ENERGIATEHOKKAAN SUUNNITTELUN ESIMERKKEJÄ TEOLLISUUSKOHTEISSA. March 25-26, 2014 Mikko Kuusisto

Transkriptio

1 ENERGIATEHOKKAAN SUUNNITTELUN ESIMERKKEJÄ TEOLLISUUSKOHTEISSA March 25-26, 2014 Mikko Kuusisto

2 SISÄLTÖ Pöyryn suunnittelupalvelut Energiatehokkuus teollisuuskiinteistöjen suunnittelussa Yleistä paperiteollisuuden energiankulutuksesta Energian kulutus nykyaikaisella paperitehtaalla Suunnittelun vaikutus energiankulutukseen PÖYRY POWERPOINT 2

3 PÖYRYN SUUNNITTELUPALVELUT Pöyry tekee työtä energiatehokkuuden edistämiseksi usealla eri tavalla, esim. innovatiivisilla suunnitteluratkaisuilla ja hyvällä jälkihoidolla jo valmiissa kohteissa Energiatehokkuus voi olla hyvien käytäntöjen toteuttamista alkaen suunnitteluvaiheesta tai jo valmiiden toimintojen, prosessien ja rakennettujen kohteiden energiatehokkuuden parantamista Pöyryn tarjoamat suunnittelupalvelut on ryhmitelty toimialoittain seuraavasti: Energia, Sellu- ja paperiteollisuus, Kemianteollisuus ja biojalostus, Metalli- ja kaivosteollisuus, Teollisuuden paikallispalvelut, Infra, Vesi, Kiinteistö, Projektinjohto, Ympäristökonsultointi PÖYRY POWERPOINT 3

4 ENERGIATEHOKKAAN SUUNNITTELUN ESIMERKKEJÄ TEOLLISUUSKOHTEISSA ENERGIATEHOKKUUS TEOLLISUUSKIINTEISTÖJEN SUUNNITTELUSSA PÖYRY POWERPOINT 4

5 TEOLLISUUSKIINTEISTÖT Investoinnit energiatehokkuuteen rakennettaessa uutta teollisuuskiinteistöä tai peruskorjattaessa vanhaa, maksavat itsensä takaisin lyhyemmässä ajassa kuin tehtäessä yksittäisiä erillisiä energiatehokkuuden parannusinvestointeja Teollisuuskiinteistön energian käyttöä ja energiatehokkuutta tulee suunnitteluvaiheessa käsitellä kokonaisuutena, jossa kiinteistön lisäksi tuotannon ja tuotantoa palvelevien toimintojen energian käyttö ja myös energian tuotto (hukkaenergia) otetaan huomioon. PÖYRY POWERPOINT 5

6 OLOSUHTEIDEN HALLINTA ON KESKEISTÄ TEOLLISUUSTILOJEN SUUNNITTELUSSA Teollisuudessa energiaa kuluu tuotannon ja tuotantoa palvelevien toimintojen lisäksi kiinteistöjen ilmanvaihtoon, lämmitykseen ja valaistukseen. Suunnittelun lähtökohtana on määräysten ja suositusten täyttäminen teollisuuskiinteistön työolosuhteisiin vaikuttavien tekijöiden kuten epäpuhtauspitoisuuksien, termisten olosuhteiden ja raitisilmavirtojen osalta. Mm. lämpöolojen hallinta on teollisuuskiinteistössä monesti haastavaa suurten ja pistemäisten lämpökuormien, korkeiden tilojen ja lämpötilan voimakkaan kerrostumisen sekä hallitsemattoman vuotoilmanvaihdon vuoksi. Lisäksi suunnittelun lähtökohtana on palomääräysten täyttäminen. PÖYRY POWERPOINT 6

7 SUUNNITTELUSSA TULEE OTTAA HUOMIOON MONIA TILOJEN HALLINTAAN LIITTYVIÄ ENERGIATEHOKKUUDEN NÄKÖKOHTIA Teollisuuskiinteistön ostoenergian tarve (oston minimointi, biopolttoaineet niiden tuet, hukkalämmön käyttö) Käytön tarpeenmukaisuus ja järjestelmien ohjattavuus (lämmityksen, ilmanvaihdon ja valaistuksen optimointi ja niiden automaattiset ohjaukset) Rakenteiden energiatehokkuus (eristysvahvuudet, aukot, nopeat ovet, ikkunat yms. ) Energian ja veden kulutuksen mitattavuus ja seurattavuus (lämmön ja sähkön tuotannon hyötysuhde, mittaukset: sähkö, lämpö, vesi yms.) COPYRIGHT@PÖYRY PÖYRY POWERPOINT 7

