Effektförlustutredning : Effektförlustutredning av en mindre sodapanna tillhörande ett medelstort massabruk, en fallstudie.

The industrial sector in Sweden stands for 38 percent of the total energy use. Within these 38 percent the pulp and paper industry stand for about half of the energy use. Due to the extent of the energy use it is important that we do what we can to keep the energy usage as low as possible within our industries. In this bachelor thesis a case study is performed regarding a problem with a recovery boiler which belong to one of Stora Ensos pulp mills in a small town called Skutskär in Sweden. The problem with the recovery boiler is that it does not reach the temperature of the outgoing steam for which the soda boiler was designed, which causes the efficiency to suffer. The problem with the recovery boiler is not sustainable either in terms of energy use or economy. Recovery boiler 6 (RB6) as it is called is one of two recovery boilers belonging to the pulp mill. Both boilers are designed to produce high pressure steam at 56 bar and 450°C. The high-pressure steam produced goes through a back-pressure turbine where the pressure is lowered to the working pressure of the remaining factory while electricity is produced. Steam at a lower temperature results in lower enthalpy, which in turn will affect the electricity generation in the back-pressure turbine. The purpose of the study is to quantify the loss in electricity generation caused by the lack of steam temperature of RB6. As well as investigating the causes of the lack of heat transfer where the goal is to locate the problem area. A literature study was conducted regarding the efficiency of the recovery boiler, where much emphases was placed on the function of the superheater and the soot system. The superheater accounts for about 30 percent of all heat transfer in a recovery boiler and is directly crucial for reaching the final temperature of the steam. In the literature study, among other things, the design and fouling of superheater is studied to see that if affects the heater transfer. Further, the soot system effect on the heat transfer is also studied and it shows that the soot system has a greatly influence of the final heat transfer. The method used to conduct the study is primarily data analysis. The pulp mills internal analysis program WinMops is used in combined with Excel to analyze operational data. First, the magnitude of the problem was investigated by calculating the effect of RB6’s lack of steam temperature on the total enthalpy of the steam reaching the turbine. Calculations were made for electricity generation in normal cases and under the influence of RB6, where the difference was considered as lost electricity generation. Once the size of the problem was determined, the investigation of causes of heat transfer began, with the superheater coming into focus. The results of the case study show that RB6’s lack of steam temperature causes a loss of electricity production equivalent to 7 million SEK in a normal year and a year with a low electricity price, this amount to 3 million SEK. Whit regard to the second investigation, it is very likely that the superheater causes the temperature drop. However, the study shows that the superheater has no smaller heat transfer surface in relation to the other recovery boiler and that the heat transfer rate is also not deviant. The superheater shows a hint of fouling at the same time as the flow of soot steam is slightly lower on RB6, unlike the mill’s other recovery boiler. An interesting phenomenon that emerges in the study is that the tertiary air flow tends to have a greater effect on RB6 outgoing steam flow than expected.Industrisektorn står för omkring 38 procent av Sveriges totala energianvändning. Av de 38 procenten står pappers- och massaindustrin för omkring hälften av all energianvändning. Eftersom industrin är en omfattande del gällande energianvändningen är det viktigt att åtgärder utförs för att hålla energianvändningen så låg som möjligt. I detta examensarbete utförs en fallstudie gällande ett problem med en sodapanna som tillhör Stora Ensos massabruk i Skutskär. Problematiken med sodapannan är att den inte når upp i den temperaturen på utgående ångan som sodapannan designades för vilket gör att verkningsgraden blir lidande. Problemet med sodapannan är inte hållbart både sett till energianvändning eller ekonomi. Sodapanna 6 (SP6) som den kallas är en av två sodapannor som tillhör massabruket. Båda sodapannorna är designade för att producera högtrycksånga vid 56 bar och 450°C. Högtrycksångan som produceras går via en mottrycksturbin där trycket sänks till arbetstrycken för resterande fabriken samtidigt som el produceras. Ånga vid lägre temperatur medför lägre entalpi vilket i sin tur kommer att påverka elproduktionen i motrycksturbin. Syftet med studien är att kvantifiera förlusten i elproduktion som den bristande ångtemperaturen av SP6 orsakar. Utöver det är syftet även att utreda orsaker till den bristande värmeöverföringen där målet är att lokalisera problemområdet. En litteraturstudie utfördes gällande effektivitet kring sodapannan varvid mycket tyngd lades på överhettarens samt sotningens funktion. Överhettaren står för omkring 30 procent av all värmeöverföring i en sodapanna och är direkt avgörande för att nå sluttemperaturen på ångan. I litteraturstudien studeras bland annat utformning och försmutsning av överhettaren för att se hur det påverkar värmeöverföringen. Vidare studeras sotningens påverkan på värmeöverföringen och även den påverkar i stor grad den slutgiltiga värmeöverföringen. Metoden som används för att genomföra studien är framförallt dataanalys. Massabrukets interna analyseringsprogram WinMops används tillsammans med Excel för att kunna analysera driftdata. Först utreddes storleken på problemet med hjälp av att beräkna hur stor påverkan SP6 bristande ångtemperatur har på den totala entalpin på ångan som når turbin. Beräkningar utfördes för elproduktion vid normalfall och vid påverkan av SP6 varvid skillnaden betraktades som den förlorade elproduktionen. När problemets storlek var fastställt började utredningen kring orsaker till bristande värmeöverföring varvid överhettaren hamnade i fokus. Studiens resultat visar att SP6 bristande ångtemperatur orsakar en elproduktionsförlust som motsvarar 7 miljoner kronor ett normalår och ett år med lågt elpris rör det sig om 3 miljoner kronor. Gällande den andra utredningen är det med stor sannolikhet överhettaren som orsakar temperaturfallet. Däremot visar studien att överhettaren inte har någon mindre värmeöverförande yta i förhållande till den andra sodapannan samt att värmeöverföringstalet är inte heller avvikande. Överhettaren visar en antydan på försmuttning samtidigt som sotångflödet är något lägre på SP6 till skillnad från brukets andra sodapanna. Intressant fenomen som dyker upp i studien är att tertiärluftflödet tenderar att ha en större påverkan på SP6 utgående ångflöde än förväntat