Stoffaufbereitung bei höheren Temperaturen

Einleitung Das Ziel der praktischen Untersuchung in einem weiteren Arbeitspaket waren Untersuchungen zur Stoffaufbereitung bei höheren Temperaturen. Dabei sollte insbesondere ermittelt werden, inwiefern bestimmte Parameter den Auflösevor-gang und die Eigenschaften des Endproduktes beeinflussen, um aus diesen Erkenntnissen Optimierungsmöglichkeiten für die Suspendierung in der Praxis abzuleiten, beispielsweise um die Zerfaserung zu beschleunigen, Energie einzusparen oder den Faserstoff zu schonen.

Altpapier Für die Untersuchungen wurden folgende möglichst repräsentative Altpapier-sorten gewählt.

Versuchs-einstellungen Da die Zerfaserung von Faserstoffen von einer Vielzahl von Parametern ab-hängt, wurden bei den Versuchen folgende Einstellungen gewählt.

Abbildung 18 Versuchseinstellungen

Desintegrieren Zum Auflösen des Altpapiers standen zwei Laborgeräte zur Verfügung. Der Standard-Desintegrator diente zur Nachstellung der Auflösung in einem LC-Pulper und ein Knetrührer sollte die Auflösung in einem MC-LC-Pulper simulieren.

Der Standard-Desintegrator diente zur Zerfaserung bei niedriger Stoffdichte von 4 %. Die Zerfaserung erfolgt dabei durch einen Rotor und ist vergleichbar mit der Auflösung in einem LC-Pulper. Die Prozesstemperatur konnte mittels eines speziellen, beheizbaren Behälters konstant gehalten werden.

Die Zerfaserung im MC-Bereich wurde mit einem Knetrührer „Kenwood - Coo-king Chef KM 070“ nachgestellt. Die Stoffdichte betrug 10 bzw. 15 %. Der Energieeintrag erfolgt dabei durch ein knetendes Rührelement, das durch ein Planetengetriebe angetrieben wird. Die Geschwindigkeit des Rührelementes und somit der Energieeintrag konnte variiert werden. Die Antriebsleistung des Gerätes betrug 1.500 Watt, wovon bei der Zerfaserung von Krafttragekarton 50 % und bei der Zerfaserung des nassfesten Papieres 85 bzw. 100 % genutzt wurden. Durch eine Induktionskochplatte am Boden der Rührschüssel konnte die Temperatur eingestellt werden.

Bestimmung des

Stippengehalts Für die durchgeführten Untersuchungen wurde die Stippenbestimmung mit dem Verfahren nach Brecht-Holl angewandt. Als Trennelement kam eine Lochplatte mit einem Durchmesser der Bohrungen von 0,7 mm zum Einsatz.

Laborblatt-bildung Die Bestimmung von Dicke und Festigkeiten erfolgte an Prüfblättern, die im Labormaßstab nach dem Rapid-Köthen-Verfahren unter definierten Bedingun-gen (DIN EN ISO 5269-2) gebildet wurden.

Bestimmungen

an Prüfblättern Neben dem Stippengehalt wurden folgende Parameter an den Prüfblättern bei Normklimabedingen (23°C ± 1°C, 50% ± 2% relative Feuchte) ermittelt, um die Auswirkungen einer Zerfaserung bei höheren Temperaturen bewerten zu kön-nen: Dicke, Grammatur, Biegesteifigkeit, Bruchkraft, Bruchdehnung, Reißlänge, Arbeitsaufnahme, Elastizitätsmodul.

6 Prozes s analys en 6.1 Unters uchte Werke

Papierfabriken Papierfabrik A produziert auf 2 Papiermaschinen Spezialpapiere. Als Rohstoff wird 100 % Zellstoff eingesetzt. Papierfabrik B produziert auf einer Papierma-schine Wellpappenrohpapiere auf Basis von 100 % Altpapier. Papierfabrik C produziert auf einer Papiermaschine graphische Papiere auf Basis von 100 % Altpapier mit integrierter Deinkinganlage.

Brauerei Die untersuchte Brauerei ist eine kleine mittelständische Brauerei in Belgien, die etwa 100.000 hl Bier pro Jahr produziert.

BHKW-Anlagen Zur weiteren Untersuchung der Prozesse wurden drei landwirtschaftliche Bio-gasanlagen und eine Kläranlage herangezogen. Folgende Tabelle zeigt die untersuchten BHKWs.

