Bilans energetyczny – odzyskiwanie ciepła w fińskiej celulozowni

Odzysk ciepła napędza produkcję papieru

Produkcja papieru wymaga ogromnych ilości energii do utrzymania procesów ogrzewania i chłodzenia wymaganych w tej branży. Fińska firma UPM-Kymmene, największa grupa przemysłowa w Europie zajmująca się leśnictwem i jeden z największych producentów papieru na świecie, dopracowała równowagę między procesami ogrzewania i chłodzenia, co zaowocowało nadwyżką energii.

Odzysk ciepła z ciepłej wody jest najbardziej opłacalny, jeśli celulozownie i papiernie tworzą zintegrowaną całość – tak jak w Kaukas, gdzie odzysk ciepła w celulozowni pozwala zaoszczędzić parę wodną do wykorzystania w papierni.

Integracja procesów ma kluczowe znaczenie dla chłodzenia strumieni ciepłej wody w procesach celulozowni bez konieczności stosowania wież kondensacyjnych, co pozwala zaoszczędzić energię i poprawić ekonomię energetyczną.

Celulozownia Kaukas jest częścią zakładów UPM-Kymmene (obejmujących dwie papiernie i celulozownię) w Kaukas, niedaleko fińskiego miasta Lappeenranta, w pobliżu granicy z Rosją. Łącznie zakłady w Kaukas produkują rocznie 590 000 ton papieru lwc (lekko powlekanego) i 720 000 ton bielonej celulozy siarczanowej.

Samowystarczalność energetyczna

UPM-Kymmene od 10 lat dąży do samowystarczalności energetycznej. Fabryka celulozy Kaukas przeszła pod koniec lat 90. gruntowną rozbudowę i modernizację i od tego czasu jest uważana za samowystarczalną energetycznie – cel ten osiągnięto dzięki odzyskiwaniu ciepła wtórnego z procesów chłodzenia i ponownemu wykorzystywaniu go w innych częściach zakładu. Asko Paakki, kierownik operacyjny celulozowni Kaukas, szacuje, że od 10 do 20 procent energii odzyskanej w zakładzie jest wykorzystywane w innych miejscach na terenie zakładu. „Nadwyżka energii jest sprzedawana, zazwyczaj w postaci pary technologicznej, papierniom, a zwłaszcza tartakom” – mówi.

Recykling energii wymaga skomplikowanego planowania i holistycznego podejścia”

Taki recykling wymaga skomplikowanego planowania i holistycznego podejścia do potrzeb chłodniczych i możliwości odzyskiwania energii w całym zakładzie.

Jest to działanie wymagające zachowania równowagi. Ciepło wtórne – z definicji ciepło przekazywane z pierwotnych źródeł ciepła do procesów technologicznych – jest odzyskiwane w wodach chłodniczych i kondensacyjnych za pomocą systemu wymienników ciepła i poddawane recyklingowi w zakładzie. Ponad 100 wymienników ciepła przenosi ciepło wtórne z miejsc, gdzie nie jest ono potrzebne, do miejsc, gdzie jest ono potrzebne, tworząc bilans energetyczny w zakładzie, który pozwala Kaukas zaoszczędzić miliony euro rocznie na kosztach energii.

Trend w branży

Trendem w przemyśle celulozowo-papierniczym jest opracowywanie procesów zmierzających do bezodpływowej eksploatacji w celu zmniejszenia przepływu ścieków i poprawy wydajności procesów. Oznacza to wyższe temperatury ścieków, które wymagają dodatkowego chłodzenia, wyjaśnia Pekka Svinhufvud, kierownik ds. ekonomiki energetycznej w celulozowni Kaukas firmy UPM-Kymmene.

Svinhufvud twierdzi, że możliwości oszczędzania energii dzięki integracji procesów są bardzo specyficzne dla danego zakładu. „Zależą one od koncepcji procesu, układu fabryki oraz bilansu energetycznego i wodnego zakładu”. Paakki wyjaśnia, że ścieki procesowe muszą zostać schłodzone z temperatury 70–80 stopni Celsjusza (158–178 stopni Fahrenheita) do poniżej 40°C (104°F) przed trafieniem do biologicznej oczyszczalni ścieków, ponieważ mikroorganizmy nie przetrwają wyższych temperatur. W Kaukas ciepło to jest odzyskiwane przy użyciu naturalnej wody w wymienniku ciepła – alternatywie dla wież chłodniczych stosowanych w wielu celulozowniach i papierniach, gdzie ciepło jest po prostu uwalniane do atmosfery.

W celulozowni największy potencjał odzysku ciepła mają woda chłodząca z instalacji odparowującej, filtraty z instalacji bielącej, gorąca woda z chłodzenia i ciepła woda z płuczki spalin.

Kiedy rozpoczęliśmy współpracę, przeprowadzono testy i próby z kilkoma wymiennikami ciepła Alfa Laval. Po dwóch latach satysfakcjonujących wyników kupiliśmy coraz więcej. Nieustannie poszukujemy możliwości odzyskiwania ciepła. Nadal zmieniamy proces produkcyjny i obecnie przyglądamy się obszarowi między wymianą filtratów”. - Asko Paakki, kierownik operacyjny celulozowni Kaukas

Wymienniki ciepła jako podstawa odzysku ciepła

W fabryce UPM-Kymmene Kaukas w Finlandii zainstalowano całkowicie nowy system odzysku ciepła z płytowymi wymiennikami ciepła WideGap, przeprojektowanymi w celu uzyskania wyższych temperatur, aby umożliwić odzysk ciepła wtórnego, którego głównym dostawcą jest Alfa Laval. Alfa Laval przeprojektowała również 13 spiralnych wymienników ciepła w celu zwiększenia wydajności.