildningsvärme blir torkprocessen mycket energikrävande. Det strävas efter en så låg energiförbrukning per enhet produkt som möjligt. När det gäller torkning så efterstävas en så låg energiförbrukning per enhet avdunstad vätska. I det flesta torkprocesser sker avdunstningen i en atmosfär av luft vilket är till en nackdel värmeekonomiskt. Den avdunstade vätskan tas upp av luften och förs bort från torken med denna. Avgående våtluftstemperatur är oftast högre än den tillförda torra luftens temperatur och det medför att det går åt energi för att värma upp luften. Så lite luft som möjligt bör användas till torkprocessen men då stiger daggpunkt och våtluftstemperatur.

12

Fuktigt torkgods fungerar ungefär som en våt termometer och det innebär att temperaturen på torkgodset stiger och i vissa fall är inte detta önskvärt. Den drivande kraften för vattenavgången från papperet i torkpartiet är differensen mellan ångtrycket på papperets yta och i omgivande luft (Fellers & Norman 1996, s.225). Det innebär att om omgivande luft är tillräckligt torr så torkar papperet redan i rumstemperatur även om det går långsamt. En ökad torkhastighet kan uppnås om pappersbanan värms så att ångtrycket i papperets yta ökar. Samtidigt måste torkluftens fukthalt begränsas genom tillförsel av ny torr luft. Med hjälp av en torkkåpa hålls torkluften avskiljd från omgivningens luft. Papperets slutgiltiga egenskaper bestäms i hög utsträckning av hur papperet behandlas mekaniskt och termiskt och därför måste torkförloppet utformas med speciell hänsyn till de önskade slutegenskaperna på produkten.

4.1 Temperaturprofil i maskinriktningen I torkpartiets början sker en uppvärmning av banan, och denna genomförs med en relativt låg cylindertemperatur för att undvika att fiber bränns fast på cylinderytan (Fellers & Norman 1996, s.235). Cylinderytan får dock inte vara för kall så att den rostar pga. fuktutfällning. I nästa fas sker en förångning av vattnet mellan fibrerna och cylindertemperaturen höjs för ökad energitillförsel till papperet. Papperet antar i denna fas en närmast konstant temperatur och den temperaturen är den våta termometerns temperatur. I torkningens slutskede finns inte något fritt vatten mellan fibrerna och banans temperatur kan då höjas. Värmeöverföringstalet mellan cylinder och bana sjunker och därmed också avdunstningshastigheten. Avslutningsvis så sänks banans temperatur med hjälp av kylcylindrar före upprullning på en tambour.

4.2 Torkluft Energiförbrukningen för torkluften består dels i förvärmning av luft och dels av fläktenergi för transport av luften genom torken (Fellers & Norman 1996, s.229). Vid hög förvärmningstemperatur så kan fuktkvoten hållas hög vilket medger låga luftflöden. Vid höga luftflöden så kan förvärmningsenergin begränsas. Fördelning mellan förvärmningsenergi och transportenergi kan alltså ses som ett optimeringsproblem. Lokalt höga hastigheter på luften i torken kan dock orsaka en instabil pappersbana med problem i produktionen som följd. (Metso 2003 s.9).

4.3 Ång och kondensatsystem I integrerade massa-papperbruk utnyttjas fördelarna med ett gemensamt ångsystem. (Fellers & Norman 1996, s.235). Ångpannan kan vara en sodapanna som används för att förbränna den i massabruket använda kokvätskan och återvinna de ingående kemikalierna. Man kan använda tilläggseldning i separat panna av i första hand bark och vedrester och i andra hand olja eller kol. Den ånga som genereras matas en ångturbin av mottryckstyp. Ånga kan tappas från turbinen i olika trycknivåer. Den producerade elenergin kan täcka brukets behov medan avtappningsångan används till kokning av massan och torkning av papperet. Vid ett integrerat bruk för tillverkning av mekanisk massa och papper så finns ingen sodapanna. Här finns istället raffinörer (massakvarnar) som ur ångsynpunkt kan liknas vid elångpannor. De mekaniska förlusterna genererar nämligen ånga som kan utnyttjas till att torka papper.

13

4.4 Ånggrupper Torkcylindrarna i sista ånggruppen matas med mättad ånga med ett tryck p1 (figur 9). I torkcylindrarna låter man ångan kondensera och på så vis värma cylindrarna till en temperatur som är temperaturen där ångan kondenserar vid det aktuella trycket. Kondensatet trycks ut ur cylindern och leds till en kondensatburk där det lättas på trycket till p2. Då kommer kondensatet att koka och en del förångas, så kallad flashånga.

Figur 9 En förenklad bild över ång och kondensatsystem för en cylindertork Det avleds ånga från ledningen till sista ångrupp och trycket sänks till p2. Tillsammans med den flashade ångan så värms den näst sista ångruppen. Denna princip repeteras den tills man har kommit till första ånggrupp och slutligen kyls kondensatet i en kondensor för återgång till ångpannan. Kraven på torktemperatur skiljer sig för olika papperskvaliteter (Fellers & Norman 1996, s.236). I en tidningspappersmaskin så kan ångan tillföras i sista ånggrupp, det vill säga den med högst temperatur och sedan köra ångan i motström mot pappersbanans rörelseriktning för att slutligen få ut lågtrycksånga och kondensat ur första ånggrupp. För ett finpapper är torktemperaturens profil längs maskinen viktig om slutprodukten skall uppfylla de önskade kvalitetskraven. Det kan då bli nödvändigt med tillsatsånga till flera grupper. I en linermaskin är kvalitetspåverkan beroende på torktemperaturen måttlig, vilket betyder att höga cylindertemperaturer väljs för att uppnå hög torkkapacitet.

14

4.5 Kondensat i torkcylindrar Ångan kondenserar kontinuerligt i torkcylindrarna och måste därför bortföras kontinuerligt (Fellers & Norman 1996, s.237). Det går inte att undvika att en viss mängd kondensat alltid finns kvar och detta kondensat uppför sig olika beroende på kondensatmängd och maskinhastighet. (figur 10)

Figur 10 Kondensatets uppförande i cylinder vid olika maskinhastigheter. Strax innan ringslagning pumpas kondensatet nästan runt av väggfriktionen och det medför maximalt drivmotstånd. Vid normala maskinhastigheter har ringslagning inträtt vilket medför att kondensatet har fördelats runt cylinderns vägg. Det blir dock interna rörelser i kondensatet pga tyngdkraftens inverkan. I den uppåtgående delen är tyngdkraften motriktad väggfriktionen medan i den nedåtgående delen så samverkar krafterna. Det kommer att medföra att kondensatskiktet är i realiteten tjockast upptill och tunnast nedtill. Ett jämnt kondensatskikt skulle kräva att all värmeenergi skulle transporteras till cylinderväggen medels ledning. Värmeöverföring underlättas av rörelser i kondensatet så därför installeras ofta så kallade turbulenslister (spoilerbars) på cylinderns insida för att störa kondensatskiktet. För den kontinuerliga kondensattömningen används sifoner av antingen en roterande eller en stillastående typ. En roterande sifon är fast monterad invändigt i en torkcylinder och följer med i dess roterande rörelse. Med den konstruktionen så sker tömningen från periferin in mot centrum, dvs mot centrifugalkraften. För att inte få ett för stort tryckfall med motsvarande temperatursänkning som följd till nästa ånggrupp, så minskas centrifugalkraften genom att blanda kondensatet med ånga från cylinderns inre. Detta innebär i sig en viss ångförbrukning. Man kan använda stillastående sifoner som förankras på utsidan via en genomföring i torkcylinderns centrum. Fördelen är att kondensatet inte möter något centrifugaltryck men en nackdel är att det är svårt att hålla ett konstant litet avstånd från den roterande cylinderväggen. Dessutom kommer det stillastående röret att orsaka ett vågförlopp som kan i kondensatskiktet som kan påverka torkningens tvärsprofil.

4.6 Torkviror Idag används torkviror av syntetmaterial med en konstruktion som inte tar upp vatten (Fellers & Norman 1996, s.238). Torkvirans huvuduppgift är att förbättra kontakten mellan pappersbana och torkcylinder och därmed öka värmeövergångstalet. Det är viktigt att avståndet mellan kontaktpunkterna är litet och att undvika lokala höga tryck, då de kan ge markeringar på den färdiga produkten. Speciella krav ställs på torkvirans permeabilitet

15

(genomsläpplighet). För att ge lägsta motstånd för ångdiffusion så bör virorna vara så öppna som möjligt. För att förhindra att pappersbanan blåses av vid ingången till undercylindrarna i ett slalomviraarrangemang, på grund av luftens övertryck i nypet mellan cylinder och torkvira, bör däremot permeabiliteten vara så låg som möjligt. Valet av torkvirors öppenhet blir då en optimeringsfråga. För att motverka den övertryckszon som normalt bildas mellan en cylinder och en pålöpande bana eller vira kan en så kallad blåslåda installeras. Den fungerar enligt ejektorprincipen, så att tillförd övertrycksluft drar med sig torkluft ut ur nypet och alstrar då ett lokalt undertryck. Det fastnar fiberfragment och andra föroreningar i torkviror. De måste renblåsas över hela sin bredd för att slippa stråk med olika permeabilitet och därmed problem med fuktstråk i papperet. Virans formstabilitet påverkas av dess öppenhet. En öppen vira får en sämre formstabilitet dvs. den kan vrida sig utan att veck uppstår medan en tätare sådan ger en bättre formstabilitet. En vira med bra formstabilitet kräver dock att maskinen är i bra kondition och alla valsar sitter vinkelrätt mot pappersbanans färdriktning.

