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02/08

Schwerpunkt: energie und waSSerEnergiesituation in der Papierindustrie

Ungenutzte Potenziale in Kraftwerken

Energieoptimierung von Luftsystemen

Energieeinsparung im Dampf- und Kondensatsystem

Wassermanagement in der Papierindustrie

Leistungsfähigkeit von Kläranlagen verbessern

Optimierung von Kreislaufvolumina in Papierfabriken

FocuS: energy and waterEnergy scenario in the paper industry

Unused potentials in power plants

Energy optimisation of air systems

Energy saving options in steam & condensate systems

Water management in the paper industry

performance increase of effluent treatment plants

Optimisation options for mill circuit volumes in paper mills

ISSN

143

4-71

72

M a g a z I N f ü r d I e P a P I e r I N d u S t r I e / P a P e r I N d u S t r y M a g a z I N e

2 PTS NewS 02/2008 inhalt / content

Aktuelle InformationenRecent Information

Neue Mitarbeiter bei der PTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4New colleagues come on board

PTS auf dem BMWi-Innovationstag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6PTS at the BMWi Innovation Day

Kommunikation ist keine Aufgabe, sie ist eine Chance . . . . . 7Communication is not a job, it is an opportunity

Vernissage in der PTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Vernissage at PTS

Schwerpunkt: Energie und Wasser Focus: Energy and water

Energiesituation der Papierindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Energy scenario in the paper industry

Kraftwerke in der Papierindustrie: ungenutzte Potenzialezur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Power plants in the paper industry: unused potentials

for profitability enhancement

Energieoptimierung von Luftsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Energy optimisation of air systems

Pinch-Analyse zur Reduzierung des Energiebedarfs . . . . . . 16Pinch analysis - A tool for reducing energy requirements

Energieeinsparung im Dampf- und Kondensatsystem . . . . . 18Energy saving options in steam & condensate systems

Vergleich verschiedener Vakuumsysteme und Ansätze zur Optimierung des Energiebedarfs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22A comparison of different vacuum systems and approaches

toward optimised energy consumption

Finanzierung von Maßnahmen zur Energieeffizienz-erhöhung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Financing of measures for energy efficiency enhancement

Wassermanagement in der Papierindustrie – noch immer eine Herausforderung? . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28Water management in the paper industry –

today still a challenge?

Schlammentartung in der anaeroben Abwasserreinigung in der Papierindustrie ein Thema? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Sludge degeneration in anaerobic effluent treatment plants –

An issue for the paper industry?

Systemanalysen verbessern die Leistungsfähigkeit von Kläranlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34System analyses achieve a performance increase

of effluent treatment plants

Energiesparen durch optimierte Kläranlagen . . . . . . . . . . . . 36Saving energy by optimisation of effluent treatment plants

Wasserkreisläufe schließen? Öffnen? – So weit wie möglich einengen! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Close water loops? Or open them? Narrow them as far as possible!

Möglichkeiten zur Optimierung von Kreislaufvolumina in Papierfabriken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Optimisation options for mill circuit volumes in paper mills

Schwerpunkt Energie und Wasser: Schon länger geplant, aber durch die aktuelle Entwicklung steht unser Themenschwerpunkt ganz besonders im Brennpunkt der Papierin-dustrie . In den Beiträgen zeigen PTS-Exper-ten Wege zur Optimierung des Energie- und Wassereinsatzes auf . 9

Though envisaged earlier, the topic “Energy & Water” has now become a prime concern of the paper industry in view of recent develop-ments . In this NEWS issue, PTS experts will highlight various possibilities of optimising the use of energy and water . 9

Die Beeinflussung und Prognose der Eigen-schaften von SC- Papieren durch den Einsatz von Kaolinen unterschiedlicher Morphologie war Inhalt eines Forschungsprojekts, das unter Industriebeteiligung am Faserstoff- und Papierherstellungstechnikum der PTS in Heidenau durchgeführt wurde . 47

A joint research project undertaken by PTS and the paper industry at the Heidenau Pulp & Papermaking Pilot Plant focused on the role of kaolins with different morphologies in controlling and prognosticating SC paper properties . 47

Wellpappenrohpapier: In einem Multi-Client-Projekt wurden auf der Basis einer praxisnahen Datenbasis und eines allgemein gültigen Simulationsmodells Handlungsop-tionen entwickelt, bewertet und strategische Entwicklungspotenziale zur Beherrschung der Stickybelastung aufgezeigt . 52

Corrugating base: To effectively control sticky loads, possible courses of action were elaborated and assessed under a multi-client project that relied on a practice-oriented database and a universally valid simulation model . At the same time, strategic develop-ment potentials were identified . 52

Papiermaschine auf der Titelseite: Stora EnsoPaper machine on front page: Stora Enso

3PTS NewS 02/2008 inhalt / content

BeratungConsultancy

Konzept zur Optimierung einer Stoffaufbereitung . . . . . . . . 45Optimisation Concept for a Stock Preparation Stage

Beeinflussung und Prognose der Eigenschaften von SC-Papieren durch Einsatz von Kaolinen unterschiedlicher Morphologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Kaolins with different morphologies help to influence

and prognosticate the properties of SC papers

Wellpappenrohpapier: neues Prozesskonzept zur Beherrschung der Stickybelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Controlling the impact of stickies by strategic further

developments in linerboard process technology

Werksoptimierung bei Malta-Decor im Bereich Wasser und Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Water and energy optimisation at Malta-Decor mills

MesstechnikMeasuring

Aktuelle Entwicklungen zur Blindenschrift . . . . . . . . . . . . . . 57Recent developments for braille measurements

Neue Möglichkeiten der Papieranalyse durch Raman-spektroskopische Messmethoden . . . . . . . . . . . . . . 58Raman spectroscopy provides new options of paper analysis

ForschungResearch

Senkung der Rohstoffkosten durch simulationsgestützte Optimierung der Faserstoffmischung . . . . . . . . . . . . . . . . . .60Cutting raw material costs by simulation-assisted

optimisation of pulp blending

Synergien der Zusammenarbeit: VTT und PTS kooperieren in der Wet-End-Forschung . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Synergies of cooperation: VTT and PTS collaborate

in wet end research

Neue EU-Forschungsprojekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64New EU research projects

SORT IT – Recovered Paper SORTing with Innovative Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65SORT IT – Recovered Paper SORTing with Innovative

Technologies

AquaFit4use – Kosten- und energieeffiziente Wasser-behandlung in vier Industriezweigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67AquaFit4use – Cost & energy effective water treatment

issues in four sectors

Seit September 2006 müssen Verpackungen für pharmazeutische Erzeugnisse auch mit Blindenschrift gekennzeichnet werden . Bei diesen Verpackungen handelt es sich meist um Faltschachteln . Vor diesem Hintergrund hat die PTS zwei Messgeräte entwickelt, die schnell und robust die richtige Kennzeich-nung überprüfen können . 57

Since September 2006, pharmaceuticals packages – mostly folding boxes - have to be additionally labelled with braille designations . Against this background, PTS has developed two sturdy testers that are capable of quickly verifying inscriptions for correctness . 57

Beim Mischen von Faserstoffen sind oft nichtlineare Phänomene der Papiereigen-schaftsentwicklung zu beobachten . Durch den Einsatz numerischer Modelle und geeigneter Optimierungsstrategien können Papiereigenschaften gezielt prognostiziert und Kosten des Rohstoffeinsatzes gesenkt werden . 60

Pulp blending frequently involves non-linear phenomena in the evolution of paper proper-ties . By applying numerical models and tar-geted optimisation strategies, papermakers may prognosticate specific paper properties whilst simultaneously cutting down on raw material costs . 60

Das Technical Research Centre of Finland (VTT) und PTS haben ihre Zusammenar-beit auf dem Gebiet der Wet-End-Chemie intensiviert . Inzwischen wurden bereits zwei zielorientierte Versuchsprojekte an der KISU-Pilotanlage in Jyväskylä gemeinsam durchgeführt . 62

VTT, Technical Research Centre of Finland, and PTS have intensified their collabora-tion in the area of wet end chemistry . Two targeted trial campaigns involving the KISU pilot plant in Jyväskylä were already jointly performed . 62

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Softwood pulp/SGW

Opa

city

[%]

Share of SW pulp [%]

