Energy Analysis of the Drying Hood in Paper Machine 1 at Stora Enso, Nymölla Mill

Abstract (Swedish)

Den 1 juni 2014 trädde lagen om energikartläggning i stora företag (2014:266) i kraft från energimyndigheten. Lagen innebär att alla företag har en skyldighet att göra en energikartläggning för deras årliga energianvändning. Detta för att få ökad kunskap om vad energin används till i företaget. Med stora företag menas att man anställer minst 250 personer eller har en årsomsättning över 50 miljoner EUR eller en balansomslutning som överstiger 43 miljoner EUR per år.
Detta examensarbete har haft i syfte att göra en detaljerad energikartläggning för torkpartiet av pappersmaskin 1 på Stora Enso, Nymölla bruk. Bruket har 520 anställda och omfattas därmed av den nya lagen om energikartläggning i stora företag. Med den detaljerade energikartläggningen av torkpartiet tas förslag av kostnadseffektiva åtgärder fram för att spara energi eller för att öka energieffektiviseringen.
Pappersmaskinen på Nymölla bruk består utav 8 olika processteg som är; inloppslåda, viraparti, pressparti, förtorkning, limning, eftertorkning, kalandrering och upprullning. Torkpartiet (både förtorken och eftertorken) studeras i detalj, där in- och utströmmar definieras. De definierade in och utströmmarna i för- och eftertorken utgörs utav:
Papper
Vatten
Ånga
Luft
Med dessa in- och utströmmar beräknas mass- och energibalanser för både förtorken och eftertorken och illustreras till sist i ett Sankeydiagram.
Den totala massan in och ut från förtorken är 126 kg/s och motsvarar ett energiflöde in och ut från förtorken på 40 MW. Vilket ger en årlig energianvändning på 310 GWh i förtorken. För eftertorken erhölls den totala massan in och ut till 76 kg/s med ett totalt energiflöde in och ut på 14 MW. Detta är räknat på en produktionstid på 7500 h/år. Den specifika ångförbrukningen i förtorken beräknas till 〖∆H〗_vap=3 701.4 kJ/kg och för eftertorken beräknas den till 〖∆H〗_vap=3 116.4 kJ/kg. Detta värde jämförs med det teoretiska värdet för förångningsentalpin vid 70 °C som är 〖∆H〗_vap (70 ͦC)=2333 kJ/kg. Vilket visar på det finns energibesparingsmöjligheter.
Åtgärdsförslagen för att bli energieffektivare är att installera en extra tilluftsfläkt i förtorken och nollnivåreglering i eftertorken. Detta reducerar ner läckluftsmängden. Kostnaden för tilluftsfläkten är 600 000 SEK. Detta ger en årlig besparing på 2 miljoner SEK samtidigt som det tillkommer en årlig driftskostnad på 40 000 SEK. Detta skulle ge en återbetalningstid på 4 månader för tilluftsfläkten. Installation av nollnivåreglering kostar 80 000 SEK och skulle ge en årlig besparing på 1,8 miljoner SEK. Återbetalningstiden för denna installation är 0,5 månader.
Båda installationerna anses som en lönsam investering då återbetalningstiden är mindre än 1 år.

Abstract

The new law about energy mapping in large companies (2014:266) from energy agency was valid from 1 June 2014. The law requires that every large company has a responsibility to make an energy mapping for their yearly energy usage. This is to get an increased knowledge of what the energy is used for in the company. Definition of a large company is if the company employs least 250 persons and have yearly revenue over 50 million EUR or a balance sheet total over 43 million per year.
This master thesis has an aim to do a detailed energy napping for the drying section of paper machine 1 at Stora Enso, Nymölla mill. The mill employs 520 persons and is enforced to follow the new regulation about energy mapping in large companies. The cost-effective suggestions for energy savings or increasing the energy efficiency are presented in the detailed energy mapping for the drying section.
The paper machine at Nymölla mill contains 8 different stages; head box section, forming section, pressing section, pre-drying section, sizing section, after-drying section, calendaring and wind up. The drying section (both pre-drying- and after-drying section) is studied in detail, where the inlet- and outlet streams are defined. The defined inlet- and outlet streams in drying section are:
Paper
Water
Steam
Air
With these inlet- and outlet streams the mass- and energy balances are calculated in both the pre-drying section and the after-drying section. They are illustrated in a Sankey diagram.
The total mass in- and out from the pre-dryer is 126 kg/s and correspond to an energy flow of 40 MW. This gives a yearly energy usage of 310 GWh in the pre-dryer. For the after-dryer the total mass in- and out are 76 kg/s with a total energy flow of 14 MW. This is calculated with a production time of 7500 h/year. The specific heat consumption for the pre-dryer is calculated to 〖∆H〗_vap=3701.4 kJ/kg and to 〖∆H〗_vap=3 116.4 kJ/kg for the after-dryer. Comparing these values with the theoretical value for the latent heat of evaporation at 70 °C which is 〖∆H〗_vap (70 ͦC)=2333 kJ/kg indicates there is potential of energy savings.
The suggestions for increasing energy efficiency are to install an extra supply air fan in the pre-dryer and a zero level control in the after-dryer. This will reduce the leakage air. The cost for the supply air fan is 600 000 SEK. This gives a yearly saving of 2 million SEK and resides an operating cost of 40 000 SEK. The pay-back time is 4 months for the supply air. Installation for the zero level control is 80 000 SEK and would give a yearly saving of 1.8 million SEK. The pay-back time is 0.5 months.
Both installations are seemed as a profitable investment since the pay-back time is less than a year.

