Beta 1


Title Process Integration in a Pulp and Paper Mill : A case study at Caledonian Paper Mill
Author Stryg, Morten
Supervisor Elmegaard, Brian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Bang-Møller, Christian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Clausen, Lasse Røngaard (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Hammond, G P (United Kingdom, University of Bath)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Master's thesis
Year 2008
Abstract The potential for thermodynamic efficiency improvements in a pulp and paper mill is investigated through a case study at Caledonian Paper Mill in Scotland. Process Integration is applied to determine the most costeffective way to improve the heat recovery of the process and thereby reduce the overall energy costs, which are a significant share of the total production costs in paper manufacturing. A Pinch Analysis is performed based on the thermal data from the hot and warm water system and the heat recovery system in the paper machine. It shows that the heat recovery potential is sufficient to meet the heat demand of the process and that excess heat at high temperature can be released if low-temperature heat is recovered. A biomass fired Combined Heat and Power (CHP) plant is currently under construction at the mill, and the moisture content in the purchased biomass is expected to be 50 %. The influence of the moisture content of biomass on the boiler efficiency has is investigated and it is found that drying the biomass to 20 % inlet moisture content can lead to approximately reduction in biomass consumption of 12 % by utilisation of excess heat and steam extraction to heat drying air. In the economic analysis a scenario with utilisation of excess heat is compared to a scenario with a balance of heat recovery and heat demand. The latter is recommended based on the economic payback periods, which are estimated to be approximately 8 years and 0.4 years, respectively. The most cost-effective scenario requires few changes to the existing Heat Exchanger Network, and is expected to reduce the average steam consumption by 1.9 kg/s corresponding to a reduction of 15 % and thereby increase the average electricity production by approximately 0.9 MW.
Abstract I dette projekt er potentialet for forbedring af termodynamisk effektivitet i en pulp og papir mølle undersøgt via en case study af Caledonian Paper Mill i Skotland. Proces Integration er anvendt til at finde den mest kosteffektive måde at forbedre varmegenvindingen fra processen og herved reducere omkostningerne til energiforbrug, hvilket er en betydelig del af de samlede omkostninger ved fremstilling af papir. En Pinch Analyse er udført baseret på termiske data fra varmt vandssystemet og varmegenvindingssystemet i papirmaskinen. Analysen viser at potentialet for varmegenvinding er tilstrækkelig til at dække processens varmebehov og at overskudsvarme kan frigives hvis lavtemperaturvarme bliver genvundet. Et biomassefyret kraftvarmeanlæg er i øjeblikket under opførelse ved møllen og den indkøbte biomasse forventes at have et fugtindhold på 50 %. Det er i projektet undersøgt hvordan fugtighedsgraden af biomasse påvirker effektiviteten af kedlen og det kan forventes at tørring af biomasse til 20 % fugtighed vil mindske forbruget af biomasse med ca. 12 %, når overskudsvarme fra processen og dampudtag fra kraftvarmeanlægget anvendes til at opvarme tørreluften. En økonomisk analyse af et scenarie med anvendelse af overskudsvarme er sammenlignet med et scenarie hvor varmegenvindingen dækker processens varmebehov. Det sidstnævnte er at fortrække bedømt efter økonomisk tilbagebetalingstid, som er hhv. 8 år og 0,4 år for de to scenarier. I det mest kosteffektvite scenarie kræves få ændringer af det eksisterende varmevekslernetværk, og det gennemsnitlige dampforbrug forventes reduceret med ca. 1,9 kg/s svarende til 15 %, hvilket medfører en øget elektricitetsproduktion på ca. 0,9 MW.
Imprint Technical University of Denmark (DTU) : Kgs. Lyngby, Denmark
Fulltext
Original PDF Microsoft_Word_MASTERS_THESIS_Morten_stryg.pdf (4.94 MB)
Admin Creation date: 2009-11-05    Update date: 2010-10-28    Source: dtu    ID: 252031    Original MXD