Measuring

Simulation

Mit Forschungsreport 2008Research Report inside

4 PTS NewS 02/2008 aktuelle inFormationen / recent inFormation

NEUE MITARBEITER BEI DER PTS NEW COLLEAGUES COME ON BOARD

Herr Dipl.-Ing. Sven Altmann leitet seit 1. Juli 2008 die For-schungsabteilung „Simulation/Produkt“ im Heidenauer In-stitut der PTS. Herr Altmann hat an der Fakultät Elektronik und Informationstechnik der TU Dresden studiert. Im An-schluss an sein Studium arbeitete er in einem Fraunhofer Institut in Dresden. Zuletzt war er für ein Industrieunter-nehmen in Dresden in verantwortlicher Position tätig. Herr Altmann besitzt eine längjährige Berufserfahrung im Bereich Modellierung, Simulation und Softwareentwicklung.Herr Alexander Apushkinskiy verstärkt seit Oktober 2008 den PTS-Vertrieb. Nach Abschluss seines Chemiestudiums hat Herr Apushkinskiy als Berater sowohl in Deutschland als auch im Ausland gearbeitet. Er verfügt über eine langjährige Berufserfahrung. Seine besonderen Stärken und Kenntnisse liegen in der Beratung osteuropäischer Kunden.Herr Dr. David Croll zeichnet seit dem 1. September 2008 für den Forschungsbereich Oberflächen verantwortlich. Hierzu zählen die Abteilungen Streichtechnik, Nanotechnologie, Grundlagen sowie der Pilot Coater VESTRA. Herr Dr. Croll hat an der University of New York Paper Science & Enginee-ring studiert. Nach Beendigung seines Studiums war er dort als Teaching Research Assistant tätig. Danach wechselte er als Entwicklungsingenieur für Streichtechnologie in die In-dustrie. Bei M-real war er über 10 Jahre in der Produktent-wicklung und als Technologe in leitender Funktion tätig, zuletzt als Sales- und Marketing Director.Frau Angelika Endres unterstützt seit 1. Oktober 2008 die Beratungsabteilung Produkte und Märkte. Frau Endres hat Chemieingenieurwesen studiert. Anschließend hat sie am Institut für Polymerforschung in Dresden erste Berufserfah-rung sammeln können. Danach wechselte sie als Projektlei-terin in die Industrie.Mit der neu geschaffenen Position eines Projektleiters Qua-litätsmanagement für F&E-Projekte verstärkt die PTS ihre Qualitätsanstrengungen. Diese Aufgabe nimmt seit Sep-tember 2008 Frau Simone Gautier wahr. Frau Gautier hat an der Universität Tübingen und Aix-Marseille studiert und mit dem Master of European Studies abgeschlossen. Danach hat sie mehrere Jahre am bayerisch-französischen Hochschulzentrum im Wissenschaftsmanagement gearbei-tet. Anschließend war Frau Gautier bei der TU München im Servicezentrum für Forschungsförderung und Technologie-transfer ebenfalls im Wissenschaftsmanagement tätig. Frau Susan Kasperek arbeitet seit dem 1. September 2008 bei der PTS in Heidenau am Empfang und in der Telefon-zentrale. Frau Kasperek ist ausgebildete Hotelfachfrau mit mehrjähriger Berufserfahrung.Ab 01. Dezember 2008 wird die Position des Leiters der Forschungsabteilung Streichtechnik mit Herrn John Schulz besetzt. Herr Schulz ist gelernter Papiermacher und hat an der FH München Verfahrenstechnik mit der Studienrichtung Papiererzeugung studiert. Er verfügt über eine langjährige Berufserfahrung in der Industrie, wo er Aufgaben in For-schungsabteilungen übernahm und auch in der Umsetzung der daraus gewonnen Ergebnisse in die Produktion verant-wortlich zeichnete. Derzeit arbeitet Herr Schulz als Produk-tionsleiter bei M-real Zanders.Frau Despina Tostsidou verstärkt seit Juni 2008 die Administ-ration in München als Teamassistentin. Frau Tostsidou besitzt eine umfangreiche Berufserfahrung, die sie bei Siemens und Infineon Technologies als Teamassistentin erworben hat.

As of 1 July 2008, Dipl.-Ing. Sven Altmann was appointed Head of the Simulation/Product Research Unit at the Hei-denau institute of PTS. After completing his Electronics and Information Engineering studies at Dresden University of Technology, he joined a Fraunhofer institute in Dresden be-fore he switched to a responsible position in an industrial enterprise in Dresden. Sven Altmann has long-standing pro-fessional experience in the areas of modelling, simulation and software development.Since October 2008, Alexander Apushkinskiy has been a member of the PTS marketing team. Having finished his chemistry studies, he served as a consultant both in Ger-many and abroad where he got many years of professional experience. Alexander Apushkinskiy contributes his special strengths and know-how as a consultant of clients in East-ern Europe.Since 1 September 2008, Dr. David Croll has been responsible for the research area “Surfaces” which includes the Coat-ing, Nanotechnology and Fundamental Research sections in addition to the VESTRA pilot coater. Dr. Croll studied Pa-per Science & Engineering at N.Y. University where he later served as a Teaching Research Assistant. He then took up a position as a coating technology development engineer in the industry. For over 10 years, he served in executive functions as a product developer and technologist at M-real, finally as Director Sales & Marketing.Since 1 October 2008, Angelika Endres has been on the Prod-ucts & Markets Consultancy team as an assistant. She had studied chemical engineering before she gained initial pro-fessional experience at the Dresden Institute for Polymer Re-search from where she switched to the industry as a project leader.PTS has intensified its quality campaign by newly creat-ing the position of a project leader Quality Management of R&D Projects. Since September 2008, Ms Simone Gautier has filled this position. She studied at the Universities of Tübin-gen and Aix-Marseille and earned her Master of European Studies degree. At the Bavarian-French University Education Centre, she worked for several years on science manage-ment issues before she changed to the Service Centre for Research Promotion & Technology Transfer of Munich Uni-versity of Technology where she attended to similar science management tasks. On 1 September 2008, Susan Kasperek took up her job as a receptionist at PTS Heidenau where she is also responsible for the telephone exchange. She is a qualified hotel manag-eress with several years’ job experience. As of 1 December 2008, John Schulz will be appointed leader of the Coating Technology Research Section. A trained pa-permaker, John Schulz studied Process Engineering, special ‘Papermaking’, at Munich University of Applied Sciences. He gained long-standing occupational experience in the in-dustry where he worked as a researcher and was responsi-ble for implementing the findings in a production environ-ment. John Schulz is currently Leader Production at M-real Zanders. Since June 2008, Ms Despina Tostsidou has been working as a team assistant to the Administration at PTS Munich. She previously gained extensive professional experience as a team assistant at Siemens and Infineon Technologies.In September 2008, Fridtjof Unger joined the PTS consul-

5PTS NewS 02/2008 aktuelle inFormationen / recent inFormation

Herr Fridtjof Unger arbeitet seit September 2008 in der Be-ratungsabteilung Werksprozessoptimierung. Nach seiner Ausbildung zum Industriemechaniker studierte Herr Unger Maschinenbau. Im Anschluss arbeitete er als Ingenieur bei Felix Schöller. Hier sammelte er unter anderem wertvolle Berufserfahrung im Ausland.Frau Anke Weber unterstützt seit April 2008 die Forschungs-abteilung Grundlagen als Laborfachkraft. Frau Weber ist staatlich geprüfte umweltschutztechnische Assistentin. Im Anschluss an ihre Ausbildung konnte sie bereits eine umfas-sende und breit gefächerte Berufserfahrung in der Industrie sammeln. Unter anderem war Frau Weber mit der Durch-führung der mechanischen Papierprüfung betraut.Herr Bodo Zimmermann ist seit 1. Juli 2008 in der Bera-tungsabteilung Werksprozessoptimierung tätig. Herr Zim-mermann ist staatlich geprüfter Chemotechniker. Er verfügt als Anwendungsspezialist über eine mehr als 30-jährige Be-rufserfahrung, die er bei namhaften Unternehmen aus der Industrie gesammelt hat. Frau Dr. Helga Zollner-Croll hat am 1. September 2008 die Leitung der Abteilung Weiterbildung übernommen. Mit die-ser Maßnahme soll das Weiterbildungsprogramm der PTS weiter intensiviert und ausgebaut werden. Frau Dr. Zollner-Croll hat an der FH München Verfahrenstechnik studiert. An der State University of New York und an der City Univer-sity Washington State hat sie ihre Qualifikation weiter aus-gebaut. Daran anschließend war Frau Dr. Zollner-Croll bei M-real Zanders im Marketing, Business Development sowie Customer Service in leitender Funktion tätig.Karl-Ludwig Döge 0049 89 12146 330 karl-ludwig.doege@ptspaper.de

tancy unit ‘Optimisation of Mill Processes’. After completing his training as an industrial mechanic and his studies of Me-chanical Engineering, he worked as an engineer with Felix Schöller – a position that also gave him the opportunity to gain valuable occupational experience abroad. Since April 2008, Anke Weber, a certified Environmental Pro-tection Assistant, has been working as a laboratory assistant in the PTS Fundamental Research Unit. After completion of her education, she gained extensive and diversified work experience in the industry where she was – among others - entrusted with mechanical paper testing. Bodo Zimmermann, a certified laboratory technician, joined the consultancy unit ‘Optimisation of Mill Processes’ on 1 July 2008. Specialising in applications technology, he can look back on more than 30 years of professional experience at recognized industrial enterprises. On 1 September 2008, Dr. Helga Zollner-Croll was appointed head of the Continuing Education Section. Her employment was intended to further intensify and extend the continu-ing education programmes offered by PTS. Dr. Zollner-Croll studied process engineering at Munich University of Applied Sciences before she complemented her studies at N.Y. State University and at the City University Washington State. Re-turning to Germany, she took up a leading position at M-real Zanders where she was engaged in marketing, business de-velopment and customer service functions. Karl-Ludwig Doege 0049 12146 89 330 karl-ludwig.doege@ptspaper.de

