Mesaugnen ska eldas med träpulverbränsle som bereds i en helt ny anläggning.
Projektet omfattar också nytt mesafilter, nytt vitlutfilter samt nya brännare i en befintlig barkpanna.
De nya utrustningarna bidrar till bättre processtabilitet och högre tillgänglighet. Den specifika energiförbrukningen per ton massa minskar. Genom att ersätta olja med biobränsle minskar brukets användning av olja med 17.000 kubikmeter/år. Detta korresponderar väl med SCA-koncernens koldioxidmål, att minska utsläppen från fossila bränslen och från inköpt el och värme – i relation till produktionsnivån – med 20 procent till 2020, med 2005 som basår.
– Investeringsprojektet här vid SCA Östrand motiverades dessutom av att vi behövde uppgradera kapaciteten, säger Håkan Wänglund, projektchef på bruket och även projektchef för BioLoop 2011. Fabrikens återvinningsdel med sina befintliga mesaugnar är idag en flaskhals i produktionen. Nu har vi en årsproduktion på ungefär 400.000 ton sulfatmassa. Nya mesaugnen kommer att ha en kapacitet som motsvarar en årsproduktion av 800.000 ton.
Återvinningen
Anledningen till att varje sulfatmassafabrik har en återvinningsdel är att återvinna kokkemikalier och samtidigt utvinna energi. Svartluten som är rest efter kokningen, eldas i sodapannan, där energi utvinns. Efter processen i sodapannan tar man tillvara grönlut, som innehåller bl.a. natriumkarbonat (soda) och natriumsulfid. Natriumsulfiden fungerar som kokkemikalie och behöver inte omvandlas. Natriumkarbonatet däremot, omvandlas i kausticeringsprocessen, där natriumkarbonat tillsammans med kalciumhydroxid blir till natriumhydroxid (också en kokkemikalie) och kalciumkarbonat.
Därefter måste kalciumkarbonaten omvandlas, enligt kalkcykelns princip, först till kalciumoxid och därefter till kalciumhydroxid. Det första steget, från kalciumkarbonat till kalciumoxid (bränd kalk) sker genom ombränning i mesaugn. Processen kräver värme och har sitt temperaturoptimum vid cirka 1100 grader C.
Ugnarna
Vid de allra flesta sulfatmassafabriker används en roterugn för ombränning av mesan. Vid SCA Östrand finns två sådana mesaugnar. Den äldsta byggdes 1960. En roterugn består av ett långt svagt lutande mantelrör i stål, som på insidan är fodrat med tegel. Teglet skyddar stålröret för den höga temperaturen inne i ugnen. I ugnen finns en brännare. Mesa – vars huvudbeståndsdel är kalciumkarbonat – matas in i överänden. Förbränningsluft blåses in i nederänden. Ugnsröret roteras långsamt. Det gör att mesan transporteras genom röret och också ger rätt temperaturfördelning där inne.
Nya mesaugnen hos SCA Östrand är 125 meter lång. Stålröret har innerdiameter 4,5 meter. Röret lutar cirka 1också fyra bärringar som vilar på lagrade stödrullar. Ytorna på ringar och stödrullar är bearbetade till god ytfinhet för att friktionen ska bli låg. Vid maxkapacitet roterar ugnen 1,46 varv/minut. Två motorer på vardera 200 kW driver en kuggkrans som är monterad runt röret. Detta har struktionen av rörets upphängning tar hänsyn till att röret förlängs något då temperaturen höjs.
Under drift får inte rotationen upphöra, eftersom det ger ojämn temperaturfördelning i mantelns tvärsnitt och kan orsaka bestående förändringar i manteln (avvikelse från cirkelprofil). Ordinarie elförsörjningen av drifterna kompletteras därför med reservkraft som tas från ett separat ställverk.
Ugnen är infodrad med mantel-tegel ut mot röret och slit-tegel innerst. Mantelteglet isolerar. Mantelns yttertemperatur bör inte överstiga 200 grader C. Slit-teglet ska motstå både hög temperatur och den nötning som mesan orsakar. Gamla mesaugnar kan behöva mycket underhåll, då framförallt murningen repareras. Detta är fallet med de två befintliga ugnarna. Man räknar nu med att infodringen i nya ugnen kommer att hålla i fem år utan åtgärd.
