SC HIOMON JA PAPERIKONEEN LÄMPÖTASAPAINON HALLINTA

Kivihiokkeen valmistus on energiaintensiivistä. Käytetystä energiasta muuttuu yli 90 prosenttia lämmöksi. Hiomolla käytetystä lämmöksi muuttuneesta tehosta voidaan paperikoneelle siirtää noin puolet. Mekaanisen massan valmistuksen ja paperikoneen vesikierrot erotetaan toisistaan häiriöaineiden kulkeutumisen estämiseksi. Vesikiertojen erottamisella katkaistaan myös lämmön siirtyminen hiomolta paperikoneelle massojen mukana. Käyttämällä lämmönsiirtimiä hiomon vesien jäähdytyksessä, voidaan hiomon hiomakoneiden suihkuvesivesilämpötilaa alentaa. Lämmönsiirto vaikuttaa paperikoneella annostelumassojen laimennusten kautta perälaatikkolämpötilaa kohottavasti. Työn tehtäväksi määritettiin kesäkuukausina esiintyvä hiomakoneiden suihkuveden raakavesijäähdytyksen tarpeen poistaminen ensisijaisesti niin, että ylimäärälämpö hyödynnetään tehtaalla. Työn muiksi tavoitteiksi muodostui annostelumassojen lämpötilan hallinta, etenkin muutokset, joilla voidaan nostaa hylkymassan annostelulämpötilaa. Työn kokeellinen osa tehtiin UPM Kymmene Oyj Kajaanin tehtailla syksyn 2004 aikana. Työssä tutkittiin WinGEMS simulointiohjelmalla tehtyjen mallien avulla lämmön siirtymistä hiomon ja paperikone 2:n välillä, sekä lämmönsiirtoa pois tasealueelta. Simulointimalli nykytilanteesta rakennettiin yksityiskohtaisesti nykyisen tuotantoprosessin kaltaiseksi ja siitä muokattiin eri vaihtoehtoja, joilla ratkaistiin tutkimukselle asetetut tehtävät. Kytkentämuutoksilla pystyttiin siirtämään hiomolta yli 85 % hiomakoneiden suihkuveden ylimäärälämmöstä ilman uusia laitehankintoja. Asentamalla lopuksi lämmönsiirrin hiomon puhdassuodoslinjaan, hiomakoneiden suihkuveden jäähdytystarve poistettiin kokonaan. Samalla alennettiin valkaisuun menevän massan lämpötilaa, jolloin peroksidivalkaisun kemikaalikulutus väheni yli 10 %. Lämmönsiirrinverkostosta tehtiin kesätilanteen pinch-analyysi, jolla selvitettiin prosessin lämmitys ja jäähdytystarpeet. Analyysin perusteella selvisi, että kytkennöissä ei rikota pinch sääntöjä ja, että prosessissa esiintyy kynnysongelma, jossa prosessi tarvitsee ainoastaan jäähdytystä.

Groundwood (GW) production is very energy intensive process. More than 90 % of the energy used for production changes into heat. It is possible to recover about 50 % of the energy used for GW and transfer it to the paper mill (PM). The white water systems of the integrated GW-mill and PM are separated to reduce the amount of detrimental substances created in pulping and bleaching. The decrease in detrimental substances is achieved when all water from dewatering stages are recycled back to the GW-mill. The dewatering stages also move great amount of latent heat from pulp into water and return it back to the GW-mill. The heat from the GW-mill cloudy filtrate is recovered to PM white water through heat exchangers. The heat exchangers reduce the temperature of shower water of grinders and raise the temperature of headbox. The main objective of this study was the elimination of raw water usage for temperature control of grinder shower water during the summer months when the use of raw water for this purpose is elevated. The extra heat produced can then be utilized at the mill. The secondary goal of this thesis was the temperature control of the pulp pumped to the blending chest, especially changes in temperature, which can raise the temperature of the broke. The experimental part of the work was done at UPM Kymmene Oyj Kajaani mills during Autumn 2004. The production line was modeled for a simulation environment. The software used in this study was WinGEMS (4.5 and 5.3). The impacts of process changes were investigated. Flow and energy balances were created with data from the simulation. Based on this research the waste heat from grinder shower water was eliminated. Without any new equipment more than 85 % of waste heat from grinder shower water was recovered. With the installation of new heat exhanger into the pipeline of super clear filtrate, the cooling demand of grinder shower water was reached. The new heat exhanger also reduced the temperature of bleached pulp and caused more than 10 % savings to the peroxide dose. The present heat exhanger network was investigated by pinch-analysis in summer conditions. The results produced a threshold problem where external cooling was needed. The present heat exchanger installations followed the pinch rules.