Tabelle 1: Übersicht der Untersuchten BHKW-Anlagen

Nr. Name/Standort Anlage Elektrische Leis-tung BHKW [kWel] 1 Bischheim Biogas

(landwirt-schaftlich) 230 + 350

2 Heilbachhof Biogas

(landwirt-schaftlich) 500

3 Würschhauserhof Biogas

(landwirt-schaftlich) 400

4 Blümeltal Kläranlage 2 x 80

BGA Bischheim Die Anlage Bischheim ist seit 2006 in Betrieb und gehört zur Firma JUWI GmbH. Die Anlage wird mit Substraten von drei Landwirten beliefert. Ein be-sonderes Merkmal ist der Verzicht auf Gülle als flüssiges Substrat. Zum Anmai-schen der festen Substrate wird die Flüssigphase des Gärrests nach Separation des Feststoffes mit einer Pressschnecke verwendet.

Dadurch müssen die Fermenter zwischen Mai und September nicht beheizt werden. Im Sommer kann die Temperatur im Fermenter bis zu 49°C ansteigen.

Hier wird eine Kühlung der Fermenter empfohlen.

Die beiden BHKWs sind fehleranfällig, was die jährliche Betriebszeit verringert.

Aufgrund dieses Umstandes können 15% der jährlichen Betriebszeit nicht zum Heizen für die in der Nähe liegende Mälzerei verwendet werden.

Als Substrat wurde im Untersuchungszeitraum Mais- und Hirsesilage verwen-det. Die Anlagenkonfiguration besteht aus 2 x 1.000 m³ Fermentern, 1 x 1.300 m³ Nachgärer, und 2 x 1.800 m³ Gärrestlager.

Wärmenutzung: Heizung für ein Mälzerei und zwei Wohnhäuser

BGA Heilbachhof Die Anlage Heilbachhof ist seit 2008 in Betrieb. Die Anlage wird mit Schweine-gülle und nachwachsenden Rohstoffen betrieben. Um den Güllebonus des EEG voll auszunutzen zu können, ist die Aufnahme von Gülle aus benachbarten Höfen erforderlich. Dafür ist es notwendig, die externe Gülle zu hygienisieren.

Als Substrat wird Maissilage, Ganzpflanzensilage (GPS) und Schweinegülle genutzt. Die Anlagenkonfiguration besteht aus 2 x 1.300 m³ Fermenter und 1 x 1.500 m³ Nachgärer mit 2 x 2.300 m³ Gärrestlager. Die Überschusswärme wird zum Heizen des Nachgärers (T = 53 °C) verwendet.

BGA

Würsch-hauserhof Die Anlage Würschhauserhof am Ortsrand von Wallhalben nutzt Rindergülle zum Anmaischen der Substrate. Besonderes Merkmal der Anlage ist eine Vorhydrolyse, die im PFI entwickelt wurde. Die Vorhydrolyse verbessert die Desintegration der festen Bestandteile im Substrat und verkürzt somit die Ver-weilzeit. In 2012 wurde die Anlagenleistung von 190 kWel auf 400 kWel erhöht.

Infolgedessen werden seit April 2012 die öffentlichen Gebäude in Wallhalben über ein Nahwärmenetz mit Wärme versorgt.

Als Substrat wird Maissilage, Ganzpflanzensilage (GPS) und Rindergülle ge-nutzt. Die Anlagenkonfiguration besteht aus 1 x 1.000 m³ Fermenter mit einer 500 m³ Vorhydrolyse, sowie 1 x 2.300 m³ Gärrestlager.

Die Wärme des BHKW wird für das Wohngebäude, die Brennerei, Holztrock-nung und öffentliche Gebäude in Wallhalben genutzt.

Kläranlage

Blü-meltal Die Kläranlage Blümeltal ist die größere von zwei Kläranlagen in Pirmasens.

Der Abwasservolumenstrom schwankt abhängig vom Wetter zwischen 8.000 und 35.000 m³/d. Die Kläranlage produziert jährlich zwischen 11.000 m³ (500 t) und 7.000 m³ (400 t) Überschuss- bzw. Primärschlamm. Die Kläranlage besitzt einen Faulturm mit einem Volumen von 3.600 m³, der jährlich ca. 400.000 m³ Biogas aus dem Klärschlamm produziert. Das Biogas wird in einem BHKW zur Bereitstellung von elektrischer Energie und Wärme verwendet.

