Barkpressning: Underlag till körstrategi på Kvarnsvedens Pappersbruk

Examensarbete

Högskoleingenjör Barkpressning

Underlag till körstrategi på Kvarnsvedens Pappersbruk

Författare: Andreas Eriksson, Jonas Sköld

Handledare: Hans Ersson, Mikael Berggren, Håkan Bernblad Examinator: Johan Heier

Huvudområde: Energiteknik Kurskod:EG2004

Högskolepoäng: 15 hp

Examinationsdatum: 2020-06-07

Vid Högskolan Dalarna finns möjlighet att publicera examensarbetet I fulltext i DiVA. Publiceringen sker open access, vilket innebär att arbetet blir fritt tillgängligt att läsa och ladda ned på nätet. Därmed ökar

spridningen och synligheten av examensarbetet.

Open access är på väg att bli norm för att sprida vetenskaplig information på nätet. Högskolan Dalarna rekommenderar såväl forskare som studenter att publicera sina arbeten open access.

Vi medger publicering I fulltext (fritt tillgänglig på nätet, open access):

Ja ☒ Nej ☐

Högskolan Dalarna – SE-791 88 Falun – Tel +4623-77 80 00

Sammanfattning

På Kvarnsvedens Pappersbruk används gran som vedråvara för mekanisk massatillverkning.

Bark är en biprodukt och används som bränsle vid ångproduktion. Innan barken eldas behöver den avvattnas för att öka det effektiva värmevärdet. Detta sker i roterande barkpressar från Saalasti. Torrhalten på barken efter pressarna varierar från ca 37–48 % beroende på många parametrar. Medeltorrhalten under perioden år 2018–2019 var 42 %. En tumregel säger att varje

% ökad torrhalt på barken innebär en besparing på 1 MSEK per år eftersom mindre skogsbränsle och kol behöver köpas in. Då torrhalterna efter barkpressarna varierar mycket så var syftet i den här studien att ta fram ett underlag för lämplig körstrategi genom att undersöka och utvärdera i vilken grad parametrarna påverkar utfallet av barkpressningen. Detta gjordes genom omfattande mätningar före och efter barkpressningen på de parametrar som gick att mäta. Resultat från studien visar att olika torrhalter erhölls beroende på vilken barkpress som användes och kan kopplas till slitaget på utrustningen. Vidare är kaktjocklek den parameter som tydligast visar korrelation med torrhalten. Brist på mätdata gjorde att övriga resultat blev svårtolkade. För bästa torrhalter bör låg tjocklek på barkkaka och låg pressvalshastighet eftersträvas, samt att körning i den barkpressen med minst slitage bör prioriteras. För vidare analys och slutsatser krävs ytterligare undersökning.

Nyckelord: Bark, barkpress, torrhalt, fukthalt, biobränsle, avvattning

Abstract:

At Kvarnsveden Paper Mill, spruce is used as a raw material for mechanical pulping. Bark is a by-product and is used as a fuel for steam production. Before the bark is burnt, it needs to be dewatered to increase the effective heating value. This is done in rotating bark presses from Saalasti. The dry content of the bark after the presses varies from around 37–48 % depending on many parameters. The average dry content during the period 2018–2019 was 42 %. A rule of thumb says that every % of increased dry content on the bark means a saving of 1 MSEK per year, since less hogged fuel and coal need to be purchased. Since the dry contents of the bark presses vary widely, the aim of this study was to develop a basis for a suitable operating strategy, by examining and evaluating how different specific parameters affect the outcome of the bark pressing. This was done through extensive measurements before and after the bark pressing, on the parameters that were measurable. Results from the study show that different dry contents were obtained depending on which bark press was used and can be linked to the wear of the equipment. Furthermore, the bark bed thickness is the parameter that most clearly shows correlation with the dry content. Lack of measurement data made other results difficult to interpret. For best dry contents, low thickness of bark and low rotational speed of the press roll should be sought and operating in that bark press with least wear should be prioritized. For additional analysis and conclusions, further research is required.

Keywords: Bark, bark press, dry content, moisture content, biofuel, dewatering

Innehållsförteckning

1 Introduktion 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Målsättning ... 3

1.3 Frågeställning ... 3

1.4 Avgränsningar ... 4

2 Metod 5 2.1 Litteraturgenomgång ... 5

2.2 Kontakter ... 5

2.3 Explorativ studie med kvasiexperiment ... 5

2.4 Genomförande av torrhaltsprovning ... 5

2.5 Analysmetod ... 6

3 Teori 7 3.1 Energieffektivisering i pappers- och massaindustrin ... 7

3.2 Tidigare studier ... 7

3.3 Barkpressarna ... 9

3.4 Parametrar ... 11

3.5 Styrning av barkpressarna ... 13

3.6 Torrhalt ... 14

3.7 Värmevärde ... 14

3.8 Linjär regression ... 16

4 Resultat 17 4.1 Ingående TH ... 17

4.2 Temperatur ... 19

4.3 Pressvalshastighet ... 21

4.4 Kaktjocklek ... 24

4.5 Extremer ... 26

5 Diskussion 28 5.1 Resultatdiskussion ... 28

5.2 Rekommendation ... 28

5.3 Val av metod och felkällor ... 28

5.4 Framtida arbete ... 29

6 Slutsats 31

7 Referenser 32

Bilagor 34

Bilagor

1. Interndata från KP (3 sidor)

2. Barkpressning av A. Askander (6 sidor)

3. Mätdata (2 sidor)

Förord

Detta examensarbete har utförts som avslutande del på Högskoleingenjörsprogrammet med inriktning Energiteknik (180 hp) på Högskolan Dalarna.

Till följd av utbrottet av covid-19 och de restriktioner som upprättades inom Stora Enso var denna studie endast möjlig att göra på distans. Den speciella situationen innebar en stor utmaning till författarna då den praktiska delen av studien inte kunde genomföras, men den största utmaningen gick till handledarna på KP vars tid och engagemang blev ovärderlig för arbetet. Utan er vilja att genomföra provtagningar och sitta i timslånga virtuella möten för att förklara och svara på alla de frågor vi haft hade det inte varit möjligt att göra denna studie.

Därför riktas ett stort tack till Håkan Bernblad och Mikael Berggren.

Under arbetet med denna studie fördes också flitig kommunikation med Robert Rouvari och Dennis Hagert från Saalasti Sverige, vars engagemang och kunskaper om barkpressarna de gladligen delade med sig av inte går obemärkt förbi. Stort tack till er också!

Slutligen vill vi tacka vår handledare Hans Ersson på Högskolan Dalarna för ständig peppning och bollande med tanker och idéer, samt alla de andra lärare och personer som på något sätt engagerat sig i studien. Tack!

Borlänge, juni 2020

Andreas Eriksson, Jonas Sköld

1 1 Introduktion

Vanlig svensk gran, Picea Abies, är den vedråvara som används i Kvarnsvedens Pappersbruk (KP) för mekanisk massatillverkning. Barken som separeras i processen blir en biprodukt som används som bränsle vid ångproduktion. Innan förbränning, förädlas barken så att det effektiva värmevärdet ökar. I förädlingsprocessen avvattnas barken genom pressning. Hur mycket vatten som går att pressa ur barken beror på flera faktorer, så som begränsningar i utrustningen, temperatur och kvalité på barken, driftinställning och styrsättet. De nuvarande barkpressarna har funnits med sedan slutet på 80-talet och innan dess användes en annan typ av barkpress.

