PSO FU Hydrocykloner til separation. Revideret Projektbeskrivelse

Transkript

1 Korsbæk & Partnere Rådgivende ingeniørfirma KS Peter Korsbæk John Bo Nielsen Kent Christensen Kent Christensen Fredericia, den KC PSO FU Hydrocykloner til separation Revideret Projektbeskrivelse Hovedkontor: Afdeling: Afdeling Fuglevænget 9, Box 61 Hou Skovvej 3 Jupitervej Aalborg 9550 Mariager 7000 Fredericia Fax Fax Fax CVR: Tlf Tlf Tlf

2 PSO FU Hydrocykloner til separation Indholdsfortegnelse 1 Indledning Hydrocykloner Energisparepotentiale i Danmark Projektbeskrivelse Undersøgelser af separationsprocesser Pilotanlæg Analyser Perspektivering af resultater Formidling Projektorganisation og udførelse Følgegruppe Projektledelse og projektgruppe Kontaktperson... 8 Bilag Bilag 1 Princip for stivelsesproces D:\Midlertidige filer\fu Hydrocykloner\PSO_FU_hydrocykloner_ _kc A.doc

3 PSO FU Hydrocykloner til separation side 1 1 Indledning Nærværende projektforslag omhandler et udviklingsprojekt, som skal udvikle og demonstrere anvendelse af effektive hydrocykloner til separering af tørstofindhold i suspensioner. Udviklingsprojektet bygger på et allerede udført forprojekt, som blev udført i 1. halvår Sagsnr. 2004/ , j.nr I danske industrivirksomheder anvendes et stort elforbrug til denne enhedsproces, idet separeringen normalt foregår via mekaniske anlæg. De mekaniske anlæg som anvendes har et stort hydraulisk tryktab, som nedfører et relativt højt elforbrug. Projektet omhandler følgende faser: 1. Undersøgelser af separationsprocesser 2. Pilotanlæg 3. Analyser 4. Perspektivering af resultater 5. Formidling Ved anvendelse af hydrocykloner kan elforbruget reduceres væsentligt. Udviklingsprojektet vil blive udført i nært samarbejde med den danske kartoffelmelsbranche. Hele branchen har et stort elforbrug til separering af stivelse og vand i kartoffelpulpen (suspension). Projektgruppen er sammensat, med repræsentanter fra følgende firmaer: Kartoffelmelsfabrikker: Tekniske rådgivere Leverandører AKV Langholt AmbA AKM Brande AmbA AKK Karup AmbA(værtsvirksomhed) AKS Toftlund AmbA Korsbæk & Partnere Vortex SLS BV, Solid-liquid Separation Hovap Hygienic Process Equipment Projektgruppens sammensætning sikrer både erfaring og viden omkring procesog energirelaterede forhold. Ved anvendelse af energieffektive hydrocykloner kan der opnås følgende fordele: Reduktion af elforbruget med ca. 50% i forhold til mekanisk separering Reduceret vedligeholdelse og driftsstop Reduceret støj Evt. forbedret produktkvalitet Erfaringerne med klassificering af fiber og stivelse, fra nærværende udviklingsprojekt, tænkes overført til andre brancher.

4 PSO FU Hydrocykloner til separation side 2 Projektgruppen ønsker at demonstrere ny viden i forbindelse med implementering/udskiftning til hydrocykloner, som skal kunne anvendes af alle, som beskæftiger sig med separering af suspensioner. Det gælder både leverandører, rådgivere og brugere. AKK Karup er sammen med de øvrige kartoffelmelsfabrikker pt. i gang med montage af et pilotanlæg med nye hydrocykloner, og efterfølgende implementeres teknologien i fuld skala såfremt de forventede resultater opnås. 2 Hydrocykloner Teknologien bag hydrocyklonerne bygger på udnyttelsen af centrifugalkraftens påvirkning af partikler i forskellige størrelser. Når en strøm af et fluidum, der indeholder tungere partikler, sendes tangentielt ind i en cylinder vil partiklerne i det fremkomne centrifugalfelt bevæge sig ud mod væggen. Dette cyklonprincip har været anvendt i mange år til fjernelse af støvpartikler og væskedråber fra luft. De hertil indrettede gascykloner kaldes almindeligvis blot cykloner. Centripetalaccelarationen i en hydrocyklon er mange gange større end tyngdeaccelerationen. For helt små cykloner, der bruges til særligt vanskelige opgaver, angives meget høje accelerationer. For at få tilstrækkelig stor kapacitet med små cykloner, må man sædvanligvis anvende et stort antal. Væskens opholdstid i en hydrocyklon er yderst kort, et sekund eller væsentlig mindre. Den hurtige væskegennemgang kræver et betydeligt indgangstryk på indtil 10 bar. Der skal også være tryk til rådighed til udblæsning gennem bunddysen. Afgørende for cyklonens effektivitet er indløbsforholdene, cyklonens udformning, retningen gennem cyklonen og mediets partikelsammensætning. Gennem opbygningen af cyklonen kan trykforholdene, hastighederne og derved centrifugalkraften bestemmes. Disse parametre er afgørende for hvilke partikler der bevæger sig nedad og hvilke der bevæger sig opad. Cykloner kan dække samme område som sedimentations processer, det meste af væske scrubberne, filtre og den lave ende af elektrofiltre. I særligt effektive hydrocykloner kan partikler helt ned til 5 µm i diameter udskilles.