16

5 Alternativa torkmetoder Torkning av papper kan ske på olika sätt beroende på vilken kvalitet och vilka egenskaper man är intresserad av. Här nedan beskrivs de metoderna.

5.1 Konvektionstorkning Vid konvektionstorkning sker energitillförseln via den omgivande luften, vilken kommer att svara för såväl energitillförsel och bortförande av fukt (Fellers & Norman 1996, s.239). Tillämpningsområden är säckpapperstillverkning och torkning av bestrykningsskikt. Konvektionstorkning förekommer också som ett komplement till cylindertorkning för ökning av torkkapaciteten hos en yankeecylinder.

5.2 Fläkttork Banan löper över blåslådor och hålls stabilt på ett litet avstånd från dessa med hjälp av motriktade varmluftsstrålar (figur 11). Torken är uppbyggd i etager med vändvalsar i vardera änden.

Figur 11. Fläkttork med blåslådor och vändvalsar. Fördelen med denna tork jämfört med konventionell cylindertork är att banan kan krympa fritt såväl i längsled som i tvärsriktning. Banspänningen kan hållas låg genom att banan transporteras av luftstrålarna som är riktade i maskinriktningen. Fläkttorken är den dominerande utrustningen för massatorkning.

5.3 Bestrykningstorkar När en pappersbana beläggs med ett bestrykningsskikt kan den inte föras i kontakt med en vanlig torkcylinder. Det måste därför användas en beröringsfri metod för torkning och konvektionstorkning med varmluft är vanlig. En alternativ torkmetod är IR-torkning. Vid all bestrykningstorkning måste speciell hänsyn tas till materialrörelser i arkets z-rikting. Speciellt måste bindemedelsvandring in i arkets porstruktur minimeras.

5.4 Yankeecylinder Vid mjukpapperstillverkning så torkas pappersbanan på en enda stor cylinder (Fellers & Norman 1996, s.241). Den slutgiltiga mjukheten skapas genom kräppning då den färdigtorkade pappersbanan schabras (skrapas) av cylindern. Eftersom energitillförseln är

17

begränsad genom cylinders tjocka väggar så måste en betydande del tillföras från utsidan av cylindern. Här används höghastighetskåpor med varmluft eller förbränningsgaser som riktas mot banan. Över hälften av torkeffekten kan på så sätt fås från konvektionstorkning. Ett alternativt sätt är att torkningen sker på en virabeklädd cylinder där varmluft sugs in genom banan. Detta ger en produkt som har en hög mjukhet och kan kombineras med en efterföljande kräppning.

5.5 Condebelt torkning En intressant metod är att torka papper utan närvaro av luft (Fellers & Norman 1996, s.241). Banan värms med ånga genom ett stålband. På andra sidan ger plastviror utrymme för kondensering av ånga som har avgetts från banan. Plastviran kyls på utsidan av ett andra, vattenkylt stålband. Det har visat sig att man kan uppnå intressanta produktegenskaper samtidigt med låg energiförbrukning med denna metod. En kartongmaskin med denna teknik finns sedan 1996 i Finland.

5.6 Elektromagnetisk torkning Det finns fördelar med att torka löpande pappersbanor med olika slag av elektromagnetisk strålning (Fellers & Norman 1996, s.241). Strålningens våglängdsområde kan väljas inom områden med hög absorbation i vatten. Det ger en selektiv torkning genom att det är i huvudsak vattnet som värms. Den dominerande strålningen för detta ändamål är infraröd strålning (IR) men även mikrovågsstrålning har provats.

5.7 Kalandrering Papper kalandreras för att dess yta skall bli jämn och få en hög glans (Fellers & Norman 1996, s.245). För många tryckpapper är kalandrering helt nödvändig för att tryckkvaliteten ska bli tillräckligt hög. Vid kalandrering manglas papperet i ett antal valsnyp. Efter manglingen så blir papperet mera likformigt i tjocklek vilket underlättar vidare omrullningar och skärningar av banan. Papperet får en minskad medeltjocklek vilket leder till minskad böjstyvhet. Både bestruket och obestruket papper kalandreras och det kan ske efter torken innan upprullning eller i en särskild maskin, efter pappersmaskinen

18

6 SCA Packaging Obbola AB På SCA Packagings fabrik i Obbola så produceras ett kraftigt, oblekt papper kallad liner och det används som ytskikt vid wellpapptillverkning. Den baseras på sulfatmassa och returfiber och det görs två kvaliteter, kallad kraftliner och Eurokraft. Kraftliner består av ca 50% sulfatmassa och resten returfiber medan Eurokraft kan ha upp till 80% returfiber. Produktionen har ökat från ca 240 000 ton per år, 1975 till ca 420 000 ton per år, 2005 och omsättningen är ca 1,4 miljarder kronor. Antalet anställda är för närvarande ca 340 personer.

6.1 Pappersmaskin Pappersmaskinen är ursprungligen av märket Beloit och togs i bruk 1975 och har en total banbredd på 10,2 m. Virapartiet byggdes om 1998 av Valmet och år 2001 så togs ånglådan bort då den gav körbarhetsproblem. År 1992 så byggdes presspartiet om av Valmet för att öka torrhalten på pappersbanan. En vals med ett förlängt pressnyp installerades.

Figur 12 Översiktsbild av SCA Packagings pappersmaskin och tork.

6.2 Torken Torken hade ursprungligen 55 torkcylindrar men efter ombyggnad av tredje press till förlängt pressnyp så kortades torken med två cylindrar av utrymmesskäl. Dessutom så är de två första, undre cylindrarna ouppvärmda. Spoilerbars, ett stålskelett som pressas mot cylinderns insida, började monteras 1985 i några cylindrar det utökades successivt till att nu omfatta alla cylindrar. Cylindrarna är uppdelade i fyra ånggrupper som matas med olika ångtryck. Det ursprungliga kondensatsystemet i cylindrarna var av typen roterande sifoner där inblås av ånga skedde på en sida och kondensatuttag på andra sidan. När banhastigheterna ökades så blev det problem med kondensattömningen från cylindrarna vid produktion av låga ytvikter. År 2003 byggdes kondensattömningen om till stillastående sifoner där inblås och uttag sker på samma sida på cylindern. Detta förbättrade situationen med avseende på underhåll, höga kondensattemperaturer och återkommande eldsvådor. Ångan som kommer till torken har ett tryck på 10 bar men beroende på viken produkt det tillverkas och banhastighet så kan trycket sänkas ända ned till 3 bar i fjärde grupp. År 1995 så monterades blåslådor i början av torken av märket Unorun för att förbättra körbarheten.

19

6.3 Värmeåtervinningens utformning Värmeåtervinningen består av fyra aggregat som växlar energi mellan avluften från torken och inluft till tork enligt principskiss i figur 13. Återvinningsaggregaten sitter efter varandra på ena långsidan av torken. Den luft som ska in i torken tas ifrån pappersmaskinsalen och passerar först en luft/luft värmeväxlare. Därefter så eftervärms luften till önskad temperatur med hjälp av ånga från 3 barsnätet och flashånga från sista torkgrupp innan den blåses in i torken på önskade ställen via kanaler. Avluften från torken innehåller en avsevärd mängd fukt och är därför energirikare. Den passerar först luft/luft värmeväxlaren och värmer inluften. Därefter passerar den en glykolvärmeväxlare och värmer en glykolkrets innan den slutligen blåses över tak. Glykolen värmer i sin tur hela pappersmaskinsalens inluft och även mekverkstad och kontor.

Figur 13. Principskiss för värmeåtervinningen för torkpartiet

6.4 Glykolsystem och allmänventilation av pappersbruket Glykolsystemet transporterar energin från återvinningen med ett flöde på (178 kg/s) till tilluftsaggregaten i maskinsalen och returfiberavdelningen. Dessutom går ett delflöde (13 kg/s) till verkstad/kontor och förrådet. Det system som försörjer verkstad/kontor och förråd behöver en högre framledningstemperatur och har därför en extra separat ångvärmeväxlare som går in vid kall väderlek. En stor ångvärmeväxlare eftervärmer glykolen när återvinningens energi inte räcker till eller när pappersmaskinen står stilla. Glykolsystemet försörjer sammanlagt 27 tillluftsaggregat med energi som värmer inluft till pappersbruket. De tillsammans har en kapacitet på ca 1,4 miljoner kubikmeter luft i timmen. Ca 1/2 av avluften sugs ut vid pappersmaskinen och ca 1/3 genom torken. Vid en dimensionerande utetemperatur på –20°C så krävs en effekt på 18 100 kW om alla aggregat används. Vid nuvarande drift så står 2 aggregat vintertid för att undvika en obalans i ventilationen och ännu flera stängs av vid kallare perioder. Det behövs inte en så stor luftomsättning då på grund av att kall luft innehåller lite fukt. Kapacitet finns redan på ventilationssidan för en produktionsökning. En automatik som styrs av utetemperaturen håller på att implementeras i ett styrsystem för ventilationen där luftmängden styrs. Styrsystemet kommer även att ta hänsyn till långvariga stopp i produktionen och då minska ventilationen radikalt.