Trots detta finns inte mycket forskning kring området då barkpressning anses vara av mindre betydelse för papperstillverkningen. För att ta ett steg mot de interna målen om hållbarhet och minska användningen av fossila bränslen, så undersöker nu KP möjligheter att förbättra körningen för befintliga barkpressar så att värmevärdet i barken blir högre. För att underlätta det arbetet, är det viktigt att förstå vad det är som påverkar resultatet av barkpressningen.

1.1 Bakgrund

Beläget längst Dalälven i bruksorten Borlänge ligger KP som grundades år 1900 [1], och som då hette Domnarfvets Pappersbruk [2]. Redan år 1906 fanns sex pappersmaskiner som tillsammans hade en kapacitet på 30 000 ton papper/år [2]. Mycket har hänt sedan dess och idag har bruket två pappersmaskiner i drift med en total kapacitet på 600 000 ton/år förbättrat tidningspapper och magasinpapper [1]. Sedan år 1998 ingår KP i skogsindustrikoncernen Stora Enso då Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag (STORA) slogs samman med Enso Oyj [3].

Papperstillverkningen i Kvarnsveden är väldigt energikrävande där det går åt mycket elenergi i processen där ved sönderdelas mekaniskt (raffineras) till pappersmassa [2]. Mycket av den energin återvinns i form av ånga [2]. Ytterligare en energikrävande process är i ångcentralen där olika bränslen eldas för att producera ånga. Ångan går till pappersproduktion, men också till uppvärmning av lokaler och till Borlänge Energis fjärrvärmenät. Ångcentralen styr hur mycket ånga som produceras genom reglering av bränsletillförseln till två förbränningspannor, panna 7 och panna 8, där den sistnämnda stod för ca 90 % av all ångproduktion mellan år 2018–

2019 (Bilaga 1). Panna 8 är en fluidiserande bäddpanna och bränslemixen består av bark, slam, skogsbränsle, kol och olja. Koncernen Stora Enso jobbar mycket med hållbarhet [4]. I linje med Parisavtalet har Stora Enso ett långsiktigt mål att minska fossila koldioxidutsläppet med 31 % mellan år 2010–2030 [2]. Idag återvinns stor del av processångan men också värme från rökgaserna som bildas i panna 8. För att producera ånga eldas bark och slam från egna processen samt köpt skogsbränsle som primära energikällor. När ytterligare energi behövs eldas kol och vid uppstart av pannorna eldas olja. Med tanke på hållbarhetsmålet att minska den fossila bränsleanvändningen så innebär det att ett miljövänligare substitut för kol krävs, där förädlade biobränslen kan få en betydande roll. Förädling av bark och skogsbränsle kan ske genom att fukthalten minskas, eller som det benämns inom branschen, att torrhalt ökar.

Inför detta examensarbete har en förstudie utförts som ett projektarbete inom kursen Hållbara Energisystem (10 hp) [5]. I studien undersöktes de energiflöden som fanns i avdelningen för ångproduktion, ångcentralen, för att ge en bättre helhetsbild och övergripande förståelse för processerna kring barkhanteringen. Delar av projektarbetet har integrerats i denna rapport,

2

antingen i sin helhet eller något omarbetat. De delar som ursprungligen kommer från projektrapporten är vissa delar av introduktionen.

1.1.1 Processbeskrivning

På KP används enbart gran till massaframställningen. Inkommande ved mittkapas innan den matas in i barktrummorna. I de två roterande barktrummorna slungas veden mot varandra och skalar av barken. Ju längre tid veden befinner sig i barktrummorna, uppehållstid, desto mer bark skalas av. I trummorna avbarkas ungefär 98 % av all bark [2] och lång uppehållstid ökar risken att massaved skalas av och följer med barken. Vatten spolas i barktrummorna dels för att skölja av bark som fastnat och dels för upptining i det fall veden är fryst. Efter barktrummorna, så har barken en torrhalt som varierar beroende på vilken barktrumma som används. Den största variationen beror på att all bark från ena barktrumman blandas med vatten i en vattenränna medan i den andra barktrumman så blandas enbart 1/5 med vatten, resten ramlar ner direkt på ett transportband. Efter barktrummorna transporteras barken vidare på ett transportband mot en barkrivare (Figur 1.1), som river sönder barken i mindre bitar. Därefter går barken till barkpressarna, vars funktion är att pressa vatten ur barken. På KP finns tre barkpressar av märket Saalasti. Varje press består av en lätt lutande perforerad trumma med en roterande pressvals inuti. Intill det gemensamma transportbandet fördelas barken med hjälp av inmatningsskruvar till varje barkpress. Hastigheten på inmatningsskruvarna bestämmer barkflödet in till pressarna förutsatt att tillräcklig mängd bark finns att tillgå. Mellan trumman och pressvalsen faller bark in som sedan pressas i flera omgångar innan den når andra änden och faller på transportbandet som går till förbränningspannorna eller till utomhuslagret.

Torrhalten innan pressarna varierar normalt mellan 20–30 % medan efter pressarna uppnås en torrhalt på 37–45 % där 37 % anses vara undermåligt och 45 % är mycket bra. Medeltorrhalten under 2018–2019 var 42 % (Bilaga 2).

Figur 1.1 Flödesschema över barkflödet.

3

1.1.2 Värdet i att förädla bark

Vid förbränning av biobränslen frigörs energi, men en del av den energin blir förluster på grund av att fukten i bränslet kräver energi för att förångas. Detta betyder att torrare bränsle ger mer nyttig energi. När bark har en torrhalt på ca 30 % vid förbränning så blir nettoenergin 0, enligt H. Bernblad och M. Berggren. Det går då åt lika stor mängd energi till att förånga fukten i bränslet som själva bränslet avger. Det betyder också att om torrhalten är lägre, så kräver förbränningen mer energi än den avger.En vedertagen tumregel som används på KP är att varje

% ökad torrhalt på barken motsvarar ca 1 MSEK i besparing årligen eftersom mindre extern energi (kol och skogsbränsle) behöver köpas in.

1.1.3 Problemformulering

Runt år 2000–2005 gjordes stora förändringar på KP då panna 8 och en ny pappersmaskin (PM 12) konstruerades och delar av befintlig verksamhet byggdes om för att klara ökad produktion.

Förändringarna ledde till att kapaciteten på papper var som högst nästan 1 000 000 ton/år med fyra pappersmaskiner. Panna 8 dimensionerades så att den skulle klarade ytterligare ökningar i kapacitet. Idag, ca 20 år senare, är utfallet att efterfrågan på magasin- och förbättrat tidningspapper minskat och till följd av detta har KP fått stänga ner två av de fyra pappersmaskinerna vilket medför att de nu har en kapacitet på 630 000 ton/år. Detta betyder att panna 8 är överdimensionerad och att viss kringutrustning, såsom barkpressarna, skulle kunna hantera mer kapacitet än det som normalt processas idag.

I takt med strängare krav på fossila utsläpp, ökande priser på utsläppsrätter och Stora Ensos egna hållbarhetsmål så behöver användningen av kol minskas. I och med att barkpressarna klarar högre kapaciteter än dagens normaldrift, öppnar det upp för optimeringsarbeten och spelrum att ändra körstrategi. Underlaget för vad som är rätt körstrategi idag baseras till stor del på operatörens erfarenhet där vissa riktlinjer finns från tillverkaren. Avvattningen av bark med pressning anses inte vara väsentlig för papperstillverkningen och möjliga besparingsåtgärder är små i sammanhanget, vilket har lett till att det är en process som inte fått mycket uppmärksamhet eller resurser till optimeringsarbeten.

1.2 Målsättning

Målet med denna studie var att ta fram ett underlag för lämplig körstrategi genom att undersöka hur olika parametrar påverkar barkens torrhalt och ge förslag på hur barkpressarna bör köras för att erhålla högre medeltorrhalter.