Im Zuge eines Projektes, in Kooperation mit PFI und der Stadt Pirmasens, wurde eine Thermodruckhydrolyse (TDH) zur Schlammbehandlung entwickelt und installiert. Die TDH kann in zwei Konfigurationen verwendet werden. In Konfiguration 1 wird sie vor den Faulturm geschaltet und behandelt den Schlamm bei 130°C – 160°C. Dadurch wird die Zellbiomasse aus dem Be-lebtschlamm vollständig desintegriert, und der Biogasertrag im Faulturm ver-bessert. In Konfiguration 2 kann die TDH den Faulschlamm aus dem Faulturm bei bis zu 140°C erhitzen, um in einem folgenden Prozess die Rückgewinnung von Phosphor zu ermöglichen.

Die TDH ist als Rohreaktor konzipiert, in dem der Schlamm nach dem Faulturm sukzessiv von 35°C auf 140°C über Wärmetauscher (HE1) und Thermalöl (HE2) erwärmt wird (siehe auch folgende Abbildung). Danach wird der

Schlamm über Wärmetauscher (HE3 und HE4) auf 60°C abgekühlt. HE1, HE3 und HE4 sind über ein Kreislaufsystem verbunden. HE3 und HE4 entnehmen dem Schlamm Wärme und geben es in HE1 wieder an den frischen Schlamm ab. Das Thermalöl wird über die Abwärme vom BHKW geheizt.

Abbildung 19 Wärmetauscherkonfiguration der TDH an der Kläranlage Blümeltal

6.2 B ewertung des Is t-Zus tands der unters uchten Papierfabriken Wärmebedarf in

der Papier-industrie

In der Papierindustrie wird Wärme in Form von Dampf, gasbeheizten Brennern oder elektrischen Heizun-gen/Strahlern eingesetzt. Während der Wärmeeinsatz zur Trocknung der Papierbahn allgegenwärtig ist, gibt es Wärmeverbraucher, die abhängig von der produzierten Sorte sowie den eingesetzten Rohstoffen sind. Der weitaus größte Wärmebedarf besteht bei der thermischen Trocknung der Papierbahn.

Abbildung 20 Beispielhafte Verteilung des Wärmebedarfs [25]

Wärmebedarf in den untersuchten Papierfabriken

Alle drei Werke setzten Wärme in der Produktion nur in Form von Dampf ein.

Der Wärmebedarf aller betrachteten Werke liegt im typischen Bereich des jeweiligen Sortenbereichs. Wie üblich besteht auch in den untersuchten Werken der größte Wärmebedarf bei der thermischen Trocknung der Papierbahn

Abbildung 21 Wärmebedarf der untersuchten Werke (links) bzw. typi-scher Wärmebedarf im jeweiligen Sortenbereich [26]

0

speciality paper RCF without deinking

Bereiche typischer Wärmebedarf / kWh/t

Trockenpartie Wassererwärmung Kalander Pressenpartie Luftsystem

Abwärmeströme in den unter-suchten Papier-fabriken

Nachfolgendes Sankey-Diagramm zeigt beispielhaft anhand eines der unter-suchten Werke die wesentlichen Energieströme im Werk.

Abbildung 22 Sankey-Diagramm Energieflüsse

Pinch-Analyse

Papierproduktion Mit einer Pinch-Analyse kön-nen Ansatzpunkte für eine Optimierung des Wärmehaus-halts von Papierfabriken identifiziert werden. Die Er-gebnisse zeigen, dass obwohl die Werke bereits mit einer Wärmerückgewinnung in der Abluft ausgerüstet sind, noch Potenziale für eine direkte Wärmerückgewinnung beste-hen.

Abbildung 23 Composite Curves Wärmequellen und -senken Papierpro-duktion des Werks C

Heat radiation

Exhaust air power plant PM4 Drying

Exhaust air Post D.

inlet air hood PM4

Exhaust air Pred PM6 Paper PM6

Inlet air hood PM6

Heat radiation PM4

0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000

Temperature / °C

Enthalpie / kW

6.3 B ewertung des Is t-Zus tands in der B rauerei Wärmebedarf Die untersuchte

Brauerei ist hin-sichtlich Was-sernutzung als typisch zu betrach-ten. Der Wärmebe-darf liegt im oberen Bereich typischer Werte. Ein wesent-licher Grund hierfür dürfte die geringe Ausstoßmenge sowie die Diskonti-nuität des Prozes-ses sein.

