Process integration in mechanical pulp and paper mills - Comparison of selected methods in industrial examples

Abstract

In a world of rising energy prices and tightening limits on CO₂ emissions, it is becoming more and more important to consider energy efficiency in industry. When considering the current trends in globalisation and structural changes in all industrial fields, it is clear that in industrialised countries the focus will shift more and more from green field to retrofit projects. Many retrofit projects have been carried out m recent years, but there is still great potential to reduce primary energy consumption. One important aspect is the design of heat exchanger networks.

This thesis presents a literature review of the different methodologies used in heat exchanger network design, and a comparison of two of them m industrial examples.

The studies show that the advanced composite curves give a lot more information on the studied system than traditional pinch-based methods. The whole mill can be shown in two diagrams, one above and the other below pinch that show at a glance how the existing heat exchanger network is designed compared to theoretical possibilities. The real temperature levels of the utilities used at the mill, and the theoretical upper and lower level for those temperatures, shown together in the curves give guidance to the engineer as to where to look for improvement potential. The method should be widely implemented in the industry.

Energian hintojen noustessa ja hiilidioksidipäästörajoitusten kiristyessä tulee teollisuuden nergiatehokkuudesta jatkuvasti tärkeämpää. Vahvat trendit, kuten globalisaatio ja teollisuuden rakennemuutos, aiheuttavat sen, että investointien painopiste siirtyy teollisuusmaissa uusien tehtaiden rakentamisesta vanhojen tehtaiden muunnosinvestointeihin. Viime aikoina erilaisia projekteja energiatehokkuuden parantamiseksi on toteutettu laajasti, mutta potentiaali pienentää primäärienergiankulutusta on edelleen suuri. Yksi tärkeimmistä keinoista on lämmönvaihdinverkkojen suunnittelu.

Tässä työssä esitetään kirjallisuuskatsaus eri menetelmiin, joita voidaan käyttää teollisuuden lämmönvaihdinverkkojen suunnittelussa ja vertaillaan kahden niiden käyttöä teollisissa esimerkeissä.

Tulokset osoittavat, että uudemmista menetelmistä, "advanced composite curves" antaa huomattavasti enemmän tietoa tutkitusta järjestelmästä kuin perinteisemmät pinch-analyysiin perustuvat menetelmät. Koko laitoksen energiankäyttö on mahdollista näyttää kahdessa kuvaajassa, toinen pinchin ylä- ja toinen alapuolella, jotka näyttävät yhdellä vilkaisulla miten laitoksen nykyinen lämmönvaihdinverkko on suunniteltu teoreettisiin mahdollisuuksiin verrattuna. Käyrät näyttävät todelliset lämpötilatasot, joilla käyttöhyödykkeitä käytetään ja teoreettiset ylä- ja alarajat näille lämpötiloille, mikä antaa arvokkaita vinkkejä mistä päin järjestelmää parannuspotentiaali on mahdollista löytää. Menetelmä olisi syytä ottaa laajasti käyttöön energiaintensiivisessä teollisuudessa.