Från början var det tänkt att arbetet skulle ske på plats, men i och med att det inte gick att genomföra, begränsades möjligheterna för idéutveckling. Den övergripande målsättningen kvarstod ändå.

1.3 Frågeställning

• Vilka parametrar inverkar på torrhalten och hur viktiga är dessa?

• Hur bör barkpressarna köras för att ge högst torrhalt?

4

1.4 Avgränsningar

Torrhaltsprover har skett under en kort tidsperiod i april på KP och resultatet bör tolkas utifrån förutsättningarna som råder där under den tidsperioden. Studien är avgränsad till att enbart undersöka vad som är möjligt att åstadkomma med befintliga barkpressar för att öka medeltorrhalten.

5 2 Metod

I detta kapitel redogörs den metod som användes för denna studie.

2.1 Litteraturgenomgång

Syftet med litteraturgenomgången var att skapa förståelse om hur avvattning av bark sker och vilka parametrar som spelar roll på torrhalten och hur dessa kan analyseras. Lämpliga sökord identifierades och kriterier sattes upp för inkludering och exkludering av litteratur.

Litteraturgenomgången omfattade vetenskapliga artiklar, böcker och undersökningar både på svenska och engelska. Pålitlig nätbaserad information från endast erkända källor inkluderas. De databaser/sökverktyg som användes för sökning var DiVa, Libris, Google Scholar och Science Direct. Då ämnet som undersöks har väldigt begränsat med vetenskaplig litteratur så applicerades även snöbollstekniken [6] där referenser spårades genom att undersöka relevanta källhänvisningar. En litteraturöversikt ges i avsnitt 3.1.

2.2 Kontakter

Under arbetets gång har kontakt med personal från KP samt leverantören av barkpressarna, Saalasti Sverige, gett kunskap om barkpressarna och dess funktioner och begränsningar.

Relevanta dokument erhölls från bägge parter.

Mikael Berggren Handledare KP Håkan Bernblad Handledare KP Anders Jons Miljöchef KP Robert Rouvari VD Saalasti Sverige

Dennis Hagert Service Manager Saalasti Sverige 2.3 Explorativ studie med kvasiexperiment

Eftersom det inte finns mycket forskning inom området barkpressning i industrimiljö och syftet med studien är att skapa ett underlag till körstrategi, så anses studien vara explorativ.

Kvasiexperiment lämpar sig när något skall undersökas i verklig miljö, till exempel industrimiljö, där ingen möjlighet finns att kontrollera alla påverkande faktorer, till skillnad från experiment där full kontroll erhålls på dessa och som oftast görs i laboratorium [6]. Genom kvasiexperiment erhölls kvantitativ data över de påverkande parametrarna och fördes in i ett Excel-dokument. De parametrar som undersöktes var: vattenflödet i barktrummorna, torrhalten innan pressning (ingående TH), temperaturen på bark innan pressning, inmatningsskruvarnas och pressvalsarnas rotationshastighet, barkkakans tjocklek och barkflödet efter pressarna.

Torrhalten efter enskild barkpress (utgående TH) togs också ut.

2.4 Genomförande av torrhaltsprovning

Provtagningsperioden var mellan 16e–28e april 2020. Totalt 70 prover på utgående TH, kaktjocklek och pressvalshastighet togs, dock inte lika många prover för temperatur och

6

ingående TH. Mätningarna gjordes i omgångar vilket betyder att ett prov för ingående TH och temperatur togs, sedan flera prover för utgående TH, kaktjocklek och pressvalshastighet.

Den interna rutinen för torrhaltsprovtagning (KLAS-1-935) baseras på de svenska standardkraven enligt SS-EN ISO 18134–2:2017 [7]. I rutinen skall en märkt plåthink fyllas med bark till ca 50 %, vilket motsvarar ca 350–400g våt bark. Vågen skall kalibreras och hinken med bark (a) vägas med en decimals känslighet och vikten antecknas i gram. Barken torkas sedan i 24 timmar i ett värmeskåp på 105 °C. Det torra provet (c) vägs och vikten antecknas.

Barken hälls ur och den tomma hinken (b) vägs på nytt och antecknas. Torrhalten räknas sedan ut enligt Ekvation 1.

Torrhalt b c 100 [%]

a c

= − 

− (1)

Där,

a = mängd fuktigt prov i gram inkl. burk b = mängd torrt prov i gram inkl. burk c = vikt tom burk i gram

Under torrhaltsprovtagningen selekterades barken så att det i största mån blev representativa prover. Handledarna tog ut alla prover och sorterade bort stickor och andra onormala bitar i barken. Hinknummer och de olika vägningarna fördes in i Excel för beräkning av torrhalt.

2.5 Analysmetod

Data kategoriserades och presenterades i grafer där systematisk parametervariation gjordes för att hitta samband mellan de olika parametrarna och utgående TH. Korrelationssamband undersöktes med hjälp av analysmetoden enkel linjär regression. Punktdiagram och trendlinjer skapades med hjälp av Excel medan förklaringsgrad R² och signifikans undersöktes i statistikprogrammet SPSS. Metoden linjär regression förklaras kortfattat i avsnitt 3.7.

7 3 Teori

I denna del redovisas den litteratur som hittats om barkpressning och sedan teori om barkpressning, värmevärde och för de olika parametrarna.

3.1 Energieffektivisering i pappers- och massaindustrin

Som tidigare nämnt i avsnitt 1.1 är pappersindustrin en energikrävande industri och att det jobbas en hel del med energieffektiviseringsåtgärder vid energiintesiva processer, då små förändringar kan ge stor besparing. Som exempel examensarbetet ”Energioptimering vid Kvarnsvedens pappersbruk” av Johan Kärner [8], vars syfte var att bidra till energioptimeringen genom att kartlägga energianvändningen och analysera områden med optimeringspotential, där även vissa kvalitetsparametrar undersöktes så som nyanseringsfärg, fuktprofiler och specifik energi i raffinörerna. En artikel från Mittuniversitetet [9], som baseras på avhandlingen

“Improved energy efficiency in mill scale production of mechanical pulp by increased wood softening and refining intensity” av Erik Nelsson [10], konstaterar att raffineringsprocessen är den del som har störst potential till energibesparingar. Artikeln ”Analysis of alternative secondary heat uses to improve energy efficiency—case: A Finnish mechanical pulp and paper mill” av Pekka Ruohonen et al. [11], analyserar fyra olika sätt att ta vara på restvärme från pappersbruk med mekanisk massaframställning. Dessa är: en omdesign av värmeväxlarsystemet, torkning av bark, torkning av primärt och aktivt slam samt torkning av både bark och slam. Rapporten ”Opportunities to improve energy efficiency and reduce greenhouse gas emissions in the U.S. pulp and paper industry” av N. Martin et al. [12] handlar brett om energi i pappers- och massaindustri och beskriver detaljerat de processer vid tillverkning av papper samt typisk energianvändande för varje process. I rapporten identifierades över 45 kommersiella och tillgängliga tekniker samt åtgärder för att reducera energianvändandet.

3.2 Tidigare studier

Trots att det jobbas mycket med energioptimering på pappersbruk så omnämns sällan barkpressning. Det finns således begränsat med öppen vetenskaplig litteratur om barkpressning.

Det som hittats är studier av Askander [13], Håkansson och Stenström [14], Holmberg och Stenström [15], Martin Runsvik [16] samt Impola [17]. Den sistnämnda är dock på finska och har inte använts i denna studie. Alla andra nämnda studier har bidragit till förståelse men endast två av dessa anses vara direkt relevanta till denna studie och sammanfattas nedan.