Abbildung 24 Wasser- und Wärmebedarf im Vergleich zu typischen Werten [27]

Bewertung

Ist-Zustand Hinsichtlich Wär-meintegration zeigt die Brauerei noch Potenzial, obwohl bereits an einigen Stellen eine

Abbildung 25 Abwärmeströme in der untersuchten Brauerei

0

Spezifischer Wärmebedarf / kWh / hl

Spezifischer Wasserbedarf / hl/hl

Abgas Kessel Abwasser Abluft Braukessel Kühlwasserkreislauf

6.4 Prozes s analys en in B HK W-Anlagen Ergebnisse der

Untersuchungen Von den betrachteten BHKWs wurden die einzelnen Daten wie Leistung und Temperaturniveaus aufgenommen. Tabelle 2 zeigt die Daten der BHKWs der jeweiligen Anlagen. Die Nummerierung korrespondiert mit Tabelle 1.

Tabelle 2: Übersicht der Datenerhebung der untersuchten BHKWs

BHKW Daten 1.1 1.2 2 3 4 Aus den oben gewonnen Daten können die Energieflüsse der BHKWs aufge-schlüsselt werden. Aufgrund der elektrischen Effizienz von <50% wird mehr thermische Leistung generiert wie elektrische. Folgende Tabelle zeigt die ge-nutzten oder ungege-nutzten Wärmeenergieströme der Anlagen mit dem prozen-tualen Anteil.

Tabelle 3: Wärmeströme der untersuchten BHKWs

1 2 3 4

gen Die BGA Bischheim hat hohe Wärmeverluste sowie eine unzureichende Effizi-enz bei der Stromproduktion. Daher sollten die bestehenden BHKWs durch leistungsfähigere ersetzt werden. Zudem könnte auch ein Pufferspeicher zur effektiveren Wärmenutzung in der Mälzerei eingesetzt werden. Eine Hochtem-peraturwärmepumpe könnte zum Kühlen des Fermenters im Sommer genutzt werden und zusätzliche Wärmeenergie für die Mälzerei zur Verfügung stellen.

Eine Evaluierung sollte durchgeführt werden, wenn die BHKWs ausgetauscht worden sind.

Bei der BGA Heilbachhof kann die lokale Überschusswärme zur Hygienisierung (70°C, 1 h) des Gärrestes verwendet werden. Dafür ist derzeit der Einsatz einer Hochtemperaturwärmepumpe nicht erforderlich.

Tischkühler in die Umgebungsluft abgeführt. Diese Wärme könnte sinnvoller für andere Zwecke, wie z.B. zum Trocknen von Gärrest, verwendet werden.

Bei der Kläranlage Blümeltal in Pirmasens kann die TDH-Anlage die Betriebs-temperatur nicht halten. Hier könnte eine HochBetriebs-temperaturwärmepumpe Abhilfe schaffen, indem sie die Wassertemperatur zwischen HE3 und HE1 auf 120°C anhebt und konstant hält. Das Kühlwasser des BHKWs mit einer Temperatur von 90°C könnte hier als Wärmequelle für die Hochtemperaturwärmepumpe genutzt werden.

6.5 K onzepte zur Wärmeintegration in der Papierindus trie

Vorgehen Vor dem Einsatz von Wärmepumpen sollte ein System hinsichtlich Wärmein-tegration optimiert sein. D.h. mögliche direkte Wärmetauschmaßnahmen sollten durchgeführt sein. Aus diesem Grund wurden für die untersuchten Werke Optionen zur Optimierung des Wärmehaushaltes durch Wärmeintegration untersucht. Grundsätzliches Ziel der Maßnahmen war die Reduzierung des Wärmebedarfs, sei es durch direkte Einsparungen von Dampf bzw. Gas oder durch indirekte Einsparungen durch eine Erhöhung der Prozesstemperatur.

Optionen zur Wärme-integration

Im Rahmen dieses Projektes wurden Wär-metausch Luft – Wasser und Wärme-tausch Luft - Luft.

Abbildung 26 Schematische Darstellung von Optionen zur Wärmein-tegration

Einsparungen Dabei werden sowohl direkte als auch indirekte Einsparungen berücksichtigt:

• Direkte Einsparungen ergeben sich durch den Ersatz von Frischdampf bzw.

gasbefeuerten Aggregaten durch eine Wärmerückgewinnung, in der Ab-wärme als Heizmedium genutzt wird.

