HOT PAPER. Verhogen van de energie-efficiënte door verdubbeling van de procestemperatuur

HOT PAPER Verhogen van de energie-efficiënte door verdubbeling van de procestemperatuur

HOT PAPER Verhogen van de energie-efficiënte door verdubbeling van de procestemperatuur

Haalbaarheidsstudie EOS KTO Penvoerder: Bumaga BV

Samenvatting

Introductie

De papier- en kartonindustrie behoort tot de meest energie-intensieve productie sectoren. Met name het drogen van de papierbaan kost veel energie. De droogpartij is verantwoordelijk voor 54% van het totale energieverbruik van de papierindustrie. Dit komt neer op een absoluut energieverbruik van 15,4 PJ per jaar (een energierekening ter waarde van 195 mln. Euro). De Nederlandse papier- en kartonindustrie zet sterk in op het verhogen van hun energie-efficiëntie en duurzaamheid met het programma Energietransitie Papierketen. De huidige manier van papierproductie heeft zichzelf ontwikkeld in een periode waarin energie geen issue was, in tegenstelling tot andere aspecten zoals kwaliteit van papier en productiesnelheid. De Nederlandse papier- en kartonindustrie is echter al vanaf de 80-er jaren voorloper in het terugdringen van het specifieke energieverbruik. Er zijn al vele tientallen procenten bereikt in de laatste 20-30 jaar, maar met bestaande techniek is een grote verdere reductie niet eenvoudig te bereiken. Dit wordt wel steeds belangrijker want hoewel het energieverbruik daalt, stijgen de energiekosten. Energiekosten kunnen soms kunnen oplopen tot 30% van de totale kosten. Het is daarom van groot belang om te identificeren waar nog (grote) energiewinsten behaald kunnen worden. Hierbij moet verder gekeken worden dan het huidige paradigma; vooruitstrevende innovaties zijn nodig om te zorgen dat minder verliezen optreden in het productieproces. In dit project wordt beoogd het energieverbruik van papierproductie sterk te verminderen door de procestemperatuur significant te verhogen (80°C). Theorie hierachter is dat een hogere procestemperatuur in de perspartij leidt tot een hogere drogestofgehalte; minder water hoeft verdampt te worden in de droogpartij, waardoor automatisch minder stoom nodig is. Een dergelijke verhoging van de procestemperatuur betekent echter een significante verandering in het productieproces. In deze studie wordt berekend hoe en hoever deze temperaturen bereikt kunnen worden door gebruik van de in de fabriek aanwezige energie (het voorkomen van energieverlies en het terugwinnen van warmte). De energetische en economische voordelen worden in kaart gebracht, alsook welke vervolgstappen nodig zijn om deze transitie te bewerkstelligen (zowel technologische innovaties als in veranderingen in mindset).

Doel In HOT PAPER is er een ambitie naar een verdubbeling van de proceswatertemperatuur naar rond de 80oC. Dit heeft de potentie om het specifieke energieverbruik in de droogpartij van het papierproductieproces met 15-20% te verminderen! Het doel van dit project is: 

Het

bepalen

van

de

potentiële

energiereductie

door

het

verhogen

van

procestemperaturen in papierproductie. 

Het inschatten van de benodigde investeringen en terugverdientijden van verhogen van procestemperaturen

July 13

i



Het inventariseren van de voordelen en vermeende knelpunten van het verhogen van procestemperaturen in papierproductie en, indien mogelijk, geven van oplossingen



Aanbevelingen en een O&O roadmap opstellen ten behoeve van het bereiken van de doelstelling van papierproductie bij significant hogere proceswatertemperaturen, als leidraad voor het O&O vervolgtraject.

Reductie in specifiek energieverbruik bij verdubbelen van proceswatertemperatuur Met behulp van het MED (Model Energie-efficiëntieverbetering Droogprocessen) model is het specifieke energieverbruik per ton product waterverdamping berekend, waarbij verschillende technologieën zijn toegepast om de proceswatertemperatuur te verhogen. Voor elk van deze technologieën is bepaald hoeveel energie het kost om een bepaalde proceswatertemperatuur te bereiken en hoeveel energiebesparing deze proceswatertemperatuur vervolgens oplevert in de droogpartij. Het resultaat is een netto energiebesparing per technologie bij diverse temperaturen. In een aantal gevallen zijn technologieën gecombineerd om een hogere besparing te bereiken. Uit de berekeningen blijkt dat de beste technologiecombinatie binnen het HOT PAPER concept is: het verhogen van het dauwpunt in de droogpartij, het inzetten van de restwarmte uit de droogkap voor het verhogen van de proceswatertemperatuur en het binnenhouden van de warmte door het terugdringen van spontane waterverdamping op de zeef (bv. via een kap om de zeefpartij). Deze optie betekent een grote vooruitgang in energie-efficiënte in papierproductie, doordat de efficiëntie van meerdere productieprocessen tegelijk worden verbeterd en geïntegreerd. De efficiëntie van het droogproces en het mechanische ontwateringproces worden verhoogd, terwijl gelijktijdig de terugwinbare warmte uit de droogkap toeneemt door het hogere dauwpunt. De potentiële energiebesparing van deze technologie in de droogpartij is 12% voor grafisch papier, en 17% voor golfkarton en karton (zie Figuur 1) ten opzicht van het referentie energieverbruik van een huidige papierfabriek. In absolute termen daalt het specifiek energieverbruik van 2,9 GJ/ton waterverwijdering tot 2,4 GJ/ton product waterverwijdering. Golfkarton

Energiebesparing (%)

20%

Warmtewisselaars (met kap over zeefpartij)

10% Warmtewisselaars

0% 35

45

55

65

75

Proceswatertemperatuur (graden C)

ii

HOT PAPER

85

Figuur 1: Energiebesparing door proceswatertemperatuurverhoging via warmteterugwinning uit de droogpartij voor verschillende proceswatertemperaturen en bij uitvoering met en zonder kap over de zeefpartij

De stoombesparing vertaalt zich bij een papierfabriek met jaarlijkse productie van 130.000 ton tot een kostenbesparing van 0.6 tot 1.2 miljoen euro (uitgaande van 12 euro per GJ gas). De geschatte terugverdientijd is 2,2 tot 4,3 jaar.

Uit deze studie is gebleken dat een generieke temperatuurverhoging van het proceswater echter alleen zinvol is wanneer deze wordt bereikt met de inzet van elders niet inzetbare restwarmte. Restwarmte uit de droogkap zal eerst moeten worden ingezet voor opwarming van drooglucht en halverwarming. Om de droogenergie te beperken is het belangrijk zo droog mogelijk de droogkap in te gaan, met zo weinig mogelijk inzet van hoogwaardige warmte. De inzet van warmte daar waar de ontwatering nog vrij eenvoudig met weinig vacuüm gaat, is energetisch gezien niet gunstig. Het effect van een temperatuurverhoging is daarom vooral zinvol in de perspartij. Hiertoe bestaan al mogelijkheden (voordrogers, blaaskasten). Het generaal opwarmen van het zeefwater is een laagwaardige toepassing en heeft in de perspartij wel voordelen, maar een groot deel van de energie gaat ook verloren op de zeef. Wanneer deze opwarming wordt bewerkstelligd met restwarmte die elders niet kan worden ingezet, kan er een netto energiewinst optreden zoals hierboven is berekend. Het overkappen van de zeefpartij is een noodzakelijke ingreep als men kiest voor het generiek opwarmen van zeefwater boven de 55°C à 60oC.

Het uitvoeren van het HOT PAPER vereist daarnaast vele aanpassingen van het huidige productiesysteem: het plaatsen van een kap om de zeefpartij, verhogen van proceswatertemperatuur en dauwpunt, plaatsen van een warmtewisselaar en isolatie van open waterplekken.

Deze aanpassingen hebben verscheidene praktische voordelen, maar ook knelpunten. In een enquêteonderzoek binnen de papierindustrie werden de volgende knelpunten geïdentificeerd.: 

Spontane waterverdamping moet worden tegengegaan, niet alleen om energieverliezen bij hoge proceswatertemperaturen terug te dringen, mar ook omdat anders corrosie van materialen optreedt en/of onwerkbare arbeidsomstandigheden ontstaan.



Bij gebruik van een kap om de zeefpartij moet de kap dusdanig worden gebouwd dat er geen risico is op vervuiling en condensatie aan de binnenkant van de kap.



Er mag geen toename aan stickies optreden als gevolg van de hogere proceswatertemperatuur.



Het effect van, en eventuele oplossing tegen, verhoogde kalkafzetting en problemen met pompsystemen door hogere proceswatertemperatuur moet verder onderzocht worden



Er moet onderzoek plaatsvinden naar hoe veiligheid van werknemers gegarandeerd kan worden; een voorbeeld is het isoleren van open waterplekken



Er moet worden onderzocht of bij de gestelde dauwpunten aan de constructie-eisen van de droogkap kan worden voldaan.

July 13

iii



Verder onderzoek is nodig naar de nog onbekende gevolgen van een hogere proceswatertemperatuur op: refiner efficiëntie, invloed op stank van productie, invloed op biocultuur:

iv

HOT PAPER

Het vervolgtraject Hoewel is aangetoond dat er met verhoging van de proceswatertemperatuur door inzet van restwarmte energie kan worden bespaard, is het nog niet eenduidig of de inzet van restwarmte ten behoeve van proceswaterverhoging de beste inzet van restwarmte is. Wanneer de kwaliteit van restwarmte verhoogd kan worden (bv door de inzet van warmtepompen), ontstaan wellicht nieuwe toepassingsmogelijkheden met een beter energiebesparingpotentieel dan de in deze studie onderzochte mogelijkheden. Ook het opwaarderen van restwarmte tot stoom (bv via het sorptiedroger concept) of tot elektriciteit behoort tot de mogelijkheden. Het identificeren van die restwarmtetoepassingen in de papierindustrie met de grootste potentie zou verder onderzocht moeten worden. Ook naar aanleiding van de resultaten in deze studie kunnen vervolgstappen worden gezet. Het HOT PAPER concept biedt genoeg aanknopingspunten om verder door te ontwikkelen. Als vervolgproject zou het zinvol zijn om de temperatuurseffecten op het hele traject van oploop tot droogpartij te onderzoeken en dan de optimale benutting van restwarmte te bepalen. Het streven daarbij is te komen tot betere natte ontwatering met minimale hoeveelheden ongewenste verdamping en convectieverliezen. Voor de realisatie van het HOT PAPER concept zouden dan de volgende stappen genomen moeten worden: Een team van experts uit verschillende onderdelen van de papierproductie (procestechnologen, chemicaliën experts etc.) zal moeten worden samengesteld dat een bredere kennis heeft op gebied van energie-efficiënte en ontwikkelingen in andere industrieën. Dit team zal zich focussen op het vinden van efficiënte oplossingen voor de vermeende knelpunten. Regelmatige brainstormsessies worden binnen het team gehouden om tot alternatieve oplossingen te komen om droogenergie te besparen en warmte maximaal te behouden binnen de papierproductie (bijvoorbeeld: het volledig sluiten en isoleren van het proces waarbij enkel personeel met hittebestendige pakken toegang hebben). Verder zal samenwerking een belangrijk element vormen voor de verdere ontwikkeling van het HOT PAPER concept: 

Samenwerking met machinebouwers om te komen tot een concept waarbij spontane waterverdamping zoveel mogelijk wordt tegengegaan. Dit kan een kap om de zeefpartij zijn, maar andere opties worden ook overwogen. Ook met leveranciers van pompsystemen zal worden samengewerkt om de mogelijkheden te bespreken van omgaan met een hogere proceswatertemperatuur. Verder zullen met machinebouwers de mogelijkheden worden onderzocht om hogere dauwpunten in de droogpartij te bereiken.