Värmeväxling
Den färdiga kalken som kommer ut i nederänden av ugnen kyls av inströmmande förbränningsluft. Kalken får en temperatur av cirka 250 grader C, tillräckligt lågt för att inte skada transportören som tar kalken vidare. Samtidigt blir förbränningsluften förvärmd. I ovanänden av ugnen sker värmeväxling på ungefär motsatt sätt. Den utströmmande rökgasen möter den inmatade mesan. På så sätt tas värme tillvara. Gasströmmen drar med mesan uppåt i en cyklon som separerar fast fas och gasfas. Mesan har efter mesafiltret torrhalt på cirka 75 procent. Värmen från rökgasen driver av ytterligare vatten från mesan och då sparar man energi genom att en mindre mängd ballast i form av vatten kommer in i ugnen. Som en option i projektet finns en rökgaskylare som i ett slutsteg tar ner rökgastemperaturen från 300 till cirka 50 grader C. Den värmen kan användas för att bl.a. producera 80-gradigt vatten för användning på andra håll i fabriken, t.ex. i kokeriet.
Rökgaserna från mesaugnen renas först i elfilter. Elfilterstoftet består i huvudsak av kalk och förs tillbaka till ugnen. Rökgaserna renas sedan i två seriekopplade venturi-skrubbers där svaveldioxid och andra svavelföreningar absorberas i vattendroppar. Vätskan tas tillvara för beredning av ny kokvätska.
Hög kapacitet
De två befintliga mesaugnarna har sammanlagd kapacitet på 400 ton kalk/dygn. Nya mesaugnen får en kapacitet på 774 ton/dygn. Vid denna last har ugnen bäst effektivitet, det vill säga energiförbrukningen per ton kalk är som lägst. Med nya ugnen blir specifika energibehovet lägre än med gamla ugnarna.
– Det verkligt revolutionerande blir att vi i stället för olja kommer att elda nya mesaugnen med träpulver, berättar Håkan Wänglund. Delvis har detta tillämpats av Södra i Mönsterås och Kappa Kraftliner i Piteå, men vi är först med att bygga ny ugn speciellt för träbränsle.
Mesaugnen förses med en cirka 9 meter lång brännare. Bränslet når förbränningsrummet via ett antal dysor. Brännaren startas med gasol, följd av lättolja och därefter pulverbränslet. Illaluktande gaser som samlas upp på olika håll i massafabriken – starkgaser som ofta innehåller svavelföreningar – kommer att eldas kontinuerligt i mesaugnen. En dysa är avsedd för starkgaser. Gaserna har inte konstant energiinnehåll, vilket kan påverka jämnheten i driften. Förbränningsluften tillsätts i ett antal register på brännaren. Styrningen av registren påverkar lågans utseende och rökgasernas sammansättning.
Vit pellets
SCA Östrand utgår från så kallade vit pellets som tillverkas av SCA Bionorr. Råmaterialet kommer från Östrand och Tunadal sågverk. Materialet får inte innehålla bark, bränslet ska i största möjliga utsträckning bestå av endast kol, väte och syre, utan inslag av andra grundämnen, för att inte påverka processen eller förorena kalken.
Den vita pelletsen ska beredas hos SCA Östrand i en bränsleanläggning som nu byggs speciellt för ändamålet. Ett nytt hus kommer att innehålla bl.a. körbana och tippficka. Denna har stokermatare och utmatningsskruv i botten. Pelletsen förs med elevator till doseringsficka och vidare till hammarkvarn. Det finns två kvarnar. Färdigmalt pulver transporteras till en silo sammanbyggd med ugnsanläggningen. Bränslebyggnaden har mycket kraftig ventilation som återvinner pulverdamm.
Träpulvrets storleksfraktionering är viktig. 98 procent av partiklarna ska vara under 1 mm och 50 procent under 0,5 mm. De sållas genom sållplåtar i kvarnarna.
– Vi kommer att utprova plåtar med olika håldiameter för att lära oss tillverka det optimala bränslet, berättar Håkan Wänglund. En fråga är också hur plåtar och slagor i kvarnarna slits och hur ofta de behöver bytas.