Herausgeber Papiertechnische Stiftung (PTS)Publisher Heßstr . 134, 80797 München

Redaktion/Layout Erwin Polmann, PTSEditor and Layout Tel: +49 89 12146 230 Mail: erwin .polmann@ptspaper .de

Übersetzung Uta SchieckTranslation Mail: u .schieck@gmx .de

Bereichsleitung Petra Hanke, Keppler Medien GruppePublication Tel: +49 6104 606 360manager Mail: p .hanke@kepplermediengruppe .de

Anzeigen Monika Apitz, Keppler Medien Gruppe, Advertisements Tel: +49 6104 606 123 Mail: m .apitz@kepplermediengruppe .de

Druck/Print Central-Druck Trost GmbH & Co . Borsigstr . 1-3, 63150 Heusenstamm

IMPRESSUM / IMPRINT

FPT-WORKSHOPOPTIMIERUNG VON PAPIER-

qUALITäT UND DRUCKPROZESS9. dezember 2008 in münchen

Es sollen die Verbesserung der beiden Prozesse (Ver-besserung der Papierqualitäten und Druckqualität/Druckprozess) herausgestellt und von den jeweiligen Fachleuten darüber referiert werden . Die Zielgruppen sind Geschäftsführer, qualitätsbeauftragte, Produkti-onsleiter und F&E-Leiter aus den Bereichen Papierher-steller, Drucker und FPT- Mitgliedsfirmen .

anmeldung: www.ptspaper.de

6 PTS NewS 02/2008 aktuelle inFormationen / recent inFormation

PTS AUF DEM BMWI-INNOVATIONSTAG PTS AT THE BMWI INNOVATION DAy

Auf dem diesjährigen Innovationstag Mittel-stand des BMWi am 25. Juni 2008 stellte die PTS zwei Projek-te aus dem Bereich Altpapierrecycling vor. Über 190 Unter-nehmen, Netzwerke und wirtschaftsnahe Forschungseinrich-tungen aus ganz Deutschland prä-sentierten auf dem Gelände der Berliner AiF-Geschäftsstelle zukunftsweisende Ergebnisse, die mit Förderung des BMWi erzielt worden sind. Die Veranstaltung wurde durch den Präsidenten der AiF, Thomas Gräbener, und den Parlamentarischen Staatssekretär beim Bundesmi-nister für Wirtschaft und Technologie und Mittelstandsbe-auftragten der Bundesregierung, Hartmut Schauerte, eröff-net. Im Rahmen des Innovationstages wurde auch das neue Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vorgestellt. Dieses Förderprogramm führt die bisher getrennten Förder-ansätze für FuE-Kooperationen und innovative Netzwerke zusammen. Außerdem wurden sechs Netzwerkprojekte als Sieger der 10. Ausschreibungsrunde des Förderwettbewerbs „Netzwerkmanagement-Ost (NEMO)“ ausgezeichnet. Dieses Förderangebot ist ab dem 1. Juli 2008 im Rahmen des ZIM allen KMU bundesweit verfügbar.Die Papiertechnische Stiftung stellte ein Projekt der indust-riellen Gemeinschaftsforschung (AiF 14808, „Verstärkungs-faserstoffe Wellpappenrohpapiere“) vor, in dem mit dem Einsatz alternativer Rohstoffe sowie von Trockenverfesti-gungsmitteln Möglichkeiten gefunden wurden, die Anforde-rungen der Produkteigenschaften von Wellpappenpapieren trotz sinkender Qualität des Rohstoffs Altpapier zu erfüllen. Als zweites wurde, ebenfalls aus dem Altpapierrecyclingbe-reich, ein Projekt zur Förderung von Forschung und Entwick-lung bei Wachstumsträgern in den neuen Bundesländern und Berlin (INNO-WATT 060113, „Flotation Verpackungs-papiere“) vorgestellt. In diesem Projekt sind technologische Maßnahmen im Aufbereitungsprozess von Altpapier erar-beitet worden, die auch zukünftig eine wirtschaftliche Pro-duktion insbesondere leichtgewichtiger Verpackungspapiere ermöglichen.Mit Vertretern aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft aber auch mit interessierten Besuchern fanden in gelöster Atmosphäre Gespräche statt. Das gezeigte Interesse an den vorgestellten Projekten und die Gelegenheit für Gespräche, die Informationsveranstaltungen zu den Möglichkeiten der Technologieförderung durch den Bund sowie ein vielfältiges Rahmenprogramm machten den 15. Innovationstag zu einer gelungenen Veranstaltung. Tobias Brenner 0049 3529 551 624 tobias.brenner@ptspaper.de

At this year’s ‘Inno-vation Day Small & Medium Enterprises’ that was organised on 25 June 2008 by the German Econom-ics and Technology Ministry (BMWi), PTS presented two projects on recov-ered paper recycling. The Berlin AiF office had made available its premises for the event which was held on 25 June 2008 for the 15th time. A total of some 190 en-terprises, networks and industrially ori-ented research insti-

tutions from all over Germany reported forward-looking re-sults that had been obtained with support by the technology promotion programme of BMWi. An opening address was given by Thomas Gräbener, AiF President, and by Hartmut Schauerte, Parliamentary Secre-tary of State at BMWi and SME Commissioner of the Federal Government. On the Innovation Day, also the new Central Innovation Programme SEM (Zentrales Innovationspro-gramm Mittelstand (ZIM)) was presented. This promotion programme brings together the previously separate support schemes for R&D cooperations and innovative networks. In addition, a prize was awarded to six network projects as winners of the 10th round of the competition ‘Network Management East’ (Netzwerkmanagement-Ost (NEMO)). As of 1 July 2008, this promotion scheme is available coun-trywide to all small and medium-sized enterprises within the framework of ZIM.Papiertechnische Stiftung (PTS) presented an industrial col-lective research project (AiF 14808, “Reinforcing fibres corru-gating stock”). It describes the use of alternative raw materi-als and dry strength agents providing the possibility to meet product quality demands of corrugating stock in spite of ever deteriorating recovered paper qualities. The next presenta-tion in the area of recovered paper recycling introduced the attendees to an R&D promotion project addressing growth drivers in the new federal states and in Berlin (INNO-WATT 060113, “Flotation Packaging Papers“). The project covers technological measures for recovered paper treatment proc-esses which will enable profitable production especially of lightweight packaging papers also in future years. In a relaxed and informal atmosphere the event provided a platform for exchanges with politicians, scientists, indus-trialists and interested visitors. The obvious interest in the projects, the lively discussions and the information sessions on governmental technology support programmes together with a diversified social programme have made the 15th In-novation Day a success. Tobias Brenner 0049 3529 551 624 tobias.brenner@ptspaper.de

Werner Förster. Gudrun Schega-Schettler, Johannes Singhammer (Member of the Bundestag) and Tobias Brenner, PTS (from left to right) at the PTS booth

7PTS NewS 02/2008 aktuelle inFormationen / recent inFormation

KOMMUNIKATION IST KEINE AUFGABE, SIE IST EINE CHANCE

COMMUNICATION IS NOT A JOB, IT IS AN OPPORTUNITy

Auch in diesem Jahr nahmen wieder Nachwuchswissenschaft-ler von der PTS am EU-Marie-Curie-Projekt CREATE teil.

CREATE steht für die „Schaffung einer wettbewerbsfähigen ERA (European Research Area) durch Übertragung von Ver-antwortung auf junge Wissenschaftler“. Im Zeitraum von 2007 bis 2010 erhalten junge Nachwuchswissenschaftler aus europäischen Forschungs- und Technologie-Organisationen (RTOs) die Möglichkeit, an Workshops teilzunehmen. Diese beinhalten sowohl einen theoretischen als auch einen prak-tischen Teil. Das Ziel dieser Veranstaltungsreihe ist neben der Qualifizierung der jungen Forscher die Schaffung eines europäischen Netzwerkes und die Verbesserung der Ko-operation im Rahmen von EU-Forschungsaktivitäten durch Austausch- und Fortbildungsmaßnahmen. Die Hauptorgani-sation der Workshops wird durch SINTEF (Norwegen) rea-lisiert.Der zweite Workshop befasste sich mit dem Thema „Inter-nationale Kommunikation und Austausch von Forschungs-ergebnissen“. Das wissenschaftliche Komitee des Projektes und der Gastgeber VITO konnten vom 21.05.-28.05.2008 bei der Veranstaltung in Antwerpen (Belgien) 50 ausgewählte Nachwuchsforscher von verschiedenen europäischen For-schungseinrichtungen wie VTT, Fraunhofer, VITO, CTR, TNO und der PTS begrüßen. Zum Auftakt begrüßte Herr Fransaer, Managing Director von VITO, die Teilnehmer. Anschließend hielt Herr Claessens, Deputy Head of Communication Unit DG Research and Edi-tor-in-chief einen Vortrag über die Wichtigkeit der Verbrei-tung von Forschungsergebnissen für die EU und die Rolle der Europäischen Kommission. Weitere Beiträge, z.B. von Herrn Gates, beschäftigten sich mit Kommunikation und interkul-turellen Unterschieden. In den folgenden Tagen konnten die Teilnehmer im Rahmen von Workshops Techniken zur Herangehensweise an eine wissenschaftliche Zusammenar-beit in einer Gruppe bei un-terschiedlicher Herkunft und wissenschaftlichem Hinter-grund erlernen. Diese Work-shops wurden von von SYN-TRA aus Belgien, Sølvpilen Projektdesign aus Norwegen und dem wissenschaftlichen Komitee betreut. Dabei wurde auch auf die Bedeutung und die Besonderheiten des Infor-mationsaustausches in einem interdisziplinären Team ein-gegangen. Im zweiten Teil des Workshops wurden dann Lö-sungsansätze zur effektiven Präsentation von Forschungs-ergebnissen behandelt. Inner-halb des Workshops stellte Herr Jarno Salonen (VTT) YEAR (Young European Asso-ciated Researchers) vor und zeigte die positiven Effekte der Zusammenarbeit in die-sem Netzwerk auf.