Samenwerking met leveranciers van chemicaliën is van belang voor het inventariseren van effecten van hogere proceswatertemperatuur op de chemicaliën en het eventueel vinden van alternatieve chemicaliën die wel bij hoge proceswatertemperatuur kunnen opereren.



Samenwerking met papierfabrieken om gericht oplossingen te vinden voor het isoleren van open waterplekken zonder de dagelijkse praktijken te hinderen. De papierfabrieken worden ook direct betrokken bij de samenwerking met de leveranciers van chemicaliën en machinebouwers om input te geven over specifieke papierproductie-eisen.

July 13

v

Tot slot; het binnenhouden van energie betekent dat er minder inname van energie van buitenaf nodig is. Dit past goed binnen de doelstellingen van Energietransitie Papierketen en met name binnen de doelstellingen van het Programma “Energie Neutraal Papier”. Een logisch vervolgstap is derhalve het naast elkaar zetten van de verschillende concepten om te zien op welke manier de energie het beste kan worden binnenhouden en welk concept ons dichterbij de energie neutrale fabriek brengt. HOT PAPER lijkt een haalbaar concept, maar we moeten onze ogen niet sluiten voor andere ideeën die op eenzelfde of betere manier, naast elkaar of los van elkaar, de transitie kunnen vormgeven.

vi

HOT PAPER

July 13

vii

Inhoudsopgave

1

10

1.1

Introductie .............................................................................................. 10

1.2

Doel

2

11

HOT PAPER concept ..................................................................................... 13

2.1

Energiebesparing door verhogen van procestemperaturen .......................................... 13

2.2

Technologien om proceswatertemperatuur te verhogen ............................................. 14 19

3

Methode

4

Potentiële energiebesparingen ........................................................................... 21

4.1

Verminderen spontane waterverdamping ............................................................. 21

4.2

Vergelijking tussen besparingspotentiaal van technologieën ........................................ 21

4.3

Meeste besparingspotentiaal – gebruik van restwarmte droogpartij voor verhogen PWT ......... 23

4.4

Aanvullende opmerkingen warmteterugwinning uit pockets en gebruik van sorptiedroger ....... 26

5

Praktische voordelen en knelpunten .................................................................... 27

5.1

Hogere proceswatertemperaturen – praktische voordelen en knelpunten ........................... 27

5.2

Hogere dauwpunt in droogpartij - praktische voordelen en knelpunten ............................ 30

6

viii

Inleiding

Conclusies

33

Appendix A

Termen en begrippen .................................................................... 39

Appendix B

Partners/derden .......................................................................... 40

Appendix C

MED model ............................................................................... 41

Appendix D

Uitgangswaarden energieberekeningen ............................................... 44

Appendix E

Netto stoomverbruik .................................................................... 46

Appendix F

Economische informatie technologieën................................................ 49

HOT PAPER

1

Inleiding

1.1

Introductie

De papier- en kartonindustrie is een zeer energie-intensieve industriële sector en speelt daarom een belangrijke rol in het bereiken van energiebesparingdoelstellingen in Nederland. Onder invloed van de stijgende energiekosten en de zoektocht naar duurzaamheid richt de papier- en kartonindustrie zich steeds meer op het verhogen van de energie-efficiëntie van hun processen. De Nederlandse papier- en kartonindustrie zet sterk in op het verhogen van hun energie-efficiëntie en duurzaamheid in verschillende programma’s binnen de Energietransitie Papierketen. De huidige manier van papierproductie heeft zichzelf ontwikkeld in een periode waarin energie geen issue was, in tegenstelling tot andere aspecten zoals kwaliteit van papier en productiesnelheid. De aandacht voor energiebesparing groeide echter rond de jaren 80. In Nederland werd onderzoek naar besparingen gedaan in de vorm van convenanten. Dit heeft in de afgelopen decennia al geleid tot een grote besparing in specifiek energieverbruik van enkele tientallen procenten. De nood tot energiebesparing is tegenwoordig nog groter, doordat energiekosten soms oplopen tot 30% van de totale kosten. In het verhogen van de energie-efficiënte van papierproductie zijn al enkele grote stappen gemaakt, zoals de introductie van warmtekrachtkoppeling installaties, het recyclen van papier, en het terugwinnen van restwarmte uit de droogpartij. Echter, het is van belang om de grenzen breed te blijven neer leggen, en het productieproces dat zich onder heel andere spelregels heeft ontwikkeld, onder huidige omstandigheden nog eens goed onder de loep te nemen. Om daadwerkelijk tot grote reducties in specifiek energieverbruik van de Nederlandse papier- en kartonindustrie te komen, en daarmee de duurzaamheid en concurrentiepositie van deze industrie te vergroten, zullen nieuwe technologieën en processen moeten worden ontwikkeld die ver over de grenzen gaan van het huidige paradigma. Voorbeelden van dergelijke technologieën en processen zijn het terugwinnen van waardevolle stoffen uit de recyclingketen (lijmen, inkt, vezels), alternatieve methodes voor vezelbewerking (verbeteringen in refiningstappen) en alternatieve methodes om restwarmte intern te benutten. Het project HOT PAPER doet onderzoek naar de mogelijkheden om proceswatertemperaturen bij papierproductie te verhogen. Huidige proceswatertemperaturen liggen onder de 55 oC en vele fabrieken opereren zelfs bij veel lagere temperaturen zoals rond de 40 oC. Door de proceswatertemperatuur te verhogen, verhoogt men de viscositeit van het water. Dit bespaart energie omdat thermische ontwatering ongeveer 500x zoveel energie kost als mechanische ontwatering.

10

1.2

Doel

Het verhogen van procestemperaturen in papierproductie zou kunnen leiden tot een grote reductie in specifiek energieverbruik. Daarnaast zullen bij proceswatertemperaturen van boven de 60 oC, de productieomstandigheden radicaal veranderen. Echter, wanneer de te behalen voordelen groot genoeg zijn, is het te verantwoorden om de verwachte knelpunten verder uit te werken en te verhelpen, in plaats van vast te houden aan het huidige paradigma. Meer inzicht is nodig in deze zaken om zodoende de papierproductieprocessen tot een hoger niveau verder te ontwikkelen. Het doel van dit project is: 

Het

bepalen

van

de

potentiële

energiereductie

door

het

verhogen

van

procestemperaturen in papierproductie. 

Het inschatten van de benodigde investeringen en terugverdientijden van verhogen van procestemperaturen



Het inventariseren van de voordelen en vermeende knelpunten van het

verhogen van

procestemperaturen in papierproductie en, indien mogelijk, geven

van

oplossingen 

Aanbevelingen en een O&O roadmap opstellen ten behoeve van het bereiken van de doelstelling van papierproductie bij significant hogere proceswatertemperaturen, als leidraad voor het O&O vervolgtraject.

Dit rapport vervolgt in hoofdstuk 2 met een korte uitleg over het HOT PAPER concept. In hoofdstuk 3 wordt de methode die gebruikt is om de hierboven genoemde doelstellingen te bereiken besproken. Vervolgens wordt in hoofdstuk 4 de analyse van de potentiële besparing, die kan bereikt worden door verhogen van procestemperaturen in papierproductie, toegelicht samen met de geschatte investeringskosten en terugverdientijd. In hoofdstuk 5 worden de verwachte voordelen en knelpunten die zijn geïdentificeerd besproken. Tenslotte wordt in hoofdstuk 6 een slotconclusie besproken samen met een roadmap die de vervolgstappen toont voor het produceren van papier bij hoge procestemperaturen.

11

12

HOT PAPER concept

2.1

Energiebesparing door verhogen van procestemperaturen

In Figuur 2 zijn de processen van de papierproductie versimpeld weergegeven. Een mix van pulp en water met een drogestofgehalte (d.s.) van 0.1 - 1.0% wordt via een oploopkast op de zeefpartij gesproeid. Door zwaartekracht en vacuüm verliest het papierweb hier een groot deel water tot het mengsel een d.s. van ongeveer 20% heeft. Ook vindt er op de zeefpartij spontane waterverdamping plaats. Tijdens de perspartij wordt met behulp van mechanische krachten nog meer water verwijderd (mengsel heeft hierna een d.s. van ongeveer 45-50%. Het resterende water mechanische ontwatering wordt thermisch verwijderd in de droogpartij door verdamping tot een d.s. van ongeveer 95%.

Restwarmte Perspartij

Stof voorbereiding

2

Droogpartij Zeefpartij

Water Stoom

Figuur 2: Overzicht papierproductie

De droogpartij vereist een aanzienlijke hoeveelheid energie in de vorm van stoom en is de grootste energieverbruiker in het papierproductieproces. Het specifieke energieverbruik voor thermisch verwijderen van water is meer dan 500x dat van mechanisch ontwateren. Het grootste deel van de toegevoerde energie voor thermisch ontwateren komt als ‘restwarmte’ vrij, een klein deel door spontane verdamping van het warme proceswater in de zeefpartij en een groot deel met de in de droogpartij uit het papier verdampte proceswater. Het HOT PAPER concept richt zich op het verhogen van de proceswatertemperatuur. Een hogere procestemperatuur verlaagt de viscositeit van het proceswater. Dit resulteert in een hoger ds-percentage na de perspartij (zie Figuur 3). Per procent ds-verhoging na de perspartij neemt de hoeveelheid te verdampen water en daarmee het stoomverbruik met ongeveer 4% af. Uit praktijkgegevens blijkt dat, indien bijvoorbeeld de proceswatertemperatuur wordt verhoogd van 50 oC naar 60oC, het drogestofpercentage met 1,3% toeneemt, hetgeen resulteert in een stoombesparing van 5,2% in de droogpartij. 13

Bij een stijging in proceswatertemperatuur van 40oC is de potentiële energiebesparing in de droogpartij 15- 20%! Voor een energie-intensief productieproces zoals papierproductie betekent een dergelijke reductie in specifiek energieverbruik een enorme kostenbesparing.