Popular Abstract (Swedish)

Energibesparing ska ge en tung plånbok
Växthuseffekten är bara ett av världens miljöproblem som vi får tampas med idag. I en värld där energianvändningen ständigt ökar är resurser som inte är förnybara inte hållbart. Med detta tas förnybara källor fram för att ersätta de "ändliga" resurserna. Trots de förnybara källorna, innebär det inte att de är gratis att använda. Tänk om man kunde bli rik genom att använda resurserna på ett effektivt sätt? Det skulle vara en morot för alla att tänka energieffektivt. Genom en energikartläggning på Stora Enso, Nymölla Bruk, kommer mindre resurser gå till spillo och leda till en tyngre plånbok. Detta främjar både miljö och ekonomi!
I stora industrier används mycket energi för de olika tillverkningsprocesserna. Denna årliga mängd energi som används i en industri kan jämföras med ca 20 000 hushålls energiförsörjning. För att hitta var energibesparingar kan göras gäller det att veta vart energin tar vägen. Detta görs med en energikartläggning. För hushåll är det lättare att veta vad energin används till. Dels för det är en enklare överblick, och att det är en mindre komplicerad process.
Hur gör man då en energikartläggning? Jo, man börjar med att göra en överblick av vilka processer som använder energi. Detta kan jämföras med olika rum i ett hushåll, där varje rum använder en mängd energi. En detaljerad analys av energianvändningen för varje process görs sedan för att se vad energin används till. Detta steg jämförs med att man analyserar de olika objekten som finns i varje rum hos hushållen som använder energi. Det kan vara datorn, lampan, spisen eller kylskåpet. På så vis vet man vad energin i varje rum används till.
När detta är klart vet man exakt vad det är man betalar för när elräkningen dyker ner i posten. Tycker man att den är för hög, då vet man vad man kan göra för att få ner kostnaden; man har ju gjort en energikartläggning. Det kan vara saker som att inte låta värmefläkten i rummet stå på när man har fönstret öppet. Detta gör att värmen från luften som värmts upp av värmefläkten kyls ner av den kalla luften utanför. Man har alltså betalat för att ha igång värmefläkten för att få det varmt, men inte fått någonting tillbaka. Detta kan ses som att pengar rinner ut i sanden. Det skulle alltså vara effektivast att värma rummet genom att stänga fönstret. Då läcker inte den kalla luften in.
I detta examensarbete har en energikartläggning på Nymölla Bruk gjorts. I en av processerna sker det beskrivna fenomenet ovan, värmen i processen kyls ner av kalluft. Energi går åt till att värma kalluft för att det ska vara varmt i processen. Den kalla luften värms i detta fall upp av ånga. Ångan kostar både pengar och resurser att tillverka. Nu tillverkas mer ånga än vad som egentligen behövs enbart för att det kommer in kalluft. Mängden ånga som används för att värma den kalla luften på Nymölla bruk är ungefär 4 ton/h. Denna ånga kan alltså besparas om mängden kall luft minskas och skulle ge en årlig besparing på 3,5 miljoner kronor.
Med denna energikartläggning kan man alltså analysera var man slösar energi. På så sätt kan man bli både energi- och klimatsmart, vilket gynnar plånbok och miljö.

• author: Lam, Emmy
• supervisor: Stig Stenström
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: KET920 20161
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: drying hood, paper machine, energy saving, Energy survey, energy mapping, chemical engineering, kemiteknik
• language: English
• id: 8883348
• date added to LUP: 2016-06-28 10:46:30
• date last changed: 2016-06-28 10:46:30