Again this year junior researchers of PTS participated in the EU Marie-Curie Project CREATE.

CREATE stands for “Creating a competitive ERA (European Research Area) by placing responsibility on junior research-ers.” In the period 2007 to 2010, junior researchers from Eu-ropean research and technology organisations (RTOs) are invited to attend workshops covering theory and practice. This series of workshops is aimed at qualifying juniors and creating a European network to intensify cooperation under EU research projects via exchanges and continuing educa-tion schemes. The basic organisation of these workshops is in the hands of SINTEF (Norway).The second workshop in this series addressed “International communication and exchange of research findings”. In Ant-werp, Belgium from 21 – 28 May 2008, the scientific project committee and VITO as host welcomed 50 selected junior researchers from different European research institutions such as VTT, Fraunhofer, VITO, CTR, TNO and PTS.After a welcoming address by Mr Fransaer, Managing Direc-tor of VITO, Mr. Claessens, Deputy Head of Communication Unit DG Research and Editor-in-chief gave a presentation on the importance of disseminating research findings within EU countries and on the role of the European Commission. Further contributions, such as by Mr. Gates, dealt with com-munication and intercultural differences. In the following days, the workshop attendees were familiarised with tech-niques to achieve scientific cooperation of a group of people with a different scientific background and who come from different countries. These workshops were supervised by SYNTRA, Belgium, Sølvpilen Project Design, Norway, and the scientific committee. Special attention was paid to the significance and the peculiarities of information exchanges within an interdisciplinary team. The second part of the workshop was devoted to concepts for effective presenta-

tion of research results. In this context, Jarno Salonen (VTT) gave an introduction to YEAR (Young European Associated Researchers) and outlined the positive effects of collabora-tion within this network. On the last day of the work-shop, the participants visited VITO in Mol where they were introduced to the fields of ac-tivity of the Flemish research centre and had a look round the laser technology labora-tories with a demonstration of laser welding, laser cutting and surface treatment tech-niques.

Attendendees from PTS at the CREATE-Workshop 2008:

Björn Zimmermann, Sabine Hottmann, Kai Blasius,

Madeleine Kühn and Tobias Brenner (from left to right)

8 PTS NewS 02/2008 aktuelle inFormationen / recent inFormation

Am letzten Tag des Workshops stand ein Besuch von VITO in Mol auf dem Programm. Neben der Vorstellung der Ar-beitsgebiete des flämischen Forschungszentrums konnten auch die Labore für Lasertechnik besichtigt werden. Hier wurden Applikationen zum Laser-Schweißen, Laser-Schnei-den und zur Oberflächenbehandlung vorgestellt.Alles in allem war es ein gelungener Workshop in dem jun-gen Forschern die Möglichkeit geboten wurde, Kontakte zu anderen Wissenschaftlern aufzubauen sowie die erworbe-nen Kenntnisse gleich in die Praxis umzusetzen.Der nächste CREATE-Workshop wird 2009 durch die Fraun-hofer Gesellschaft in München ausgerichtet. Weitere Infor-mationen zu CREATE finden Sie auf der Homepage: http://www.year-network.eu/create.html.Kai Blasius 0049 3529 551 674 kai.blasius@ptspaper.de

Overall it was a successful workshop which provided junior researchers with an opportunity to make contacts with other scientists and to immediately apply the knowledge gained. Scheduled to take place in Munich in 2009, the next CREATE workshop will be organised by the Fraunhofer Gesellschaft. For details of CREATE please visit the homepage http://www.year-network.eu/create.html.Kai Blasius 0049 3529 551 674 kai.blasius@ptspaper.de

VERNISSAGE IN DER PTS VERNISSAGE AT PTS

Am 17. September fand in der PTS in München die Vernis-sage zur Kunstausstellung „Spiegelungen der Zeit - Papier aus anderer Sicht“ statt. Die Werke der Schweizer Künst-lerin Therese Weber haben eine starke Beziehung zu Men-schen, Orten und Kulturen, zu denen sie selbst gereist ist. In einzelnen ihrer Werkgruppen legt Therese Weber in Wasser suspendierten Faserstoff in Schichten übereinander, gießt mit Pulpe oder stellt Fotografie in einen Dialog mit haptisch erfassbaren Papierstrukturen.Mit der Wahl und Anwendung von verschiedenen Verfahren und Ausgangsmaterialien erreicht die Künstlerin bestimmte ästhetische Wirkungen wie Transparenz, Struktur, Volumen oder Glimmereffekt durch Wüstensand im Faserstoff.Den Ausschlag für ihre Arbeit gibt aber zuallererst die konse-quente thematische Gedankenarbeit. Alle Werke von Therese Weber haben eine explizite inhaltliche Absicht und Aussage. Die Ausstellung ist noch bis 15. Januar 2009 zu sehen.Erwin Polmann 0049 89 12146 230 erwin.polmann@ptspaper.de

On 17th September PTS organised in their Munich location the vernissage of the art exhibition “Reflections of time - Pa-per seen from a different perspective”. The works of swiss artist Therese Weber have a strong connection with peo-ple, places and cultures that she has visited. In some of her types of work, Therese Weber superimposes layers of paper fibre suspended in water on one another, casts with pulp or brings photography in a dialogue with palpable paper structures.With the choice and application of various techniques and raw materials, the artist achieves particular aesthetic effects, for instance transparancy, structure, volume or a glistening effect by the use of desert sand in the fibrous pulp. The crucial factor in her work however is the consistent thematic thought that goes in. All Therese Weber`s works contain an explicit intention and statement. The exhibition may be visited until 15th January 2009.Erwin Polmann 0049 89 12146 230 erwin.polmann@ptspaper.de

9PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

ENERGIESITUATION DER PAPIERINDUSTRIE

ENERGy SCENARIO IN THE PAPER INDUSTRy

Energiekosten und Rohstoffpresie ziehen massiv an. Dazu kommen in einigen Sektoren dramatische Überkapazitäten - wie kann die Papierindustrie auf diese Situation reagieren?

Die Lage der Papierin-dustrie hat sich im letz-ten Jahr weiter deutlich verschärft. Es gelang ihr wiederum nicht, die stark gestiegenen Preise für Energie und Roh-stoffe in erforderlicher Weise an ihre Kunden durchzureichen. Eine Ursache sind die in ei-nigen Sektoren drama-tischen Überkapazitä-ten. Die Folge: Große Konzerne haben damit begonnen, Kapazitäten durch Stilllegungen vom Markt zu nehmen und bei den verbleibenden Standorten teilweise drastische Kosteneinsparprogramme durchzuführen. Damit soll die Betriebsweise der Standorte in Bezug auf Qualität, Rohstoff und Energieeinsatz optimiert werden.Die Energieversorgung spielt in diesen Programmen eine we-sentliche Rolle, das zeigen die folgenden Beiträge. Der Ener-gieverbrauch macht heute bereits durchschnittlich 13,5% der gesamten Herstellungskosten aus. Spitzenwerte liegen sogar über 20%. Damit ist der Energiekonsum einer der wichtigsten Produktionsfaktoren der Papierherstellung, der durch die einzelne Papierfabrik beeinflusst werden kann.Im Zuge der Liberalisierung des Energiemarktes hat die Pa-pierindustrie in weiten Teilen ihre Eigenerzeugungskapazi-täten deutlich abgebaut. Damit einher ging eine wesentlich stärkere Abhängigkeit von den Energieversorgern. Was zu Beginn dieser Umwälzungen als klarer Marktvorteil galt, hat sich im Nachgang für viele Unternehmen nun als Last her-ausgestellt.Eine Folge ist, dass die Papierfabriken nur noch über sehr eingeschränkte Möglichkeiten verfügen, die Effizienz dieser Anlagen zu erhöhen. Eine Rückkehr zur alten Versorgungs-struktur ist durch die rasch erfolgten Demontagen und dem damit einhergegangenen Personalabbau aber nicht einfach zu realisieren.Folge dieses Personalabbaus ist heute unter anderem ein erheblicher Investitionsstau. Er hängt zwar zu einem Teil von der Kapitalverfügbarkeit ab, wird aber durch das fehlen-de Personal zur Durchführung der geplanten Investitionen noch verschärft. Dass Energieversorgung traditionell eine Kernkompetenz der Papierindustrie sein muss, wird einigen Unternehmen auf diese Weise schmerzhaft deutlich. Fabri-ken, die heute als gut aufgestellt gelten dürfen, haben dieses Thema nicht aus der Hand gegeben und frühzeitig intensiv Konzepte der Kraft/Wärmekopplung verfolgt.Gemeinsam mit den Energiekosten sind auch die übrigen Rohstoffpreise massiv angezogen, so dass Neuinvestitionen heute einen erheblich größeren Kapitalbedarf benötigen.