5 PSO FU Hydrocykloner til separation side 3 Fordelen ved cyklonerne er deres brede anvendelsesområde. De kan klare følgende opgaver: Klaring af væsker Opkoncentrering Klassificering Vask Separering af to væsker Sortering af faste stoffer efter masse eller form Samtidig er de relativ billige i indkøb, nemme at installerer og kræver mindre vedligeholdelse. 3 Energisparepotentiale i Danmark Projektgruppen har undersøgt elforbruget til separationsprocesser i danske industrivirksomheder, med følgende resultatet: Elforbrug til separation MWh/år Elforbruget til separation går typisk de oftest følgende forarbejdningsprocesser: vaskning/skrælning, snitning/findeling samt opslæmning i vand eller anden væske. På baggrund af forprojektet er det samlede potentiale i Danmark vurderet til 5-10% af det samlede elforbrug til separation: MWh/år 4 Projektbeskrivelse Projektgruppen ønsker at gennemføre et udviklingsprojekt, som skal demonstrere effektiviteten af et pilotanlæg hos AKK Karup. Erfaringerne fra pilotanlægget tænkes overført til andre brancher som anvender separationsprocesser. Ligeledes vil erfaringerne fra tidligere gennemførte forprojekt blive anvendt i dette projekt. Hovedresultaterne fra forprojektet er følgende: Reduktion af elforbruget med ca % Reduceret vedligehold og driftsstop Bedre hygiejne Reduceret støj Lang levetid for hydrocykloner Større driftssikkerhed

6 PSO FU Hydrocykloner til separation side 4 Forprojektet viste endvidere følgende centrale barrierer: Manglende viden og erfaring omkring hydrocykloner Separering af meget små partikler, under 5 µm, er ikke muligt med hydrocykloner I det følgende er de enkelte faser af projektet beskrevet. 4.1 Undersøgelser af separationsprocesser Separationsprocesserne hos specielt AKK Karup vil blive undersøgt. Resultaterne fra det tidligere gennemførte forprojekt, som primært omhandlede potentialet for elbasparelser ved hydrocykloner, vil blive inddraget i denne undersøgelse. Undersøgelsesfasen vil omhandle: 4.2 Pilotanlæg Separationsproces hos AKK Karup Litteraturstudier af internationale erfaringer, herunder effektivitet af forskellige separationsprocesser Effektivitet af eksisterende separationsproces hos AKK Karup (elforbrug i forhold til separeret fast stof) Projektgruppen påtænker at undersøge de energi- og procesmæssige konsekvenser ved installation af nye hydrocykloner hos AKK Karup. Det nye anlæg i Karup vil være et pilotanlæg, som består af 10 prototyper af hydrocykloner. Disse nye cykloner skal kunne separere 1/10 af det eksisterende flow i ekstraktionslinien. De enkelte hydrocykloner vil blive belastet 100%, som under fuldskala, da kun en delstrøm blive sendt genne det nye anlæg. Resultaterne fra prototyper af hydrocykloner kan således anvendes direkte, da der ikke skal anvendes modellove. Principielt vil anlægget blive opbygget, som vist på efterfølgende figur: De enkelte hydrocykloner i det nye pilotanlæg vil have et ensartet tryktab, og dermed flow. Resultaterne fra pilotanlægget kan således opskaleres til fuldskala, idet de enkelte cykloner er fuldt belastet, og testet under max. belastning. Det

7 PSO FU Hydrocykloner til separation side 5 kommende fuldskala anlæg forventes at bestå af 100 hydrocykloner monteret i parallel. Pilotfasen vil indeholde følgende: Design af hydrocykloner Forventet effektivitet af hydrocykloner Pilotprojektet forventes at kunne dokumentere en årlig elbesparelse i størrelsesordnen MWh, ved gennemførelse af fuldskala projekt. 4.3 Analyser Analysefasen vil indeholde analyser af pilotanlægget samt en analyse af muligheder for andre suspensioner og brancher. Det centrale i analysefasen er energiforbruget samt evnen til at udskille det ønskede faste stof. Analysefasen vil indeholde følgende centrale elementer: Effektivitet af pilotanlæg hos AKK Karup (elforbrug i forhold til separeret fast stof) Undersøgelse af sidegevinster samt evt. barrierer i forbindelse med pilotprojekt Hydrauliske forhold for hydrocykloner Energitekniske forhold for hydrocykloner Anvendelse af resultater for andre brancher (andre suspensioner og materialer). 4.4 Perspektivering af resultater Separering af tørstoffer i vandige opløsninger anvendes i mange industrielle processer, og projektet har således et interessefelt som rækker videre end kartoffelmelsfabrikkerne. Hydrocykloner anvendes i dag primært til separation af små mængder faststof i mindre mængder af suspension. Der mangler i dag viden og erfaring med anvendelse effektive hydrocykloner i større skala. Processerne anvendes blandt andet inden for følgende industrier: Kartoffelmel Mejerier Papir Renseanlæg Sukker Stivelses- og fortykning Fiske- og benmel