8 ENERGIATEHOKKAAN SUUNNITTELUN ESIMERKKEJÄ TEOLLISUUSKOHTEISSA YLEISTÄ PAPERITEOLLISUUDEN ENERGIANKULUTUKSESTA PÖYRY POWERPOINT 8

9 ENERGIANKULUTUS PAPERITEOLLISUUDESSA Energian kokonaiskulutus sellu- ja paperiteollisuudessa on noussut voimakkaasti 1970-luvulta 2000-luvun ensimmäisen vuosikymmenen puoleen väliin saakka. Syynä on ollut tuotannon jatkuva kasvu. Energiatehokkuutta mitataan tuotettua yksikköä kohden ja tällä mittarilla energiatehokkuus 1980-luvulta on parantunut paperin- ja kartonginvalmistuksessa vajaan kymmenyksen. Energiankäytön vähenemistä tonnia kohden on hillinnyt tuotannon siirtyminen energia-intensiivisempiin tuotteisiin. Samanaikaisesti paperikoneiden tekniikan ja automaation määrä on lisääntynyt laatuvaatimusten kasvaessa. PÖYRY POWERPOINT 9

10 ENERGIATEHOKKUUS Energiatehokkuus miksi? Energian hinnan nousu Viranomaisvaatimukset Imago Energiatehokkuutta parannetaan Hyvällä suunnittelulla Vanhan tekniikan korvaaminen uudella Resurssitehokkuuden parantaminen esim. Puukuidun korvaaminen täyteaineella Alhaiset neliöpainot Vedenkulutuksen pienentyminen Keskittymällä pienillä kustannuksilla saavutettaviin tehokkuutta parantaviin toimenpiteisiin Henkilöstön sitouttaminen tehokkuuteen (kehitys- ja investointiehdotuksia) Energiatehokkuuden parantamisen esteitä Luonnonlait (esim. veden haihduttaminen vaatii tietyn määrän energiaa) Tiedon puute Investoinneissa ei oteta riskejä uusilla tekniikoilla Ei mahdollisuutta investoida Sähkön hinnan lasku? Source: UPM PÖYRY POWERPOINT 10

11 ENERGIATEHOKKAAN SUUNNITTELUN ESIMERKKEJÄ TEOLLISUUSKOHTEISSA ENERGIAN KULUTUS NYKYAIKAISELLA PAPERITEHTAALLA PÖYRY POWERPOINT 11

12 PAPERIN TUOTANTOKUSTANNUSTEN JAKAUTUMINEN LWC reel, 60 gsm CWF reel, 115 gsm Other mgf costs 10 % Wood 9 % Other mgf costs 8 % Wood 0 % Personnel 11 % Fibre 25 % Personnel 8 % Energy 15 % Fibre 40 % Energy 21 % Chemicals 24 % Chemicals 29 % Energiankustannusten osuus 15-30% riippuen paperilajista sekä valmistusmaasta. COPYRIGHT@PÖYRY PÖYRY POWERPOINT 12

13 SÄHKÖNKULUTUS PAPERINVALMISTUKSESSA Yleisimmät kohteet Jauhatus Vakuumisysteemi Pumppaus Puhaltimet Paineilmasysteemi Jäähdytys PÖYRY POWERPOINT 13

14 HÖYRYNKULUTUS PAPERINVALMISTUKSESSA Yleisimmät kohteet Paperikoneen kuivatussylinterit Tuorehöyryn käyttö lämmityksessä ja ilmastoinnissa Puristinosan höyrylaatikko Paperikoneen huuvan ilmastointi Steam Average Steam balance (GWh/a) Blow-off 135 GWh/a DIP 64 GWh/a TMP-steam 375 GWh/a 135 [GWh/a] 240 [GWh/a] TMP reboiler 240 GWh/a 45 [GWh/a] TMP steam use 45 GWh/a Steam network 850 GWh/a 170 [GWh/a] 64 [GWh/a] 13 [GWh/a] Heating 13 GWh/a PM GWh/a 329 [GWh/a] 43 [GWh/a] 286 [GWh/a] Drying 286 GWh/a Vent., warmwater etc. 43 GWh/a Power plant 680 GWh/a 680 [GWh/a] PM GWh/a 312 [GWh/a] Drying 312 GWh/a 387 [GWh/a] 75 [GWh/a] Vent., warmwater etc. 75 GWh/a COPYRIGHT@PÖYRY PÖYRY POWERPOINT 14