Energy cost and raw material prices are rising unweakened. In addition we have dramatic overcapacities in some sectors - how can the paper industry respond to this situation?

Over the past year, the situation of the paper industry has become increasingly acute. Once again the indus-try did not succeed in adequately passing on the substantially higher energy and raw material prices to its customers. One of the reasons for this development is overcapacities which are dramatically high in some sectors. As a consequence, big groups have started to withdraw capacities

from the market by closedowns. At the same time they are implementing more or less drastic cost saving schemes at the remaining locations. These endeavours are intended to optimise mill operations in terms of quality and raw mate-rial and energy use. As is obvious from the following figures, energy supplies play an important part in these programmes: today, an av-erage 13.5% and up to a maximum of over 20% of total manufacturing costs go into energy consumption. Accord-ingly, energy is one of the principal production factors of pa-permaking which are under direct control by the individual mills. In the course of the deregulation of energy markets, the pa-per industry has largely reduced its internal energy produc-tion capacities, thus distinctly increasing its dependency on external energy providers. What seemed a clear competi-tive advantage at the onset of these changes has meanwhile turned out to be a burden on a large number of companies. As a result, mill managers are left with a very limited scope of options to enhance the efficiency of their energy systems. In view of the fact that plants were dismantled and staff re-duced very quickly, returning to previous supply structures now appears somewhat difficult. One of the consequences of these personnel cutdowns is a considerable backlog of investment projects. This is in part dependent on the availability of capital, but the absence of staff who could implement the planned investments tends to aggravate the situation. Against this background, some companies are now becoming painfully aware of the fact that internal power supply has traditionally - and with good cause - been a core competency of the paper industry. Mills which continue to be successful in the marketplace have in-tensively focused on cogeneration concepts at an early date instead of outsourcing energy supply. Since not only energy cost but also the remaining raw ma-terial prices have undergone a steep rise recently, capital needs for new investments have substantially grown. Owing

10 PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

Die Lieferzeiten der Anlagenbauer betragen aufgrund der weltweit sehr starken Nachfrage nach Energieanlagen teil-weise bereits Jahre. Dabei wird das Rohstoffpreisrisiko auch noch an die Kunden delegiert.Aber wie kann man diesen Zustand nun verändern und be-einflussen?Wesentlich für alle Veränderungen ist eine gründliche Ana-lyse der IST-Zustände, ein daraus abgelei-tetes Paket von kurzfristigen Maßnahmen und die Entwicklung einer langfristigen Strategie. Kernelement dieser Analyse sollten inten-sive Vor-Ort-Untersuchungen sein. Denn nur so können die Nachhaltigkeit der Pro-gramme verifiziert und Modelle entwickelt werden, die belastbare Aussagen liefern. Analysen dieser Art müssen die komple-xen Gesamtzusammenhänge eines Stand-ortes ebenso berücksichtigen wie sein re-gionales Umfeld und seine Einbindung in Konzernstrukturen. Nur dann können alle Potenziale in ihrem Zusammenhang kor-rekt bewertet und ausgeschöpft werden. Singuläre Betrachtungen mögen fallwei-se sehr erfolgreich sein, auf den Gesamt-komplex können sie sich aber sehr negativ auswirken.Wir sind überzeugt - und damit steht die PTS nicht alleine am Markt - dass der Energieverbrauch eines Standorts durch kurzfristige Maßnahmen im Bereich von 5-10% gesenkt werden kann und dass durch langfristige Veränderungen eine Ersparnis über der Marke von 20% realisierbar ist. Elemente einer solchen Analyse zur Erzielung kurzfristiger Einsparung und zur Entwicklung langfristiger Strategien möchten wir Ihnen in dieser Ausgabe der PTS-News vor-stellen und erläutern. Wir würden uns sehr freuen, wenn Ihnen das eine Hilfestellung in Ihrem betrieblichen Alltag sein kann.Bernd Maur 0049 89 12146 278 bernd.maur@ptspaper.de

to the globally high demand for energy systems, some machine builders today quote delivery terms of several years – a practice that transfers the raw material price risk, too, to the customers. How could this scenario be changed and influenced?Change is only possible after thorough analysis of the as is condition from which a package of short-term measures can be derived and a long-term strategy devel-oped. Detailed on-site investigations should be the core element of such analyses. This is the only way to verify the sustainability of developed programmes and to create models that allow reliable conclusions. Apart from taking the complex overall conditions of a location into account,

analyses of this kind have to consider the mill’s regional environment and its integration in group structures. Only then will it be possible to correctly evaluate and exploit all existing potentials. Looking at individual aspects alone may produce favourable results in certain cases, but this ap-proach carries the risk of negative consequences for overall operations.

PTS specialists - like other market experts – are convinced that short-term measures will give a 5-10% decrease in the energy consumption of a location whereas long-term chang-es will even allow savings beyond the 20% mark. - This issue of PTS-News will present and discuss some elements of such analyses which are geared to achieving short-term savings and elaborating long-term strategies. PTS would welcome it if the information provided in this report would assist everyday operations of our clients. Bernd Maur 0049 89 12146 278 bernd.maur@ptspaper.de

VerbrauchswerteVerteilnetzeZweck/FunktionLuftmessungenAnlagentechnikAbwärmeströmeWärmebedarfWasserführungKreisläufe

BenchmarkingWirkungsgradeVerbrauchs-bewertungFunktions-bewertungWärmequellen und �-senkenStatistische AuswertungenPinch AnalyseBilanzkreiseThermografie

HaubenlufttechnikRaumlufttechnikDruckluftsystemKraftwerkAntriebe und PumpenDampf- undKondensatsystemKälteanlagenVakuumpumpenMahlungAbwärmenutzungTrocknung

Optimierungs-konzepte

WirtschaftlicheBewertung

Maßnahmen

WeiterführendeBetreuung

Daten-aufnahme Tools Module

Consumption valuesDistribution networksPurpose/FunctionPlant technologyWaste heat flowsAir measure-mentsThermal energy consumptionWater circuitry

BenchmarkingEfficiency valuesConsumption assessmentFunctional evaluationHeat sources and sinksPinch AnalysisStatistical toolsLoad managementSimulationLaboratory work

Hood ventilationVentilation andair conditionCompressedair systemPower plantDrives and pumpsVapor andcondensate systemsRefrigerating plantsVacuum pumpsDrainage increaseRefiningWaste heat recovery

Optimisationconcepts

Assessment of economic efficiency

Action plan

Dataacquisition Tools Modules

Durch systematische Analyse kann der Energieverbrauch eines Standortes durch kurzfrisitge Maßnahmen um 5% - 10% gesenkt werden.

With systematic analysis energy consumptionof a location can be reduced by short-term measures at 5% - 10%.

11PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

KRAFTWERKE IN DER PAPIERINDUSTRIE: UNGENUTZTE POTENZIALE ZUR ERHÖHUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEIT

POWER PLANTS IN THE PAPER INDUSTRy: UNUSED POTENTIALS FOR

PROFITABILITy ENHANCEMENT

Eine der kostenintensivsten Nebenanlagen einer Papierpro-duktion ist die Kraft- und Wärmebereitstellung. Entschei-dend für die Papierindustrie ist dabei der Wärmebedarf, den eine Fabrik auf hohem Energieniveau kontinuierlich und stetig verfügbar abdecken muss.

Der wirtschaftliche Transport von Prozesswärme bedingt eine gewisse räumliche Nähe zum Produktionsstandort. Dies gilt nicht in gleicher Weise für den zu deckenden Kraft-bedarf. Er kann auch weit entfernt vom Produktionsort be-reitgestellt werden.In einer Energieeffizienzanalyse ist die Untersuchung des Kraftwerks ein wesentlicher Aspekt. Jeder Prozentpunkt der hier erreichten Energieeffizienz wirkt sich je nach Eigenver-sorgungsgrad bis zu 100% für den gesamten Standort aus. Beispielhafte Ansatzpunkte sind im Folgenden genannt.Abstimmung auf den Produktionsprozess: Wie wirksam eine Abstimmung ist, das äußert sich in ihrer einfachsten Form in der Menge des Hilfskondensatordampfes oder des abgeblasenen Dampfes, die ein Kraftwerk produktionsbe-dingt ungenutzt „vernichten“ muss. Bei Untersuchungen wurden hier Potenziale von bis zu 72.000 t Dampf pro Jahr ermittelt. Das ist als absoluter Wert gesehen sicher extrem, aber prozentual auf den Gesamtverbrauch betrachtet nicht schlechter als an anderen kleineren Standorten.Wirkungsgradsteigerung der Feuerungsanlage: Untersu-chungen in diesem Bereich umfassen das gesamte Spektrum vom Brennstoff bis zu den verschiedenen Abwärmeströmen. In diesem sehr komplexen Gebiet ergeben sich die unter-schiedlichsten Ansätze, von der Aufbereitung oder dem Mix der Brennstoffe, Analyse von Teillastprozessen, Anhebung von Dampfparametern, Variation von Wärmetauscherflä-chen und vieles mehr. Grundlage für eine Optimierung kann hier auch eine thermodynamische Simulation des Anlagen-komplexes sein.Steigerung der Stromeigenerzeugung: Bei diesem Themen-komplex geht es um die Steigerung des Wirkungsgrades von Dampf- und Gasturbinen sowie um mögliche zusätzliche Installationen, z.B. einer Mikrogasturbine für Biogas. Bei Dampfturbinen (DT) muss die Menge an verstromtem Dampf möglichst unter einer maximalen Druckspreizung optimiert

One of the most cost-intensive support facilities of paper production is power and heat generation. Mill operations are decisively influenced by the heat requirement to be kept available and met continuously at a high energy level.