• Indirekte Einsparungen ergeben sich wenn bei einer Wärmeintegrations-maßnahme die Prozesstemperatur steigt und damit eine Reduzierung des Dampfbedarfs z. B. in der Trockenpartie erreicht werden kann.

Wirtschaftliche

Bewertung Für die Abschätzung der Investitionskosten wurden folgende Punkte berück-sichtigt:

• Maschinentechnik (Wärmetauscher, Kühltürme, Pumpen, Behälter)

• Rohrleitungen und Armaturen (pauschal)

• EMSR-Technik (pauschal) Nicht kalkuliert wurden:

• Engineering- und Bauleistungen

• Erweiterungen von Schalträumen und Anschluss an Prozessleitsysteme Zur Bewertung der Amortisation wurde die Payback-Methode verwendet. Diese Amortisationsrechnung ist eine statische Methode der Investitionsrechnung und gibt die Wiedergewinnungszeit einer Investitionsausgabe (Payback-Dauer) im Vergleich zu den erzielbaren Einsparungen an.

Nachfolgend werden anhand von Beispielen aus den untersuchten Werken typische, wirtschaftlich darstellbare Optionen zur Wärmeintegration dargestellt und bewertet.

Wärmerück-gewinnung Abluft

Wärmerückgewinnung aus der Abluft ist heute Stand der Technik in der Papier-industrie. Von Seiten des Anlagenbaus werden bereits 3- bzw. 4-stufige Wär-merückgewinnungsanlagen angeboten [28]. Dennoch sind immer noch in zahlreichen, vor allem älteren Anlagen Papiermaschinen ohne Wärmerückge-winnung zu finden. Oft sind Papiermaschinen nur mit 1-stufigen Anlagen zur Vorwärmung der Zuluft ausgerüstet. Weitere Wärmerückgewinnungsmöglich-keiten bestehen durch: Erwärmung von Frischwasser, Erwärmung von Pro-zesswasser oder für die Hallenheizung (Abbildung 27). Für diese Anwen-dungsfälle wird häufig Frischdampf eingesetzt.

Abbildung 27 Potenziale durch Erweiterung der Wärmerückgewinnung [28]

Weitere Potenziale ergeben sich durch Nutzung von Brüden bzw. Kondensat zur Vorheizung der Zuluft.

Heizwasser

Praxisbeispiel:

Optimierung Zulufterwärmung

In Papierfabrik A wird die Zuluft der Trockenpartie über eine Wärmerückgewin-nung auf 41°C vorgewärmt. Die Aufheizung bis zur Zieltemperatur von 94°C erfolgt mit Dampf. Das anfallende Kondensat wird mit 81°C ins Kraftwerk zu-rückgeführt.

Durch Nutzung der im Kondensat befindlichen Energie kann die Zulufttempera-tur auf 53°C angehoben werden und somit Frischdampf eingespart werden.

Weiterhin können aufgrund der niedrigeren Kondensattemperatur die Abgasver-luste am Kraftwerk gesenkt werden.

Die erzielbaren Einsparungen summieren sich auf 740 MWh/a bzw. etwa 25.000 € pro Jahr. Zur Umsetzung der Maßnahme werden ein Kondensatregis-ter sowie die notwendige Verrohrung benötigt. Es ergibt sich im vorliegenden Fall eine Paybackzeit von etwa einem Jahr.

Grafische

Darstellung Nachfolgende Abbildung zeigt schematisch, wie eine derartige Optimierung der Zulufterwärmung umgesetzt werden kann.

Abbildung 28 Optimierung Zulufterwärmung durch Nutzung von Kon-densat (links, nach [28]) und Darstellung des Wärmetau-schernetzwerks nach Optimierung (rechts)

Wärmeeintrag in das Prozess-wasser

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten Abwärme in den Wasserkreislauf zu integrieren. Neben den oben beschriebenen Ansatzpunkten zur Nutzung der Abwärme aus der Abluft besteht auch die Möglichkeit, Abwärme aus Wasser-strömen sinnvoll im Prozess zu nutzen [29].