15 VEDENKULUTUS PAPERINVALMISTUKSESSA Yleisimmät kohteet Paperikoneen suihkut Jäähdytys Kemikaalien valmistus Tiivistevedet Pesuvedet Paperikoneen vedenkulutus korreloi höyrynkulutuksen kanssa. PÖYRY POWERPOINT 15

16 ENERGIATEHOKKAAN SUUNNITTELUN ESIMERKKEJÄ TEOLLISUUSKOHTEISSA MITEN SUUNNITTELULLA VOI VAIKUTTAA ENERGIANKULUTUKSEEN PÖYRY POWERPOINT 16

17 ENERGIANKULUTUKSEN HUOMIOIMINEN SUUNNITTELUSSA Esimerkkejä yleisistä prosessisuunnittelukohteista joilla vaikutetaan kokonaisenergiankulutukseen Suunnittelun kohde Pumppaus Putkisto Tankit Invertterit Laitevalinnat ja mitoitukset projektin aikana Vesi- ja massavoluumin tasapaino Prosessikokonaisuus Mittaukset Pienempi kuitujen osuus paperissa Selvitys Oikein mitoitetut pumput! TAPPI:n mukaan pumppujen keskimääräinen hyötysuhde on 40% ja yli 10 % pumpuista käy alle 10 % hyötysuhteella. Oikeiden putkistovirtauksien käyttö mitoituksissa (monissa tapauksissa virtaukset liian nopeita, joka lisää pumppausenergiaa). Tärkeä on myös hyvin suunniteltu putkistolayout (lyhyet matkat ja mahdollisimman vähän käyriä, jotta säästetään pumppauskustannuksissa). Putkiston oikealla mitoituksella on mahdollisuus vaikuttaa 5-20% pumppauskustannuksiin. Putkien eristäminen. Erityishuomiota kiinnitettävä vakuumisysteemin putkistosuunnitteluun, jotta vesi ei virtaa pumppuihin ja heikennä pumppujen hyötysuhdetta. Oikea muotoilu, sopiva koko (retentioaikojen kriittinen tarkastelu), optimaalinen sekoitusalue (ei välttämättä koko tankkia), eristäminen Inverttereiden käyttö kohteissa, joissa tarvitaan laitteelle laajaa toiminta-aluetta. Inverttereiden liikakäyttö lisää lämpökuormaa sähkötiloissa (2%), jolloin jäähdytykseen kuluu turhaa energiaa! Laitetarjouksista tehdään vertailut, jossa laitehintojen lisäksi huomioidaan kulutusluvut (yksi tärkeimmistä on energiankulutus) lopullista laitevalintaa tehtäessä. Tehtaan kokonaismitoitus. Sovitaan asiakkaan kanssa tarkasti tuotantotavoitteet. Pyritään välttämään turhia future reservation, maxmax tilanne ja siihen päälle vielä suunnittelijan turvakertoimet. On tehtaita jossa käyttöteho normaalisti on vain n % installoidusta tehosta johtuen roimasta ylimitoittamisesta. Pyritään samoihin vesi- ja massa varastointitilavuuksiin, jotta ylikaadoilta vältytään. Ylikaatojen mukana hukataan lämmön muodossa energiaa sekä raaka-aineita.. Simuloimalla (vesi, massa, lämpö, COD) mahdolliset ajotilanteet saadaan mitoitettua oikeankokoiset prosessilaitteet, pumput, lämmönvaihtimet, putkistot jne. Riittävä määrä mittauksia prosessissa. jos ei voi mitata, niin ei tiedä mitä parantaa + DCS seurantakuvat höyryn, sähkön ja veden kulutuksesta. Sähkönkulutuksen pienentyminen massankäsittelyssä (alhaisemmat grammapainot). Vaatii asiakkaan puolelta markkinaselvitystä ko. lajeille. COPYRIGHT@PÖYRY PÖYRY POWERPOINT 17