To ensure an economical transport of process heat, transport distances to the production location have to be compara-tively short, whereas power may also be supplied over long distances. The power plant is a key item in every energy efficiency analysis. Depending on the extent of in-house power gen-eration, each single percentage point of energy efficiency achieved may impact the entire location with up to 100%. A few examples are given below to illustrate possible ap-proaches. Adaptation to the production process: In its simplest form, the effectiveness of adaptation is reflected in the amount of steam generated by an auxiliary condenser or the amount of exhaust steam leaving a plant unused for production reasons. Dedicated studies have revealed potentials of up to 72,000 t steam/a. In absolute terms, this value seems extremely high, but when expressed in per cent of total con-sumption it is more or less typical of small-sized locations. Efficiency enhancement of heating system: Relevant studies cover the entire range from fuels up to the various exhaust heat streams. In view of the high complexity of this subject, a large variety of approaches may be adopted – from fuel treatment or blending up to analyses of partial load proc-esses, increase in steam parameters, variation of heat ex-changer surfaces and many more. Another potential basis for optimisation is thermodynamic simulation of the overall plant.Increasing internal power generation: Specifically, the ef-ficiency of steam and gas turbines is to be enhanced and possible additional installations – such as a micro gas tur-bine for biogas – are to be provided. For steam turbines, the volume of steam to be converted into electricity has to be optimised with a maximum possible pressure difference. For instance, if a steam turbine provides a back pressure steam of 4.8 bar whilst only 3.5 bar is needed in production, the

12 PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

werden. Konkret: wenn der Gegendruckdampf an einer DT 4,8 bar beträgt, die Produk-tion aber nur 3,5 bar Dampfdruck benötigt, dann kann der Gegen-druck weiter abgesenkt und die Stromausbeu-te vergrößert werden. Analoges gilt wenn die Leistungsgrenzen der Kesselanlage nicht aus-geschöpft werden.Gasturbinen weisen einen hohen Tempe-ratureinfluss auf, die Sommerkapazität liegt aufgrund des redu-zierten Massenstroms unter der Winterkapazität. Abhilfe schaffen kann eine ab-wärmebetriebene Wärmepumpe oder ein adiabatischer Luft-wäscher im Zuluftmassenstrom. Gerade für staubbelastete Standorte hat die Luftwäsche einen positiven Nebeneffekt: sie verlängert die Filterstandzeiten bis zu zweimal.Optimierung der Kondensattemperaturen: Im Wärmema-nagement sind gerade an den Papiermaschinen noch Nut-zungspotenziale vorhanden, die aus Unkenntnis der im Kraftwerk benötigten Kondensattemperaturen oft nicht ge-hoben werden. Eine Reduktion der zwischen der Papierpro-duktion und dem Kraftwerk ständig pendelnden Leistung führt zur Wirkungsgradoptimierung.Lastmanagement: Durch die hohe Volatilität der Stromprei-se kostet das gleiche produzierte Produkt heute tagsüber mehr als Nachts oder an Wochenenden. Eine Abstimmung der Produktion auf die Verhältnisse am Strommarkt kann einen erheblichen Gewinn bringen.Fazit: Kraftwerke in ihrer Gesamtheit und in ihrer Einbin-dung in den Produktionsprozess zu beurteilen ist eine sehr vielschichtige und anspruchsvolle Arbeit. Sie hat jedoch ei-nen sehr hohen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit eines Un-ternehmens. Daher sollte den Kraftanlagen, wie in einigen Betrieben bereits geschehen, wieder verstärkte Aufmerk-samkeit gewidmet werden. Und das bedeutet nicht zuletzt, wieder eigene Kompetenz aufzubauen.Bernd Maur 0049 89 12146 278 bernd.maur@ptspaper.de

back pressure can be reduced to increase the power yield. A similar procedure may be fol-lowed if a boiler plant is not used to capacity. Gas turbines are highly susceptible to tempera-ture influences: due to a reduced mass flow, their capacity is lower in summer than in winter. To remedy the situation, an exhaust heat driven heat pump or alternatively, an adi-abatic air washer may be arranged in the in-take air mass flow. In dust-laden atmos-

pheres in particular, air washing has a positive side effect: it may double the service life of filters. Optimisation of condensate temperatures: Heat manage-ment should also address the paper machine which may offer additional potentials that are frequently left unused for lack of information about the condensate temperatures actually required in a power plant. Efficiency can be opti-mised by a reduction in performance levels which continu-ally oscillate between paper production processes and the power plant. Load management: Due to the high volatility of electricity tariffs, the production cost of one and the same product is currently higher during the day than by night or on week-ends. Adapting production schedules to the electricity mar-ket conditions may turn out highly profitable therefore. Conclusions: Assessing power plants both separately and as an integrated part of production processes is a highly complex and sophisticated job. However, evaluations of this kind can crucially impact the profitability of an enterprise. Being aware of this fact, a number of companies have al-ready focused on power plants more than before – a policy that appears worth imitating, because it involves re-building in-house competencies.Bernd Maur 0049 89 12146 278 bernd.maur@ptspaper.de

Electricity

Electricity

Gas / Oil

Air

Coolingwater

Exhaust gas

Combustionchamber

Gas turbine

Heat recoverysteam generator

GT generator

GT generatorSteam turbine

Condensor

Source: Siemens

Schema of the GUD process

13PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

Lufttechnische Anlagen haben nicht den größten Anteil am Energiebedarf einer Papierfabrik, aber ein erheblicher Teil der eingesetzten Energie wird hier wieder abgegeben. Eine genauere Betrachtung lohnt sich oft.

Bei der Papiererzeugung wird in der Trocknung der weitaus größte Energieanteil benötigt. Meist erfolgt die Trocknung mit Dampf. Bei ungestrichenen Papieren kann der Anteil des Dampfbedarfs für die Trockenzylinder mehr als 80 % betra-gen, während der Dampfanteil für die Lufttechnik zur Luft-vorwärmung lediglich bei 5 bis 10 % liegt. Dennoch lohnt die Betrachtung der Lufttechnik, da die in den Trocken-zylindern abgegebene Wärme nahezu vollständig mit der Hauben abluft abgeführt wird. Aus energetischer Sicht be-steht also eine wesentliche Aufgabe bei der lufttechnischen Optimierung darin, die zur Trocknung eingesetzte Energie möglichst weitgehend im Prozess zu halten.Die Wärmeabgabe des Dampfes erfolgt bei Drücken in der Größenordnung von 200 bis 70 kPa. Dem entsprechen Kon-densationstemperaturen von 120 bis 90 °C. Die abgegebene Wärme ist zum größten Teil als latente Wärme im verdampf-ten Wasser enthalten und trägt mit etwa 75 % zur Enthalpie der Haubenabluft bei. Die Partialdrücke von Wasserdampf in der Haubenabluft liegen bei etwa 13 bis 22 kPa, so dass sich Taupunkttemperaturen von lediglich 50 bis 62 °C erge-ben. Dieser Effekt führt dazu, dass die Rückgewinnung der Wärme bei einem erheblich niedrigeren Temperaturniveau erfolgen muss als die ursprüngliche Wärmeabgabe. Daraus ergeben sich zwei Folgerungen:

Um möglichst viel Wärme im Prozess zu halten, muss 1. der Wasseranteil der Haubenabluft in Wärmerückgewin-nungsanlagen kondensiert werden.Um Wärme auf möglichst hohem und damit wertvollem 2. Temperaturniveau zurück zu gewinnen, muss der Luft-anteil möglichst gering sein. Das führt zu hohen Tau-punkttemperaturen in der Abluft.

Though not being the principal energy consumers, air sys-tems in papermills emit a substantial share of the energy input. This makes a closer look appear worthwhile in many cases.