Hogere proceswatertemperatuur… …leidt tot hogere drogestofgehalte… …en minder stoomverbruik

Stof voorbereiding

Perspartij Droogpartij Zeefpartij . (Heet) Water

Figuur 3: HOT PAPER concept De hogere proceswatertemperatuur leidt echter ook tot meer spontane waterverdamping op de zeefpartij waardoor energieverliezen optreden.

2.2

Technologieën om proceswatertemperatuur te verhogen

In HOT PAPER worden verschillende technologien die de PWT kunnen verhogen geanalyseerd. Gebruik van (verse) stoom voor verhogen van proceswatertemperatuur Het verhogen van de PWT kan gebeuren door middel van verse stoom. Dit wordt ook toegepast in sommige papier- en kartonfabrieken. De stoom wordt geproduceerd door een stoomketel of door een WKK. Verhitten van baantemperatuur door stoomblaaskasten 1 Stoomblaaskasten kunnen zowel op de zeefpartij als aan het begin van of “in” de perspartij worden geplaatst. De baan wordt verwarmd doordat de stoom op het oppervlak van de baan condenseert. Deze technologie richt zich op het plaatselijk inzetten van stoom door de papierbaan vlak voor de perspartij in temperatuur te verhogen. Dit in tegenstelling tot de voorgaande technologie, waarbij stoom toegepast werd om de temperatuur van het totale proceswater te verhogen.

1

Een andere optie voor verhitten van de baantemperatuur is plaatsing van voorwarmcilinders voor en “in” de

perspartij. Deze optie is echter niet opgenomen in het HOT PAPER project. 14

In “Papermaking Part 2, Drying” (Karlsson, 2000) wordt gesteld dat de baantemperatuur door stoomblaaskasten oploopt van 35-45oC naar 45-50oC. De beperkte temperatuurverhoging heeft waarschijnlijk te maken met de korte contacttijd. In de perspartij is slechts beperkte ruimte voor plaatsen van stoomblaaskasten. Stoomblaaskasten kunnen in zones worden ingedeeld. Hiermee kan het vochtprofiel van de papierbaan in dwarsrichting worden gecorrigeerd.

Verhogen van het dauwpunt in de droogpartij met warmteterugwinning (wtw) om inlaatlucht, zeef- en sproeiwater te verwarmen Door het verhogen van de droogtemperatuur neemt de vochtopnamecapaciteit van de drooglucht exponentieel toe. Het droogvermogen zal niet wijzigen indien de relatieve vochtigheid van de uitlaatlucht gelijk blijft (proceseis). Het dauwpunt van de droogpartij zal hierdoor toenemen waardoor extra aandacht aan de isolatie van de droger dient te worden besteed (constructie-eis). Door het verhogen van het dauwpunt (bij gelijkblijvende relatieve vochtigheid) zal het energieverbruik van de droger afnemen, daarnaast zal de kwaliteit (lees: temperatuur) van de restwarmte aanzienlijk toenemen. Bij hogere temperaturen is de terugwinbare restwarmte uit de droogpartij waarschijnlijk voldoende om het proceswater en het sproeiwater op hogere temperatuur te brengen en te houden. Uitgangspunt is in alle gevallen dat restwarmte met een temperatuur lager dan 60 oC niet bruikbaar is. Bij multi-cilinder drogers komen thans dauwpunten van maximaal 67oC voor en bij Yankee drogers is dit maximaal ca 85oC.

Warmteterugwinning uit pockets en opwaarderen met een warmtepomp om inlaatlucht, zeef- en sproeiwater te verwarmen De luchtstromen die in de droogpartij ontstaan door verschil in temperaturen, impuls van de baansnelheid en lokale aanvoer en afzuigen van drooglucht; dit heeft tot gevolg dat er zones met verschillende vochtgehaltes ontstaan. Droge ventilatielucht (30 tot 100 gwater/kgdroge lucht) stroomt de pocket in. Een deel van deze lucht wordt gebruikt om de zones van maximale verdamping (waar het vilt van de baan loopt en waar de baan van de cilinder loopt) te ventileren. In deze zones ligt het vochtgehalte ongeveer tussen 600 en 800 gwater/kgdroge lucht

.

Het gemiddelde vochtgehalte van de pocketlucht ligt tussen 200 en 400 gwater/kgdroge lucht. De lucht die uit de kap wordt afgezogen bevat ca. 170 gwater/kgdroge lucht en is een mix van pocketlucht en drogere lucht uit de kap. Deze technologie richt zich op het winnen van de latente warmte uit de restwarmte door de drooglucht zo dicht mogelijk bij de bron te zuigen zodat het dauwpunt hoger kan worden (ca. 80°C) en er minder en/of kleinere warmteterugwininstallaties nodig zijn. Indien het dauwpunt van de proceslucht voldoende hoog is 15

(boven 80°C) wordt het mogelijk de proceslucht aan te sluiten op een LiBr/H 2O warmtetransformator. De LiBr/H2O warmtetransformator splitst een warmtestroom in een hoog temperatuurdeel (lagedruk stoom van ca 120°C) en een laag temperatuurdeel (koelwater van ca. 30°C dat eventueel kan worden gebruikt als voorverwarmd bedrijfswater). Van de toegevoerde warmte in de proceslucht komt ca 45% beschikbaar als stoom van ca 120°C. Afgezien van een zeer bescheiden hoeveelheid hulpenergie voor het aandrijven van pompen is verder geen energie nodig om de warmtetransformator aan te drijven. De LiBr/H 2O warmtetransformator is een bestaande technologie die op dit moment in een iets gewijzigde uitvoering wordt toegepast als warmtegedreven koelmachine. De stoom kan vervolgens gebruikt worden voor het verhogen de temperatuur van het proceswater. Let wel, dit is slechts 1 van de mogelijke toepassingen. De stoom kan ook gebruikt worden als toevoer van stoom voor de stoomcylinders. De stoom moet hiervoor echter wel eerst worden gecomprimeerd

Warmteterugwinning restwarmte droogkap door een sorptiedroger om inlaatlucht, zeef- en sproeiwater te verwarmen De vochtige uitlaatlucht van de droger wordt na passeren van warmtewisselaars voor inlaatlucht, sproeiwateren zeefwaterverwarming naar een warmtewiel gevoerd waar het wordt ontvochtigd. Vervolgens wordt het vrijgekomen vocht door middel van verwarming met regeneratiestoom van 270 oC van het warmtewiel verwijderd. De vrijgekomen stoom heeft hierna een druk van 1 bar en 140 oC. Met een compressor wordt deze stoom op de vereiste druk gebracht. De uitlaatlucht na het wiel heeft een vochtgehalte van 40 g/kg lucht; de minimum vochtafname in de rotor is echter 30 g/kg lucht. De stoom wordt gebruikt voor het verwarmen van het proceswater wanneer de energieoverdracht via de warmtewisselaar onvoldoende is om de temperatuur van het water constant te houden. Let wel, dit is slechts één van de mogelijke toepassingen van de sorptiedroger. Een andere toepassing is het gebruiken van de stoom als toevoer voor de stoomcylinders. De stoom moet hiervoor echter wel eerst worden gecomprimeerd. Bouwen van een kap om de zeefpartij Het gebruiken van een kap over de zeefpartij2 (en indien mogelijk ook perspartij) om hiermee de luchtvochtigheid binnen de kap te verhogen en de spontane waterverdamping tegen te gaan . Dit leidt tot minder energieverlies waardoor de PWT zal stijgen. De spontane waterverdamping neemt sterk toe bij hogere proceswatertemperaturen (zie Figuur 4). Het is daardoor vooral bij hogere PWT van belang om spontane waterverdamping tegen te gaan om energieverliezen tegen te gaan.

2

Let wel, het bouwen van een kap om de zeefpartij is slechts een van de vele mogelijkheden om spontane

waterverdamping op de zeefpartij te verminderen. Andere mogelijkheden zullen bij verdere ontwikkeling van het concept ook overwogen moeten worden 16

Figuur 4: Spontane waterverdamping als functie van de stoftemperatuur

17

18

3

Methode

De potentiele energiebesparingen zijn berekend door voor elke technologie voor alle verschillende proceswatertemperaturen het specifieke energieverbruik te berekenen per ton product waterverdamping. Het model dat hiervoor gebruikt is, is het MED model (zie Appendix C). Een voorloper van dit model is tijdens het MJA-project ‘Restwarmtebenutting in de papierindustrie’ ontwikkeld. In HOT PAPER is het MED model verder uitgewerkt door de effecten van hogere proceswatertemperaturen toe te voegen (zie Figuur 5). Hierdoor kunnen voor elke technologie aanpassingen worden gemaakt in het MED model en daarmee het specifieke energieverbruik worden berekend. In de berekeningen wordt onderscheidt gemaakt tussen drie papiertypes n.l.: grafisch papier, golfkarton en karton.

Figuur 5: Onderdeel van het MED model Voor het effect van een verhoogde temperatuur op zowel ontwatering als spontane waterverdamping is men uitgegaan van de literatuur (zie vorige hoofdstuk). Praktisch onderzoek bij Eska Graphic Board op het effect van temperatuurverschillen in zeefwater op drogestofgehalte na de perspartij en op de spontane waterverdamping bevestigen de literatuurgegevens.

19

Voor het effect van een kap om de zeefpartij op spontane waterverdamping heeft men een aanname gedaan van een reductie van 40% van de oorspronkelijke verdamping. Let wel dat deze aanname niet op literatuur of praktijkgegevens gebasseerd is omdat het niet te testen bleek. De investeringskosten en terugverdientijd van de technologien is bepaald aan de hand van literatuurgegevens, fabriekcijfers en gegevens van onderzoeksinstituten. De potentiele voordelen en knelpunten van de hogere proceswatertemperaturen zijn bepaald aan de hand van een enquete die verstuurd is naar alle leden van de branchevereniging VNP. Voor meer input vanuit de industrie zijn de resultaten vanuit de enquetes overlegd met leden van de Nederlandse papierindustrie. Hogere proceswatertemperaturen en de zeefpartij De modellering van de zeefpartij is verwerkt in het MED model, maar bevat onzekerheden met betrekking tot de effecten van hogere PWT op spontane waterverdamping. Voor meer inzicht in dit effect heeft Eska Graphic Board testen uitgevoerd uit op hun papiermachines, door bij variërende proceswatertemperaturen (te regelen m.b.v. de hoeveelheid verse stoom) de temperatuur van de baan en waterstromen te meten waaruit de spontane waterverdamping kan worden afgeleid.