So hat beispielweise der Wärmetausch Abwasser gegen Frischwasser neben der Erhöhung der Prozesswassertemperatur den weiteren Vorteil einer Sen-kung der Abwassertemperatur und somit der sicheren Einhaltung des Abwas-sertemperaturgrenzwertes, was für viele Werke ein Problem darstellt [30].

Eine Erhöhung der Prozesstemperatur ermöglicht indirekte Dampfeinsparun-gen. Als Faustformel gilt: Eine Temperaturerhöhung um 10 K ermöglicht eine Erhöhung des Trockengehaltes um etwa 1 % nach der Pressenpartie und damit einen um etwa 4 % reduzierten Energiebedarf in der Trockenpartie.

Auswirkungen auf Prozess

Die Auswirkungen von Wärmeintegrationsmaßnahmen hinsichtlich Temperatur-führung und Wärmehaushalt und Energiebedarf wurden mittels Simulations-rechnungen quantifiziert. Hierzu wurden für die untersuchten Papierfabriken

Kosa

Kondensat

Kosa

Dampf

T

Pinch temperature Global temperature difference used 67°C

Praxisbeispiel: gesteigert als auch die Abwassertempe-ratur gesenkt und somit der Einleite-grenzwert sicher

eingehalten werden. Nebeneffekt dieser Wärmeintegrationsmaßnahme ist eine Reduzierung des Energiebedarfs aufgrund der gestiegenen Prozesstemperatur.

Die erzielbaren Einsparungen belaufen sich auf ca. 60.000 €/a, so dass sich diese Maßnahme mit einer Payback-Dauer von weniger als 2 Jahren realisieren lässt.

Innovative Wär- metauschertech-nologie

Neben den in der Papierindustrie bereits erfolgreich eingesetzten Freistrom- oder Spiralwärmetauschern, die aufgrund ihrer Bauweise einen stabilen Betrieb auch bei faser- und feststoffhaltigen Medien ermöglichen [31, 32, 33], gibt es seit kurzem eine neue Technologie, die es ermöglicht, Abwasser im freien Gefälle abzuleiten und durch ein einfaches Reinigungssystem ständig sauber zu halten [34]. Diese Entwicklungen helfen, Potenziale wie oben beschrieben, in Zukunft verstärkt nutzen zu können.

Abbildung 30 Neue Wärmeüberträger für verschmutztes Wasser [34]

Optimierungs-ansätze Energie-erzeugung

In kleineren und mittelständischen Papierfabriken erfolgt die Dampferzeugung häufig in einfachen Dampfkesseln, während der Strom komplett vom Netz bezogen wird. Bei einer Optimierung des Wärmebedarfs sollte deshalb auch das Kesselhaus berücksichtigt werden. Insbesondere eine Reduzierung der Abgasverluste kann die Energieeffizienz erhöhen. Ansatzpunkte sind zum Beispiel:

• Einsatz einer O2/CO Regelung

• Abgaswärmerückgewinnungssysteme (Economizer)

• Luftvorwärmung

Die jeweiligen Einsparpotenziale sind anlagenabhängig, häufig aber mit relativ kurzen Amortisationszeiten umsetzbar.

0

Abbildung 31 Economizer zur Reduzierung der Abgasverluste am Bei-spiel der untersuchten Brauerei

Wärme-integration in Brauereien

Auch im Brauereisektor gibt es diverse Optionen zur Wärmerückgewinnung.

Stand der Technik, aber insbesondere in älteren, kleineren Brauereien noch nicht in jedem Fall umgesetzt, ist beispielsweise Wärmerückgewinnung beim Würzekühler oder der Würzekochung.

Abbildung 32 Möglichkeiten zur Wärmeintegration in Brauereien

Fazit Durch Wärmeintegrationsmaßnahmen lässt sich der spezifische Energiebedarf in der Regel wirtschaftlich sinnvoll reduzieren und damit die Produktivität stei-gern. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass ökonomisch attraktive Energie-einsparungen insbesondere dann möglich sind, wenn Frischdampf ersetzt werden kann. Eine hohe Wirtschaftlichkeit ist außerdem meist dann gegeben, wenn Wärmequellen und –senken möglichst lokal gekoppelt werden. Bedarf es eines großen Aufwandes an Rohrleitungen, Pumpen usw. zur Überwindung großer Distanzen leidet die Wirtschaftlichkeit einer Maßnahme. Die wirtschaftli-che Bewertung von Maßnahmen zur Wärmeintegration hängt somit stark von lokalen Gegebenheiten ab und ist von Fall zu Fall zu prüfen.