20

Luftströmmen är riktad så att torr luft blåses in efter väggarna på salen och sugs ut där det är som fuktigast och varmast vid pappersmaskinen och torkpartiet (figur 14).

Figur 14 Allmänventilationens utformning. På så sätt skapas en dräglig temperatur och fukthalt i luften för de som sköter pappersmaskinen och de som rullar om och skär till papperet till kundanpassade bredder efter torken.

6.5 Värmeåtervinningens kondition Luft/luft värmeväxlarna består av två olika typer. I aggregat 1 och 3 så återfinns den ursprungliga versionen med lameller medan i aggregat 2 och 4 så har den ersatts med en typ av rörvärmeväxlare som är anpassad till samma utrymme som de ursprungliga lamellvärmeväxlarna. Lamellvärmeväxlarna är enligt en inspektionsrapport (Alstom, 2005) i dåligt skick med hål mellan medierna. Kondenstrågen under en del av värmeväxlarna är dåliga och bör bytas. Renspolning av alla värmeväxlarna rekommenderas på grund av fiberpåslag (pappersdamm) men den gamla typen av lamellvärmeväxlare är i princip omöjlig att rengöra utan att plocka isär den. Luft/glykol värmeväxlarna är enligt inspektionen i bra skick. Det allmänna underhållet för återvinningen är minimal för närvarande och inskränker sig till att lappa och laga befintligt och det kostar ca 100 000 kr per år. Då är haverier av elmotorer, fläktar och liknande inte inräknat.

21

6.6 Nuvarande driftsätt Hela återvinningen har fläktmotorer med på/av reglering. Vid Låga ytvikter (100-115g/m²) så har man problem med banbrott i första delen av torken och för att lösa dessa problem så stängs inluftsfläkten av på återvinningsaggregat 1. Alla avluftsfläktar går alltid vid all produktion. Sommartid så ökas avluftskapaciteten vid hög produktion med hjälp av extraevakueringsaggregaten. Vintertid används extraevakueringsaggregaten endast när inspektioner i torkkåpan görs under drift, till exempel lyssna på lager etc. Spjäll finns men dessa är inte styrda och står oftast helt öppna eller är helt stängda och driftpersonalen rör dem aldrig. Endast när reparationer utförs under drift så används spjällen.

22

7 Mätningar av återvinning

7.1 Syfte Syftet med mätningarna är att identifiera luftflödenas storlek, fukthalt och dess temperaturer. Utifrån dessa data beräknas energiflödenas storlek och vämeväxlarnas effektivitet.

7.2.1 Luftflöden Mätningar av luftflöden ufördes med ett prantlrör (bilaga 2). Vid mätningarna så var temperaturen på inluften mellan 60° till 80°C, vilket var utanför instrumentets mätområde, men det har kompenserats med en faktor på mätvärdet med 1,05 (Nordisk Ventilation s.17). Avluften hade en temperatur mellan 51° till 59°C. Inluftskanalerna och avluftskanalena hade förborrade hål för mätning men dessa var färre än det Nordiska Ventilationsgruppen rekommenderar. Höga luftflöden i kanalerna gjorde att dessa var rätt så homogena och uppvisade inte så stora variationer över tvärsnittet. Produktionen var vid mätningarna av luftflöden in och ut ur torkkåpan, 180 gram/m² Eurokraft 67 ton/h vilket ger en förångningstakt från pappersbanan i torken på ca 20 kg/s vilket i ånga motsvarar ca 30 m³/s vid 60°C.

7.2.2 Resultat flöden Storleken på flödena redovisas i figur 15 och Om man summerar de värden som presenteras i figur 15 så fås ett totalt utflöde från torken på 144 m³/s medan inluften plus förångning i torken ger en volym på 126 m³/s. Omräknat i torr luft så blir det ca 130 kg/s för avluften och ca 100 kg/s för inluften.

Figur 15 Principskiss luftflödens storlek till och från torkkåpan. Här är även glykolkretsen till och från återvinningen inritad. Här är inte eventuella flöden från extra evakuering inlagda.

23

7.2.3 Analys av mätta luftflöden Skillnaden i storlek mellan in och utflöde kan förklaras med att tjuvluft läcker in i dörrar, portar och liknande i torkkåpan. Varm luft stiger uppåt och då bildas ett övertryck överst i kåpan medan längst ned i kåpan så fås då ett undertryck. En nollnivå i kåpan där det råder en balans mellan trycket i kåpan och trycket i papperssalen eftersträvas vid förarplanet, ca 1,5 meter från golvet. Ovanför detta plan är kåpan tät medan under detta plan är kåpan otät, då skjutdörrar sitter längs båda långsidorna. Det är önskvärt att ha ett lätt undertryck i kåpan under förarplanet för att förhindra att fuktig luft läcker ut i papperssalen med kondensproblem under tak och på väggar som följd. Metso har mätt avluften till 152 kg/s, år 2003 (Metso 2003 s.7) medan denna mätning gav 130 kg/s. Motsvarande värden för inluft så har de mätningar som genomförts nu visat att 100 kg/s går in i torken medan Metsos mätningar visar på 83 kg/s år 2003. Skillnaden mellan Metsos mätningar och de nu utförda, vad gäller avluften kan bero på vilken produktion som förekom vid mättillfället. Det kan också bero på att tätning av kåpan har gjorts efter Metsos mätningar. På inluftssidan så finns också en skillnad och efter att ha studerat Metsos rapport så fanns en rimlig förklaring. Med kännedom av maskinoperatörenas sätt att sköta maskinen och dess värmeåtervinning så är en trolig förklaring att infläkten för värmeåtervinning 1 kan ha stått stilla då mätningarna har skett vid en produktion med 100g/m² Kraftliner. En annan förklaring kan vara att rengöring av värmeväxlare kan ha gett en positiv effekt då Metso påpekade att dessa var mycket smutsiga och tvätt av värmeväxlare har gjorts regelbundet efter detta.

7.3 Glykolflödet Vid ombyggnation av värmeåtervinningen år 2005 så har glykolflödet justerats till varje enhet för allmänventilationen. Det totala flödet som går genom återvinningens värmeväxlare har mätts upp till ett konstant flöde på 191 kg/s (Kuoppa)2.

7.4 Temperaturer värmeåtervinning För att kunna se hur värmeåtervinningen egentligen fungerar så har temperaturer före och efter varje värmeväxlare mätts. Tillsammans med flödesmätningarna så kan man beräkna hur mycket energi som har avgetts eller upptagits i fluidena De temperaturer som har mätts i återvinningen är enligt figur 16 nedan. Ångförbrukning har inte mätts av praktiska orsaker. Det har bara beräknats hur mycket energi som förts över till luften vid passagen av värmeväxlaren

2 Alvar Kuoppa, Projektledare SCA Packaging Obbola

24

Figur 16. Principskiss över värmeåtervinningen. De temperaturer som har mätts är innan värmeväxlarna, mellan värmeväxlarna och efter värmeväxlarna för respektive luftflöde. Relativ fuktighet har mätts innan värmeväxlarna för respektive flöde. För glykolflödet har temperaturen mätts före och efter värmeväxlaren. Flera mätserier har mätts vid olika driftsituationer för att se hur temperaturer varierar beroende på produktionen och bedöma vilken energimängd som överförts i värmeväxlarna vid olika driftsituationer.

25

8 Första mätserien i återvinningen

8.1 Syfte En serie mätningar gjordes enligt figur 16 för att få en överblick på hur återvinningen fungerar och eventuellt se om man kan identifiera något avvikande i temperaturer och energiflöden.

8.2 Resultat Flera mätningar gjordes i denna mätserie men endast en mätning redovisas här. De övriga mätningarna visade ungefär samma mönster. Ett typiskt resultat redovisas i tabell 3 här nedan. Tabell 3 Uppmätta värden för inluft och avluft. Produktion 100g/m² kraftliner, 41 ton i timmen. Här kan utläsas att avluften (gulmarkerad) som kommer in i värmeåtervinning 3 är ca 9 °C lägre än för återvinning 2 och 4. Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Inluft Temp in 35 37,5 32 34 °C Rh 0,37 0,31 0,31 0,28 Temp mellan vvx 50,8 59,6 56 56,5 °C Temp efter vvx 55,1 76 71,5 73,4 °C Avluft Temp in 58,5 74,8 65 73,5 °C Rh 0,67 0,62 0,61 0,485 Temp mellan vvx 54 64,8 52 58 °C Temp efter vvx 46,8 53 47 50 °C Glykol in 35,7 35,8 35,1 31,7 °C Glykol ut 43,35 51,75 42,65 42,95 °C

8.3 Analys av första mätserien Vid första mätserien visade värmeåtervinning 3 ofta en avvikande avluftstemperatur i förhållande till värmeåtervinning 2 och 4. Ett exempel har vi här ovan i tabell 3. Att temperaturen för avluften i återvinning 1 är lägre kan förklaras av att kall luft följer med pappersbanan in i torken. Efter en ingående undersökning så hittades orsaken till detta. En kanal för en sk. extraevakuerning var sammankopplad med den sektion av avluftskanalen som värmeåtervinning 3 tog sin luft ifrån. Ett stort undertryck skapas av avluftsfläktarna och det var lättare att suga en del av avluften genom extraevakueringskanalen. Draget i extraevakueringskanalen (diameter 1,4 m) var så stort att fläkthjulet roterade av luftströmmen. Den kalla uteluften kylde avluften innan den gick in i värmeåtervinningen. De manuella spjällen står alltid öppna av bekvämlighetsskäl. Den manuella regleringen av spjällen sitter på en annan våning än startknappen för fläkten. Inluftens temperatur loggas kontinuerligt i WinMops och genom att stänga de manuella spjällen kan det utläsas hur inluftstemperaturen påverkas (Figur 17).