Kap om de zeefpartij De modellering voor het plaatsen van een kap om de zeefpartij om de spontane waterverdamping tegen te gaan heeft onzekerheden, vanwege gebrek aan inzicht in de luchtflow in de kap. Experimenten om meer inzicht hierover te krijgen vallen echter buiten het bereik van dit project. De verwachte effecten op de spontane waterverdamping door plaatsing van een dergelijke kap worden in dit project ingeschat door experts met ervaringen op gebied van luchtflows en waterverdamping.

Systeemgrens m.b.t. verschillen in papierproductie De energiebesparingen per scenario zijn onderverdeeld in drie verschillende papiertypen: grafisch papier, golfkarton, karton. De onderverdeling is gemaakt omdat belangrijke factoren zoals bijv. hoeveelheid proceswaterverdamping op de zeef, sterk kunnen verschillen per papiertype. De berekeningen in het MED model maken gebruik van de uitgangswaarden beschreven in Appendix D3.

3

Let wel, voor de berekening van de kosteffectiviteit van de sorptiedroger gaan we uit dat alle benodigde extra stoom

voor behoud van PWT en verwarming sproeiwater wordt gehaald uit de sorptiedroger stoom (voor zover mogelijk).

20

4

Potentiële energiebesparingen

4.1

Verminderen spontane waterverdamping

Het verhogen van de PWT kan tot een grote reductie in energieverbruik leiden in papierproductie. Eerste inschatting wijzen op een besparing van 15-20% van het energieverbruik van de droogpartij. Echter, het op peil houden van een dergelijke PWT kost aanzienlijke hoeveelheden energie, voornamelijk vanwege energieverliezen door spontane waterverdamping op de zeefpartij. De mate van spontane waterverdamping neemt toe bij hogere proceswatertemperaturen. Een van de mogelijkheden voor het verminderen van de spontane waterverdamping of de zeefpartij is het plaatsen van een kap om de zeefpartij. Uit de resultaten van het MED model blijkt dat een kap om de zeefpartij resulteert in een significante verbetering in reductie van stoomverbruik. Vooral voor grafisch papier leidt de kap om de zeefpartij tot grote energiebesparingen. De toegevoegde waarde van het plaatsen van een kap om de zeefpartij is het grootst bij hogere proceswatertemperaturen. 4.2

Vergelijking tussen besparingspotentiaal van technologieën

De maximale besparing die bereikt kan worden per technologie (in combinatie met kap om de zeefpartij) is hieronder in Tabel 1 weergegeven. Als referentie situatie voor de besparing nemen we het specifieke energieverbruik bij het produceren van papier met gebruik van restwarmte uit de droogpartij door warmtewisselaars bij een proceswatertemperatuur van 42oC. Voor een volledig overzicht van het specifieke energieverbruik per ton product waterverdamping bij de verschillende technologieën zie Appendix E.

Tabel 1: Resultaten energiebesparing potentieel Technologie (incl. kap om

Analyse

zeefpartij)

Maximale besparing

Hogere dauwpunt

Het gebruik van een verhoogde dauwpunt in de

12-17% (afhankelijk

droogpartij +

droogpartij resulteert in een efficiëntere droogproces.

van papiersoort)

warmteterugwinning

Verder stijgt de hoeveelheid terug te winnen warmte. Door deze warmte in te zetten voor het verwarmen van inlaatlucht, proceswater en sproeiwater kan “gratis” bij hogere procestemperaturen papierproductie plaatsvinden. Door hogere PWT daalt het specifiek energieverbruik in de droogpartij.

Sorptiedroger 21

Het gebruik van een sorptiedroger om na de

14-17% afhankelijk

warmtewisselaars additionele warmte terug te winnen

van papiersoort)

levert wel een energiewinst, maar is slechts in beperkte mate een aanwinst voor het verhogen van het PWT na gebruik van warmtewisselaars, doordat er behalve bij grafisch papier geen extra restwarmteterugwinning nodig is om spontane waterverdampingenergieverliezen te compenseren. Warmteterugwinning uit

Het gebruik van een gemodificeerd

2-6% (afhankelijk

pockets

pocketventilatiesysteem om zodoende uit de pockets

van papiersoort)

direct warmte terug te winnen levert wel een energiewinst bij lagere PWT, maar kan bij hogere temperaturen niet voldoen aan die energievraag nodig is om spontane proceswaterverdamping te compenseren. Gebruiken van verse stoom

Het gebruik van verse stoom om hogere PWT te

0%

bereiken, blijkt uit de analyse geen netto energiewinst op te leveren. De hoeveelheid energie die met deze methodes nodig zijn om het PWT hoog te houden, is hoger dan de resulterende energiebesparing. Huidige gebruik van deze technologie wordt vooral gedaan met oog op hogere machinesnelheid. Stoomblaaskasten

Het gebruik van stoomblaaskasten om hogere PWT te

0%

bereiken, blijkt uit de analyse geen netto energiewinst op te leveren. De hoeveelheid energie die met deze methodes nodig zijn om het PWT hoog te houden, is hoger dan de resulterende energiebesparing. Huidige gebruik van deze technologie is vooral met oog op betere ontwateringprofiel.

Uit Tabel 1 blijkt dat de grootste energiebesparing wordt bereikt door het PWT te verhogen m.b.v. de restwarmte uit de droogkap (bij verhoogde dauwpunten) d.m.v. warmtewisselaars en een sorptiedroger, in combinatie met een kap om de zeefpartij. Echter de additionele restwarmteterugwinning door het plaatsen van een sorptiedroger is enkel nuttig bij grafisch papier bij 78 oC. In alle andere gevallen geeft het gebruik van een

sorptiedroger

geen additionele

vermindering in energieverbruik.

Vanwege

de

extra

investeringskosten van de sorptiedroger wordt daarom het gebruik van enkel warmtewisselaars als de betere optie gezien. In de volgende paragraaf wordt deze optie verder uitgewerkt.

22

4.3

Meeste besparingspotentiaal – gebruik van restwarmte droogpartij voor verhogen PWT

Het verhogen van de proceswatertemperaturen (tot 78oC) leidt tot een sterke daling in energieverbruik in de droogpartij. De hogere PWT leidt echter ook tot een aanzienlijke toename in spontane waterverdamping. De energieverliezen die hierbij optreden moeten worden gecompenseerd. Hoewel vele fabrieken al gebruik maken van warmteterugwinninginstallaties om de restwarmte uit hun droogpartij hiervoor in te zetten, is bij de huidige opstelling niet genoeg energie terug te winnen om de energieverliezen die bij 78oC zouden optreden te compenseren. De reden hiervoor is dat bij `lage` dauwpunten van de uitlaatlucht in de droogkap er slechts een klein deel van de energie kan worden teruggewonnen voor het verhogen van de PWT. In onderstaande Tabel 2 is een overzicht gegeven van de hoeveelheid terugwinbare restwarmte als percentage van het thermische energieverbruik. Uitgangspunt is in alle gevallen dat restwarmte met een temperatuur lager dan 60 oC niet bruikbaar is. Tabel 2: Overzicht terugwinbare energie van restwarmte droogpartij Drooglucht-

Relatieve

temperatuur

vochtigheid

°C

Dauwpunt

Terugwinbare energie

%

°C

a)

80

40

59,0

% van verbruik 3

b)

90

40

67,7

44

c)

100

40

76,4

71

d)

110

40

85,0

90

Bij hogere dauwpunten in de droogkap kan een hoger percentage van de restwarmte worden teruggewonnen. Hierdoor is er meer energie beschikbaar om de energieverliezen van spontane waterverdamping te compenseren, en hoeft er geen (of minder) verse stoom gebruikt te worden. Door een kap om de zeefpartij te plaatsen daalt de hoeveelheid spontane waterverdamping, waardoor er minder energie nodig is om het zeefwater om temperatuur te houden. Hierdoor is de hoeveelheid teruggewonnen restwarmte ook bij PWT van 78oC voldoende (behalve bij grafisch papier) om de energieverliezen te compenseren.

Potentiële energiebesparing voor grafische papierproductie Uit de analyse blijkt dat voor grafisch papier de maximale energiebesparing 12% is (bij gebruik van een kap om de zeefpartij) bij een PWT van 62oC (zie Figuur 6). Dit betekent een daling in specifiek energieverbruik van 2,9 GJ/ton tot 2,6 GJ/ton. Bij verdere verhoging van de PWT (naar 78oC) daalt de specifieke energiebesparing. Dit komt doordat de energieverliezen bij grafisch papier door spontane waterverdamping dermate groot worden dat de energie via restwarmteterugwinning uit de droogpartij dit niet meer kan compenseren. Het energieverbruik van 23

additionele verse stoom die nodig is om de PWT in stand te houden, is hoger dan de energiebesparing door de hogere PWT bij 78oC. Figuur 6 toont tevens dat het plaatsen van een kap om de zeefpartij leidt tot een toename in energiebesparing (bij 52oC stijgt de energiebesparing bijvoorbeeld van 5% naar 8%). Dit wordt veroorzaakt door de afname in spontane waterverdamping, waardoor minder energieverliezen hoeven te worden gecompenseerd. Uitgaande van een fabriek die 130.000 ton per jaar produceert en een gasprijs van 12 euro/GJ, is een potentiële besparing van 600.000 euro aan gaskosten per jaar mogelijk. De investeringskosten worden geschat op 2,6 miljoen euro (terugverdientijd van 4,3 jaar).

