Energy efficiency improvement potential in a paper mill by means of heat load balancing

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorHolmberg, Henrik
dc.contributor.advisorSeppälä, Ari
dc.contributor.authorTurunen, Konsta
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorAhtila, Pekka
dc.date.accessioned2017-02-01T07:45:39Z
dc.date.available2017-02-01T07:45:39Z
dc.date.issued2017-01-23
dc.description.abstractIndustry is one of the largest energy consuming sectors creating a great environment for energy efficiency improvements. Thermal energy storage might be one of the attractive technologies for energy efficiency improvements in heat production because it is flexible in heat load balancing. This study analysed the improvement potential of the energy efficiency at a paper mill located in the Northern Europe. The mill mainly uses mechanical pulping for papermaking. Process heat is produced in a power plant combusting biomass and natural gas as a main fuels. The first aim of this study is to identify potential improvements and limitations when natural gas usage is decreased at the mill by replacing it with biomass and steam load fluctuations are balanced using a heat storage for steam (Case 1). The second main goal of this study is to determine potential improvements and limitations if excess heat produced in the summer is stored in a long term heat storage (Case 2). In both cases, heat storage options are compared to an option that uses drying of biomass instead of the heat storage. Cases are assessed by evaluating technical feasibility and economic savings of the options. Evaluations of the heat storage and drying options are based on simulation models using data that was recorded at the mill. Case 1 is simulated in three scenarios: Scenario A (20% decrease in natural gas usage), Scenario B (40% decrease in natural gas usage) and Scenario C (60% decrease in natural gas usage). This study concluded that steam accumulators offer more feasible option for balancing the heat load than belt dryers in Case 1. Furthermore, scenario B (40% decrease in natural gas usage) seems to be the most feasible scenario for steam accumulator in Case 1. In Case 2, the belt dryer option provides better operational characteristics for utilizing excess hot water than the hot water tank storage option with annual savings of 0.158M€.en
dc.description.abstractTeollisuus on yksi suurimmista energiaa kuluttavista sektoreista, mikä luo hyvät mahdollisuudet energiatehokkuuden parantamiselle. Hyödyntämällä lämpövarastoja voidaan mahdollisesti parantaa energiatehokkuutta lämmöntuotannossa, koska lämpövarastot ovat joustavia lämmöntuotannon ja -kulutuksen tasaamisessa. Työssä analysoitiin energiatehokkuuden parantamispotentiaalia Pohjois-Eurooppalaisessa paperitehtaassa, joka käyttää mekaanista massaa paperin valmistukseen. Prosessihöyry tuotetaan voimalaitoksessa polttamalla biomassaa ja maakaasua pääpolttoaineina. Työn ensimmäisenä päätavoitteena on määrittää potentiaaliset hyödyt ja rajoitteet, kun maakaasun käyttöä vähennetään lisäämällä biomassan osuutta höyryntuotannossa ja lämpövarastolla tasataan höyrykuorman vaihtelut (Case 1). Toisena tavoitteena on arvioida potentiaaliset hyödyt ja rajoitteet, jos kesäisin tuotettu hukkalämpö varastoitaisiin lämpövarastoon (Case 2). Molemmissa tapauksissa lämpövaraston käyttöä verrataan tilanteeseen, jossa biomassan kuivausta hyödynnetään lämpövaraston sijasta. Tapauksia arvioidaan teknisen toteutettavuuden ja taloudellisten säästöjen perusteella. Lämpövarasto- ja kuivausvaihtoehtojen arviointi perustuu työssä tehtyihin simulointimalleihin, joissa käytettiin paperitehtaalla mitattua dataa. Höyrykuorman tasausta (Case 1) tarkasteltiin kolmessa eri tilanteessa, joissa maakaasun käyttöä vähennettiin 20% (Scenario A), 40% (Scenario B) ja 60% (Scenario C). Tulosten perusteella höyryakku on toteutettavuudeltaan ja taloudellisilta säästöiltään parempi vaihtoehto höyrykuorman tasauksessa (Case 1) kuin kuljetintyyppinen kuivuri. Lisäksi, 40 % vähennys maakaasun käytössä (Scenario B) näyttäisi olevan paras tapaus höyryakun käytölle. Kuljetintyyppinen kuivuri on toteutettavuudeltaan parempi vaihtoehto kuin lämpöakku hukkalämmön hyödyntämiseen (Case 2). Sillä saavutettiin 0.158 M€ vuosittaiset säästöt.fi
dc.ethesisidAalto 7441
dc.format.extent68 + 11
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/24458
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-201702011427
dc.language.isoenen
dc.locationP1
dc.programmeEnergia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelmafi
dc.programme.majorEnergiatekniikkafi
dc.programme.mcodeK3007fi
dc.subject.keywordthermal energy storageen
dc.subject.keyworddryingen
dc.subject.keywordphase change materialen
dc.subject.keywordmechanical pulpen
dc.titleEnergy efficiency improvement potential in a paper mill by means of heat load balancingen
dc.titleEnergiatehokkuuden parantamispotentiaali paperitehtaassa lämpökuorman tasauksen avullafi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Turunen_Konsta_2017.pdf
Size:
2.79 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
Collections
[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG