Herbstfachforum 2007 der AGI- Arbeitskreise Erstellung von Berechnungstools für das Prozess- und Raumluftwärmekonzept von Papiermaschinen Gabriela M. Mangold 20.03.2007 Herbstfachforum 2007 der AGI- Arbeitskreise Industriepark Wolfgang GmbH, Hanau
Inhaltsverzeichnis Prozess der Papierherstellung und Systemgrenzen Berechnungsprogramm Anwendung am Beispiel Papierfabrik Spanien 1 15.11.2007
Papiererzeugungsprozess Gabriela M. Mangold Inhaltsverzeichnis Papiererzeugungsprozess Übersichtsverlauf der Papiererzeugung 15.11.2007 Quelle Voith Papiererzeugungsprozess
Prozess der Papierherstellung (Systemgrenze) Übersicht Papierfabrik Papierherstellung Papiertrocknung Strom- und Wärmebedarf Papiererzeugung Systemgrenze Halbstofferzeugung Stoffaufbereitung Papiermaschine Klein -Holz wird in einer chemischen Flüssigkeit gekocht Chemikalienrückgewinnung unter thermischer Nutzung (Kaustifizierung) Zellstoff wird gebleicht Zellstoff wird zu Papier bearbeitet
Übersichtsverlauf der Papiertrocknung Prozess der Papierherstellung Übersicht Papierfabrik Pressepartie Trockenpartie Papierherstellung Papiertrocknung Strom- und Wärmebedarf Papiererzeugung Stoffauflauf 5 4 Siebpartie Sortierer Aufrollung Stoff- zentrale 1 3 2 Glättwerk Stoff- fänger Ansicht Papiermaschine Quelle: Voith 2 1 3 4 5 100 m Faserverteilung auf gesamte Siebbreite Entwässerungsprozess durch mechanischer Druck Trocknungsprozess mittels Dampfzylinder und Heißluft Veredelung und Restfeuchtenentzug
Abbildungen der Anlagen bei der Papiererzeugung Ventilations- und Trocknungssystem in der Trockenpartie Siebpartie Druckpartie Trockenpartie Infrarot-Trockner Lufttechnische Anlagen
Erstellung Zielsetzung Berechnungsprogramm Gabriela M. Mangold Inhaltsverzeichnis Erstellung des Berechnungsprogramms Zielsetzung Berechnungsprogramm 20.03.2007 Erstellung
Erstellung des Berechnungsprogramms Excel-Tools für die Prozess- und Raumluftwärmekonzepte von Papiermaschinen aus dem Papiertrocknungsprozess zu erstellen, vervollständigen und optimieren. Das Berechnungsprogramm gibt Hilfestellung bei der Bewertung von Papiermaschinen (Trockenpartie), lufttechnischen Anlagen (Zu- und Abluftsysteme) und Raumluftsystemen (Temperatur und Feuchte der Halle und der Hallenzwischendecke). Identifikation von Quellen und Senken der Abwärmepotentiale, insbesondere die effiziente Nutzung der Niedertemperaturabwärme, die ungenutzt über das Abluftsystem der Papiermaschinen verlässt. Optimierungsmöglichkeiten der Trockenpartie und der lufttechnischen Anlagen im Umfeld der Trockenhaube. Ermittlung von maximalen (theoretischen) Einsparpotenzialen im Jahr. Zielsetzung Berechnungstools
Berechnungsprogramm Erstellung Berechnungsprogramm Zielsetzung Vorgehensweise Berechnungstools Trocken- partieanalyse Zylinder Papierbahn Taschenfeuchte und Bespannungen Lufttechnische Anlagen Nullpunktlinie Haubenbilanz Zuluftströme Abluftströme Soll-Zustand Ist-Zustand Wärmeverluste in Luftleitungen U-Werte Ermittlung Dämmung von Luftleitungen Abkühlung der Luft Wärmestrom Bauphysik der Trockenhaube Taupunkt in der Haube und um die Haube Wärmeverluste der Haube Zwischendecke der Zwischendecke Wärmeverluste Taupunkt Literatur Standard-Szenario Thermodynamische Prozesse Luftmischung Lufterhitzer mit Dampf WRG Luft/Luft WRG Luft/Wasser Stoffdaten Thermodynamischer Zustand der Luft A U + FO Trockenpartie Papierbahntemperatur Taschenfeuchte w Zylindertemperatur Nullpunkt