Grafisch papier

Energie besparing (%)

20% Warmtewisselaars (met kap over zeefpartij)


0% 35

45

55

65

75

85


Figuur 6: Energiebesparingspotentieel voor grafisch papier voor gebruik van restwarmte voor PWT verhoging Potentiële energiebesparing voor golfkarton- en kartonproductie Voor golfkarton (zie Figuur 7) en karton (Figuur 8) ligt de optimale besparing bij een PWT van 78 oC op 17% specifieke energiebesparing. Dit betekent een reductie in specifiek energieverbruik van 2,9 GJ/ton tot 2,4 GJ/ton. Reden voor de hogere optimale PWT en hogere energiebesparing dan bij grafisch papier is dat de hoeveelheid energieverliezen door spontane waterverdamping op de zeefpartij aanzienlijk lager is dan bij grafisch papier vanwege de lagere baansnelheid4. Hierdoor kunnen energieverliezen uit op de zeefpartij 4

De luchtsnelheid bij de zeefpartij is een belangrijke invloed op de spontane waterverdamping. Bij hogere

luchtsnelheden vindt meer spontane waterverdamping plaats. De luchtsnelheid op de zeefpartij wordt bepaald door de baansnelheid. 24

volledig worden gecompenseerd door de teruggewonnen restwarmte uit de droogpartij, en is hiervoor geen additionele stoom nodig. Voor een golfkartonfabriek van 130.000 ton productie per jaar wordt de investering geschat op 3,2 miljoen euro. Door de kostenbesparing van 1.000.000 euro per jaar is de terugverdientijd ongeveer 3,1 jaar. Voor een kartonfabriek van 130.000 ton productie per jaar wordt de investeringen geschat op 3,0 miljoen euro. Door de kostenbesparing van 1.200.000 euro per jaar is de terugverdientijd ongeveer 2,2 jaar.

Golfkarton


20%



0% 35

45

55

65

75

85


Figuur 7: Energiebesparingspotentieel voor golfkarton voor gebruik van restwarmte voor PWT verhoging

Karton


20%


10%

Warmtewisselaars

0% 35

45

55

65

75


25

85

Figuur 8: Energiebesparingspotentieel voor karton voor gebruik van restwarmte voor PWT verhoging

4.4

Aanvullende opmerkingen warmteterugwinning uit pockets en gebruik van sorptiedroger

Het gebruik van een sorptiedroger om na de warmtewisselaars additionele warmte terug te winnen, of het gebruik van een gemodificeerd pocketventilatiesysteem om zodoende uit de pockets direct warmte terug te winnen zijn in het HOT PAPER concept van beperkte waarde 

De hoeveelheid benodigde energie door hete vochtige lucht direct uit de pockets te halen stelt ons slechts in staat een beperkte hoeveelheid van de restwarmte van het droogproces terug te winnen. De hoeveelheid is onvoldoende om de hogere PWT in stand te houden.



De sorptiedroger levert additionele restwarmteterugwinning op maar deze additionele terugwinning is overbodig doordat gebruik van warmtewisselaars (die altijd daarvoor geplaatst worden) al voldoende restwarmte kunnen terugwinnen.

Het voordeel van de pocketrestwarmteterugwinning en sorptiedroger is echter dat zij in staat zijn om de restwarmte om te zetten in stoom. Door de teruggewonnen warmte direct om te zetten in stoom welke kan worden ingezet in andere processen zoals injectie in stoomcilinders, kan een enorme energiebesparing betekenen. Een vervolgstudie moet uitwijzen of deze opties de voorkeur bieden t.o.v. PWT verhoging. Of dat eventueel een combinatie van beide het meest optimaal is.

26

Praktische voordelen en knelpunten

De beoogde besparing die is berekend in voorgaand hoofdstuk d.m.v. gebruik van restwarmte uit de droogkap bij hogere dauwpunt, vereist een toename in PWT en een verhoogd dauwpunt in de droogpartij. Deze verhoging in procestemperaturen heeft gevolgen voor het papierproductieproces. Deze potentiële voordelen en knelpunten worden in dit hoofdstuk besproken. 5.1

Hogere proceswatertemperaturen – praktische voordelen en knelpunten

De proceswatertemperatuur van de geïnterviewde bedrijven varieert tussen de 35 oC en 60oC. De verhoging in temperatuur van het water wordt veroorzaakt door energieverliezen van het pompsysteem, dispergeerders en de refiner en door het sluiten van de waterkringloop en verminderen van de waterconsumptie. Een aantal fabrieken verhogen de temperatuur bewust verder op d.m.v. stoomblaaskasten, restwarmte uit de droogkap, flash stoom en verse stoom 5. In Figuur 9 staan de geïdentificeerde/verwachte voordelen en praktische knelpunten van het gebruik van hogere proceswatertemperaturen weergegeven. + = voordeel - = knelpunt

+ Betere ontwatering, minder vacuum nodig -Toename spontane waterverdamping - Snellere slijtage van materialen - Kalkafzetting afzuigkasten - Slechtere papierformatie en doorzicht - Halconditionering wordt bemoeilijkt - Veiligheidsproblemen alle open waterplekken

- Verandering dwarsprofiel

+ Betere ontwatering; energiebesparing in droogpartij - Minder opdikking (invloed op stiffness van product) + Minder water + Minder baanbreuk

Perspartij

Stof voorbereiding

5

+ Lager energieverbruik pulpen - Invloed op opstartenergie - Invloed op efficiency van WKK - Stickies lossen meer op - Werking van chemicalien wordt beinvloedt

Droogpartij Zeefpartij . (Heet) Water

Restwarmte - Minder efficient worden van waterzuivering

- Temperatuurschommelingen in PWT - Toename in electriciteitsverbruik door pompen - Pompen, kleppen en oploopdiffusoren komen sneller in cavitatie - Meer afzetting in dunloopcricuit

Figuur 9: Praktische voordelen en knelpunten van verhogen proceswatertemperatuur

5

Let wel, dit wordt niet perse gedaan met oog op energiebesparing. Zo worden

stoomblaaskasten bijvoorbeeld gebruikt om een beter baanprofiel te bereiken 27

Voordelen hogere proceswatertemperaturen 

Er is aangegeven dat de ontwatering zowel op de zeefpartij als de perspartij verbetert.



Dankzij de betere ontwatering op de zeefpartij kan men of de energietoevoer naar de zuigkasten verminderen, of de machine sneller laten lopen. Deze aspecten geven echter weinig besparing in specifiek energieverbruik. Een andere mogelijkheid bij hogere ontwatering op de zeef is de concentratie van de oploopstof te verlagen. Dit kost echter veel pompenergie en kan enkel uit een kwaliteitsdoelstelling voortkomen.



De betere ontwatering in de perspartij leidt tot een lager energieverbruik. Hierbij is geobserveerd dat het type pers de mate van betere ontwatering door hogere PWT bepaalt. Zo is bijvoorbeeld aangegeven dat de invloed bij een schoenpers beperkter is. Hogere procestemperaturen kan door daling van stofafzetting in drogerij ook daling van aantal baanbreuken als gevolg hebben.



De hogere PWT heeft in sommige gevallen een positieve invloed op het energieverbruik van de pulper.

Knelpunten hogere proceswatertemperaturen 

Hogere PWT leidt tot verhoogde spontane proceswaterverdamping. De hogere mate van spontane waterverdamping kan leiden tot een toename aan corrosie van materialen en slechtere werkcondities. Bij proceswatertemperaturen van hoger dan 70oC zal naar verwachting de spontane proceswaterverdamping op de zeefpartij dusdanig groot zijn dat de halventilatie niet meer kan voldoen om de halcondities werkbaar te houden. Dit leidt waarschijnlijk tevens tot een toename in slijmvorming op materialen. De toename in proceswaterverdamping werd aangegeven als een effect dat zeker moest worden opgelost als men naar hogere PWT wil gaan. De gevolgen van hogere PWT kunnen sterk variëren door de sterke connectie tussen alle verschillende processen.



Minder

efficiënte waterzuivering (door hogere concentraties zetmeeloplossing en het

moeten

afkoelen van het hete effluent water voordat het gereinigd kan worden 6).



Moeilijker kunnen scheiden van stickies



Hogere kalkafzetting in leidingen, zuigkasten natpartij etc.



Bij PWT hoger dan 55oC treedt gevaar op voor brandwonden die de huidige opstellingen onveilig zullen maken. Hierdoor is isolatie van alle open waterplekken nodig.

6

Er is aangegeven dat bij thermofiele AWZ installaties de hogere PWT juist een voordeel kan zijn, echter

dergelijke installaties zijn tot dusver in Nederland wel bekend maar niet succesvol in bedrijf (pilot project Eska). 28



Papierfabrieken die met het oog op betere ontwatering het specifieke energieverbruik wilden verlagen door PWT te verhogen concludeerden dat hogere PWT door stoom leidt tot een toename in totaal stoomverbruik (in plaats van daling). Dit is tevens bevestigt in onze analyse met het MED model.



Bij hogere proceswatertemperaturen zal de efficiëntie van de pompsystemen dalen, waardoor deze systemen meer stroom zullen verbruiken. Ook moet worden onderzocht tot welk punt de PWT verhoogd kan worden zonder dat gevaar voor caviterende pompen, kleppen en oploopdifussoren.



Er kunnen specifieke eisen zijn bij bepaalde papiersoorten die een knelpunt vormen bij verhogen van PWT. Zo vermindert een verhoogde PWT de papierformatie en doorzicht, wat niet acceptabel is voor papiersoorten die een nauwkeurig formatie in hun papier nodig hebben (bijvoorbeeld veiligheidspapier). Ook papiersoorten die een zekere mate van opdikking vereisen worden gelimiteerd in de hoogte van de PWT doordat een hogere d.s. percentage na de perspartij leiden tot een lagere opdikkendheid van het papier. Producenten van papier met hoge opdikkingeisen draaien meestal bij maximale d.s. gehalte na pers. Hierdoor is voor deze producenten hogere procestemperaturen

enkel

interessant

voor

hogere

ontwateringsnelheid

en

dus machinesnelheid. 

De hoge terugwinbaarheid van de restwarmte uit de droogpartij is essentieel voor de het verhogen van de PWT naar temperaturen rond de 90 oC. Dit vereist echter significante technische aanpassingen aangezien producenten hun uitlaatluchttemperatuur sterk moeten verhogen, wat zeer lastig is voor multi-cylinder machines, of hele dure warmtewisselaars zullen moeten gebruiken.

Onduidelijkheden Uit de resultaten is gebleken dat er over een aantal punten onduidelijkheid is wat betreft de invloed van hogere proceswatertemperaturen. Zo is uit de enquête gebleken dat sommige papierfabrieken een verminderde werking van de refiner 7 waarnemen bij hoge PWT. Er zijn er ook die van mening zijn dat de efficiëntie van de refiner wordt verhoogd bij hogere PWT. De hogere temperatuur maakt de vezels flexibeler waardoor ze moeilijker te “beschadigen” zijn. Echter, de mate waarin dit de karakteristieken van het eindproduct negatief beïnvloedt is sterk afhankelijk van het type papierproduct en zijn specifieke gewenste eigenschappen (sterkte, porositeit etc.). Een ander belangrijk punt is het effect op de gebruikte chemicaliën. Met betrekking op anti bacteriële chemicaliën (biociden), is men overwegend positief om de PWT te verhogen. Echter, voor de retentie, natsterkte, lijming etc. chemicaliën zijn er twijfels of er geen negatieve invloed zal zijn op de werking. Voor sommige specifieke chemicaliën is zelfs al bekend dat zij niet meer toepasbaar zijn bij bepaalde PWT.