3.2.1 Barkpressning av Anders Askander

Pressning av granbark testades i labbmiljö och industrimiljö. I laboratoriet användes ett pressverktyg som placerades i en hydraulisk press och på industrin gjordes testerna i Cowanpressar. Syftet med arbetet var att se hur olika parametrar påverkar fuktkvoten (kg vatten/ kg torrsubstans). De paramaterar som testades var barkens ingående torrhalt, barkkakans tjocklek, hålltid (uppehållstid) och temperatur. Vidare undersöktes fuktkvoten i olika nivåer på barkkakan och även hur pressning i flera steg med olika metoder inverkade på resultatet.

Resultat i labbmiljö visade på att barkens ingående torrhalt spelade mindre roll. Barkkakans

8

tjocklek har stor betydelse för fuktkvoten där låg kaka gav bättre resultat (Bilaga 3, Bilaga 4).

Försök gjordes på hur hålltiden inverkade med olika presskrafter där gemensamt för alla försök var att ju längre hålltid desto lägre fuktkvot (Bilaga 5).

Temperaturen på barken vid pressning spelar också in. Vid låga temperaturen ökar viskositeten på vattnet och det blir trögare att pressa ur det. Vid höga temperaturer blir det mer lättflytande och barken mjukas även upp vilket underlättar för pressningen. I resultaten på fuktkvot som funktion av barktemperaturen (Bilaga 6) samt fuktkvot som funktion av viskositet (Bilaga 7) ses att lägre temperaturer på barken ger högre viskositet och därmed högre fuktkvoter. En annan viktig parameter enligt Askander är åldern på barken och hur den har lagrats. Hans undersökning visar på att det är lättare att avvattna äldre bark. Slutligen testades bark att pressas i flera steg vilket gav ett tydligt bättre resultat än pressning i ett steg (Bilaga 8).

3.2.2 Effektivare avvattning av bark i värmda pressar: Problemkartering samt försök i pilotskala av Martin Håkansson, Stig Stenström

I denna studie gjordes en sammanställning av de svenska bruk som använder barkpressar och undersökning av problematiken runt barkpressning och de olika parametrarna som påverkar avvattningsförmågan. Experiment i labbmiljö genomfördes där parametrarna var temperatur, tryck, uppehållstid och typ av bark. Labbresultaten visade att högre torrhalt erhålls vid högre temperatur, tryck och uppehållstid. Resultaten visade också att torrhalten blev högre när barken pressades flera gånger och blandades mellan pressningarna. De kom fram till att uppehållstiden bör vara minst 30 sekunder och att mindre barkpartiklar lättare avvattnas än större. De menar att en övervakning av ingående torrhalt bör vara standard på barkpressar för att möjliggöra styrning. I studien gjordes ett småskaligt försök med ett värmt presshuvud som pressade barken vid temperaturerna 50, 100 och 150 °C med uppehållstiderna 15, 30 och 45 sekunder.

Resultaten visade att vid 150 °C och 45 sekunders uppehållstid gav det en ökning av torrhalten med 2-4 %. Värmetransporten är långsam i bark vilket gör att endast 4–5 mm av barken närmast pressvalsen värmdes. Saalasti har en variant av barkpress med värmd pressvals (Figur 3.1). Det finns olika tekniker för att förvärma barken innan den pressas för att få ökad torrhalt: värmt vattenbad, mikrovågor och uppvärmning (basning) med ånga.

Figur 3.1 Roterande barkpress med upphettad cylinder av märket Saalasti [14].

9

I studien togs bilder på bark med elektronmikroskop i 100 och 250 gångers förstoring där strukturen i barken kan ses (Figur 3.2). Barken ser ut att ligga i horisontella lager.

Figur 3.2 ESM bild av granbark i 100X förstoring (vänster) och 250X förstoring (höger) [14].

3.3 Barkpressarna

På KP används 3 barkpressar av märket Saalasti Barkmaster -87 (Figur 3.3). Barkpressarna står parallellt och i denna studie benämns de som barkpress 1 (BP1), barkpress 2 (BP2) och barkpress 3 (BP3). De installerades runt år 1987, då renseriavdelningen byggdes om, i samband med att en ny raffinörlinje och PM11 byggdes. Samtliga barkpressar har sedan dess uppgraderats med bland annat dubbla inmatningsskruvar för att öka kapaciteten på barkflöde samtidigt som driftsäkerheten förbättrades. I samband med detta flyttades även motordriften från inloppssidan till utloppssidan på pressvalsen för att få plats med den nya inmatningsanordningen. I övrigt så ser barkpressarna mer eller mindre ut som de gjorde vid installationen.

10

Figur 3.3 Principskiss över Saalasti Barkmaster -87 [18]

Principen går ut på att bark avvattnas mellan en lutande perforerad trumma, siltrumma, och en motordriven pressvals. Inuti siltrumman sitter pressvalsen vars funktion är att med visst tryck pressa barken mot trumman. Inmatningsskruvarna styr barkflödet in till pressen. Barken pressas och blandas flera gånger innan den når utloppet. Vid varje pressning så avvattnas barken genom hålen i trumman. Vattnet som pressas ur barken samlas upp i en kanal som går till reningsverket.

På siltrumman sitter två bärringar som hålls upp av boggihjul. När friktionen mellan barken och trumman blir tillräckligt stor följer trumman med och roterar då i samma hastighet som pressvalsen. Trummans lutning på 8 grader beror enligt R. Rouvari på att nyttja gravitationskraften för att underlätta barkflödet genom pressen. Hålen i trumman har konisk form utåt för att minska risken för igensättning. Inuti trumman sitter skrapor (schabrar) som skrapar av den pressade barken från trumman vilket gör att barken blandas om mellan pressningarna. Designen av Saalasti Barkmaster -87 går i linje med Askanders studie som visar att bäst torrhalter fås genom flerstegspressning och omblandning av barken.

Enligt D. Hagert finns det 31 barkpressar av märket Saalasti i drift i Sverige år 2020. Det finns två varianter på trummor: svartplåts- och rostfria trummor. En rostfri trumma har i regel dubbel livslängd, runt 10 år, jämfört med svartplåtstrumman på 5–6 år, dock kostar en rostfri trumma mer. Livslängden skiljer sig från bruk till bruk på grund av olika körsätt och barkkvalité. På KP är trummorna av svartplåt. Enligt D. Hagert tappar trumman av svartplåt avvattningsförmågan under livslängden, medan en rostfri trummas avvattningsförmåga är mer konstant.

3.3.1 Slitage på barkpressarna

Barken innehåller naturligt oorganiska ämnen [19] som i kombination med grus och smuts gör att siltrumman slits ner över tid. Slitaget gör att avvattningsförmågan försämras och det beror enligt H. Bernblad på att schabrarna inte skrapar av lika mycket bark samt att hålen och övriga ytor blir ojämnt slitet vilket sammantaget ökar risken för igensättning, försämrar omblandningen av barken och skapar ojämn pressning. D. Hagert förklarar vidare att slitage gör att den koniska formen på hålen blir mindre konisk vilket gör att hålen pluggas lättare och stoppar bark från att avvattnas. Siltrumman är den komponent som slits snabbast och under de

11

körförutsättningarna som finns på KP slits den från 60 mm som ny till ca 40 mm inom loppet av ca 5–8 år varvid den behöver bytas ut för att klara de enorma presskrafter som uppstår.