In papermaking installations, drying operations are by far the largest energy consumers with steam being the domi-nant medium. For uncoated production, the steam require-ment for the drying cylinders may exceed 80% whereas the steam proportion needed by air systems for air preheating is as low as 5-10%. Nevertheless, air systems deserve special attention because nearly 100% of the heat emitted from the drying cylinders is discharged together with the hood ex-haust air. From an energetic point of view, an optimisation of air systems should therefore focus on retaining as much drying energy in the process as ever possible. Heat is emitted from steam at pressures in the range of 200-70 kPa and at condensation temperatures of 120-90 °C. For its major part, dissipated heat is contained in the evaporated water as latent heat, thus contributing approx. 75% to the enthalpy of the hood exhaust air. The partial pressures of water vapour in the hood exhaust air are at approx. 13-22 kPa with resulting dew point temperatures as low as 50-62 °C. Accordingly, heat recovery has to be at a temperature level that is substantially below the original temperature of emitted heat. From this, a two-fold conclusion may be drawn:

To retain a maximum of heat in the process, the water 1. content of the hood exhaust air has to be condensed.To recover heat at a useful maximum temperature level, 2. the air content has to be kept at a minimum – a require-ment which involves high dew point temperatures in the exhaust air.

Where should the heat go?Preheating the hood supply air suggests itself as a method of

ENERGIEOPTIMIERUNG VON LUFTSySTEMEN

ENERGy OPTIMISATION OF AIR SySTEMS

14 PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

Wohin mit der Wärme?Die Vorwärmung der Hau-benzuluft ist eine nahelie-gende Abwärmenutzung, die bei allen Wärmerückgewin-nungsanlagen installiert ist. An Streichmaschinen oder Yankee-Hauben ist auch die Vorwärmung von Verbren-nungsluft eine der ersten Op-tionen für eine Wärmerückge-winnung. Abbildung 1 zeigt beispielhaft erzielbare Einspa-rungen in Abhängigkeit der Wärmetauscherfläche. Grund-lage ist eine Produktions-menge von 13 t/h bei einem Dampfpreis von 15 €/t.Die zum Wärmeaustausch benötigte Fläche steigt bei fort-schreitender Abkühlung überproportional im Vergleich zur zurück gewonnenen Wärme. Da Luft-Luft-Wärmetauscher einen schlechteren Wärmeübergang haben als Luft-Wasser-Wärmetauscher, ist es sinnvoll, ab einer bestimmten Tem-peratur die Wärme in Wasser zu übertragen. Als Wärmesen-ken bieten sich an:

Warmwassersystem zur Hallenheizung•Warmwassererzeugung für die Papiermaschinen (Frisch-, •Klar- oder Siebwasser)

Die genannten Wärmesenken sind dann wirtschaftlich at-traktiv, wenn Dampf oder fossiler Brennstoff ersetzt werden kann. Die Beheizung von Produktionshallen sollte immer mit Abwärme erfolgen. Auch Lager oder Ausrüstung können häufig über ein Warmwassersystem mit Restwärme beheizt werden. Je nach Grad der Wärmeintegration, der spezifi-schen Abwassermenge und der baulichen Gegebenheiten stehen jedoch nicht immer passende Wärmesenken zur Ver-fügung. Eine Taupunkterhöhung oder der Einsatz von Wär-mepumpen können dann weitere Potenziale erschließen.

Kennwerte von TrockenhaubenEin Kennwert zur Beurteilung der Luftbilanz einer Trocken-haube ist das Verhältnis von Zuluft- zu Abluftmassenstrom. Hier wird im Allgemeinen ein Verhältnis von 0,7 als gute Praxis angenommen. Taupunkttemperaturen der Haubena-bluft liegen bei modernen, gut isolierten und abgedichteten Hauben bei 60 bis 63 °C. Ältere Trockenhauben werden mit Taupunkttemperaturen von 53 bis 57 °C betrieben.

HallenlüftungBei der Beheizung von Produktionshallen wird Energie für den Betrieb der Ventilatoren und die Beheizung in den Wintermonaten benötigt. Die Zieltemperatur von Hallen-heizungen beträgt häufig 22 °C und ist damit auf einem Temperaturniveau, das bei Papierfabriken gut mit Abwär-me abgedeckt werden kann. Vor dem Ersatz von Dampfhei-zungen sollten jedoch die Luftmengen an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Häufig ist zumindest im Winter eine Reduzierung der Luftmenge möglich. Temperatur- und Feuchtefühler ermöglichen eine Kontrolle des Hallenklimas.

OptimierungsbeispieleIm Rahmen von Energieeffizienzanalysen der PTS wurden an zahlreichen Papiermaschinen Optimierungspotenziale

waste heat utilisation which is typical of all heat recov-ery systems. With coating machines or yankee hoods, preheating of combustion air is a priority option for heat recovery. Fig. 1 illustrates potential savings which, de-pending on the heat exchang-er surfaces, may be attained for a production of 13 t/h at a steam price of €15/t. As temperatures decrease, the required heat exchanger surface will increase ex-ponentially in relation to the recovered heat volume. Since air-air heat exchangers

provide a poorer heat transfer compared to air-water heat exchangers, it appears advisable to arrange for heat trans-port in water from a specific temperature onwards. In this context, the following systems are considered appropriate heat sinks:

warm water systems for hall heating•warm water generation for paper machines (fresh, clear •or white water)

The above heat sinks are economically attractive if they can be used to replace steam or fossil fuels. Apart from produc-tion halls which should in each case be heated with waste heat, residual heat may in many cases be applied for the heating of warehouses or finishing. Depending on the de-gree of heat integration, the specific effluent volumes or constructional characteristics, it may happen that no suit-able heat sinks are available. In these cases, raising the dew point or installing heat pumps may open up new poten-tials.

Dryer hood characteristics The air balance of a dryer hood may be assessed by the ratio of supply air/exhaust air mass flow. A ratio of 0.7 is gener-ally considered good practice. Modern-type well insulated and sealed dryer hoods exhibit exhaust air dew point tem-peratures of 60-63 °C whilst previous-type dryer hoods are run at dew point temperatures in the range of 53-57 °C.

Hall ventilationIn the context of heating production halls, energy is re-quired for the operation of fans and for heating during win-ter months. Frequently, the target hall temperature in paper mills is 22 °C and as such easily attainable with exhaust heat. Before replacing steam heating systems, however, the air volumes should be matched to actual demand. More of-ten than not, air volumes may be reduced at least in winter. The hall climate may be monitored by means of tempera-ture and moisture sensors.

Examples of optimisationEnergy efficiency analyses conducted by PTS have yielded optimisation potentials for numerous paper machines. Cru-cial starting points in this connection are matching the air volumes and substituting waste heat for steam. Additional potentials may be derived by changing over from flow con-trol valves to twist-flow or speed control concepts or alter-

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00 €

Heat exchanger surface

economically usablefor hood air preheating

Figure 1: Benefit of heat recovery vs. heat exchanger surface

15PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

identifiziert. Zentrale Ansatzpunkte sind die Anpassung von Luftmengen und der Ersatz von Dampf durch Abwärme. Weitere Potenziale bestehen bei der Umstellung von Dros-sel- auf Drall- bzw. Drehzahlregelung oder der Anpassung von Ventilatorlaufrädern. Auch ein Wechsel der Kraftüber-tragung von Keil- auf Zahnriemen oder Direktantrieb und der Einsatz energieeffizienter und dem Leistungsbedarf an-gepasster Motoren ist zu prüfen. Je nach Sortenprogramm bestehen auch Potenziale in einer flexiblen Anpassung der Luftströme an die verdampfte Wassermenge. Hier bieten Lieferanten entsprechende Systeme an. Ausgewählte Opti-mierungsmaßnahmen werden nachfolgend dargestellt.

Luftmengen reduzierenAn einer Papiermaschine wurde für die Vortrockenpartie ein Zuluft/Abluftverhältnis von 0,5 festgestellt. Die Taupunkt-temperatur der Abluft war mit 53 °C niedrig. Als Maßnah-men wurden von PTS empfohlen:

Schließen der Hubtore an der Haube•Schrittweise Reduzierung der Abluftmenge bis zu einem •Zuluft/Abluftverhältnis von 0,7Einbau einer Taupunktregelung•

Eine Umsetzung der Maßnahmen führt zu Stromeinsparun-gen von 16.000 € und zu Dampfeinsparungen von 80.000 € pro Jahr. Die Investitionskosten für Drehzahlregelung von Ventilatoren und Taupunktkontrolle betragen 65.000 €.

Isolierung von LuftkanälenAn einem Luftkanal für die Haubenzuluft war die Isolierung unvollständig. Ein Temperaturabfall von über 5 °C wurde festgestellt. Eine ergänzende Isolierung zu Kosten von 5.000 € führt zu Dampfeinsparungen im Wert von 4.000 € pro Jahr.

Luftvorwärmung bei StreichmaschinenAn einer Streichmaschine wurde die Abluft ohne Wär-merückgewinnung in die Umgebung abgegeben. Verbren-nungsluft und Zuluft für die gasbeheizten Heißlufttrockner wurden aus der Produktionshalle mit 42 °C angesaugt. Die PTS-Empfehlung lautete: Einbau einer Luftvorwärmung auf 80 bis 90 °C durch Wärmerückgewinnung aus der Ab-luft (Abbildung 2). Bei einem Heißlufttrockner ergaben sich daraus Gaseinsparungen im Wert von 27.000 € pro Jahr bei Investitionen von 60.000 €. Bei einem anderen Heiß-lufttrockner lagen die Einsparungen bei Investitionen in gleicher Höhe bei 17.000 €.