7

Bij temperaturen boven 45 graden gaat de efficiëntie van de refiner volgens bepaalde papierfabrikanten omlaag.

29

Echter, er zijn ook gevallen bekend waarin een verhoging van de PWT leidt tot een reductie in behoefte aan ontwateringmiddelen, biociden en ontschuimers. Bij vermindering van bepaalde bacteriën in het proceswater kan verzuring en stank afnemen. Er zijn echter ook gevallen waarin de stank toeneemt als gevolg van het gebruik van een scrubber om restwarmte in te zetten voor zeefwaterverwarming. De ontspanstoom van het stoomsysteem wordt in sommige fabrieken toegepast voor vergelijkbare doeleinden als die van de technologieën/maatregelen in het HOT PAPER concept. Wanneer de technologie van HOT PAPER de toepassingsmogelijkheden van de flash stoom wegneemt zal de efficiëntie van de stoomketel aanzienlijk dalen waardoor de energiebesparing (deels) teniet wordt gedaan.

Tegengaan van spontane waterverdamping Een aantal van de verwachte knelpunten van hogere PWT kunnen verholpen worden door het ontwikkelen van een systeem dat de spontane waterverdamping tegengaat. Een voorbeeld hiervan is het bouwen van een kap om de zeef (welke ook een energetisch voordeel geeft). De (verwachte) gevolgen hiervan zouden zijn: betere halomstandigheden, minder corrosie, minder aerosolen en minder spontane waterverdamping. De kap om de zeefpartij is door meerdere partijen overwogen, maar nog niet commercieel ontwikkeld. Condensvorming binnen de kap en vervuiling in de kap en op de zeef zelf en toename van breuken worden gezien als grote risico’s van een kap. Ook knelpunten zoals extra werk bij het vervangen van zeef, slechtere toegankelijkheid (voor bijvoorbeeld reinigingswerkzaamheden) en slechtere werkomstandigheden rondom de zeef worden genoemd. De investeringskosten en hoge risicofactor worden genoemd als redenen om uiteindelijk niet door te gaan met het ontwikkelen van een kap om de zeefpartij. Ten slotte zijn er variërende verwachtingen over de toename in PWT door plaatsen van een kap om de zeefpartij (van geen toename, tot sterke toename). Een alternatieve suggestie voor het tegengaan van spontane waterverdamping is bijvoorbeeld het plaatsen van een folie op de boog.

5.2

Hogere dauwpunt in droogpartij - praktische voordelen en knelpunten

In Figuur 10 staan de geïdentificeerde voordelen en praktische knelpunten weergegeven van het verhogen van het dauwpunt in de droogpartij. Het dauwpunt en de droogtemperatuur variëren tussen de papierfabrieken afhankelijk van het type droger (yankee cylinder, multi-cylinder drogers) en het al dan niet hebben van een droogkap. Bij multi-cylinder drogers met droogkap komen dauwpunten voor van maximaal 67oC en bij Yankee drogers is dit maximaal ca 89oC.

30

+ = voordeel - = knelpunt + Bespaart stoom -Ontsnapt meer vochtige lucht naar hal - Kan niet meer de hood betreden zonder bescherming -Doorleidkoorden zijn niet bestand tegen de hogere dauwpunten - Temperatuur van inlaatlucht moet aanzienlijk verhoogd worden; kost stoom

Perspartij

Stof voorbereiding

Droogpartij Zeefpartij . Water

Restwarmte

+ Hoeveelheid terug te winnen energie neemt toe; minder stoom nodig voor PWT verhoging - Gebrek aan voldoende warmteafnemers - Gevaar voor werknemers door hete buizen

Figuur 10: Praktische voordelen en knelpunten hogere dauwpunt in de droogpartij

Voordelen hogere dauwpunt in droogpartij  Door het dauwpunt te verhogen neemt de toepassingsmogelijkheden van gebruik van restwarmte uit de droogpartij toe. 

Er is aangegeven dat verhogen van de uitlaattemperatuur door verhogen van de productie bij gelijkblijvende relatieve luchtvochtigheid, een positief effect heeft op het specifieke energieverbruik.

Knelpunten hogere dauwpunt in droogpartij 

De werkomstandigheden in de droogkap verslechteren door verhogen van het dauwpunt. Dit kan ertoe leiden dat de kap enkel met beschermend materiaal te betreden is8.



De hogere temperatuur kan een negatief effect hebben op sommige materialen zoals doorleidkoorden9.

8

Er is echter ook aangegeven dat wat vooral van belang is voor de werkomstandigheden is in de droogpartij

is de relatieve luchtvochtigheid. De drooglucht kan lokaal “kurkdroog” zijn, waardoor werknemers erg veel last krijgen van huid en ogen. 31



Het behalen van uitlaatluchttemperaturen van 100-110oC (bij dauwpunt van 85oC) is praktisch gezien mogeilijk te bereiken in multi-cylinder machines. Er is aangegeven dat zelfs met 10 bar machines derelijke temperaturen moeilijk te halen zijn.

9

In de enquete werd de twijfel geuit of de doorleidkoorden wel bestand zijn tegen de hoge temperaturen die

bij dauwpunten van 88oC zouden optreden. Er zijn echter ook bedrijven die bij 100-110oC opereren met overleidkoorden. 32

6

Conclusies

Binnen het HOT PAPER concept is voor een aantal technologieën bepaald hoeveel energie het kost om een bepaalde proceswatertemperatuur te bereiken en hoeveel energiebesparing deze proceswatertemperatuur vervolgens oplevert in de droogpartij. Het resultaat is een netto energiebesparing per technologie bij diverse temperaturen. In een aantal gevallen zijn technologieën gecombineerd om een hogere besparing te bereiken. Uit de berekeningen is gebleken dat de beste technologiecombinatie binnen het HOT PAPER concept is: het verhogen van het dauwpunt in de droogpartij, het inzetten van de restwarmte uit de droogkap voor het verhogen van de proceswatertemperatuur en het binnenhouden van de warmte door het terugdringen van spontane waterverdamping op de zeef (bv. via een kap om de zeefpartij). De potentiële energiebesparing van deze technologie in de droogpartij is 12% voor grafisch papier, en 17% voor golfkarton en karton (zie Figuur 1) ten opzicht van het referentie energieverbruik van een huidige papierfabriek. In absolute termen daalt het specifiek energieverbruik van 2,9 GJ/ton waterverwijdering tot 2,4 GJ/ton product waterverwijdering.

De stoombesparing vertaalt zich bij een papierfabriek met jaarlijkse productie van 130.000 ton tot een kostenbesparing van 600.000 tot 1.200.000 euro (uitgaande van 12 euro per GJ gas). De geschatte terugverdientijd is 2,2 tot 4,3 jaar.

Uit deze studie is gebleken dat een generieke temperatuurverhoging van het proceswater echter alleen zinvol is wanneer deze wordt bereikt met de inzet van elders niet inzetbare restwarmte. Restwarmte uit de droogkap zal eerst moeten worden ingezet voor opwarming van drooglucht en halverwarming. Om de droogenergie te beperken is het belangrijk zo droog mogelijk de droogkap in te gaan, met zo weinig mogelijk inzet van hoogwaardige warmte. De inzet van warmte daar waar de ontwatering nog vrij eenvoudig met weinig vacuüm gaat, is energetisch gezien niet gunstig. Het effect van een temperatuurverhoging is daarom vooral zinvol in de perspartij. Hiertoe bestaan al mogelijkheden (voordrogers, blaaskasten). Het generaal opwarmen van het zeefwater is een laagwaardige toepassing en heeft in de perspartij wel voordelen, maar een groot deel van de energie gaat ook verloren op de zeef. Wanneer deze opwarming wordt bewerkstelligd met restwarmte die elders niet kan worden ingezet, kan er een netto energiewinst optreden zoals hierboven is berekend. Het overkappen van de zeefpartij is een noodzakelijke ingreep als men kiest voor het generiek opwarmen van zeefwater boven de 55oC - 60oC.

Het uitvoeren van het HOT PAPER vereist daarnaast vele aanpassingen van het huidige productiesysteem: het plaatsen van een kap om de zeefpartij, verhogen van proceswatertemperatuur en dauwpunt, plaatsen van een warmtewisselaar en isolatie van open waterplekken.

Deze aanpassingen hebben verscheidene praktische voordelen, maar ook knelpunten. In een enquêteonderzoek binnen de papierindustrie werden de volgende knelpunten geïdentificeerd.: 33



Spontane waterverdamping moet worden tegengegaan, niet alleen om energieverliezen bij hoge proceswatertemperaturen terug te dringen, maar ook omdat anders corrosie van materialen optreedt en/of onwerkbare arbeidsomstandigheden ontstaan.



Het gebruik van hoogwaardige energie (stoom) voor de opwarming van proceswater geeft geen energiebesparing.



Bij gebruik van een kap om de zeefpartij moet de kap dusdanig worden gebouwd dat er geen risico is op vervuiling en condensatie aan de binnenkant van de kap.



Er mag geen toename aan stickies optreden als gevolg van de hogere proceswatertemperatuur.



Het effect van, en eventuele oplossing tegen, verhoogde kalkafzetting en problemen met pompsystemen door hogere proceswatertemperatuur moet verder onderzocht worden



Er moet onderzoek plaatsvinden naar hoe veiligheid van werknemers gegarandeerd kan worden; een voorbeeld is het isoleren van open waterplekken



Er moet worden onderzocht of bij de gestelde dauwpunten aan de constructie eisen van droogkap kan worden voldaan.



Verder onderzoek is nodig naar de nog onbekende gevolgen van een hogere proceswatertemperatuur op: refiner efficiëntie, invloed op stank van productie, invloed op biocultuur:

Roadmap Hoewel is aangetoond dat er met verhoging van de proceswatertemperatuur door inzet van restwarmte energie kan worden bespaard, is het nog niet eenduidig of de inzet van restwarmte ten behoeve van proceswaterverhoging de beste inzet van restwarmte is. Wanneer de kwaliteit van restwarmte verhoogd kan worden (bv door de inzet van warmtepompen), ontstaan wellicht nieuwe toepassingsmogelijkheden met een beter energiebesparingpotentieel dan de in deze studie onderzocht mogelijkheden. Ook het opwaarderen van restwarmte tot stoom (bv via het sorptiedroger concept) of tot elektriciteit behoort tot de mogelijkheden. Het identificeren van restwarmtetoepassingen in de papierindustrie met de grootste potentie zou verder onderzocht moeten worden. Ook naar aanleiding van de resultaten in deze studie kunnen vervolgstappen worden gezet. Het HOT PAPER concept biedt genoeg aanknopingspunten om verder door te ontwikkelen. Als vervolgproject zou het zinvol zijn om de temperatuurseffecten op het hele traject van oploop tot droogpartij te onderzoeken en dan de optimale benutting van restwarmte te bepalen. Het streven daarbij is te komen tot betere natte ontwatering met minimale hoeveelheden ongewenste verdamping en convectieverliezen. Voor de realisatie van het HOT PAPER concept zouden dan de volgende stappen genomen moeten worden: Een team van experts uit verschillende onderdelen van de papierproductie (procestechnologen, chemicaliën experts etc.) zal moeten worden samengesteld dat een bredere kennis heeft op gebied van energie-efficiënte en ontwikkelingen in andere industrieën. Dit team zal zich focussen op het vinden van efficiënte oplossingen 34

voor de vermeende knelpunten. Regelmatige brainstormsessies worden binnen het team gehouden om tot alternatieve oplossingen te komen om droogenergie te besparen en warmte maximaal te behouden binnen de papierproductie (bijvoorbeeld: het volledig sluiten en isoleren van het proces waarbij enkel personeel met hittebestendige pakken toegang hebben). Verder zal samenwerking een belangrijk element vormen voor de verdere ontwikkeling van het HOT PAPER concept: 

Samenwerking met machinebouwers om te komen tot een concept waarbij spontane waterverdamping zoveel mogelijk wordt tegengegaan. Dit kan een kap om de zeefpartij zijn, maar andere opties worden ook overwogen. Ook met leveranciers van pompsystemen zal worden samengewerkt om de mogelijkheden te bespreken van omgaan met hogere proceswatertemperatuur. Verder zal met machinebouwers de mogelijkheden worden onderzocht om hogere dauwpunten in de droogpartij te bereiken.



Samenwerking met leveranciers van chemicaliën is van belang voor het inventariseren van effecten van een hogere proceswatertemperatuur op de chemicaliën en het eventueel vinden van alternatieve chemicaliën die wel bij hoge proceswatertemperatuur kunnen opereren.



Samenwerking met papierfabrieken om gericht oplossingen te vinden voor het isoleren van open waterplekken zonder de dagelijkse praktijken te hinderen. De papierfabrieken worden ook direct betrokken bij de samenwerking met de leveranciers van chemicaliën en machinebouwers om input te geven over specifieke papierproductie eisen.

Tot slot; het binnenhouden van energie betekent dat er minder inname van energie van buitenaf nodig is. Dit past goed binnen de doelstellingen van Energietransitie Papierketen en met name binnen de doelstellingen van het Programma “Energie Neutraal Papier”. Een logisch vervolgstap is derhalve het naast elkaar zetten van de verschillende concepten om te zien op welke manier de energie het beste kan worden binnenhouden en welk concept ons dichterbij de energie neutrale fabriek brengt. HOT PAPER lijkt een haalbaar concept, maar we moeten onze ogen niet sluiten voor andere ideeën die op eenzelfde of betere manier, naast elkaar of los van elkaar, de transitie kunnen vormgeven.

35

36

Referenties

DACE (2008), DACE prijzenboekje kostengegevens t.b.v. ramingen, Dutch Association of Cost Engineers, ICEC member, Editie 26, mei 2008 Bussmann, P.,(2005), Themadag Nederlandse Werkgroep Drogen: Drogen, praktijk en theorie, d.d. 7/11/2005 3L (2008), Adoption of Energy Efficient Process Technologies & Energy Management Practices in Pulp & Paper sector Karslsson, M. (2000), Papermaking part 2, drying, Papermaking Science and Technology, Fapet Oy, ISBN 952-5216-09-8

37

38

Appendix A

Termen en begrippen

Opdikking Dikte van het papier; van belang voor eigenschappen van het papier zoals stiffness.

Refiner De productiestap waarin de vezels worden bewerkt om hun bepaalde eigenschappen te geven die ervoor zorgt dat de vezels beter aan elkaar hechten.

Stickies Kleine stukjes ongewenste materialen zoals lijm die het productieproces kunnen verstoren als hun concerntratie in de oplossing te groot wordt.

Stiffness De flexibiliteit van het papier/karton.

Stoomblaaskasten Unit die bepaald deel van de papierbaan verhit door stoom. Kunnen zeer gericht worden ingezet om zodoende het ontwateringsprofiel van de baan te verbeteren.

39

Appendix B

Partners/derden

Eska Graphic Board Eska Graphic Board is producent en leverancier van kwalitatief hoogwaardig grafisch karton voor hardgebonden boeken, ordners, ringbanden, mappen, agenda’s, albums, spelborden, puzzels, displays en showcards. Eska Graphic Board heeft wereldwijd een toonaangevende positie in de markt voor grafisch karton. Eska Graphic Board gebruikt uitsluitend oud papier als vezelgrondstof.

Bumaga De aanvrager van dit project is Bumaga. Deze zal ook tevens functioneren als coördinerend en uitvoerend orgaan van het onderzoek. Bumaga is een MKB die zich richt op het produceren en implementeren van nieuwe technologieën en concepten voor de papier- en kartonindustrie. Dit onderzoek sluit aan bij de strategie van Bumaga aangezien het een procesinnovatie betreft van de papierproductielijn die bovendien aanzienlijk kan bijdragen aan de duurzaamheid van de industrie. Bumaga is internationaal erkend als innovatief bedrijf. Bumaga heeft een sterk ontwikkeld netwerk en aanzienlijke ervaring in het coördineren en uitvoeren van projecten.

Frans de Gram Frans de Gram wordt al jarenlang door de Nederlandse papierindustrie ingehuurd ten behoeve van de energiemonitoring, alsmede adviezen op het gebied van energiebesparing. In de afgelopen 2 jaar heeft hij op basis van zijn expertise en ervaring een droogmodel specifiek voor de papierindustrie ontwikkeld.

40

Appendix C

MED model

Aanleiding Bij een door het KCPK uitgevoerde “Benchmark Restwarmte” zijn de restwarmtestromen van de droogprocessen, de stoomketels en het afvalwater van de Nederlandse papier- en kartonfabrieken in kaart gebracht. Bij de droogprocessen viel op dat er een zeer grote spreiding is van energieverbruiken en daarmee ook de restwarmtestromen. Het energieverbruik van de diverse drogers lag tussen 3048 en 7367 MJ per ton(t) waterverdamping(PWV); het gewogen gemiddelde verbruik bedroeg 3359 MJ/t PWV. De waterverdamping in de drogers in de Nederlandse Papier- en Kartonindustrie bedraagt 3.845.843 ton per jaar hetgeen overeenkomt met een thermisch energieverbruik van 12.919.079 GJt (= ca 408.185.756 m3o a.e.). Gebrek aan kennis van de energie aspecten van het droogproces is in circa 95% van de gevallen oorzaak van de hoge energieverbruiken. Men denkt nog steeds dat verlaging van de uitlaatluchttemperatuur een lager energieverbruik geeft. Ook realiseert men zich vaak niet dat voor het bepalen van de juiste procesomstandigheden en de daarbij behorende energiebesparingsmogelijkheden vaak omvangrijk en tijdrovend rekenwerk nodig is. Bovenstaande ervaringen waren aanleiding voor het ontwikkelen van een droogmodel waarmee zowel de energie-efficiency van de droger als de kwaliteit van de restwarmte kan worden verbeterd. Voorwaarde voor beide verbeteringen is verhoging van de uitlaatluchttemperatuur.

Doel Doel van het Model Energie-efficiency-verbetering Droogprocessen (afgekort: MED) is: 1) Het bevorderen van kennisoverdracht zodat meer inzicht wordt verkregen in de optimale instelling voor het droogproces en de daarbij behorende WTW. 2) Het inzichtelijk maken van de energie-efficiency van het droogproces en de kwantiteit en de kwaliteit van de restwarmte zowel in de huidige als in de optimale (toekomstige) situatie. 3) Het voor de verschillende gramgewichten inzichtelijk maken van mogelijke energie en kostenbesparingen in zowel de huidige als toekomstige situatie. Naast deze doelen is het MED ook geschikt voor controle op de dagelijkse procesvoering, het leveren van gegevens voor data-acquisitie en het leveren van de benodigde ontwerpgegevens bij wijzigingen aan de installatie. Met het MED kan ogenblikkelijk worden bepaald wat de invloed (euro’s, energieverbruik, droogsnelheid, WTW-capaciteit, stoomgebruik, warmteterugwincapaciteit ketelhuis overige procesparameters etc) is van afzonderlijke of gecombineerde procesveranderingen.

41

Voorbeelden: wijziging toerental ventilatoren, wijziging stoomdruk, wijziging van hoeveelheid ongecontroleerde toe- en afvoerlucht, inlaatlucht aansluiting op buitenlucht of hallucht, afvoerlucht IR-droger al dan niet gebruiken als inlaatlucht etc.

Omschrijving De software bestaat in hoofdzaak uit de volgende onderdelen: 1) Een invoerblad waarin, zowel voor de huidige als toekomstige situatie, per gramgewicht en totaal gegevens worden opgenomen voor berekening van de waterverdamping, de warmte nodig voor opwarmen inlaatlucht, proceswater en sproeiwater en de mate waarin de WTW hierin kan voorzien. 2) Bij de bepaling van de benodigde warmte voor het proceswater wordt rekening gehouden met zowel het verlies door spontane waterverdamping op de zeef als met de warmte die door refiners en pompen in het proceswater is gebracht. 3) Een rekenblad waarin, zowel voor de huidige als toekomstige situatie, luchtcondities (dauwpunt, temperatuur, absoluut vochtgehalte, enthalpie, relatieve vochtigheid, partiële dampspanning en natte bol temperatuur) voor zowel drooglucht als uitlaatlucht naar WTW 1 t/m 3 worden berekend. Ook worden in dit rekenblad de verbruiken en de hoeveelheden teruggewonnen warmte berekend. Rekening wordt gehouden met het optreden van lucht en andere verliezen. 4) Twee mollierdiagrammen waarin, zowel voor de huidige als toekomstige situatie, de resultaten zijn samengevat. 5) De configuratie van de warmtewisselaars. 6) Een technische en een financiële samenvatting. 7) Voor het bevorderen van kennisoverdracht zijn in excel een aantal demonstratiegrafieken opgenomen. Het MED bestaat in principe uit drie A4’s: een invoerblad voor de huidige situatie, een identiek invoerblad voor de toekomstige situatie en een samenvatting waarop de belangrijkste wijzigingen zijn vermeld en de besparing in euro’s.