Besiktning av barkpressarna och visst underhåll sker två gånger per år av service-personal från Saalasti. Skicket på BP1 anses vara mycket god och på BP2 marginellt sämre. BP3 är den barkpress som är mest sliten och en besiktning vid denna studies början visade att det inom snar framtid finns behov av att göra mer omfattande underhåll däribland byta ut siltrumman.

3.4 Parametrar

De parametrar som har inverkan på utfallet av torrhalt och är intressanta för denna studie presenteras nedan. De parametrar som KP kan kontrollera är hydraultryck, hastighet på inmatningsskruvarna, hastighet på pressvalsen och kaktjocklek. De parametrar som inte eller delvis kontrolleras är temperatur på barken, torrhalt före, barkflöde och barkkvalité.

Informationen har erhållits genom kontakt med KP och Saalasti samt genom tidigare studier.

3.4.1 Hydraultryck

På vardera sida om pressvalsen sitter hydrauliska kolvar som trycker ner den annars friliggande pressvalsen. Alla tre pressar använder samma hydraulsystem men till varje press finns en ackumulatortank som hjälper till mot fluktuationer. Detta gör att det inställda värdet på tryck anses vara konstant och gäller för samtliga presspunkter och pressar. Saalasti rekommenderar att trycket bör ligga på max 165 bar vilket normalt sett efterföljs av KP. Under perioden för provtagning visade sig dock att vid kontroll så var hydraultrycket inställt på 180 bar, vilket inte hör till det normala men gäller således för samtliga provtagningar i denna studie. Ett högre tryck innebär ökad avvattningsförmåga på barken [13, 14], men också ökat slitage på utrustningen och kortar ner livslängden på bland annat siltrumman. H. Bernblad har undersökt stabiliteten på hydraultrycket genom avläsning på samtliga manometrar och bekräftar att det är mycket stabilt.

3.4.2 Hastighet på inmatningsskruvarna

Efter att barkens rivits till finare fraktioner i barkrivaren hamnar barken på ett gemensamt transportband till barkpressarna som står parallellt med varandra. Före varje barkpress sitter ett skruvpar som matar in barken, som faller från transportbandet, in i pressarna. Skruvparet till BP1 tillgodoser den med viss mängd bark, beroende på dess hastighet. Överbliven bark som inte matas in i BP1 går vidare på transportbandet till BP2 vars skruvpar matar in barken i den barkpressen. Är barkflödet från barktrummorna högre än vad skruvparen i BP1 och BP2 tillgodoser pressarna med, går barken vidare till BP3 vars inmatningsskruvar normalt sett går på maxhastighet för att säkerställa att all bark pressas. Skruvarna är frekvensstyrda, se vidare i avsnitt 3.4 Styrning av barkpressarna.

3.4.3 Hastighet på pressvalsen

Pressvalsen är liksom inmatningsskruvarna frekvensstyrd och samverkar med inmatningsskruvarna och kaktjockleken. När kaktjockleken är i de lägre intervallen så roterar pressvalsen med en minhastighet. Ökar kaktjockleken förbi ett visst inställt värde börjar

12

pressvalsen att rotera snabbare. Detta gör att barken som befinner sig i pressen letar sig snabbare till utloppsänden. Vid minhastighet tar det ungefär 3 minuter för barken från det att den kommer in vid inloppssidan tills den når utloppet, jämfört med 2 minuter när pressvalsen går på maxhastighet. Tiden som barken befinner sig i pressen kallas hålltid eller uppehållstid. Den varierar då mellan 2–3 minuter men den tid då barken avvattnas, i pressnypet, är betydligt lägre.

I de roterande barkpressarna från Saalasti blir det därför svårt att bedöma den egentliga tid då barken avvattnas men. Sammantaget innebär en lägre hastighet på pressvalsen en längre tid i pressnypet och vice versa. Experiment av Askander visar att uppehållstiden har stor betydelse för hur mycket barken avvattnas (Bilaga 5). Tiden i pressnypet bör vara minst 30 sekunder [14].

3.4.4 Kaktjocklek

När inmatningsskruvarna matar in bark så faller barken ner på inloppssidan mellan siltrumman och pressvalsen. På inloppssidan, i nypet där barken pressas som mest, sker online-mätning av avståndet mellan siltrumman och pressvalsen. Detta avstånd ger barkkakans tjocklek som under drift regleras genom ändringar i hastigheten på inmatningsskruvarna och/eller hastigheten på pressvalsen. Hastigheten på inmatningsskruvarna reglerar barkflödet in i pressarna. Pressvalsen roterar på minhastighet till dess att kaktjockleken uppnått det önskade värdet (börvärdet). Om tjockleken ökar ytterligare så ökar pressvalsen i hastighet och därmed ökar även barkflödet ut ur pressen och på så sätt behålls det den önskade kaktjockleken. Det rekommenderade värdet på kaktjocklek enligt Saalasti är 10 cm. Lägre kaka innebär bättre avvattning men lägre kapacitet. Högre kaka innebär sämre avvattning för att vattnet behöver ta sig igenom mer bark innan den avvattnas genom siltrumman (Bilaga 3 och Bilaga 4), men högre kapacitet.

3.4.5 Temperatur

Under året varierar temperaturen på den ved som kommer in till anläggningen. Är veden fryst när den kommer till renseriavdelningen så tinas barken med varmt vatten i barktrummorna för att möjliggöra friläggning av barken från frusen ved. Det finns i nuläget ingen online-mätning över temperaturen på KP och det görs heller inga rutinmässiga kontroller. Barktemperaturen är alltså under normal drift okänd.

Temperaturen på barken vid pressning har betydelse för avvattningsförmågan (bilaga 6). Enligt R. Rouvari försämras avvattningen om barken understiger 10 °C då viskositeten gör vattnet mer trögflytande och rekommenderar att barken hålls över 20 °C.

3.4.6 Ingående torrhalt

Den ingående torrhalten är den torrhalt som barken har innan den går igenom barkpressarna.

Barken kommer antingen från barktrumma 6 eller barktrumma 7. Vatteninnehållet skiljer sig beroende från vilken trumma veden avbarkats i. I trumma 6 flottas all bark i en vattenränna innan det transporteras vidare mot barkpressarna, detta för att rena barken från grus och smuts.

I trumma 7 faller barken ner direkt på ett transportband som löper under barktrumman samtidigt som vatten spolas inuti trumman. De olika konstruktionerna på barktrummorna gör att ingående torrhalten till pressarna skiljer sig och varierar normalt mellan 20–30%.

13

3.4.7 Barkflöde

Inmatningsskruvarnas hastighet styr ingående barkflöde medan pressvalsens hastighet styr utgående barkflöde. Genom att justera in- och utflöde kan totala flödet genom barkpressarna kontrolleras och därmed även kaktjockleken. Kapaciteten på barkpressarna är 100 löskubik per timme [m³l/h] och barkpress. Det momentana barkflödet in till pressarna varierar eftersom bark kommer direkt från avbarkningsprocessen utan något mellanlager. På KP finns ingen mätning på det momentana barkflödet i varje press, men det finns en gemensam våg efter barkpressarna som via online-mätning mäter total mängd bark i ton per timme.

3.4.8 Barkkvalité

Hur lätt det är att avvattna bark beror på barkens kvalité. Undersökningar har gjorts som visar på att det är lättare att avvattna äldre bark [13]. Efter att barken avbarkats i barktrummorna skickas den till en barkriv som river sönder barken i mindre bitar. Detta för att underlätta pressningen då allt för stora bitar försämrar pressresultatet [14]. Samtidigt önskas inte för små bitar. R. Rouvari förklarar att i vissa pappersbruk där barkpressarna står parallellt, så som på KP, tenderar den grövsta barken att gå till första barkpressen och de allra minsta barkbitarna samt i de fallen även spån blandas in innan pressning, tenderar att gå till sista barkpressen. De mindre bitarna och spån kan försämra pressresultat genom att istället för att pressas, så lägger de sig i tomma fickor vilket enbart ger en kompaktare barkkaka. Bark är ett inhomogent material så det är väldigt svårt att förutse hur mycket storleken spelar roll. På KP finns spån från flissållen blandat med bark vid pressning.