26

Figur 17 Spjällen stängdes kl 09:45 och här ses en direkt påverkan på inluftstemperaturen för värmeåtervinning 1 (röd) på ca 4°C och 3 (grön) på ca 6°C. Produktion 125g/m² Eurokraft, 58,5 ton per timme Här visade sig att ett liknande fenomen fanns på värmeåtervinning 1. Utifrån detta resultat kan man misstänka en påverkan på glykolsystemet.

27

9 Mätserie 2. Påverkan på återvinningen av öppna extraevakueringsspjäll.

9.1 Syfte Utifrån resultatet och analysen av första mätserien fanns det ett intresse av hur stor påverkan dessa spjäll hade på återvinningen. En frågeställning var om påverkan var tillräckligt stor för att en ombyggnation skulle vara motiverad.

9.2 Metod Påverkan på inluftstemperaturen var enkelt att verifiera, då inluftstemperaturen loggades till databasen men för glykolsystemet finns ingen sådan loggning. En fullständig mätserie tog ca 1,5 timme att utföra i hela återvinningen så därför utfördes en begränsad mätserie där endast temperaturer på glykolkretsen mättes. Antagandet här var att en mätserie gjordes med extraevakueringsspjällen öppna och glykolsystemet antas vara i jämvikt. Sedan stängdes spjällen och ännu en mätserie gjordes efter ca 10 minuter. Då har uttemperaturen från glykolvärmeväxlarna påverkats av omställningen men temperaturen på glykolreturen har inte påverkats i nämvärd grad då glykolsystemet inte hunnit ställa om sig till ny jämnvikt. En sådan mätserie tog ca 10 minuter att utföra och en eventuell effekthöjning kan registreras oberoende av effektförbrukningen i övriga glykolsystemet. Påverkan på inluftsystemet kunde avläsas i efterhand i WinMops.

9.3 Resultat Med hjälp av undersökningen så uppskattas besparingen vara ca 2000 MWh/år (bilaga 3) om spjällen hålls stängda och endast öppnar dem vid behov. Då har det bedömts att påverkan på ventilationen är större delen av året (5000 h/år) medan glykolsystemets effekthöjning endast behövs 1500 h/år. Med ett pris på energin på 250 kr/MWh är besparingen ca 500 000 kr/år. Styrda spjäll till extraevakueringen kostar ca 200 000 kr installerat och klart.

9.4 Övriga fördelar med stängda extraevakueringsspjäll Förutom besparingen av energi så skapar detta ett övertryck i torkkåpan eftersom en del av avluften egentligen är uteluft och inte avluft ifrån kåpan. Med andra ord så har man inte den ventilation i kåpan som den är designad för. Om brand uppstår i torken så kan branden få ett allvarligare förlopp då det inte går att kväva branden genom att stänga till syretillförseln. Ur brandsynpunkt borde det sitta styrda spjäll.

28

10 Mätserie med stängda evakueringsspjäll

10.1 Syfte Syftet med denna mätserie var att dokumentera funktionen av värmeåtervinningen och visa hur den är tänkt att fungera. Temperaturer har mätts i denna mätserie enligt figur 16 medan det antas att storleken på luftflödena är oförändrade vid stängda spjäll. Denna mätserie ligger till grund för fortsatt analys av värmeåtervinningen.

10.2 Resultat Resultat och energiberäkningar redovisas här i tabell 4 för en mätning. Övriga mätningar redovisas i bilaga 4 av utrymmesskäl. Tabell 4. Produktion 100g/m² Kraftliner Extraevakueringsspjäll stängda tid 2006-01-27 kl 09:30-10:30

Inluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Temp in 38 40 37,5 35 °C Rh 0,35 0,24 0,24 0,31 Temp mellan vvx 60 62 66 58,5 °C Temp efter vvx 60,5 80,5 77,5 77 °C Avluft Temp in 63 77 77,5 75,5 °C Rh 0,3 0,37 0,5 0,51 Temp mellan vvx 62 66,5 64 58 °C Temp efter vvx 53,5 57 58,5 56 °C kondenspunkt 37,3 53,1 60,1 58,9 °C Fukt mellan vvx 1,37 3,38 4,71 5,15 Kg/s Fukt i luft e vvx 1,37 3,38 4,30 4,71 Kg/s Vatten in 44,7 45,1 52,5 44,1 °C Vatten ut 50,35 55,25 54,3 50 °C Temp.v.grad Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 η 1 (Avluft) 0,04 0,28 0,34 0,43 η 2 (inluft) 0,88 0,59 0,71 0,58 Q vvx1 Q vvx 2 Q vvx 3 Q vvx 4 Luft/luft 563,0 519,4 778,1 591,9 KW Ber på inluft Luft/luft 35,2 406,4 531,5 846,7 KW Ber på avluft Tot ber på inluft 2452,5 kW Tot ber på avluft 1819,9 kW Energi ber. på glykolkrets Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 998,2 1793,3 318,0 1042,4 kW Tot 4151,9 kW Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 eftervärmning luft 61,8 473,0 361,0 504,7 kW Tot 1400,5 kW produktion ton/h 42 Tot flöde in (tl) 98,6 Kg/s

Tot flöde ut (tl) 131,6 Kg/s

Förångning i tork 11,17 Kg/s

tot ånga i avluft 14,89 Kg/s

totalt tillvaratagen energi 6604,3 kW

29

10.3 Analys av mätserie stängda spjäll I tabell 4 kan man se att vid låg produktion så kommer man inte ned till kondensationspunkten för avluften i vissa torn innan man blåser den ut ovan tak. Enligt teorin om kondensation av fuktig luft och kondensation i värmeväxlare så kan man anta att värmeåtervinningen skulle bli effektivare om det inte omsattes så mycket luft så att fukthalten steg vid låg produktion. Dessa beräkningar visar att energibalansen i luft/luft-värmeväxlaren, främst i återvinning 1 skiljer sig ordentligt beträffande avluft och inluft. Denna värmeväxlare är av den gamla typen och en misstanke är att det finns hål i den. Avluft sugs via hålen in och blandas med inluften. Detta har dock inte kunnat bekräftas visuellt.

30

11 Behovsstyrd ventilation av tork

11.1 Syfte Från teoridelen Kondensation och Fuktig luft föddes tanken om behovsstyrd ventilation av torken. En del av mätningarna visar att vid låg produktion så kommer avluften inte ned till kondensationspunkten för innan den blåses den ut över tak. Det blir då en betydligt sämre verkningsgrad främst för glykol/luft växlarna men också för luft/luft växlarna. Ventilationen av torken skulle då styras med hjälp varvtalsreglering av de fläktar som ingår i värmeåtervinningen. De vinster av att behovsstyra ventilationen kan bli:

• Minskade kostnader för uppvärmning av torr luft då luftomsättningen minskas. • Effektivare värmeöverföring i glykol/luft växlaren då avluften är fuktigare vid låga

produktionsflöden. • Det satta börvärdet för temperaturen av torkluften skulle kunna uppnås. Detta sker

idag endast vid höga produktionsflöden. • Produktionshöjning vid låga ytvikter. Banbrott sker i våtänden av torken och det

misstänks bero på hög luftomsättning. • Minskad elförbrukning då fläktarna inte behöver gå på max när detta inte behövs.

11.2 Metod Detta kan inte verifieras praktiskt utan detta måste beräknas och detta gjordes i programmet Excel. Beräkning av energivinster har gjorts på följande sätt. Den torra luften värms ca 15°C med ånga innan man blåser in den i torken. Vid minskad luftomsättning så behövs inte lika mycket luft slutvärmas, vilket ger en vinst. Då blir ekvationen:

( ) tTCVVE v ⋅∆⋅⋅−= max (kWh) (30) där Vmax står för maximala inflödet av torr luft in i torken (m³/s), V för det aktuella flödet (m³/s), Cv är den specifika värmekapaciteten per m³ luft (1,09 kJ/m³ vid 80°C), ∆T är den temperaturhöjning som antas (15°C) och t är tiden (h). Elförbrukningen har beräknats efter ekvation (28) och jämförts med stationär drift. Vid jämförelse med fläktarnas fläktkurvor så stämmer denna ekvation väldigt bra med radialfläktens fläktkurva medan för axialfläkten så överskattas energibesparingen något. Totalt sett så uppskattas felmarginalen till mindre än 10 %. Varvtalsregleringen antas ha inre förlust på 2% av Pmax. Produktionsdata har använts för år 2005 med momentanvärden på produktionen för var 6:e timme. Det har tagits hänsyn till hur mycket returfiber som är i produkten, då den har stor betydelse för torrhalten i pappersbanan innan den går in i torken. För glykol/luft värmeväxlarna så räknar man med att det minskade flödet av fuktig luft kompenseras med den ökande kondenseringen så där antas det ett nollsummespel, vad gäller energin. Efter varvtalsregleringen så antas att avluften har en temperatur in i värmeväxlarna på snitt 85°C med 40 % relativ fuktighet. Detta ger en kondenseringstemperatur på 61°C. Denna kondenseringstemperatur nämns som ideal ur energisynpunkt för den typen av tork som finns i Obbola av Metso.