Doelgroep Het MED is bestemd voor voor mensen die “de stand van de knoppen” bepalen (zoals productiechef, lijntechnoloog, productie-engineer etc) en verder voor ontwerpers, energiecoordinatoren, MES- en monitoringrapportages etc. Sommige informatie is nuttig voor operators. Het MED is geschikt om te gebruiken als insert voor MES- en energiemonitoring en energiemanagementsystemen.

42

Appendix D

Uitgangswaarden energieberekeningen

Tabel 3: Uitgangswaarden MED model (zonder kap om zeefpartij) SOORT MACHINE Product Proceswatertemperatuur

PAPIERMACHINE

PAPIERMACHINE

grafisch papier 41

KARTONMACHINE

basispapier golfkarton 52

62

78

40

52

karton 62

78

41

52

62

78

o

C

47.0

59.0

70.0

88.0

47.0

59.0

70.0

88.0

47.0

59.0

70.0

88.0

o

Temperatuur in uitlaatluchtpijp

66.5

80.0

93.1

114.0

66.5

80.0

93.1

114.0

66.5

80.0

93.1

114.0

o

Rel.vochtigheid in uitlaatluchtpijp

39.7

40.0

39.4

39.4

39.7

40.0

39.4

39.4

39.7

40.0

39.4

39.4

%

Dauwpunt in uitlaatluchtpijp

47.0

59.0

70.0

88.0

47.0

59.0

70.0

88.0

47.0

59.0

70.0

88.0

o

Warmteverbruik (met WTW lucht/lucht)

2933

2720

2587

2437

2939

2720

2587

2437

2944

2727

2591

2438

Massa uitlaatl.naar WTW/massa droogl.

95

95

95

95

95.0

95.0

95.0

95.0

95

95

95

95

%

Massa inlaatl. naar WTW/massa droogl.

80

80

80

80

80.0

80.0

80.0

80.0

70

70

70

70

%

Massa proceswater (=oploop water)

2152

2152

2152

2152

2845

2845

2845

2845

1033

1033

1033

1033

t/h

Temperatuur proceswater voor zeef

41.8

53.5

64.3

82.6

40.6

53.1

63.8

81.5

42.2

53.2

63.9

81.8

o o


C

Droger C

C MJt/t PWV

Proceswater

Temperatuur proceswater na zeef

C

41.0

52.0

62.0

78.0

40.0

52.0

62.0

78.0

41.4

52.0

62.0

78.0

C

Massa sproeiwater

100

100

100

100

100.0

100.0

100.0

100.0

60

60

60

60

Temp. sproeiwater voor verwarming

21.0

21.0

21.0

21.0

21.0

21.0

21.0

21.0

25.0

25.0

25.0

25.0

o

40.2

52.0

62.0

78.0

40.0

52.0

62.0

78.0

40.0

52.5

62.0

78.0

o

Sproeiwater t/h C

Temp. sproeiwater na verwarming

44

C

Tabel 4: Uitgangswaarden MED model (met kap om zeefpartij)

SOORT MACHINE Product Proceswatertemperatuur

PAPIERMACHINE

PAPIERMACHINE

grafisch papier 41

KARTONMACHINE

basispapier golfkarton 52

62

78

40

52

karton 62

78

41

52

62

78

o

C

47.0

59.0

70.0

88.0

47.0

59.0

70.0

88.0

47.0

59.0

70.0

88.0

o

Temperatuur in uitlaatluchtpijp

66.5

80.0

93.1

114.0

66.5

80.0

93.1

114.0

66.5

80.0

93.1

114.0

o

Rel.vochtigheid in uitlaatluchtpijp

39.7

40.0

39.4

39.4

39.7

40.0

39.4

39.4

39.7

40.0

39.4

39.4

%


47.0

59.0

70.0

88.0

47.0

59.0

70.0

88.0

47.0

59.0

70.0

88.0

o

Warmteverbruik (met WTW lucht/lucht)

2878

2700

2585

2437

2939

2720

2587

2437

2875

2696

2591

2438

Massa uitlaatl.naar WTW/massa droogl.

95

95

95

95

95

95

95

95

95

95

95

95

%

Massa inlaatl. naar WTW/massa droogl.

80

80

80

80

80

80

80

80

70

70

70

70

%

Massa proceswater (=oploop water)

2152

2152

2152

2152

2845

2845

2845

2845

1033

1033

1033

1033

t/h

Temperatuur proceswater voor zeef

53.4

56.5

63.3

79.8

40.2

52.4

62.7

79.4

58.8

60.2

62.8

79.5

o o


C

Droger C

C MJt/t PWV

Proceswater

Temperatuur proceswater na zeef

C

52.7

55.8

62.4

78.0

40.0

52.0

62.0

78.0

58.1

59.5

62.0

78.0

C

Massa sproeiwater

100

100

100

100

100

100

100

100

60

60

60

60

Temp. sproeiwater voor verwarming

21.0

21.0

21.0

21.0

21.0

21.0

21.0

21.0

25.0

25.0

25.0

25.0

o

40.5

52.4

62.0

79.3

40.7

52.1

62.4

79.6

40.0

51.9

62.0

81.2

o

Sproeiwater t/h C

Temp. sproeiwater na verwarming C

Appendix E

Netto stoomverbruik

PAPIERMACHINE

SOORT MACHINE

Grafisch papier

Product Proceswatertemperatuur Dauwpunt in uitlaatluchtpijp

41

52

62

78

o

47.0

59.0

70.0

88.0

o

3901

4173

4669

6053

2949

2808

3025

3909

3772

4195

4782

6261

2933

2764

2806

3173

3043

3225

3363

3708

C C

Zonder kap over zeef Gebruik van verse stoom verwarmen PWT

MJ/t PWV

Verhogen dauwpunt met warmteterugwinning

MJ/t PWV

Gebruik van stoomblaaskasten verhitten baantemperatuur

MJ/t PWV

Verhogen dauwpunt met wtw en sorptiedroger

MJ/t PWV

Warmteterugwinning uit pockets met warmtepomp

MJ/t PWV

Met kap over zeef (k.o.z.) Gebruik van verse stoom verwarmen PWT + k.o.z.

MJ/t PWV 3747

3749

3917

4592

2878

2705

2583

2625

3618

3772

4030

4801

2878

2702

2584

2531

2939

2904

3064

3542

Verhogen dauwpunt met warmteterugwinning + k.o.z.

MJ/t PWV

Gebruik van stoomblaaskasten verhitten baantemperatuur + k.o.z.

MJ/t PWV

Verhogen dauwpunt met wtw en sorptiedroger k.o.z.

MJ/t PWV

Warmteterugwinning uit pockets met warmtepomp + k.o.z.

46

MJ/t PWV

PAPIERMACHINE

SOORT MACHINE Product Proceswatertemperatuur Dauwpunt in uitlaatluchtpijp

Basispapier golfkarton 41

52

62

78

o

47.0

59.0

70.0

88.0

o

3863

3950

4225

5107

2946

2760

2654

2654

3734

3973

4338

5316

2943

2740

2620

2545

3011

3050

3290

4016

C C


MJ/t PWV


MJ/t PWV


MJ/t PWV


MJ/t PWV

Warmteterugwinning uit pockets met warmtepomp

MJ/t PWV

Met kap over zeef (k.o.z.) Gebruik van verse stoom verwarmen PWT + k.o.z.

MJ/t PWV 3696

3623

3709

4101

2939

2720

2588

2437

3566

3646

3822

4309

2939

2720

2587

2437

2865

2763

2852

3239

62

78

o o


MJ/t PWV


MJ/t PWV

Verhogen dauwpunt met wtw en sorptiedroger k.o.z.

MJ/t PWV

Warmteterugwinning uit pockets met warmtepomp + k.o.z.

MJ/t PWV

Kartonmachine

SOORT MACHINE

Karton

Product Proceswatertemperatuur Dauwpunt in uitlaatluchtpijp

41 47.0

52 59.0

70.0

88.0

3641

3832

4503

C C


MJ/t PWV 3605


MJ/t PWV 2944

2729

2591

2465

3487

3670

3949

4712

2944

2728

2591

2451


MJ/t PWV


MJ/t PWV

Warmteterugwinning uit pockets met

MJ/t PWV

warmtepomp Met kap over zeef (k.o.z.) Gebruik van verse stoom verwarmen PWT + k.o.z.

MJ/t PWV 3526

3424

3452

3814

2875

2673

2591

2438

3408

3454

3569

4024

2875

2684

2591

2438


MJ/t PWV


MJ/t PWV

Verhogen dauwpunt met wtw en sorptiedroger k.o.z. Warmteterugwinning uit pockets met warmtepomp + k.o.z.

48

MJ/t PWV

MJ/t PWV

Appendix F

Economische informatie technologieën

Tabel 5: Overzicht economische aspecten technologien/maatregelen Maatregel

Investeringskosten (Euro)

Levens duur

Kap over zeefpartij

600.00010 (aanname)

15

Kap over droogpartij (dauwpunt 62oC)

600.000 (gebaseerd op kosten van kap van

15

specifieke papiermachine) Kap over droogpartij (dauwpunt 88oC)

800.00011

15

Stoomblaaskasten

153.000 (3L 2008)

15

Warmtewisselaar (lucht-glycol-hal)

Varieert per vermogen

20

200.000 euro per MW (schatting van expert) Warmtewisselaar (lucht zeef)


20

150.000 euro per MW (schatting van expert) Warmtewisselaar (lucht-sproeiers)


20

150.000 euro per MW (schatting van expert) Sorptiedroger

2.215.385 (Bussmann 2005)

15

Compressor (170 kW)

108.000 (DACE 2008)

15

Afschermen van open wateren en isoleren hete buizen

150.000 (schatting van expert)

15

Pocketventilatiesysteem

500

per

kW

(schatting

van

15

technologieontwikkelaar)

10

Dit bedrag gaat ervan uit dat een kap om de zeefpartij ongeveer even veel kost als een droogkap.

11

Dit bedrag is een schatting gebasseerd op een toename van 30% in kosten door extra isolatie-eisen.

HOT PAPER. Verhogen van de energie-efficiënte door verdubbeling van de procestemperatuur

Recommend Documents