Sellutehtaan kuivausosaston ajomallin energiatehokkuuden optimointi

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia UPM Kaukaan sellutehtaan kuivausosaston energiatehokkuuden optimoimista, erityisesti ajomallin osalta. Tutkinta perustui kuivausosaston kuivauskoneiden tuotantodatan tarkasteluun, jonka avulla löydettiin kuivauskoneiden väliset erot ominaislämmönkulutuksessa ja tuotantonopeudessa. Sellutehtaan eri osastojen välisten tuotantokapasiteettien erot aiheuttavat myös tarvetta tutkia kuivausosaston erilaisia ajomalleja ja mahdollisia toimenpiteitä ylikapasiteetin vähentämiseksi.

Työssä etsittiin tuotantodatasta eri tuotantonopeuksien ominaislämmönkulutukset, joiden perusteella käsiteltiin kuivauskoneiden keskeisiä eroja. Ominaislämmönkulutuksen ja optimaalisen tuotantonopeuden avulla saatiin muodostettua ajomalli, jota kuvastaa viikkotason aikajana, jossa on esitettynä molempien koneiden tuotanto- ja seisokkiajat. Optimaaliseksi ajomalliksi muodostui ratkaisu, jossa viikon aikana kuivauskoneista uudempi (SKK4) on jatkuvasti tuotannossa, kun taas vanhempi (SKK1) on tuotannossa noin 2/3 viikosta ja loput 1/3 se on seisokissa. Tämä ajomalli perustuu siihen, että SKK4 pystyy kuivaamaan kaksinkertaisen määrän sellua tunnissa, energiatehokkaammin.

Muodostettu ajomalli kertoo molempien koneiden tuotantoajat, ja se on hyvin muokattavissa esimerkiksi tuotantotavoitteen muuttuessa. Ajomallin avulla kuivausosaston, ja samalla koko sellutehtaan energiatehokuutta voidaan parantaa. Työssä keskityttiin pelkästään lämmönkulutukseen, joten sähkönkulutuksen tarkastelu tämän työn tueksi tarkentaisi laskennan tuloksia ja optimaalisen ajomallin muodostamista.

The objective of this bachelor’s thesis was to research the energy efficiency optimizing of UPM Kaukas Pulp Mill’s drying department, especially from a production model’s view. The research bases on analyzing production data from the drying department’s drying machines, which lead to finding differences in specific heat consumption and production speed. The differences in production capacities in various parts of the Pulp Mill also create the need to analyze different production models and possible actions to lower excess capasity.

In this bachelor’s thesis, specific heat consumptions of different production speeds were found from the production data, in order to handle differences between the drying machines. After finding the optimal specific heat consumption and production speed, a production model was made to visualize the weekly production plan for both drying machines, including their production- and shutdown times. The final optimal production plan was a solution, where the newer drying machine (SKK4) is producing without a break while the older drying machine (SKK1) is producing 2/3 of a week and being on shutdown the rest 1/3 of the week. This model bases on the fact that SKK4 can dry twice the amount of pulp in an hour while also being more energy efficient.

The final production model tells the production times of both drying machines, while also being easily editable if, for example, the production requirements change. The energy efficiency of the drying department, and simultaneously the whole pulp mill is improved by finding the optimal production model. This bachelor’s thesis only focuses on the heat consumption, so analyzing the electricity consumption would furthermore improve and accurate the results of the calculations and the production model.