Energetsko ravnovesje – Rekuperacija toplote v finski tovarni celuloze

V industriji celuloze in papirja lahko rekuperacija sekundarne toplote pomeni velike prihranke, kar skupina UPM-Kymmene s sedežem na Finskem pozna iz prve roke.

DATUM 2023-11-28 AVTOR

Proizvodnja papirja zahteva velike količine energije za vzdrževanje procesov ogrevanja in hlajenja. Finska družba UPM-Kymmene, največja evropska skupina v gozdarski industriji in ena največjih svetovnih proizvajalk papirja, je natančno prilagodila ravnovesje med procesi ogrevanja in hlajenja, s čimer je pridobila presežek energije.

Rekuperacija toplote iz tople vode je najbolj donosna, če celuloznica in papirnica tvorita integrirano celoto – kot v podjetju Kaukas, v katerem rekuperacija toplote v celuloznici prihrani paro za uporabo v papirnici.

Vključevanje procesov je ključnega pomena za hlajenje tople vode v procesih v tovarnah celuloze brez potrebe po kondenzacijskih stolpih, kar prinaša prihranke energije in boljšo energetsko ekonomiko.

Tovarna celuloze Kaukas je del obratov družbe UPM-Kymmene (dve tovarni papirja in tovarna celuloze) v kraju Kaukas v bližini finskega mesta Lappeenranta, blizu meje z Rusijo. Obrati družbe Kaukas skupaj letno proizvedejo 590.000 ton lahkega premazanega papirja in 720.000 ton beljene sulfatne celuloze.

Paper from UPM-Kymmene 640x360.png

Energetska samozadostnost

Družba UPM-Kymmene si že 10 let prizadeva za energetsko samozadostnost. Konec 90. let je bil v tovarni celuloze Kaukas izveden obsežen program razširitve in posodobitve in od takrat velja za energetsko samozadostno tovarno, kar je bilo doseženo s pridobivanjem sekundarne toplote iz postopkov hlajenja za ponovno uporabo drugje v tovarni. Asko Paakki, vodja obratovanja tovarne celuloze Kaukas, ocenjuje, da se od 10 do 20 % energije, pridobljene v tovarni, uporabi drugje na lokaciji. "Presežek energije se proda, običajno v obliki procesne pare papirnicam in zlasti žagam," pravi.

"Recikliranje energije zahteva temeljito načrtovanje in celostni pristop."

Takšno recikliranje zahteva temeljito načrtovanje in celostni pristop k potrebam po hlajenju in možnostim predelave v celotnem obratu.

Gre za iskanje ravnovesja. Sekundarna toplota – po definiciji toplota, prenesena iz primarnih virov toplote v procesne tokove – se z uporabo sistema toplotnih izmenjevalnikov vrača v hladilno in kondenzacijsko vodo ter se reciklira po obratu. Več kot 100 toplotnih izmenjevalnikov prenaša sekundarno toploto od tam, kjer ni potrebna, tja, kjer je potrebna, s čimer se v mlinu vzpostavi energetsko ravnovesje, ki družbi Kaukas vsako leto prihrani več milijonov evrov pri stroških za energijo.

Industrijski trendi

Trend v industriji celuloze in papirja je razvoj procesov v smeri delovanja brez izcednih voda, da bi zmanjšali pretok odpadnih voda in izboljšali učinkovitost procesov. To pomeni višje temperature odpadne vode, ki zahtevajo dodatno hlajenje, pojasnjuje Pekka Svinhufvud, vodja energetske ekonomike v tovarni celuloze Kaukas družbe UPM-Kymmene.

Svinhufvud pravi, da so možnosti za varčevanje z energijo, ki jih ponuja integracija procesov, zelo odvisne od posameznega obrata. "Odvisni so od koncepta procesa, postavitve papirnice ter energetske in vodne bilance obrata." Paakki pojasnjuje, da je treba tehnološko odpadno vodo, preden gre v biološko čistilno napravo, ohladiti s 70 do 80 °C (158 do 178 stopinj po Fahrenheitu) na manj kot 40 °C (104 stopinj F), saj mikroorganizmi ne prenesejo višjih temperatur. V podjetju Kaukas to toploto pridobivajo z uporabo naravne vode v toplotnem izmenjevalniku, kar je alternativa hladilnim stolpom, ki se uporabljajo v številnih tovarnah celuloze in papirja, kjer se toplota preprosto sprošča v ozračje.

V tovarni celuloze imajo največ možnosti za rekuperacijo toplote hladilna voda iz uparjalnika, filtrati iz naprave za beljenje, vroča voda iz hladilnika in topla voda iz čistilnika dimnih plinov.

"Ko smo začeli sodelovati, smo testiranje in preizkuse opravili z nekaj toplotnimi izmenjevalniki Alfa Laval. Po dveh letih zadovoljivih rezultatov smo jih kupovali vedno več. Nenehno iščemo priložnosti za pridobivanje toplote. Še vedno spreminjamo proizvodni proces in zdaj preučujemo območje med izmenjavo filtratov." – Asko Paakki, operativni vodja tovarne celuloze Kaukas

Toplotni izmenjevalniki v središču rekuperacije toplote

V tovarni UPM-Kymmene Kaukas Mill na Finskem je bil nameščen popolnoma nov sistem za rekuperacijo toplote s ploščnimi izmenjevalniki WideGap, ki so bili preoblikovani za doseganje višjih temperatur in omogočajo rekuperacijo sekundarne toplote, glavni dobavitelj pa je Alfa Laval. Alfa Laval je zaradi večje učinkovitosti preoblikoval tudi 13 spiralnih izmenjevalnikov toplote.

widegap left side 320x180

O WideGap

Alfa Laval je razvil ploščne izmenjevalnike WideGap posebej za industrijo celuloze in papirja ter sladkorno industrijo za hlajenje odpadne vode, ki vsebuje vlakna in druge komponente. S širokimi razmiki med ploščami, vzorcem plošč in gladko zasnovo odprtin, ki omogoča enostaven pretok vlaken in delcev, je zamašitev čim manjša, čas delovanja pa čim daljši.

Zaradi protitoka lahko sistem WideGap segreje hladni tok na temperaturo, ki je zelo podobna temperaturi vstopajočega vročega toka, s čimer se maksimalno poveča izkoristek energije. Viri toplote Ploščni izmenjevalniki toplote Alfa Laval WideGap lahko uporabljajo toploto, ki je bila prej obravnavana kot odpadna toplota. Tako se lahko zmanjša poraba pare, odvečna para pa se lahko uporabi za proizvodnjo električne energije.

 Ploščni izmenjevalec toplote WideGap

cleantech_symbols640x360.jpg

Energetski prihranki

S pridobivanjem sekundarne toplote se vsako leto prihrani na milijone evrov.

Tehnološki premik

Prehod s cevnih izmenjevalnikov toplote na ploščne izmenjevalnike toplote WideGap zaradi njihove sposobnosti rekuperacije toplote.