Development of modeling for a pulp mill energy economy

Abstract

Energian merkitys sellu- ja paperiteollisuudessa on kasvanut merkittävästi johtuen polttoaineiden nousseista hinnoista ja epävakaista energiamarkkinoista. Sellutehtaan energiatehokkuuden parantamiseen on useita keinoja; vähennetään energian kulutusta esimerkiksi tehostamalla energiaintensiivisimpiä tuotantoprosesseja tai tehostetaan energian tuotantoa modernisoimalla tehtaan energiantuotantolaitos. Nykyaikaiset soodakattilat ovat huomattavasti tehokkaampia kuin vanhempaa tekniikkaa edustavat. Tämän lisäksi uudet tekniset ratkaisut, kuten mustalipeän kaasutus, tulevat haastamaan perinteiset soodakattilat lähitulevaisuudessa. Kirjallisuusosassa syvennytään sellutehtaan energiakysymyksiin.

Työn tutkimusosassa simuloitiin JPC:n kustannusmallin avulla neljätoista todellista tehdasta, jotka edustivat viittä eri energiakonseptia. Tarkoituksena oli selvittää kuinka hyvin mallin energiaosaston laskenta toimii erilaisissa tilanteissa. Simuloituja tuloksia verrattiin teorian pohjalta laskettuihin arvoihin ja johtopäätökset mallin toiminnan hyvyydestä perustuivat tähän vertailuun. Eri energiakonseptien väliset muuttujat olivat seuraavat: käytetty puulaji, integroituminen paperin ja mekaanisen massaa tuotantoon, voimalaitoksen kokoonpano, tehtaan maantieteellinen sijainti ja ulkoistettujen toimintojen määrä.

Saatujen tulosten perustella voitiin havaita joitakin puutteita JPC:n kustannusmallin energialaskennan toiminnassa. Eräs tärkeimmistä havainnoista oli se, että kustannusmallin laskemat lämmöntuotantotasot ovat yleisesti alhaisemmat kuin teorian olettamat arvot. Tämän todettiin johtuvan ohjelman käyttämistä liian alhaisista mustalipeän lämpöarvoista (LHV). Toinen heikkous on se, ettei malli käytä höyryn lämpötila- ja painearvoja hyväkseen laskiessaan energiaa kulutus- ja tuotantolukuja. Tämä aiheuttaa hankaluuksia laskettujen tulosten tulkinnassa. Laskelmat osoittivat myös, että nykyaikainen sellutehdas on energian suhteen omavarainen ja joissakin tapauksissa ylijäämäsähköä tai -höyryä voidaan hyödyntää samaan integraattiin kuuluvalla paperin tai mekaanisen massaa tuotantolaitoksella tai myydä tehtaan ulkopuolelle.

Yleisesti ottaen mallin laskentalogiikasta ei suuria virheitä löytynyt, mutta käyttäjän näkökulmasta sen toiminta todettiin joustamattomaksi uudentyyppisen tiedon soveltamisen kannalta. Tämä johtuu mallin jäykästä rakenteesta. Lopuksi suositellaan tiettyjä jatkotutkimuksia ja lisäselvityksiä aiheeseen liittyen.