31

Vid lägre ytvikter kommer avluften att få en högre temperatur än vid stationär drift om mindre luft omsätts. Det i sin tur kommer att ge en högre inluftstemperatur. Detta ger en besparing, då man slipper värma med ånga. Detta beräknas som:

( )56Pr454,0 +⋅−=∆ odTT önskad (31) Där Tönskad är den temperatur som antas vid minskad luftomsättning och Prod är den aktuella produktionen i ton per timme. Om ∆T blir negativ så blir det ingen besparing. Denna funktion är framtagen som ett medel av temperaturen in i torken enligt grafer i bilaga 4. Hela beräkningen baseras på att en jämn temperatur antas över hela torken och att förångningen sker över hela torkens längd. Ett annat antagande är att luftomsättningen är jämn överallt i torken. Då kan man beräkna vilken luftomsättning som behövs. Eventuella produktionsvinster i form av höjd produktion antas till 0,5 ton/h vid produktion av ytvikter på 100-115g/m². Största delen av denna vinst antas bero på färre banbrott. När ett banbrott inträffar tar det minst 10-15 minuter innan produktionen är igång igen. Produktionstakten vid låga ytvikter är ca 40 ton/h vilket innebär att det produceras 10 ton på 15 minuter

11.3 Resultat Med dessa förutsättningar så blir besparingen 3 000 MWh/år för luftdelen och 1 577 MWh/år för el. Den luftomsättning som behövs vid olika produktionstakter och vilken sorts produkt som tillverkas redovisas enligt figur 18. Skillnaden mellan inluftsmängd och avluftsmängd förklaras av att den förångning som sker av vattnet i papperbanan tar plats och ska följa med avluften ut. Dessutom är ett visst undertyck önskvärt för att förhindra att fuktig luft trycks ut i lokalen.

Luftomsättning tork

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0 60,0 65,0 70,0 75,0 80,0

Produktion (ton/h)

Luftf

löde

(m³/s

)

Avluft KL

Inluft KL

Avluft EK

Inluft EK

Figur 18 En teoretisk luftomsättning om luftomsättningen är jämn över hela torken. De röda linjerna är in- och avluft för kraftliner och de svarta för eurokraft.

32

11.4 Analys varvtalsreglering

11.4.1 Ekonomi En investering i varvtalsreglering av värmeåtervinningen skulle preliminärt kosta ca 2 miljoner kronor men då är inte programmering av styrkurvor inräknade. Med ett pris på 250 kr/MWh för ånga och 330 kr/MWh för el ger det en återbetalningstid på ca 1,1 år. Då är en eventuell produktionshöjning inräknad baserad på att produktionen ökar med 0,5 ton/h för låga ytvikter. Det skulle ge ca 500 ton/år för kvaliteterna 100g/m² och 115g/m².

11.4.2 Effekt på fläkt av höjd lufttemperatur Fläktarna forslar en viss volym per tidsenhet och när temperaturen stiger så får det den effekten att massan av torr luft in i torken minskar. En temperaturhöjning på 5°C ger ca 1,5% mindre massomsättning av luft vilket påverkar effektbehovet vid uppvärmning av luft. Dessutom påverkas effektbehovet hos fläktmotorn så att mindre energi behövs på grund av densitetsminskningen. Dessa effekter har det inte tagits någon hänsyn till vid dessa beräkningar då de är relativt små i detta fall.

11.4.3 Analys av luft/luft-värmeväxlare vid förändrade flöden En analys av luft/luft-värmeväxlare 1 och 3 är inte meningsfullt på grund av dess skick men de värmeväxlare som är delvis renoverade går det att göra en analys. Genom att använda ∆Tlm -metoden kan UA-värdet beräknas vid nuvarande flöden. Sedan används teorin om hur h-värdet förändras i rör beroende av flödet och för h-värde över tubbankar så kan U-värdet beräknas när flödet förändras. Vid en analys av luft/luftvärmeväxlare 4 så kan vi se att temperaturen höjs något för inluften vid ett sänkt flöde (figur 19). En beräkning av UA-värdet för värmeväxlare 4 landade på 42500 W/K i nuvarande skick.

Figur 19. Förväntad temperatur beroende på flöde. Detta diagram visar en förväntad temperatur berorende på flödet för avluft och inluft efter de har passerat växlaren. Temperaturer innan växlaren är 87°C för avluften och 37°C för inluften.

Förväntade temperaturer vvx 4

62,0063,0064,0065,0066,0067,0068,0069,0070,0071,00

50%60%70%80%90%100%110%

Del av fullt flöde

Tem

p (°

C)

InluftAvluft

33

Den högre temperaturen har att göra med att uppehållstiden för fluiden är längre i värmeväxlaren. Vid en lägre hastighet på fluiden så minskar U-värdet (figur 20)

U-värde

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

24,00

26,00

28,00

30%50%70%90%110%

Del av fullt flöde

U-v

ärde

(W/m

²K)

Figur 20 Beräknat U-värde för luft/luft-värmeväxlare 4 beroende på flödet. Denna kurva utnyttjades till att beräkna UA-värdets förändring vid ett förändrat flöde. En slutsats av denna analys är att de luft/luft-värmeväxlare som sitter där idag är att de inte är konstruerade för att optimalt ta hand om den energi som finns i avluften och föra över den till inluften. Det är låg hastighet på inluftsflödet (ca 2 m/s) och ca 10-12 m/s för avluft. En fördubbling av gashastigheten på inluften med en oförändrad värmeväxlararea och oförändrat volymflöde skulle ge en förbättring av U-värdet med ca 15%. Detta kräver dock en annan design på värmeväxlaren. Denna typ av analys kan göras för att beräkna utbytet om det är aktuellt att ersätta de gamla luft/luft-värmeväxlarna med rörvärmeväxlare.

11.5 Begränsande faktorer vid behovsstyrd ventilation För att förslaget skall gå att genomföra effektivt så bör luftomsättningen vara så homogen som möjligt. Den mesta av den torra luften som kommer in i kåpan idag blåses in under torkcylindrarna och den torra luften får leta sig uppåt förbi cylindrar, viror och pappersbana medan den tar upp fukt för att slutligen sugas ut under taket på kåpan.

11.5.1 Lokalt hög relativ fuktighet Ett problemområde är fickorna som finns mellan torkvalsarna. Pappersbanan löper runt torkcylindrarna och oftast finns en under- och övervira för att förbättra kontakten mellan papperet och torkcylindern. Därför finns det ett naturligt motstånd för den fuktiga luften att bytas ut mot torrare luft särskilt i fickor med gapet uppåt. Dessutom så är denna maskin bred, även med moderna mått mätt, vilket gör det svårt att naturligt ventilera ut åt sidorna. Vid mätningar företaget Asten har gjort, är en relativ fuktighet på 70% vid en lufttemperatur på 85°C inte ovanligt i dessa fickor (bilaga 8). Kondenspunkten är då ca 75°C i fickorna. En lösning på detta är att sätta in en så kallad fickventilation (figur 21) i samtliga fickor med gapet uppåt, som tvingar in torr luft genom viran.

34

Figur 21 Fickventilationens utformning i torkpartiet (Metso 2003). När man har dubbelviror så fås en sämre ventilation men i gengäld så fås en bra kontakt mellan pappersbanan och cylindern för både under och övercylinder. Ett sätt att delvis lösa problemen med höga fukthalter i fickorna är att byta vira till en som är mera öppen och genomsläpplig. Då har fukten lättare för att komma ur de övre fickorna. Den har däremot den nackdelen att den drar med sig mera luft och problem med kantveck och banfladder kan uppstå. Vid byte av viror så tas små steg i den ena eller andra riktningen vad gäller öppenhet på viror. Ett inköp har gjorts nyligen och man har gått mot en tätare vira denna gång i ett försök att förbättra körbarheten (Selin)3. Ett annat problem är om fuktig luft inte håller tillräckligt hög temperatur i torkkåpan. Om det är en hög relativ fuktighet kan det uppstå kondensation på väggar och i tak med korrosionsproblem och dropp på pappersbanan som följd. Detta gäller särskilt om det finns lokalt kalla punkter i kåpan på grund av dålig isolering. I dagsläget så är det svårt att förutsäga när detta inträffar.

11.5.2 Värmeåtervinningens status En annan begränsning är luft/luft värmeväxlarnas skick i främst värmeåtervinning 1 och 3. Inspektionsrapporter och mätningar visar att dessa bör åtgärdas så att man vet att det är torr luft som verkligen blåses in i torken och att den inte har inblandning av fuktig avluft. Denna åtgärd bör prioriteras.

