Board machine vacuum system energy consumption optimization
Rovio, Sophia (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022082255981
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022082255981
Tiivistelmä
The aim of this thesis is to examine board machine wire and press section vacuum system with energy consumption optimization possibilities. Also, to clarify the wire and press section vacuum system DNA process figures. The vacuum system is part of the board machine dewatering entirety and consumes a significant part of the board machine energy consumption. Optimizing energy consumption and improving energy efficiency is important because it is a competitive factor in the forest industry. The vacuum system energy consumption optimization is researched through vacuum pumps. The research is based on both qualitative and quantitative methodology which includes literature review, and a case study.
The literature review presents vacuum system as part of the board production. In addition, vacuum system energy consumption with influencing factors are presented. The case study consists of vacuum system examination, experimental tests, and development section. The experimental tests include sealing water properties investigation, vacuum pressure level trial runs, orifice method capacity and rotational speed tests to define optimization possibilities. The development section presents benchmarking and ideas for future optimization. The case study vacuum system consumes 20,8 % of total energy consumption. The sealing water properties were found to be optimal. The energy consumption of liquid ring pump can be optimized 0,54-2,6 % by changing the vacuum pressure levels and 23-26 % by changing the rotational speed. Refurbishment of liquid ring pumps can optimize energy consumption through improved efficiency from 3-34 %. Greater energy consumption optimization can be achieved by equipment renewal, replacing liquid ring pumps with turbo blowers and comprehensive optimization of the vacuum system. The DNA process figures are clarified, and a new process figure of the vacuum pumps suction pipelines is created. Tämän diplomityön tarkoituksena on kartoittaa kartonkikoneen viira- ja puristinosan tyhjiöjärjestelmä sekä sen energiankulutuksen optimointimahdollisuuksia. Lisäksi selkeyttää viira- ja puristinosan tyhjiöjärjestelmän DNA prosessikuvat. Tyhjiöjärjestelmä on osa kartonkikoneen vedenpoistokokonaisuutta ja se kuluttaa merkittävän osan kartonkikoneen energiankulutuksesta. Energiankulutuksen optimointi sekä energiatehokkuuden parantaminen on tärkeää, koska se on kilpailutekijä metsäteollisuudessa. Tyhjiöjärjestelmän energiankulutuksen optimointia tutkitaan tyhjiöpumppujen kautta. Työn tutkimus perustuu sekä laadulliseen että määrälliseen metodiikkaan, joka koostuu kirjallisuuskatsauksesta sekä case-esimerkistä.
Kirjallisuuskatsaus esittelee tyhjiöjärjestelmän osana kartongin valmistusta. Lisäksi tyhjiöjärjestelmän energiankulutus sekä siihen vaikuttavat tekijät esitellään. Case-esimerkki koostuu tyhjiöjärjestelmän kartoituksesta, kokeellisista testeistä sekä kehitysosiosta. Kokeelliset testit koostuvat tiivisteveden ominaisuuksien tutkimuksesta, tyhjiöpainetasojen koeajoista, kapasiteettien ja pyörimisnopeuden testeistä, joiden kautta määritetään optimointimahdollisuuksia. Kehitysosio esittelee benchmarking osuuden sekä ideoita optimointiin tulevaisuudessa. Case-esimerkin tyhjiöjärjestelmä kuluttaa 20,8 % kokonaisenergiankulutuksesta. Tiivisteveden ominaisuuksien havaittiin olevan optimaalista. Nesterengaspumpun energiankulutusta voidaan optimoida 0,54-2,6 % muuttamalla tyhjiöpainetta ja 23-26 % muuttamalla pyörimisnopeutta. Nesterengaspumppujen kunnostamisella voidaan optimoida energiankulutusta parantuneen hyötysuhteen kautta 3-34 %. Suurempaa energiankulutuksen optimointia voidaan saavuttaa laiteuusinnoilla, nesterengaspumppujen vaihtamisella turbopuhaltimiin sekä kokonaisvaltaisella tyhjiöjärjestelmän optimoinnilla. DNA prosessikuvat selkeytettiin ja tyhjiöpumppujen imulinjoista luotiin uusi prosessikuva.
The literature review presents vacuum system as part of the board production. In addition, vacuum system energy consumption with influencing factors are presented. The case study consists of vacuum system examination, experimental tests, and development section. The experimental tests include sealing water properties investigation, vacuum pressure level trial runs, orifice method capacity and rotational speed tests to define optimization possibilities. The development section presents benchmarking and ideas for future optimization. The case study vacuum system consumes 20,8 % of total energy consumption. The sealing water properties were found to be optimal. The energy consumption of liquid ring pump can be optimized 0,54-2,6 % by changing the vacuum pressure levels and 23-26 % by changing the rotational speed. Refurbishment of liquid ring pumps can optimize energy consumption through improved efficiency from 3-34 %. Greater energy consumption optimization can be achieved by equipment renewal, replacing liquid ring pumps with turbo blowers and comprehensive optimization of the vacuum system. The DNA process figures are clarified, and a new process figure of the vacuum pumps suction pipelines is created.
Kirjallisuuskatsaus esittelee tyhjiöjärjestelmän osana kartongin valmistusta. Lisäksi tyhjiöjärjestelmän energiankulutus sekä siihen vaikuttavat tekijät esitellään. Case-esimerkki koostuu tyhjiöjärjestelmän kartoituksesta, kokeellisista testeistä sekä kehitysosiosta. Kokeelliset testit koostuvat tiivisteveden ominaisuuksien tutkimuksesta, tyhjiöpainetasojen koeajoista, kapasiteettien ja pyörimisnopeuden testeistä, joiden kautta määritetään optimointimahdollisuuksia. Kehitysosio esittelee benchmarking osuuden sekä ideoita optimointiin tulevaisuudessa. Case-esimerkin tyhjiöjärjestelmä kuluttaa 20,8 % kokonaisenergiankulutuksesta. Tiivisteveden ominaisuuksien havaittiin olevan optimaalista. Nesterengaspumpun energiankulutusta voidaan optimoida 0,54-2,6 % muuttamalla tyhjiöpainetta ja 23-26 % muuttamalla pyörimisnopeutta. Nesterengaspumppujen kunnostamisella voidaan optimoida energiankulutusta parantuneen hyötysuhteen kautta 3-34 %. Suurempaa energiankulutuksen optimointia voidaan saavuttaa laiteuusinnoilla, nesterengaspumppujen vaihtamisella turbopuhaltimiin sekä kokonaisvaltaisella tyhjiöjärjestelmän optimoinnilla. DNA prosessikuvat selkeytettiin ja tyhjiöpumppujen imulinjoista luotiin uusi prosessikuva.