Efter processen i barktrummorna, är det inte ovanligt att trästickor följer med barken. Det beror på hur länge veden befinner sig i barktrummorna och hur lätt barken faller av. Är det mycket stickor i barken erhålls generellt en högre torrhalt eftersom stickorna i sig är torrare, men det försvårar också avvattningen av barken eftersom stickorna är mer kompakta och kan lägga sig som ett lager som förhindrar avvattningen, förklarar M. Berggren.

3.5 Styrning av barkpressarna

Operatörerna ställer in ett börvärde (önskat värde) på barkkakans tjocklek i cm för respektive press och denna kaktjocklek kontrolleras genom att hastigheten på pressvalsen och inmatningsskruvarna justeras. Hög hastighet på pressvalsen innebär högre barkflöde genom pressen och hög hastighet på inmatningsskruvarna innebär högre barkflöde in till pressen. Detta styrs med frekvensstyrning via regulatorer som sitter på varje barkpress och inmatningsskruvpar. Med ett börvärde på 12 cm så går pressvalsen på minfart så länge ärvärdet (faktiska värdet) understiger 12 cm. Överstiger ärvärdet 12 cm så ökar hastigheten på pressvalsen och då även barkflödet ut ur pressen för att behålla börvärdet på kaktjockleken. Vid för låga börvärden på barkpressarna stryps kapaciteten och vid för höga börvärden finns det risk att utrustningen löses ut. Grundprincipen enligt Saalasti är att vid 14,5 cm kaka stannar motorn till inmatningsskruvarna och vid 15 cm kaka stannar pressvalsen.

14

3.6 Torrhalt

Med torrhalt, även kallat TS (torrsubstanshalt), menas den del i % som blir kvar vid fullständig torkning av ett material. På KP beräknas torrhalten enligt Ekvation 1 i avsnitt 2.4.

Teori benämner ofta andel vatten som fukthalt. Relationen mellan fukthalt och torrhalt är enligt Ekvation 2.

Torrhalt=100 Fukthalt [%]− (2)

Månadsvis mätdata från KP (Bilaga 2) visar hur torrhalten i bark varierar över en tvåårsperiod (Figur 3.4). Torrhalten är högre på sommaren och lägre på vintern med en medeltorrhalt på 42,0

%.

Figur 3.4 Torrhalten för bark år 2018–2019 med en medeltorrhalt på 42,0 % (Bilaga 2).

3.7 Värmevärde

Värmevärde är ett mått på energiinnehåll per viktenhet och beskrivs nedan i olika nivåer [20, 21].

Kalorimetriskt värmevärde (W_kal) är den totala kemiska energin som finns bundet i materialet.

Effektiva värmevärdet för torrt material (W_a) är den värmeenergi som frigörs vid fullständig förbränning av ett torrt material minus den energi som går åt för att förånga det vatten som bildas av det bundna syret (O2) och vätet (H2).

Effektiva värmevärdet för fuktigt material (W_eff) är den nyttiga värmeenergin då även vattnet i det fuktiga bränslet är borträknad. Det kan räknas på två sätt då W_{eff TS} är energi per vikt enbart bränsle, och W_{eff rå} är energi per vikt bränsle och vatten.

Effektiva värmevärdet för fuktigt bränsle (W_eff) kan beräknas med Ekvation 3, 4 och 5 [20].

37 38 39 40 41 42 43 44 45

jan-18 jul-18 jan-19 jul-19

Torrhalt Bark [%]

15

2

a kal

W W 2, 45 9 H [MJ/kg TS]

100

 

= −   

  (3)

eff TS a

fukthalt

W W 2, 45 [MJ/kg TS]

100 fukthalt

 

= −  −  (4)

( )

eff rå eff TS

100 fukthalt

W W [MJ/kg rå]

100

=  − (5)

Där,

Wkal = Kalorimetriskt värmevärde, den mängd kemisk energi bundet i materialet [MJ/kg TS]

Wa = Effektivt värmevärde för torrt material [MJ/kg TS]

eff TS

W = Effektivt värmevärdet för fuktigt material [MJ/kg TS]

eff rå

W = Effektivt värmevärdet för fuktigt material [MJ/kg rå]

2,45 = vattens ångbildningsvärme vid 20 °C [MJ/kg]

9 = antal delar vatten som bildas per del väte H2 = Materialets vätehalt [%]

3.7.1 Värmevärde för bark

Enligt Tabell 3.1 är det effektiva värmevärdet för torr granbark (W_a) 18,7 eller 19,8 MJ/kg TS beroende på om det kommer från slutavverkning eller gallring.

Tabell 3.1 Värmevärde för olika bränslen [20].

Typiskt kalorimetriskt värmevärde W_kal för trädbränsle är ca 20,4 MJ/kg TS och för effektivt värmevärde W_a ca 19,2 MJ/kg TS [21]. Med en fukthalt på 58 % erhålls ett W_{eff TS} på 15,8 MJ/kg TS och W_{eff rå} på 6,6 MJ/kg rå.

Enligt A. Jons appliceras ofta en approximativ ekvation (Ekvation 6) för att beräkna effektiva värmevärdet W_{eff rå} som funktion av fukthalt och gäller för fukthalter under 60 %.

16

eff rå

fukthalt

W 19, 20 21, 64 [MJ/kg rå]

= −  100 (6)

För högre fukthalter än 60 % avtar värmevärdet istället exponentiellt.

3.8 Linjär regression

En regressionslinje är en anpassad linje till mätdata vars syfte är att förklara orsakssamband mellan responsvariabel y och förklarande variabel x [22]. Linjen används för att förutse vilket värde y som kan förväntas vid ett visst värde x. Mätdatas variation runt linjen beskrivs av förklaringsgraden R² som kan anta ett värde mellan 0 och 1. Ett högt värde betyder att linjen passar mätdatan väl. R² beräknas med Ekvation 7.

2 res

tot

R 1 SS

= −SS (7)

Där SSres är det summerade, kvadrerade vertikala avståndet från de observerade punkterna till linjen och SStot detsamma, fast till medelvärdet.

Signifikans är ett mått på hur sannolikt det är att mätpunkterna beror på slumpen. Om signifikansen är under 5 % betyder det att modellen är statistiskt signifikant och ett antagande kan tas att den förklarande variabeln x har en påverkan på responsvariabeln y.

17 4 Resultat

I detta avsnitt redovisas punktdiagram över de torrhaltsprover som genomfördes under perioden 16e–28e april 2020 (Bilaga 9, Bilaga 10 och Bilaga 11). Totalt gjordes 70 mätningar, men 5 utav dem togs bort i studiens analys på grund av ordentligt avstickande värden (37,4 % ingående TH) eller att vissa mätdata saknades. Diagrammen undersöker korrelationen mellan TH efter barkpressarna och TH före, temperatur, pressvalshastighet (uppehållstid) och kaktjockleken.

Resterande parametrar nämnda i avsnitt 3.3 anses inte ha någon direkt påverkan på torrhalten eller var under förutsättningarna inte möjliga att mätas på ett tillförlitligt sätt.