3 Esbjörn Selin, Superintendent paper mill SCA Packaging Obbola, April 2006

35

12 Metsos förslag på återvinning

12.1 Offert Metso har lämnat en offert på en helt ny återvinning. Det är ett koncept där allt är i moduler och de staplas ovanpå varandra i den ordningsföljd som kunden önskar (figur 22). Fyra sådana torn skulle ersätta de befintliga de fyra tornen idag

Figur 22 Återvinningstorn med moduler (Metso) Tornet är 4 meter långt och bredden anpassas till de luftmängder som ska hanteras. Höjden varierar beroende på kundens önskemål på vilken sorts värmeväxlare som önskas. Allt är gjort i rostfritt stål och kan stå delvis utomhus om så önskas. Denna lösning ger en flexibilitet, då ordningen kan ändras på dessa moduler i efterhand eller kompletteras med nya. Deras energikalkyl på återvinningen baseras på en årsproduktion på 500 000 ton per år och då kommer luftflödena att ökas med ca 20-25% mot dagens behov. Metsos beräkningar redovisas i bilaga 9.

12.1.1 Luft/luft-värmeväxlare För luft/luft-värmeväxlana så fås en temperaturverkningsgrad på ca 62% för det nya systemet. Temperaturverkningsgraden för luft/luft-värmeväxlana i detta förslag verkar i lägsta laget för en ny anläggning. En höjning av temperaturverkningsgraden från 62% till 70% borde vara möjligt att uppnå vilket skulle spara ca 2160 MWh per år med dagens luftflöden. Med ett pris på 250 kr/MWh ger det en besparing på ca 540 000 kr/år.

12.1.2 Glykolvärmeväxlare För glykolsystemet fås närapå en fördubbling av dagens kapacitet med en framledningstemperatur på ca 55°C när de sätts direkt efter luft/luft-värmeväxlarna. Det gör att eftervärmning av glykolen knappast behövs alls under drift. Enda effekttillskottet kommer att vara den del av glykolen som går till verkstad och förråd, då det systemet är byggd för en framledningstemperatur på 70°C under de kallaste dagarna på året. Om processvattnet prioriteras så fås en effekt som motsvarar dagens kapacitet på glykolsidan. Detta gäller om man tar ut hela den möjliga effekten på processvattnet.

36

12.1.3 Processvattenvärmeväxlare Processvatten är en ny modul som inte finns i dagens återvinning. Processvattnets flöde är på 240 kg/s för dessa beräkningar och då skulle temperaturen vara ca 38°C vintertid och för sommartid 53°C. Om processvattenmodulen sätts före glykolvärmeväxlarna skulle det ge ett processvatten som håller ca 49-53°C året om. Rent energitekniskt så är den bästa lösningen att glykolsystemet ligger före processvattnet. Ett lägre flöde skulle också ge en högre temperatur. Processvattnenmodulen visar dock att det finns mycket energi att återvinna.

12.2 Effekter av en ny återvinning I dagsläget så finns ett litet behov av vatten på 45°C och 75°C på fabriksområdet vintertid. En planerad investering i en tvättpress i fiberlinjen senast år 2009 kommer i förlängningen att innebära att en större brist på varmt processvatten. Den bristen motsvarar en effekt på ca 8 MW eller 13 ton ånga 3 bar per timme (Rönnkvist)4. Här finns en ypperlig möjlighet att kompensera för detta bortfall genom att producera processvatten 55°C till pappersmaskinen. En preliminär uppskattning är att minst halva pappersbrukets behov av processvatten, ca 45 kg/s bör produceras i återvinningen för att kompensera bristen men det är oklart hur vattenbalans och energibalans exakt påverkas av en ny tvättpress. Om de här siffrorna stämmer så betyder det en besparing på ca 64 000 MWh/år eller 16 Mkr/år vid ett pris på 250 kr/MWh. Energi och vattenbalansen måste dock ses över mellan massatvätten och indunstning och även se över vattenbehovet på hela fabriken innan ett beslut om en investering i en ny återvinning tas. Det går att dela upp investeringen i till exempel två omgångar och byta de återvinningstorn som är i sämst skick först. Totalpriset blir dock högre per torn mest beroende på att det inte går att återanvända en del av den utrustning som sköter varvtalsregleringen i de kvarvarande tornen. När de återstående tornen skall bytas kan till exempel inte vissa frekvensriktare återanvändas på grund av fel storlek. Det pumpas ett lågtempererat vatten till Umeå Energi’s värmepumpar i Umeå. Här finns det en möjlighet att sälja överskottsenergin i form av processvatten på 38-45°C. Tekniken i detta förslag verkar vettig. Man bygger inte fast sig i en lösning. Man kan förändra i efterhand, till exempel byta ordning på värmeväxlare, och bygga till utan större problem. Underhåll av fläktar och motorer underlättas, då de står på golvet och bullret utomhus minskar när avluftsfläkten sitter i början av återvinningen.

4 Rickard Rönnkvist, Underhåll och Projekt SCA Packaging Obbola, April 2006

37

13 Andra förslag till ombyggnad av tork

13.1 Vac Roll En modifiering av torken för att öka hastigheten på pappersbanan är att byta ut den undre raden av de traditionella torkcylindrarna mot räfflade cylindrar med borrade hål i mantelytan (figur 23). Ett undertryck skapas i cylindern av fläktar för att påskynda avvattningen mellan de två övre uppvärmda cylindrarna och på så vis få en större temperaturskillnad mellan papperet och torkcylinder.

Figur 23. Principskiss av Meto’s Vac Roll system. Den gula inritade zonen är ett försök att beskriva de krafter som påverkar pappersbanan och den gröna zonen beskriver hur mycket undertryck som behövs för att neutralisera krafterna som påverkar papperet. (Metso 2001) Sju stycken sådana enheter skulle monteras i våtänden och endast använda sig av slalomviror i den delen av torken enligt Metso. De torkcylindrar som frigörs skulle då placeras i slutet av torken eller byggas om och användas i Vac Roll-systemet. I figur 23 ser man att fukten kan fritt gå uppåt i fickorna när inte en övervira blockerar den vägen. Rullmaskinen som skär till pappersbanan i kundanpassade bredder kommer dock inte att klara en ytterligare större produktionshöjning utan måste då bytas ut mot en ny sådan.

38

14 Slutsats För återvinningen så har två alternativ har tagits upp här och det är en varvtalsreglering av befintlig återvinning och en investering i en helt ny, också den med varvtalsreglering. Varvtalsreglering av den befintliga återvinningen skulle ge energibesparingar i storleksordningen 3000 MWh värme och 1500 MWh el. Dessutom kan en produktionsökning på ca 500 ton/år av ytvikterna 100-115g på grund av bättre körbarhet och färre banbrott inräknas. Torkkapaciteten vid en sådan investering kommer dock att vara oförändrad och de befintliga fläktarna går inte att varva upp mera, då de redan går på av tillverkaren max rekommenderat varvtal. Dessutom är det oklart om dessa besparingar kan uppnås på grund av värmeåtervinningens skick och det faktum att huvuddelen av torken saknar fickventilation. Vid en reinvestering av en helt ny återvinning så kan man producera processvatten till pappersmaskinen och en investering av en ny tvättpress i fiberlinjen kommer en brist på uppvärmt processvatten att uppstå. Om den bristen motsvarar en effekt på 8 MW så kommer en ny återvinning att betala sig på mindre än 2 år. Dessutom kan de fördelar som en varvtalsreglering av en befintlig återvinning ger räknas in. Detta bör tas i beaktande då man gör investeringen i en ny tvättpress och dessa två investeringar bör göras ungefär samtidigt. Detta för att utnyttja de energivinster som blir när tvättpressen installeras Om Umeå Energi är intresserad så kan det produceras varmvatten med en temperatur på 40-45°C till värmepumpar och den investeringen är liten i sammanhanget om den görs samtidigt med en reinvestering i nya återvinningstorn. Styrda extraevakueringsspjäll är en investering som bör göras oavsett vad som beslutas om den övriga återvinningen. En effektivare luft/luft-återvinning, och en effektivare återvinning vad gäller glykolkretsen ger en besparing på ca 2000 MWh/år. Dessutom får man en kapacitetsökning av luftomsättningen och mindre läckage av fuktig luft in till papperssalen från torkkåpan. Den investeringen betalar sig på ett halvår. En övrig åtgärd är att se över vattenförbrukningen på pappersbruket/returfiberavdelningen. En kartläggning skulle ge information om var det kan sparas vatten/energi och hur behovet kommer att förändras i framtiden

39

15 Referenser Alstom Power Sweden AB (2005). Inspektionsrapport 8/9-10-2005. Opublicerad internrapport. Asten (2005). Analyse der Trockenpartie. Opublicerad internrapport. Gustafson, Bror-Arne (1999). Kompendium i Turbomaskinteknik. Göteborg: Chalmers Tekniska Högskola. Fellers, Christer & Norman, Bo (1996). Pappersteknik. Tredje upplagan Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan. Incropera, Frank P. & DeWitt, David P. (2002). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. United States of America: John Wiley & Sons. Metso Paper (2003). Undersökning av torkparti SCA Obbola AB, PM1 21-23.5 2003. Opublicerad internrapport. Metso Paper (2001) Air and Energy Handling. Bullentin PDF format. Tillgänglig:< http://www.metsopaper.com/MP/marketing/Vault2MP.nsf/sets/web Nordiska Ventilationsgruppen (1982). Metoder för mätning av luftflöden i ventilationsinstallationer. Stockholm: Statens råd för byggnadsforskning. Nordling, Carl & Österman, Jonny (1999). Physics Handbook. 3:dje upplagan Lund: Studentlitteratur. Nygaard, Johan (1986). Energikompendium för Massa och Pappersindustrin. Markaryd: Sveriges Skogsindustriförbund.

