Monitoring system for heat energy in pulp and paper mill

Abstract

Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa Kuusankosken sellu- ja paperitehtaan höyry- ja lauhdejärjestelmä. Tarkoitus oli jakaa höyrynkäyttäjät lauhdetta palauttaviin ja ei palauttaviin. Erityisesti oltiin kiinnostuneita eri vesien lämmittämiseen kuluvan primäärihöyryn määrästä, ja diplomityön osatehtävänä oli luoda työkalu vesihöyrylämmönsiirtimien kulutuksen seurantaan. Työn aikana hahmottui ehdotus tehtaan höyry- ja lauhdeverkon seurantajärjestelmästä, joka ohjelmoidaan tehdasosastojen automaatiojärjestelmiin. Järjestelmä koostuu kahdeksasta automaatiojärjestelmänäytöstä, ja se sisältää muun muassa osastojen dynaamisen höyry- ja lauhdetaselaskennan, prosessissa kuluvan lämpötehon sekä tiedon vesien lämmitykseen kuluvasta primäärihöyryn määrästä.

Järjestelmän toteutusehdotus lähtee siltä pohjalta, ettei uusia, tehon määritykseen tarvittavia virtausmittauksia asenneta. Tällöin seurantaan otettavaksi ehdotettujen lämmönsiirtimien tehomääritys tehdään suurimmaksi osaksi niiden höyryn säätöventtiilin avautuman perusteella. Työssä on käsitelty lämmönsiirtoa ja lämmönsiirrinsysteemin käyttäytymistä eri kuormitustilanteissa. Lisäksi käytännön esimerkein arvioidaan lämmönsiirtimen tehonmäärityksen mahdollisuuksia ja tarkkuutta. Kahden esimerkin perusteella tultiin johtopäätökseen, että säätöventtiilin avulla tehty tehoarvio on epätarkka, mutta seurantajärjestelmää varten se on riittävä. Arvioitiin, että vesien lämmittämiseen kuluu vuodessa noin kuuden miljoonan euron arvosta höyryä. Jos paremman seurannan avulla saadaan prosessia säädettyä energiatehokkaammaksi ja vesien lämmitykseen kuluvaa energiaa prosentinkin pienemmäksi, jää seurantajärjestelmän takaisinmaksuaika reilusti alle vuoteen.

Työssä selvitettiin integraatin höyrynkulutusta ja sen muutoksia viimeisen viiden vuoden ajalla. Tuloksia verrattiin parasta olemassa olevaa tekniikkaa (BAT) hyödyntävän esimerkkitehtaan kulutusarvoihin.

Nykyään tehtaiden energiatehokkuutta arvioidaan ja vertaillaan suurimmaksi osin ominaiskulutuksen avulla. Ominaiskulutuksen laskenta ei ota huomioon mitään rakenteellisia muuttujia kuten esimerkiksi tuotannon käyttöastetta, vuodenaikaa tai tuotteen laatua eikä siten välttämättä anna oikeaa kuvaa prosessin todellisesta energiatehokkuudesta. Energiatehokkuuden kehityksen tarkasteluun on kehitteillä työkalu: energiatehokkuusindeksi. Indeksi ottaa huomioon mainitut muutostekijät, kun laskentaan tarvittavat korjauskertoimet on oikein määritetty. Tässä työssä käytiin läpi energiatehokkuusindeksin määrittämisen perusteet ja soveltuminen sellu- ja paperitehtaaseen lähinnä muutaman esimerkin avulla.