En summering av mätdatans torrhalter visade att medeltorrhalten var högst i BP1 och lägst i BP3 (Tabell 4.1). Den totala medeltorrhalten för mätperioden blev 1,6 % högre än medeltorrhalten för år 2018–2019 som var 42 %. En högre torrhalt än medel var förväntat då studiens mätningar skedde i april och inte över alla årstiderna. En annan anledning till den höga medeltorrhalten kan vara för att hydraultrycket var inställt på 180 bar istället för 165 bar, vilket borde ha resulterat i mer avvattning då barken pressats hårdare.

Tabell 4.1

Medeltorrhalt under studiens mätperiod.

Medeltorrhalt [%]

BP1 45.1

BP2 43.9

BP3 42.0

Total 43.6

Skillnaden i effektivt värmevärde W_{eff rå} mellan BP1 och BP3 är 0,67 MJ/kg rå

eff rå

eff rå

eff rå

100-45,1

W 19, 20 21, 64 =7,32 MJ/kg rå

100 100-42,0

W 19, 20 21, 64 6,65 MJ/kg rå

100

W 7,32 6,65 0,67 MJ/kg rå

= − 

= −  =

 = − =

Denna skillnad på 0,67 MJ/kg rå (0,186 MWh/ton rå) bark betyder att bark som pressas i BP1 ger betydande mer effektiv energi per ton rå bark jämfört med den bark som pressas i BP3.

4.1 Ingående TH

Under mätperioden togs torrhaltsprover i omgångar. Ett prov på ingående TH följt av flera prover på utgående TH. Samma prov på ingående TH gäller för samtliga barkpressar och för den provomgången. En provomgång hade ett tidsspann mellan 10–60 minuter. Detta resulterade i relativt få unika mätvärden på ingående TH jämfört med utgående TH, vilket kan ses i figurerna nedan (Figur 4.1, Figur 4.2, Figur 4.3) att det ofta finns flera punkter för samma värde på ingående TH. Eftersom tidsspannet från provtagningen av ingående TH till provtagningen

18

av utgående TH blev mellan 10–60 minuter, så resulterade det i att de provresultat som ställdes mot varandra i detta anseende, anses vara bristfälliga. För att minska osäkerheten något, så inkluderades enbart prover där provtiden från ingående TH och utgående TH inte överskred 15 minuter. Resultatet av detta blev att 17 av 70 provtagningar exkluderades.

Figur 4.1 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och ingående torrhalt från BP1.

Figur 4.2 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och ingående torrhalt från BP2.

40.0 41.0 42.0 43.0 44.0 45.0 46.0 47.0 48.0 49.0

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Torrhalt Ut [%]

Torrhalt In [%]

Torrhalt BP1

Trumma 6 Trumma 7 Trumma 6 & 7

40.0 41.0 42.0 43.0 44.0 45.0 46.0 47.0 48.0 49.0

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Torrhalt Ut [%]

Torrhalt In [%]

Torrhalt BP2

Trumma 6 Trumma 7 Trumma 6 & 7

19

Figur 4.3 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och ingående torrhalt från BP3.

Från resultaten ovan ses en stor spridning och ingen tydlig korrelation mellan ingående TH och utgående TH. Däremot ses det att barken från barktrumma 6 har lägst ingående TH och till viss del kan det i Figur 4.1 urskiljas att dessa punkter ligger i det lägre spannet för utgående TH.

4.2 Temperatur

Barkens temperatur mättes innan pressning och under hela mätperioden erhölls 3 olika temperaturer: 10, 18 och 20 °C.

Figur 4.4 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och temperatur från BP1.

40.0 41.0 42.0 43.0 44.0 45.0 46.0 47.0 48.0 49.0

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Torrhalt Ut [%]

Torrhalt In [%]

Torrhalt BP3

Trumma 6 Trumma 7 Trumma 6 & 7

42 43 44 45 46 47 48 49

0 5 10 15 20 25

Torrhalt Ut [%]

Temperatur [°C]

Temperatur BP1

20

Figur 4.5 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och temperatur från BP2.

Figur 4.6 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och temperatur från BP3.

41 42 43 44 45 46 47 48 49

0 5 10 15 20 25

Torrhalt Ut [%]

Temperatur [°C]

Temperatur BP2

38 39 40 41 42 43 44 45 46

0 5 10 15 20 25

Torrhalt Ut [%]

Temperatur [°C]

Temperatur BP3

21

Figur 4.7 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och temperatur från BP1–BP3.

Från resultaten ovan går det inte att se någon korrelation mellan temperatur och utgående torrhalt. Mätvärdena visar stor variation och liten spridning. För att kunna dra några slutsatser behövs fler mätpunkter och i ett större intervall.

4.3 Pressvalshastighet

Hastigheten på pressvalsen är den parameter som kan liknas med uppehållstid, dvs. tiden då barken befinner sig i barkpressen. Hastigheten är uttryckt i % där 0 % är minhastighet och 100

% är maxhastighet. Hög hastighet innebär kort uppehållstid i pressnypet och låg hastighet innebär lång uppehållstid i pressnypet, med ett tidsspann på ca 30–40 sekunder. Teorin visar att tiden i nypet är en viktig parameter för avvattningen av bark och på KP körs pressvalsen i största möjliga mån på minfart, d.v.s. de erhåller längst uppehållstid. Detta visas i de punkter i figurerna nedan där pressvalshastigheten är 0 %.

38 40 42 44 46 48

0 5 10 15 20 25

Torrhalt Ut [%]

Temperatur [°C]

Temperatur

22

Figur 4.8 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och pressvalshastighet från BP1 med trendlinje, förklaringsgrad och signifikans.

Figur 4.9 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och pressvalshastighet från BP2 med trendlinje, förklaringsgrad och signifikans.

y = -0,0188x + 45,472 R² = 0,1748 Sig = 0,073

42 43 44 45 46 47 48 49

0 20 40 60 80 100 120

Torrhalt Ut [%]

Pressvalshastighet [%]

Pressvalshastighet BP1

y = -0,0108x + 44,215 R² = 0,0517 Sig = 0,291

41 42 43 44 45 46 47 48 49

0 20 40 60 80 100 120

Torrhalt Ut [%]

Pressvalshastighet [%]

Pressvalshastighet BP2

23

Figur 4.10 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och pressvalshastighet från BP3 med trendlinje, förklaringsgrad och signifikans.

Figur 4.11 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och pressvalshastighet från BP1–BP3 med trendlinjer.

Från resultatet ovan kan det urskiljas en viss trend vilket tyder på att pressvalsens hastighet har betydelse för torrhalten. Korrelationerna är svag vilket kan förklaras genom ojämn spridning på punkter i kombination att andra parametrar är med och påverkar resultatet. Trendlinjerna i Figur 4.11 visar att högst torrhalter erhålls från BP1 följt av BP2 och tydligt lägst torrhalter erhålls från BP3. Låga värden på R² och höga värden på signifikansen antyder att regressionslinjerna är oanvändbara för att förutse torrhalt.

y = -0,009x + 42,191 R² = 0,0302 Sig = 0,413

38 39 40 41 42 43 44 45 46

0 20 40 60 80 100 120

Torrhalt Ut [%]

Pressvalshastighet [%]

Pressvalshastighet BP3

38 40 42 44 46 48

0 20 40 60 80 100 120

Torrhalt Ut [%]

Pressvalshastighet [%]

Pressvalshastighet BP1-BP3

24

4.4 Kaktjocklek

Kaktjockleken är den parameter som operatören ställer in och som regleras genom att pressvalsen ökar i hastighet då kakan överskrider börvärdet. Vid låga kaktjocklekar stryps kapaciteten på bark genom pressarna. Vid normal drift körs ofta BP1 och BP2 med en kaka mellan 10–14 cm medan kakan för BP3 ställs in på ca 8 cm. Under provtagningsperioden kördes barkpressarna partvis manuellt, vilket gjorde det möjligt att erhålla en större fördelning av mätdata utan att utrustningen löstes ut.