40

Bilagor

Bilaga 1; IX-diagram www.munters.com

I

Bilaga 2; Använda mätinstrument För temperaturer i luftkanaler Wavetek, Meterman TM45, med en mätnogrannhet på ± 0,3% + 1°C vid mätområdet –50 till 1000°C. Till den var det ett termoelement instoppat i ett rör som var 1 m långt för att komma in till mitten av kanalerna. Temperaturer på glykolvätskor Temperaturerna i glykolflödets temperaturer har mätts med hjälp av en givare av kontakttyp, då glykolsystemets rör var av stål och därför leder värme bra. Mätinstrument märke Ebro TFN 1093, Givare EB 14. Mätnoggrannhet ±0,1 °C ± 1digit vid –200°C till 250°C. Givare ±0,3°C vid – 99°C till 199°C. Mätningar av flöden i torken har utförts med ett prandtlrör kopplad till en manometer av modell ALNOR AXD-530 Dess mätområde var 1,8-64 m/s med en mätnoggrannhet på 1 %. Arbetstemperatur mellan 0°C till 50°C och en relativ fuktighet på 5% till 95%. Relativ fuktighet mättes med en mätare som heter Testo 445 med en standardgivare som har en mätnoggrannhet på ± 2% vid temperaturintervall mellan 15-30°C, övrigt med temperaturkompensering.

II

Bilaga 3; Mätserie, effekt av stängda spjäll Utdrag ur Excelark. Mätvärden och resultat för test med stängda spjäll från tre försök. Kvalitet 125 Ek, 58,5 ton/h Datum 05.12.09 Produktion stabil över fyra timmar. Inga spetsar Tempdiff ute ca 1 °C över 4 timmar. Första provtagning kl 09:30, kl 09:50. Spjället stängdes kl09:40. Glykolkrets har ca 25 volymprocent inblandning av glykol vilket ger ett Cp på 3,7 kJ/kg K Temp avluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Öppet spjäll 60 79 65 78,5 Stängt spjäll 62,5 78,5 79 77 Temp inluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Öppet spjäll 58,7 82,3 77,9 78,1 Stängt spjäll 62,9 82,3 83,8 78,9 Luftflöde in (tl) 26,23 25,57 29,84 27,32Kg/s Fukt i luft in 0,37 0,32 0,29 0,26Kg/s Återvunnen energi luft/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 114,0637 0 180,7987 22,43133 Öppet spjäll tot 317kW Temp glykol In 34,9 35 34,7 30,5 Ut 44,4 54,1 44,3 44,8 Återvinning glykol/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 1831 3681 1850 2756kW Stängt spjäll 10 min tot 10117kW Temp glykol In 35,7 35,8 35,1 31,5 Ut 47 53 47,55 43,95 Återvinning glykol/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 2178 3315 2399 2399kW tot 10291kW skillnad glykolkrets 173kW Antal timmar man kan tillnyttogöra denna besparing för glykol 1500h/år Antal timmar man kan tillnyttogöra denna besparing för Luft 5000h/år Pris per MWh 250kr/MWh Cp glykol 3,7 kJ/kg K Tot fl glykol 750 m³/h Besparing per år 461 656 kr/år Cp luft 1,0077 kJ/kg K Cp fukt 1,95 kJ/kg K

III

Kvalitet 140 Ek, 68,5 ton/h Datum 05-12-13 Första provtagning kl 13:00 och sista provtagning kl 13:30. Spjället stängdes kl13:10 Utetemp 2,2°C Kommentar: Andra extraevakueringsspjället var inte fullt öppet Temp avluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Öppet spjäll 63,5 83 85 83,5 Stängt spjäll 66 84 85 83 Temp inluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Öppet spjäll 62,8 89,4 91,6 85,5 Stängt spjäll 67,1 89,7 91,5 85,6 Luftflöde in (tl) 26,23 25,57 29,84 27,32Kg/s Fukt i luft in 0,37 0,32 0,29 0,26Kg/s Återvunnen energi luft/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 116,7795 7,918212 -3,06438 2,803916 Öppet spjäll tot besparing luft/luft 124 kW Temp glykol In 41,9 43,2 42,8 41 Ut 49,45 55,45 53,35 50,35 Återvinning glykol/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 1455 2361 2033 1802kW Stängt spjäll 20 min tot 7651 kW Temp glykol In 44,2 44,4 44,2 41 Ut 53,15 58,75 54,3 52,4 Återvinning glykol/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 1725 2765 1946 2197kW tot 8633 kW skillnad glykolkrets 983 kW Antal timmar man kan tillnyttogöra denna besparing för glykol 1500 h/år Antal timmar man kan tillnyttogöra denna besparing för Luft 5000 h/år Pris per MWh 250 kr/MWh Cp glykol 3,7kJ/kg K Tot fl glykol 750m³/h Besparing per år 524 101 kr/år Cp luft 1,0077kJ/kg K Cp fukt 1,95kJ/kg K

IV

Kvalitet 175 Ek, 69,8 ton/h Datum 05-12-14 Första provtagning kl 10:00 och sista provtagning kl 10:30. Spjället stängdes kl10:10 Utetemp -1,7°C Kommentar: Observera att denna mätning visar på en försämring av tillvaratagen energi i glykolvvx för VÅV2. Temp inluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Öppet spjäll 65 96 92 92 Stängt spjäll 71 96 99 91,6 Luftflöde in (tl) 26,23 25,57 29,84 27,32Kg/s Fukt i luft in 0,37 0,32 0,29 0,26Kg/s Återvunnen energi luft/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 162,9482 0 214,5069 -11,2157kW Öppet spjäll tot 366 kW Temp glykol In 43,2 43,2 43 38,9 Ut 52,85 61,8 51,95 53,15 Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Återvinning glykol/luft 1860 3584 1725 2746kW Stängt spjäll 20 min tot 9915 kW Temp glykol In 44,3 44,8 44,8 40,1 Ut 55,1 61,3 54,95 52,85 Återvinning glykol/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 2081 3180 1956 2457kW tot 9674 kW skillnad glykolkrets -241 kW Antal timmar man kan tillnyttogöra denna besparing för glykol 1500 h/år Antal timmar man kan tillnyttogöra denna besparing för Luft 5000 h/år Pris per MWh 250 kr/MWh Cp glykol 3,7kJ/kg K Tot fl glykol 750m³/h Besparing per år 367 467 kr/år Cp luft 1,0077kJ/kg K Cp fukt 1,95kJ/kg K

V

Bilaga 4; Mätserie återvinning med stängda spjäll Utdrag ur Excelark Produktion 100g/m² Kraftliner Extraevakuringsspjäll stängda. Utetemperatur 4,0°C. tid 2006-01-27 kl 09:30-10:30 Inluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Temp in 38 40 37,5 35 °C Rh 0,35 0,24 0,24 0,31 Temp mellan vvx 60 62 66 58,5 °C Temp efter vvx 60,5 80,5 77,5 77 °C Avluft Temp in 63 77 77,5 75,5 °C Rh 0,3 0,37 0,5 0,51 Temp mellan vvx 62 66,5 64 58 °C Temp efter vvx 53,5 57 58,5 56 °C kondenspunkt 37,3 53,1 60,1 58,9 °C Fukt mellan vvx 1,37 3,38 4,71 5,15 Kg/s Fukt i luft e vvx 1,37 3,38 4,30 4,71 Kg/s Vatten in 44,7 45,1 52,5 44,1 °C Vatten ut 50,35 55,25 54,3 50 °C Luftflöde in 22,34 21,86 25,07 23,09 m³/s Luftflöde ut 30,8 34,9 35,3 43,2 m³/s Luftflöde in (tl) 24,70 22,91 26,57 24,45 Kg/s Luftflöde ut (tl) 32,29 31,87 29,96 37,50 Kg/s Fukt i luft in 0,36 0,27 0,27 0,28 Kg/s Fukt i avluft 1,37 3,38 4,71 5,44 Kg/s Temp.v.grad Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4

η 1 (Avluft) 0,04 0,28 0,34 0,43 η 2 (inluft) 0,88 0,59 0,71 0,58

Q vvx1 Q vvx 2 Q vvx 3 Q vvx 4 Luft/luft 563,0 519,4 778,1 591,9kW Ber på inluft Luft/luft 35,2 406,4 531,5 846,7kW Ber på avluft Tot ber på inluft 2452,5kW Tot ber på avluft 1819,9kW energi ber på glykolkrets Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4

998,2 1793,3 318,0 1042,4 tot 4151,9kW Mätt flöde 191kg/s Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Tot eftervärmning luft 61,8 473,0 361,0 504,7 1400,5kW produktion ton/h 42 Tot flöde in (tl) 98,6 Kg/s Tot flöde ut (tl) 131,6 Kg/s Förångning i tork 11,17 Kg/s tot ånga i avluft 14,89 Kg/s vol per kg ånga (273K) 1,243m³ totalt tillvaratagen energi 6604,3kW

VI

Produktion 140g/m² Kraftliner.