Berechnungsprogramm Gabriela M. Mangold Berechnungsprogramm starten 15.11.2007 Berechnungsprogramm
Anwendung des Berechnungsprogramm Gabriela M. Mangold Inhaltsverzeichnis Papierfabrik Spanien 1 Ziele Untersuchte Kriterien Zustandsanalyse und Maßnahmen 15.11.2007 18.01.2007 Anwendung des Berechnungsprogramm
Papierfabrik Spanien 1 Papierfabrik Spanien 1 Ziele Einsparpotenziale in der Lüftungs- und Haubentechnik und deren Komponenten aufzudecken und auszuwerten und die optimale Nutzung der Abwärme, um den Prozess- und Raumluftwärmebedarf zu senken. Ablufttemperaturen und –volumenströmen Zulufttemperaturen und –volumenströmen Messung der Anlagenleistungen Druck, elektr. Leistungsbedarf mit Soll/Ist-Vergleich. Zustand der Anlagen Verdampfungsmenge Soll/Ist-Vergleich Feuchtegehalt der Papierbahn Kontrolle und Auswertung von existierenden WRG-Systemen Hallentemperatur und –feuchte Temperaturen der Hallenzwischendecke Untersuchte Kriterien Zustandsanalyse
Papierfabrik Spanien 1 PM 1 / PM2 Lufttechnische Anlagen PM1 Abwärmepotenziale Folgende Abwärmepotenziale werden ungenutzt an die Umwelt abgegeben: M1 559 72,5°C/19,4% 31.050 kg/h M1 570 94°C/25% 18.500 kg/h Streichmaschine EO2 43 118°C/3,7% 18.000 kg/h EO2 53 153°C/1,4% 18.000 kg/h IR Trockner M1 478 200°C 4.000 kg/h Trockenhaube
Papierfabrik Spanien 1 Hallenzwischendecke + 140.000 88.000 88.000 kg/h 84°C Dampf 2,5 bar Dampf 6 bar kg/h 160.000 21°C AU 65°C Dachventilatoren 6 Einheiten je 60.000 m³/h TELA POPE E-25 Zustandsanalyse Hallenzwischendecke Zwischendecke Oberflächentemperatur ~60°C Zuluftkanal für die Zwischendecke
Papierfabrik Spanien 1 Hallenzwischendecke NT Partie AU 21°C 80.000 kg/h FO EO2 53 153°C 18.000 kg/h EO2 43 118°C 18.000 kg/h M1 559 72,5°C 31.050 kg/h M1 570 94,4°C 18.500 kg/h M1 478 200°C 4.000 kg/h 109°C 90.000 kg/h PM 1 PM 2 88.000 kg/h + ceiling 240°C 8.100 kg/h M2 214 70.000 kg/h Nicht in Nutzung Coater IR Trockner 60° C TELA POPE E-25 Zwischendecke Oberflächentemperatur 40°C Neue Trennwand in der Zwischendecke Oberflächentemperatur 45°C T/C Ziele Untersuchte Kriterien Zustandsanalyse Maßnahme 286 k€/a Dampfeinsparungen 21.693 MWh/a Einsparungen Investitionen Amortisation 372 k€/a 1,3 a.
x x x x (x) (x) x x x x x Einsparungen Dampf 23.881 MWh/a (314 k€/a) ~10,5% des jährlichen Bedarfs (227.287 MWh/a) Einsparungen Strom 238 MWh/a (10,7 k€/a) ~ 0,16% des jährlichen Bedarfs (145.061 MWh/a)
Zusammenfassende Betrachtung Berechnungsprogramm Handlungsempfehlung beschränkt auf die Nutzung der Zu- und Abluftsysteme im Bereich der Trockenpartie. Externe Nutzung (Fernwärme) oder Erzeugung von Kälte ist möglich. (Erweiterung des Programms auf Wärmepumpen, Kältemaschinen und Wasser/Wasser WRG). Erstellung und Berechnung von Szenarien. Erstellung von Einsparkonzepten. Trotz der Hilfe, die dieses Programm bietet, bleibt die eigentliche Ingenieurarbeit, aus den ermittelten Werten und den durchgerechneten Szenarios, die richtige Lösung für jede Papiermaschine zu finden, erhalten.
Papier mit Verantwortung Danke.