Reduction of specific energy consumption of a thermomechanical pulping plant

Kuumahiertoprosessi on erittäin energiaintensiivinen prosessi, jonka energianominaiskulutus (EOK) on yleisesti 2–3.5 MWh/bdt. Noin 93 % energiasta kuluu jauhatuksessa jakautuen niin, että kaksi kolmasosaa kuluu päälinjan ja yksi kolmasosa rejektijauhatuksessa. Siksi myös tämän työn tavoite asetettiin vähentämään energian kulutusta juuri pää- ja rejektijauhatuksessa. Päälinjan jauhatuksessa tutkimuskohteiksi valittiin terityksen, tehojaon ja tuotantotason vaikutus EOK:een. Rejektijauhatuksen tehostamiseen pyrittiin yrittämällä vähentää rejektivirtaamaa painelajittelun keinoin. Koska TMP3 laitoksen jauhatuskapasiteettia on nostettu 25 %, tavoite oli nostaa päälinjan lajittelun kapasiteettia saman verran. Toisena tavoitteena oli pienentää rejektisuhdetta pää- ja rejektilajittelussa ja siten vähentää energiankulutusta rejektijauhatuksessa. Näitä tavoitteita lähestyttiin vaihtamalla päälinjan lajittimiin TamScreen-roottorit ja rejektilajittimiin Metso ProFoil-roottorit ja optimoimalla kuitufraktiot sihtirumpu- ja prosessiparametrimuutoksin. Syöttävällä terätyypillä pystyttiin vähentämään EOK:ta 100 kWh/bdt, mutta korkeampi jauhatusintensiteetti johti myös alempiin lujuusominaisuuksiin, korkeampaan ilmanläpäisyyn ja korkeampaan opasiteettiin. Myös tehojaolla voitiin vaikuttaa EOK:een. Kun ensimmäisen vaiheen jauhinta kuormitettiin enemmän, saavutettiin korkeimmillaan 70 kWh/bdt EOK-vähennys. Tuotantotason mittaamisongelmat heikensivät tuotantotasokoeajojen tuloksia siinä määrin, että näiden tulosten perusteella ei voida päätellä, onko EOK tuotantotasoriippuvainen vai ei. Päälinjan lajittelun kapasiteettia pystyttiin nostamaan TS-roottorilla vain 18 % jääden hieman tavoitetasosta. Rejektilajittelussa pystyttiin vähentämään rejektimäärää huomattavasti Metso ProFoil-roottorilla sekä sihtirumpu- ja prosessiparametrimuutoksin. Lajittamokehityksellä saavutettu EOK-vähennys arvioitiin massarejektisuhteen pienentymisen ja rejektijauhatuksessa käytetyn EOK:n avulla olevan noin 130 kWh/bdt. Yhteenvetona voidaan todeta, että tavoite 300 kWh/bdt EOK-vähennyksestä voidaan saavuttaa työssä käytetyillä tavoilla, mikäli niiden täysi potentiaali hyödynnetään tuotannossa.

Thermomechanical pulping (TMP) is an extremely energy intensive process with the specific energy consumption (SEC) of 2.0–3.5 MWh/bdt. About 93 % of energy is consumed in refining, of which about two thirds in mainline and about one third in reject refining. Thus, the target of this study was set to reduce the SEC both in mainline and reject refining. The actions in mainline refining included studying the effect of plate pattern, power split, and production rate on SEC, while the actions in reject refining included the attempts to reduce the reject mass flow by the means of pressure screening. Because the capacity of TMP3 mainline refining was increased by 25 %, the target was to increase the capacity of mainline screening with the corresponding amount. Another target was to decrease the reject rate in mainline and reject screening and in that way reduce the energy consumption in reject refining. These targets were approached by changing TamScreen rotors to mainline and Metso ProFoil rotors to reject screens, and optimizing the fractions with the changes in screen drums and process parameters. It was possible to reduce the SEC by 100 kWh/bdt with a feeding type of a plate, but higher refining intensity causes a reduction in strength properties, higher air permeability and higher opacity. It was also possible to reduce the SEC by 70 kWh/bdt by loading more with 1st stage refiner. The difficulties in production rate measurement harmed the reliability of the results to the extent that it was impossible to conclude whether the SEC is production rate dependent or not. The mainline screening capacity could be increased with TS-rotors only 18 %, which remains a bit below the target. In reject screening, it was possible to reduce the amount of reject substantially with a set of Metso ProFoil rotor, a specific screen drum and certain process parameters. The total savings in screening development were estimated with the reduction of RRm and applied SEC in reject refining to 130 kWh/bdt. As a summary, the target of 300 kWh/bdt reduction in SEC could be achieved with these actions, if their potential is utilized fully in production.