Figur 4.12 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och kaktjocklek från BP1 med trendlinje, förklaringsgrad och signifikans.

Figur 4.13 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och kaktjocklek från BP2 med trendlinje, förklaringsgrad och signifikans.

y = -0,16x + 47,18 R² = 0,2078 Sig = 0,049

42 43 44 45 46 47 48 49

0 5 10 15 20 25 30

Torrhalt Ut [%]

Kaktjocklek [cm]

Kaktjocklek BP1

y = -0,217x + 46,412 R² = 0,3172 Sig = 0,007

38 40 42 44 46 48

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Torrhalt Ut [%]

Kaktjocklek [cm]

Kaktjocklek BP2

25

Figur 4.14 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och kaktjocklek från BP3 med trendlinje, förklaringsgrad och signifikans.

Figur 4.15 Sambandsdiagram över utgående torrhalt och kaktjocklek från BP1–BP3 med trendlinjer.

Från resultaten ovan ses en tydlig korrelation mellan torrhalt och kaktjocklek.

I Figur 4.15 syns att torrast bark kommer från BP1 följt av BP2 och de lägsta torrhalterna kommer från BP3. Att resultatet skiljer sig som det gör mellan barkpressarna beror troligtvis på dess olika slitage. Som konstaterades i teoridelen så är BP1 i bäst skick, BP2 i bra skick och BP3 i sämst skick.

y = -0,2977x + 44,484 R² = 0,5175 Sig = 0,000

38 39 40 41 42 43 44 45 46

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Torrhalt Ut [%]

Kaktjocklek [cm]

Kaktjocklek BP3

38 40 42 44 46 48

0 5 10 15 20 25 30

Torrhalt Ut [%]

Kaktjocklek [cm]

Kaktjocklek BP1-BP3

26

Signifikansen är under 5 % på alla barkpressar vilket bekräftar att kaktjocklek har en påverkan på torrhalt. Förklaringsgraden R² är 20, 30 respektive 50 % vilket betyder att så många % av mätpunkterna kan förklaras med regressionslinjen.

4.5 Extremer

Här redovisas de 3 lägsta och 3 högsta torrhalterna för respektive barkpress för att komplettera graferna från avsnitt 4.1–4.4. Det ses tydligt i tabellerna nedan (Tabell 4.2, Tabell 4.3, Tabell 4.4) att de lägre torrhalterna är ett resultat av kombinationen av låga temperaturer, höga hastigheter på pressvalsen (låga uppehållstider) och höga kaktjocklekar. För höga torrhalter gäller motsatsen. Samma resonemang (15 min) som förklaras i avsnitt 4.1 avseende ingående torrhalt gäller för de rödmarkerade utgående torrhalterna. D.v.s. tiden mellan mätningarna av utgående och ingående torrhalt är tagna med mer än 15 minuters mellanrum.

Tabell 4.2 De 3 lägsta och 3 högsta torrhalterna för BP1.

De två sista proverna i Tabell 4.2 (ID 46 och 45) innehöll mer stickor än vanligt, vilket förklarar den höga ingående och utgående torrhalten.

Tabell 4.3 De 3 lägsta och 3 högsta torrhalterna för BP2.

[cm] [°C]

ID Pressvals Inmatningsskruv Kaka Temp Tr 6 Tr 7 Tr 6 & 7 BP1 BP2 BP3

69 100 100 12 10 42,3

70 100 100 12 10 42,5

68 50 100 14 10 23,2 43,1

48 0 50 13 20 46,3

46 0 0 9 20 30,2 48,5

45 0 0 9 20 30,2 48,5

Hastighet [%] Ingående Torrhalt [%] Utgående Torrhalt [%]

3 lägsta torrhalterna

3 högsta torrhalterna

ID Pressvals Inmatningsskruv Kaka Temp Tr 6 Tr 7 Tr 6 & 7 BP1 BP2 BP3

19 25 43 14 18 26,7 42,0

10 100 50 12 20 28,5 42,2

63 0 0 13 10 23,4 42,4

38 0 0 7 20 21,5 46,9

4 0 0 8 20 28,5 46,9

5 0 0 8 20 28,5 47,8

3 högsta torrhalterna 3 lägsta torrhalterna

27

Tabell 4.4 De 3 lägsta och 3 högsta torrhalterna för BP3.

[cm] [°C]

ID Pressvals Inmatningsskruv Kaka Temp Tr 6 Tr 7 Tr 6 & 7 BP1 BP2 BP3

41 60 100 10 20 38,7

30 20 100 18 20 22,2 39,3

23 20 100 11 18 26,7 40,2

43 0 100 5 20 44,0

33 0 100 4 20 22,2 45,0

44 0 100 3 20 45,5

3 lägsta torrhalterna

3 högsta torrhalterna

Hastighet [%] Ingående Torrhalt [%] Utgående Torrhalt [%]

28 5 Diskussion

I detta avsnitt diskuteras resultatet från kvasiexperimentet, metoden som användes och de brister och felkällor som hittades. Förslag på framtida arbeten och en kort rekommendation till KP ges också.

5.1 Resultatdiskussion

Kaktjocklek visade sig vara den parameter som gav tydligast korrelation med torrhalt och talar då för att vara den parameter som har störst påverkan på torrhalten. Vidare i Figur 4.15 ses en markant lägre torrhalt från den mer slitna BP3 jämfört med de andra två vilket tyder på att skicket på barkpressarna har stor påverkan. Lutningen på linjerna i samma figur pekar också på att BP3 tappar mer i TH per ökad cm kaktjocklek, jämfört med de andra barkpressarna.

Sammantaget antyder detta att en högre medeltorrhalt erhålls om mindre kaka pressas i BP3 och en större kaka pressas i BP1, än att ha samma kaktjocklek i alla pressar.

Sambandet mellan torrhalten och pressvalshastighet (uppehållstid) visar ingen tydlig korrelation. Flest torrhaltsprover togs vid minfart 0 % vilket gav en rejäl snedfördelning i mätdatan. Det går att urskilja en viss trend vilket stämmer med teorin att denna parameter har inverkan på torrhalten, men det hade behövts mer data och jämnare fördelning för att komma fram till ett tydligare och mer användbart resultat.

På grund av få unika mätvärden kan ingen korrelation urskiljas mellan torrhalt och ingående TH samt mellan torrhalt och temperatur. Temperaturen blir mer intressant att undersöka vid större intervall på temperaturskalan än vad som var möjligt under studiens mätperiod.

5.2 Rekommendation

Högst torrhalter bör erhållas genom att pressa med låg kaktjocklek och låg pressvalshastighet samt att körning i första hand bör ske i BP1 och BP2 p.g.a. att de ger tydligt högre torrhalter än vad BP3 ger.

5.3 Val av metod och felkällor 5.3.1 Mätmetod

De flesta parametrar som mättes i samband med torrhaltsprovtagningen blev mer eller mindre oanvändbara, så som vattenflödet i barktrummorna (som påverkar ingående torrhalt), barkflöde efter pressarna, hastighet på inmatningsskruvarna, torrhalten före och temperaturen på barken.

Ändå anses det viktigt att de mättes för att kunna spåra eller förklara eventuella avvikelser.

Prover på torrhalt och mätningar av temperatur skedde manuellt och under en kort tidsperiod, varvid om det hade funnits onlinemätning skulle datan kunna jämföras på ett bättre sätt över olika årstider.