Bränslehanteringen sker inomhus och i ett till största delen slutet system, för att undvika onödig damning samt att skydda bränslet från regn och snö. Innan bilarna kör in i hallen passerar de en färist som gör att mängden snö/vatten på däcken minskar. Det vatten som följer med bränsleflödet orsakar förstås onödig energiförbrukning.
Barkpannan
Investeringsprojektet berör också brukets barkpanna. Den har eldats huvudsakligen med bark och detta kommer att gälla även i fortsättningen. Ibland är dock barken för fuktig och då används olja, men nu har man installerat tre kombibrännare som gör att oljan kan ersättas med träpulver. Vid pulversilon installeras fyra doseringsanordningar, en för mesaugnen och tre för kombibrännarna.
– Nu i sommar kommer vi att öva på träpulverframställning, bränslehantering och att använda pulvret som bränsle i barkpannan, fortsätter Håkan Wänglund. I oktober kan vi sedan inleda provdriften på mesaugnen. Men vi kommer absolut att optimera bränsleprocessen för mesaugnen. Där krävs nog fintrimning, medan barkpannan är relativt okänslig.
– Det blir en utmaning att klara intrimning och drift av bränsleberedningen och mesaugnen, säger Håkan Wänglund. Samtidigt är det en förmån att vara med om detta. Intresset för våra lösningar är stort både från svenska bruk och faktiskt också ett amerikanskt.
Fler nya enheter
I BioLoop 2011 ingår också att mesafiltret ersätts med ett nytt. Mesafiltret utgör processteget före mesaugnen. Filtret tvättar ur lut som används vid beredning av ny kokvätska. Det är samtidigt bra att få bort alkali, den vill man inte ha i mesaugnen. Filtret avvattnar också mesan till en torrhalt på cirka 75 procent.
”Huvudprodukten” i massafabrikens återvinningsdel är vitluten. Denna filtrerades tidigare i flera vitlutfilter. Dessa ersätts med ett enda. Till skillnad mot de gamla blir det trycksatt. Vätskan trycks genom filtret, vilket gör att filterytan utnyttjas bättre. Vitlutfiltret kommer till en början inte att förses med filterytor så stora att de motsvarar en årsproduktion vid fabriken på 800.000 ton, men filterenheten i övrigt är dimensionerad för denna kapacitet.
Allt nytt som byggs och installeras i BioLoop 2011 tar sikte på 800.000 ton sulfatmassa per år, vilket kanske framstår som ett drömmål. Under 2010 producerades cirka 400.000 ton sulfatmassa. SCA Östrand har nyligen fått koncession för ökad produktion på 550.000 ton sulfatmassa och dessutom 110.000 ton CTMP-massa.
Bygget
Mesaugnsanläggningen har två hus, ett 35 meter högt vid inloppsänden och ett något lägre hus vid utloppsänden. Bl.a. elfiltret placeras ovanpå det högre huset, som även innehåller teknikrum, ställverk och analysrum. Den 125 meter långa ugnen vilar på fyra fundament och ugnens ändar går in ett stycke i respektive byggnad.
Projektledare för teknikområdet bygg är Dan Holmgren, SCA Östrand, som haft samma roll i tidigare stora investeringsprojekt.
– Det är en utmaning att konstruera den höga byggnaden vid inloppsänden. Eftersom byggnaden är mycket smal och hög gäller det att den får tillräcklig stabilitet, säger Dan Holmgren. I övrigt är bygget av normal svårighetsgrad.
Fundament och golv på mark är platsgjutna och bjälklagen gjuts på förspända filigranelement. Stommen är i prefab betong. Byggnaderna bekläds med färdiga fasadelement utförda i rödbrun dalaporfyr.
Bränslebyggnaden är konstruerad ungefär som en ordinär industrihall, och med körbana för bilarna som levererar bränslet.
– Beträffande bränslebyggnaden var det ett omfattande arbete att grundlägga och platsgjuta tippfickan som är åtta meter djup och har tusen kubikmeters volym, fortsätter Dan Holmgren. I övrigt är det inga större utmaningar och vi är snart klara med husets stomme.
Bränsleanläggningen blir inklädd med samma typ av fasadelement som mesaugnsanläggningen och får homogena förspända takelement som bekläds med isolering och takpapp.
Kjell-Arne Larsson