Extraevakuringsspjäll stängda. Utetemperatur –11,9°C. tid 2006-01-18 kl 10:00-12:00

Inluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Temp in 39 38 38 37 °C Rh 0,36 0,29 0,25 0,27 Temp mellan vvx 67 68 75,5 66,5 °C Temp efter vvx 69,6 93,2 96,1 89,4 °C Avluft Temp in 72 87,5 90 87 °C Rh 0,62 0,53 0,41 0,42 Temp mellan vvx 70 75 71,5 66,5 °C Temp efter vvx 57 61 56,5 55 °C kondenspunkt 60,1 70,0 66,0 64,1 °C Fukt mellan vvx 4,10 7,16 6,13 6,90 Kg/s Fukt i luft e vvx 3,51 4,74 3,93 4,50 Kg/s Vatten in 39 39,4 38,7 34,4 °C Vatten ut 52,85 59,9 53,2 49,7 °C Luftflöde in 22,34 21,86 25,07 23,09 m³/s Luftflöde ut 30,8 34,9 35,3 43,2 m³/s Luftflöde in (tl) 23,97 22,06 25,17 23,61 Kg/s Luftflöde ut (tl) 26,68 24,26 26,21 33,48 Kg/s Fukt i luft in 0,39 0,29 0,29 0,27 Kg/s Fukt i avluft 4,10 7,16 6,13 6,90 Kg/s Temp.v.grad Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4

η 1 (Avluft) 0,06 0,25 0,36 0,41 η 2 (inluft) 0,85 0,61 0,72 0,59

Q vvx1 Q vvx 2 Q vvx 3 Q vvx 4 Luft/luft 697,8 684,0 972,5 717,6kW Ber på inluft Luft/luft 69,8 480,2 709,6 967,4kW Ber på avluft Tot ber på inluft 3071,8kW Tot ber på avluft 2226,9kW energi ber på glykolkrets Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 2446,9 3621,8 2561,8 2703,1 tot 11333,7kW Mätt flöde tot glykol 191 kg/s Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Tot eftervärmning luft 63,6 560,7 523,2 545,4 1692,9kW produktion ton/h 65,5 Tot flöde in (tl) 94,8 Kg/s Tot flöde ut (tl) 110,6 Kg/s Förångning i tork 17,4 Kg/s tot ånga i avluft 24,3 Kg/s vol per kg ånga (273K) 1,243 m³ totalt tillvaratagen energi 14405,5 kW

VII

Produktion 140g/m² Eurokraft.

Extraevakuringsspjäll stängda. Utetemperatur 0,4°C. tid 2006-04-03 kl 10:00-12:00

Inluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4

Temp in 40 40 37 38 °C Rh 0,4 0,3 0,3 0,3 Temp mellan vvx 63,5 65 73 64 °C Temp efter vvx 67,7 87,6 91 84,4 °C Avluft Temp in 68 84 85,5 83 °C Rh 0,68 0,52 0,48 0,45 Temp mellan vvx 67 71,5 70 64,5 °C Temp efter vvx 55 60 56 55,5 °C kondenspunkt 58,6 66,5 65,9 62,4 °C Fukt mellan vvx 3,82 6,18 6,10 6,38 Kg/s Fukt i luft e vvx 3,21 4,54 3,85 4,60 Kg/s Vatten in 41 41,5 40,7 40,5 °C Vatten ut 51,3 57,25 51,55 50,95 °C Luftflöde in 22,34 21,86 25,07 23,09 m³/s Luftflöde ut 30,80 34,9 35,3 43,2 m³/s Luftflöde in (tl) 24,00 22,34 25,46 23,87 Kg/s Luftflöde ut (tl) 27,56 26,30 26,71 34,88 Kg/s Fukt i luft in 0,46 0,33 0,33 0,32 Kg/s Fukt i avluft 3,82 6,18 6,10 6,38 Kg/s Temp.v.grad luft/luft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4

η 1 (Avluft) 0,04 0,28 0,32 0,41 η 2 (inluft) 0,84 0,57 0,74 0,58

Q vvx1 Q vvx 2 Q vvx 3 Q vvx 4 Luft/luft 589,2 579,0 946,9 641,6kW Ber på inluft Luft/luft 35,2 482,1 601,7 880,5kW Ber på avluft

Tot ber på inluft 2756,7kW Tot ber på avluft 1999,4kW Energi ber på glykolkrets Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 1819,8 2782,6 1916,9 1846,3 tot glykolkrets 8366kW Mätt flöde tot glykol 191 kg/s Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Tot eftervärmning luft 102,5 509,4 462,5 491,3 1565,7kW produktion (ton/h) 63,1

Tot flöde in (tl) 95,7 Kg/s

Tot flöde ut (tl) 115,5 Kg/s Förångning i tork 16,8 Kg/s tot ånga i avluft 22,5 Kg/s vol per kg ånga (273K) 1,243m³ totalt tillvaratagen energi 11122,3kW

VIII

Produktion 125g/m² Eurokraft. Extraevakuringsspjäll stängda. Utetemperatur –1,5°C. tid 2005-12-08 kl 10:00-12:00 Inluft Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Temp in 36 38 34 36 °C Rh 0,4 0,32 0,31 0,27 Temp mellan vvx 60,5 61,7 68 60 °C Temp efter vvx 63,4 82,3 83,9 78,4 °C Avluft Temp in 65 79,2 79,5 76,5 °C Rh 0,69 0,62 0,61 0,47 Temp mellan vvx 61,5 67,5 66 60,5 °C Temp efter vvx 53 56,5 52 50,5 °C kondenspunkt 56,2 66,4 66,3 57,9 °C Fukt mellan vvx 3,42 6,16 5,93 5,21 Kg/s Fukt i luft e vvx 2,93 3,89 3,21 3,66 Kg/s Vatten in 37,8 37,2 37,6 34,3 °C Vatten ut 47,8 53,85 48,2 47,3 °C Luftflöde in 22,34 21,86 25,07 23,09 m³/s Luftflöde ut 30,8 34,9 35,3 43,2 m³/s Luftflöde in (tl) 24,46 22,70 26,05 24,39 Kg/s Luftflöde ut (tl) 28,55 26,85 27,18 37,75 Kg/s Fukt i luft in 0,37 0,32 0,29 0,26 Kg/s Fukt i avluft 3,42 6,16 6,20 5,21 Kg/s Temp.v.grad Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4

η 1 (Avluft) 0,12 0,28 0,30 0,40 η 2 (inluft) 0,84 0,58 0,75 0,59

Q vvx1 Q vvx 2 Q vvx 3 Q vvx 4 Luft/luft 621,7 557,0 911,8 602,0kW Ber på inluft Luft/luft 124,1 457,1 532,9 771,2kW Ber på avluft Tot ber på inluft 2692,5kW Tot ber på avluft 1885,3kW energi ber på glykolkrets Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 1766,8 2941,6 1872,8 2296,8 tot 8878kW Mätt flöde 191kg/s Återv 1 Återv 2 Återv 3 Återv 4 Tot eftervärmning luft 72,2 471,8 417,9 452,7 1414,7kW

produktion (ton/h) 58,5 Tot flöde in (tl) 97,6 Kg/s Tot flöde ut (tl) 120,3 Kg/s Förångning i tork 15,6 Kg/s tot ånga i avluft 21,0 Kg/s vol per kg ånga (273K) 1,243m³ totalt tillvaratagen energi 11570,4kW

IX

Bilaga 5; Underlag för besparing vid minskad luftomsättning Diagram över temperaturer in i torken där den föreslagna ekvation 31 är inritad i rött. Ekvationen för trendlinjen i svart visas för varje värmeväxlare. X-axeln visar produktionen i ton per timme och y-axlen visar temperaturen i °C. Det ska påpekas att temperaturerna i vvx 1 och vvx 3 förväntas stiga i och med de automatiska avluftsspjällen är monterade.

Vvx 1

y = 0,2492x + 64,232R2 = 0,0642

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0

Vvx 2

y = 0,4335x + 59,89R2 = 0,3501

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0

Vv x 3

y = 0,4851x + 54,925R2 = 0,4543

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0

Vvx 4

y = 0,444x + 53,268R2 = 0,4072

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0

X

Bilaga 6; Ritning över ett återvinningstorn

Ritning över ett av fyra återvinningsaggregat. Vid (1) kommer avluften från torken in i värmeåtervinningen och passerar upp genom luft/luft värmeväxlaren (2). Avluften går vidare till glykol/luft värmeväxlaren (3) och sedan upp över tak. Inluften tas från lokalen (5) och går genom luft/luft värmeväxlaren (2). Sedan passerar den ångvärmeväxlaren (6) innan den åker via fläkten in till torken (7). Extraevakueringen ut över tak (8) ansluter i samma trumma som avluften. Höjden mellan golv och tak är ca 9 meter.

XI

Bilaga 7; Fläktkurvor

FLÄKTKURVOR FÖR AVLUFTSFLÄKT PMCA-3-140

XII

Fläktkurva inluftsfläkt HLCP-160

XIII

Bilaga 8; Fukthalt i fickor mellan valsar i tork Mätserie som företaget Asten har gjort den 26 april 2005 angående fickornas fukthalt, valsarnas och pappersbanans temperaturer.

XIV

Bilaga 9; Offert ny återvinning Metsos beräkningar

XV

XVI