8 PSO FU Hydrocykloner til separation side 6 Projektgruppen ønsker at udbrede resultaterne fra dette udviklingsprojekt til andre relaterede brancher som også anvender separationsprocesser. 4.5 Formidling Målgruppen for resultaterne er primært danske industrivirksomheder, som fx kartoffelmelsfabrikker, sukkerbranchen samt mejeribranchen og herunder også relevante leverandører og rådgivere. Projektet er delvist branchespecifikt, men resultaterne kan overføres til andre brancher. Sekundært er målgruppen energirådgivere herunder ikke mindst elselskabernes energirådgivere - der har mulighed for at blive opdateret med viden og kompetence indenfor emnet. Ved at inviterer energirådgiver, personer fra brancheorganisationer og større virksomheder til at se projektets delresultater og resultater, kan de få et godt indblik i procesforløbet, få tilegnet sig den nødvendige viden til at kaste sig ud i et lignende projekt, og samtidig gøre brug af den erfaring et eksisterende projekt giver. Projektgruppen har intention omfølgende aktiviteter i forbindelse med formidling: Udarbejdelse af pjece vedr. resultater og muligheder Udarbejdelse af rapport vedr. projektet Afholdelse af seminar i Karup omkring resultater Artikler i diverse fagblade Inddragelse af leverandør til andre brancher Resultaterne afrapporteres overskueligt og gør brug af tabeller og figurer, snarere end tekst. 5 Projektorganisation og udførelse 5.1 Følgegruppe Der foreslås oprettet en følgegruppe bestående af en repræsentant fra Dansk Energi Net, brancheorganisationer, de 4 deltagende kartoffelmelsfabrikker samt Kent Christensen fra Korsbæk & Partnere. Følgegruppens opgaver er at vejlede og rådgive om udførelsen, at vurdere forløb og resultater, at koordinere med andre aktiviteter samt at sikre en hensigtsmæssig formidling. 5.2 Projektledelse og projektgruppe Projektledelsen varetages af Kent Christensen Korsbæk & Partnere, der igennem de seneste mange år har været projektleder på mange energiprojekter i både den

9 PSO FU Hydrocykloner til separation side 7 offentlige og private sektor, herunder også adskillige indenfor energioptimering i industrien. Projektgruppen vil afholde jævnlige koordineringsmøder, hvor fremdrift, status og erfaringsopsamling vil indgå som dagsordenpunkter. Nedenstående diagram viser hele projektstrukturen som den er påtænkt. Korsbæk & Partnere Kent Christensen Følgegruppe Brancheorganisationer Dansk Energi Net AKV Langholt Niels Eriksen Karup Kartoffelmelsfabrik Steen Simonsen Vortex SLS BV Herbert Zeewalkink Korsbæk & Partnere KS Kent Christensen er godkendt energisynskonsulent og har arbejdet meget med industrielle processer gennem mange år. Kent Christensen har bl.a. været inddraget i en række større projekter indenfor energieffektiviseringer som f. eks: Energibevidst projektering af varmeanlæg for Energistyrelsen og F.R.I., særlige undersøgelser af tørrerier indenfor tegl, kartoffelmel og Calciumsilikat samt brancheenergisyn for teglværksbranchen i DK Kent Christensen er udpeget til projektleder.

10 PSO FU Hydrocykloner til separation side 8 AKV Langholt Niels Eriksen er administrerende direktør hos AKV Langholt AmbA, og kemiingeniør af profession. Niels vil bidrage til projektet med sin faglige og produktionstekniske viden og erfaring. AKK Karup Steen Simonsen er anlægs chef på Karup Kartoffelmel. Steen vil være vært for demonstrationsprojekterne for de opførte pilotanlæg og bidrage med det tekniske aspekt i projektet Vortex SLS BV Vortex SLS BV fra Holland vil blive tilknyttet projektet, som specialister i teknologien omkring hydrocykloner. Firmaet har arbejdet med hydrocykloner i bl.a. Holland i forbindelse med ekstraktionsprocesser på kartoffelmelsfabrikken Foxhol med positive testresultater. De har gennem en årrække arbejdet på de danske fabrikker i Brande og Karup. Hovap Hygienic Process Equipment Firmaet holder til i Holland og leverer udstyret til skalaanlægget. Hovap er underleverandører til Vortex. 5.3 Kontaktperson I ansøgningsfasen er Kent Christensen kontaktperson og projektansvarlig. Korsbæk & Partnere, Rådgivende ingeniørfirma KS Jupitervej 2 DK-7000 Fredericia Tlf kc@korsbaek.dk

11 PSO FU Hydrocykloner til separation Bilag Bilag 1 Princip for stivelsesproces