Bei einer Reduzierung des Dampfbedarfs, wie sie durch die im Rahmen des Projektes betrachteten Maßnahmen zur Wärmeintegration ermöglicht wird, sollten immer die Auswirkungen auf das Kraftwerk mit berücksichtigt werden. In der Regel sind Kraftwerke in der Papierindustrie wärmegeführt. Reduziert sich die Abnahme von Dampf, hat dies bei einer Kraft-Wärme-Kopplung u. U. Aus-wirkungen auf die Kapazität der Eigenstromerzeugung. Parallel sollte also auch versucht werden, den Bedarf an elektrischer Energie zu reduzieren, damit eine

„Verträglichkeit“ mit dem vorhandenen Kraftwerk sichergestellt werden kann.

Dampfkessel

Abgas Gas Eco

Speisewasser

Verbrennungsluft 225 ˚C Dampf

97 ˚C 120 ˚C

150 ˚C 179 m³/h

4,5 m³/h

4.800 m³/h

7 S toffauflös ung bei höheren Temperaturen in der Papierindus trie

7.1 Mis chung aus leicht zerfas erbarem Altpapier und s chwer zerfas erbarem K rafttragekarton

Versuchsdurchfü

hrung Im ersten Schritt wurden unterschiedliche Mengen an schwer zerfaserbarem Krafttragekarton einer Standardaltpapiersorte zugegeben, die leicht zu zerfa-sern ist. Durch Interpolation sollte daraus das Verhalten von 100 % Krafttrage-karton berechnet werden. Als Standardaltpapier sollte bei diesem Schritt Altpa-pier der Sorte 1.11 verwendet werden. Aufgrund des zu hohen Anteils an Ver-unreinigungen wurde bei den dargestellten Versuchsergebnissen Zeitungs-druckpapier verwendet.

7.1.1 4 % Stoffdichte

Messdaten Bei einer Zerfaserungsdauer von 10 Minuten und 4 % Stoffdichte konnten folgende Ergebnisse erzielt werden:

Tabelle 4 Stippengehalt nach Zerfaserung bei 4 % Stoffdichte

Modellierung Da die Messdaten für jede Temperatur auf einer Gerade liegen, können folgen-de lineare Mofolgen-delle abgeleitet werfolgen-den:

20 ºC: cStippen = 0,2354 * cKTK mit R² = 0,9976 50 ºC: cStippen = 0,0780 * cKTK mit R² = 0,9965 80 ºC: cStippen = 0,0347 * cKTK mit R² = 0,8556 Abbildung 33

Steigung der Trendge-raden in Abhängigkeit von der Temperatur Die 3 ermittelten Stei-gungsgeraden liegen ebenfalls auf einer Trendkurve, aus der folgendes Modell für die Berechnung des Stip-pengehalts abgeleitet

Stippengehalt vs.

Anteil an Kraft-tragekarton

Mit diesem Modell lassen sich die Stippengehalte für weitere Temperaturen von 20°C - 80°C berechnen. Dabei zeigt das ermittelte Modell, dass der Kurvenver-lauf mit zunehmender Temperatur immer weniger steigt (siehe Abbildung 34).

Bei einer Temperaturerhöhung von 30°C auf 60°C wird der Stippengehalt um ca. 50% reduziert, während ab 60°C die Temperatur nur noch einen geringen Einfluss auf die Verringerung des Stippengehalts hat.

Abbildung 34 Abhängigkeit zwischen Anteil an Krafttragekarton und Stippengehalt bei unterschiedlichen Temperaturen Stippengehalt vs.

Temperatur

Aus dem erstellten Modell kann auch bei konstantem Krafttragekartonanteil die Abhängigkeit des Stippengehaltes von der Temperatur betrachtet werden (siehe Abbildung 35). Bei gut zerfaserbaren Altpapiersorten, z.B. Zeitungen, hat eine Temperaturerhöhung keinen Einfluss auf den Zerfaserungserfolg. Mit

Aus dem erstellten Modell kann auch bei konstantem Krafttragekartonanteil die Abhängigkeit des Stippengehaltes von der Temperatur betrachtet werden (siehe Abbildung 35). Bei gut zerfaserbaren Altpapiersorten, z.B. Zeitungen, hat eine Temperaturerhöhung keinen Einfluss auf den Zerfaserungserfolg. Mit

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