Nytt patent på ett åttioårigt industriproblem

Foto: Optimation

Ett svenskt teknikkonsultföretag har i dagarna fått patent på sin lösning av ett 80 år gammalt problem.

Med en bra styrning kan man reducera bränsleförbrukningen i mesaugnar i svensk massaindustri. Tekniken är även applicerbar inom kalk- och cementindustrin, som är den industrin som släpper ut näst mest koldioxid i Sverige efter stålindustrin.

Att det är viktigt att ha stabila temperaturer i en mesaugn har varit känt sedan de började förekomma allmänt på 40-talet i massa och pappersindustrin. Flera lösningar på problemet har implementerats men ingen har hittills varit så framgångsrik att den fått allmän spridning.

Vi har haft idén till patentet under en längre tid, men vi har saknat en kund som varit beredd att satsa på ett helt nytt sätt att tänka, konstaterar Erik Berg.

När sedan SCA Munksund byggde en ny ugn beslutade man sig för att även införa en ny överordnad styrning och valet föll på Optimations lösning.

Man hade ju tidigare hört om styrningar till mesaugnar som kanske inte varit så lyckade men det som fick mig att tro på Optimations styrning var deras resonemang om hur olika parametrar inverkar på processen samt att det fanns någon slags enkelhet i den så den gick att förstå. Så här i efterhand är vi nöjda med resultatet och jag tror också att den jämnhet som styrningen ger också motverkar uppkomsten av ringar och bollar som annars kan vara ett stort problem för mesaugnar, säger Fredrik Lind (Driftspecialist vid SCA Munksund)

Optimation har länge studerat diverse olika styrningar av mesaugnar baserat på olika flervariabla tekniker. Dessa tekniker är dock ganska avancerade och inte helt lätta för personal på bruken att sätta sig in i, så vi ville hitta något enklare och mer robust. Utmaningen ligger i att de båda temperaturer man mäter i en roterande ugn inte är oberoende av varandra, och därför fungerar det inte att använda två oberoende regleringar för att styra dem. Lösningen som vi kom fram till är både enkel och genialisk och grundar sig på något man inom reglertekniken kallar särkoppling. Förenklat kan man säga att vi beräknar medeltemperatur och differenstemperatur i ugnen, och dessa två temperaturer till skillnad från de uppmätta är oberoende av varandra och kan därför styras med vanliga PID regulatorer som är den vanligast förekommande regulatortypen i industrin.

 

 

Bakgrundsfakta

Ugnarna är utformade som ca 70-120 m långa rörformade roterugnar för att ge erforderlig uppehållstid för kalcineringsprocessen. Diametern är 2,5-3,5 meter och hela ugnen är svagt lutande och mesan tillförs i den högre liggande änden och matas genom ugnens rotation successivt till den lägre änden där den ombrända kalken (CaO) matas ut via kylare.

Den första roterande mesaugnen byggdes 1905 i Skutskär. Dess kapacitet var 15 ton kalk per dygn. Detta kan jämföras med den i dagsläget största mesaugnen, som producerar 650 ton kalk per dygn. Det var då billigare att köpa kalksten och bränna den med kol till kalciumoxid i schaktugnar. Anledningen var att man inte hade tillräckligt effektiva mesafilter, vilket medförde att energiförbrukningen vid bränningen av den blöta mesan blev alltför hög. Först på 1940-talet började man använda mesaugnar mer allmänt.

Mesa är benämningen för det slam huvudsakligen bestående av kalciumkarbonat, CaCO3, som bildas vid kausticering av grönlut.

Kalcinering av mesa sker i mesaugnar genom torkning och upphettning av mesan till ca 1100 °C varvid kalciumkarbonatet (CaCO3) omvandlas till bränd kalk (CaO).

Den brända kalken används för kausticering av grönlut, vilket innebär att grönlutens natriumkarbonat (Na2CO3) med hjälp av bränd kalk omvandlas till natriumhydroxid (NaOH). Grönluten omvandlas härigenom till s.k. vitlut.

Kalciumkarbonatet avskiljs från vitluten, tvättas och avvattnas och återförs därefter till mesaombränningen. Härigenom utgör mesaugnen med mesaombränningen ett huvudsteg i den så kallade kalkcykeln där bränd kalk används för att generera den natriumhydroxid i vitluten, som behövs för pappersmassaframställningen och där den utfällda mesan sedan bränns på nytt.