18 ENERGIANKULUTUKSEN HUOMIOIMINEN SUUNNITTELUSSA Esimerkkejä yleisistä prosessisuunnittelukohteista joilla vaikutetaan kokonaisenergiankulutukseen Suunnittelun kohde Veden lämmitys Paperikoneen suihkuvesi Selvitys LTO:n käyttö lämpimän veden sekä viira- ja kiertoveden lämmitykseen. Vältetään tuorehöyryn käyttöä. Yleensäkin sekundäärilämmön hyödyntäminen esim. TMP, savukaasut, jätevesi Mahdollisimman paljon suodoksella käytettäviä suihkuja, jolloin säästetään vettä ja höyryä.. Uusinta teknologiaa olevien jauhinten käyttö esim. alhainen joutokäyntiteho. Eri Parannettu massan jauhatus massakomponenttien erillisjauhatus tehon optimointi. Parempien massan lajittelujärjestelmien ansiosta esim. pyörrepuhdistimia ei välttämättä Pyörrepuhdistimien poistaminen tarvita esim. kartonkikoneella, DIP:llä. Säästöä pumppauskustannuksissa. Pyörrepuhdistus Hylyn saostimen tarve Enemmän massan fraktiointia Massa- ja vesisysteemit ennen perälaatikkoa PK pulpperit Tyhjöpuhaltimet Tyhjöpuhaltimet Vesirengaspumput Vesirengaspumput Laimennukset Paineilmasysteemin bufferit ja mittaukset Korkeammat sakeudet kehittyneempien pillien vuoksi, jolloin pumppausmäärät pienempiä. Ilmankin voi tulla toimeen. Pulppereiden laimennuksen säädöt sekä hylynkäsittelyn tehdaskulttuuri kohdillaan. Käsitellään esim. jauhatuksella vain se jae, joka tarvitsee jauhatusta esim. pitkäkuitufraktio. Uudet kompaktit massa- ja lyhyt kiertosysteemit, jossa pienet varasto ja pumppaustilavuudet ilman suuria takaisinkiertoja. Ohjausten suunnittelu niin, että pulpperin roottorit pysähtyvä automaattisesti kun rata ei ole pulpperissa. Invertterikäyttöiset tyhjöpuhaltimet, ei erillistä jäähdytysvesisysteemiä Ulos puhallettavan ilman lämmön talteenotto esim. Prosessiveden lämmitykseen. Invertterikäytöt huopaimureiden pumpuilla, vedenpoisto nippiin huopaimurin sijaan. Tiivisteveden kaskadikytkentä ja käyttö suihkuvesissä Laimennukset suodoksilla aina kun mahdollista, jolloin säästetään tuorevettä sekä höyryä. Kemikaalien tehokas injektointi systeemiin. Paineilman kulutuspiikkien kattaminen bufferisäiliöillä/isommalla putkistolla, jotta vältytään ylimääräisiltä kompressoreilta. Mittaukset tärkeitä, jotta voidaan huomata mahdolliset vuodot. Paineilmasysteemillä yleensä tehtaan huonoin energiatehokkuus. PÖYRY POWERPOINT 18

19 ENERGIANKULUTUKSEN HUOMIOIMINEN SUUNNITTELUSSA Esimerkkejä suunnittelukohteista paperikoneella joilla vaikutetaan kokonaisenergiankulutukseen Suunnittelun kohde Korkeammat perälaatikkosakeudet PK Höyrylaatikko PK Puristinosa PK Höyryryhmät Tehokas huuva Selvitys Korkeampi sakeus pienentää lyhyen kierron kokoa Rainan lämpötilan nosto parantaa puristinosanjälkeistä kuiva-ainetta, joka vähentää kuivatusosan höyrynkulutusta. Käytettäessä profiloivaa höyrylaatikkoa on myös ehkä mahdollista nostaa lopputuotteen loppukosteutta. Tämä pienentää myös kuivatusosan höyryntarvetta. Korkea kuiva-aine pienentää kuivatushöyryn määrää (puristin konseptin ja huopien määrittely paperikonetoimittajan osaamisalueella) Kaskadikytkentä, stationary siphons, dryer bars, thermocompressors, flash höyryn optimaalinen käyttö, eristäminen Käytetään huuvan ylijäämälämpö mahdollisimman tehokkaasti ilman sekä muiden virtaavien aineiden lämmittämiseen. + monia muita paperikoneeseen liittyviä energiakulutuksen optimointi kohteita. COPYRIGHT@PÖYRY PÖYRY POWERPOINT 19

20 THANK YOU! CONTACT: Mikko Kuusisto PÖYRY POWERPOINT TEMPLATE DECEMBER 2010