Luftwechsel der Produktions-halle dem Bedarf anpassenNicht immer entspricht die in-stallierte Luftleistung für die Belüftung von Produktions-hallen dem Bedarf. In einer Produktionshalle wurde ein erhöhter Luftwechsel festge-stellt. Eine Reduzierung des Luftwechsels war dort durch Abschalten einzelner Zuluft-anlagen möglich. Die Luftka-näle der abgeschalteten Anla-gen mussten an die restlichen Zuluftanlagen angeschlossen werden. Diese Maßnahme er-möglicht Strom- und Dampf-

natively by matching the fan propellers. Other options to be considered are discarding V-belt drives in favour of toothed belt or direct drive concepts and installing energy-efficient motors that meet energy demands. Depending on the pa-per grades produced, energy might also be saved by flexibly matching air flows to the evaporated water volumes. Dedi-cated systems are currently available in the marketplace. In the following, a few selected optimisation measures will be presented.

Reducing air volumesFor the predryers of a paper machine, a supply/waste air ratio of 0.5 was measured. The dew point temperature of the exhaust air was low with 53°C. Against this background, PTS recommended the following measures:

closing the liftable gates at the hood•step-by-step reduction of exhaust air volumes up to a •supply/waste air ratio of 0.7installation of a dew point control•

Implementing these measures will enable electricity savings of €16,000 and steam savings of €80,000/a. The capital cost of fan speed control and dew point control will amount to €65,000.

Insulating air ductsThe insulation of a hood supply-air duct was found to be incomplete, which caused a drop in temperatures by more than 5 °C. Completing the insulation at an investment cost of €5,000 will provide steam savings in the amount of €4,000/a.

Air preheating in coatersThe exhaust air of a coating machine was emitted to the environment without heat recovery. Combustion air and supply air for the gas heated hot-air dryers were drawn in at a temperature of 42 °C from the production hall.PTS recommended the installation of preheating facilities supplying 80-90°C via heat recovery from the exhaust air (Fig. 2). For one of the hot air dryers, this measure allowed gas savings in the amount of €27,000/a at investment cost of €60,000. With another hot air dryer, this approach ena-bled savings of €17,000 at identical capital cost.

Matching the air change in a production hall to actual demand

The installed air system per-formance does not in each case correspond to actual re-quirements. In a production hall, the air renewal rate was found to be too high. It could be reduced by disconnecting a few supply air systems. The air ducts of the disconnected systems had to be connected to the remaining supply air systems. This measure pro-vides for electricity and steam savings totalling €57,000/a.

Waste air Fresh air

Gas

AirfoilBurner

Figure 2: Schematic of an air preheating concept for coating machines

16 PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

einsparungen von 57.000 € pro Jahr.

Hallenheizung mit AbwärmeDie Produktionshalle einer Streichmaschine wurde teilweise mit Dampf beheizt. Die Einbindung ungenutzter Abluftströ-me der Streichmaschine in ein Warmwassersystem zur Hal-lenheizung würde zu jährlichen Einsparungen von 200.000 € bei Investitionskosten von 300.000 € führen.

Fazit: Prinzipiell bleibt festzustellen, dass es derzeit in der Lufttechnik attraktive Einsparpotenziale gibt, die bei wei-tem noch nicht ausgeschöpft sind. Mit den zunehmenden Energiepreisen wird es wirtschaftlich, den gesamten Zusatz-wärme- und gegebenenfalls auch den Kältebedarf des Werks mit Abwärme darzustellen. Dies gilt für Produktionshallen ebenso wie für Verwaltung und ähnliche Gebäude.Achim Hutter 0049 89 12146 227 achim.hutter@ptspaper.de

Hall heating with exhaust heatThe production hall of a coater was partly heated with steam. Integrating unused waste air streams from the coater in a warm water system used for hall heating would lead to an-nual savings of €200,000 at investment costs of €300,000.

ConclusionsBasically, air systems currently hold attractive savings po-tentials that are far from being fully utilised. In view of ever-increasing energy prices, a promising and profitable approach will be to apply exhaust heat in order to meet to-tal additional heat requirements and, if applicable, also the refrigeration needs of a mill. This is equally true for produc-tion halls or for administration and similar buildings. Achim Hutter 0049 89 12146 227 achim.hutter@ptspaper.de

PINCH-ANALySE ALS WERKZEUG ZUR REDUZIERUNG DES ENERGIEBEDARFS IN DER PAPIERINDUSTRIE

PINCH ANALySIS - A TOOL FOR REDUCING ENERGy CONSUMPTION IN THE PAPER INDUSTRy

Die Papierindustrie ist von den drastisch gestiegenen Gas- und Stromkosten besonders betroffen, da Strom und Gas mit einem Anteil von etwa 70 % die wesentlichen Energieträger sind. Die Energiekosten machen in der Papierindustrie der-zeit durchschnittlich 13 % der Herstellungskosten aus, in manchen Fällen bis zu 20 %. Der effiziente Umgang mit Energie entscheidet deshalb über die Wirtschaftlichkeit ei-ner gesamten Anlage.

Ein wesentlicher Anteil des Energiebedarfs wird in der Pa-pierindustrie für das Aufheizen von Prozessströmen ver-wendet. Auf der anderen Seite verlassen eine Vielzahl von Abwärmeströmen über die Abluft bzw. das Abwasser die Papierfabrik. Durch Integration von Abwärmeströmen und Wärmerückgewinnung kann der Energiebedarf einer An-lage reduziert werden. Ein geeignetes Hilfsmittel für eine systematische Lösung von Wärmeintegrationsproblemen ist die Pinch-Analyse. Sie gehört heute zu den wichtigsten Werkzeugen der Prozessintegration in allen Bereichen der verfahrenstechnischen Indus-trie. Das grundlegende Ziel der Pinch-Analyse ist es, den Wärmebedarf eines Prozes-ses durch nutzbare Abwärme möglichst gut zu bedienen. Die Eignung der einzelnen Abwärmeströme ist dabei bedingt durch die jeweilige Temperatur. Mit einer Pinch-Analyse können somit An-satzpunkte für eine Optimie-rung des Wärmehaushalts von Papierfabriken identifi-ziert werden.

Relying on gas and electricity as its principal energy carriers with approx. 70%, the paper industry is severely hit by the dramatic cost increase in this sector. Paper industrialists re-port energy costs that currently account for an average 13% and sometimes even 20% of production costs. Accordingly, efficient energy management is decisive for the overall pro-fitability of a plant.

A substantial share of energy demand goes into the heat-ing of process streams. On the other hand, a multitude of exhaust heat streams leave the papermill via exhaust air and effluents. By integrating exhaust heat streams and in-troducing heat recovery measures, the energy demand of a plant can be reduced. This is where pinch analysis comes in as a suitable tool for systematically resolving heat integra-tion problems. This concept today constitutes one of the most important process integration instruments in all areas of process engineering. Pinch analysis is basically geared

to optimally meet the heat requirement of a process by utilising exhaust heat. The usability of the various ex-haust heat streams depends on their temperature. Basi-cally, pinch analysis helps to identify starting points for an optimisation of the thermal economy of papermills.T

empe

ratu

re /

°C

Enthalpy

Minimumcooling demand

Maximumheat recovery

Tmin

Minimumheat demand

Pinch

Cold composite Curve

Hot composite Curve

Figure 1: Composite curves

17PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

Ermittlung des minimalen Wär-mebedarfs – Composite CurvesEin wesentlicher Schritt bei der Pinch-Analyse ist die Er-stellung von Composite Cur-ves im Temperatur-Enthalpie-Diagramm (Abb. 1). Diese stellen Summenkurven der kalten und warmen Ströme dar. Der Überlappungsbereich der Composite Curves ent-spricht der maximalen Wär-memenge, die bei optimaler Auslegung wieder gewonnen werden kann. Die darunter bzw. darüber liegenden Be-reiche zeigen den unter opti-malen Bedingungen minimal erforderlichen Heizmittel- und Kühlmittelbedarf.In dem Forschungsprojekt IGF 14700 wurde in drei Pa-pierfabriken der minimale Wärmebedarf mit Hilfe von Pinch-Analysen ermittelt. Betrachtet wurden Wärmequellen und aufzuheizende Ströme sowie kalte und heiße Hilfsstoffe (Energieträger) in der Papiererzeugung. Die Pinch-Analyse ergab bei den drei untersuchten Werken im Mittel ein the-oretisches Energieeinsparpotenzial von 36 % des aktuellen Wärmebedarfs. Die Theorie der Pinch-Analyse geht jedoch davon aus, dass alle heißen und kalten Ströme miteinander kombiniert werden können. Dies ist jedoch technologisch und wirtschaftlich nicht immer sinnvoll. Somit lässt sich dieses Potenzial in der Regel nicht voll ausschöpfen.Die minimal zulässige Temperaturdifferenz ∆Tmin zwischen kalten und warmen Strömen bestimmt das für die Wärme-übertragung maßgebliche Temperaturgefälle. Bei der Fest-legung von ∆Tmin muss ein Optimum zwischen den not-wendigen Investitionskosten und einer Reduzierung der Energiekosten gefunden werden (Abbildung 2). Je größer ∆Tmin desto weniger Wärmeübertragungsfläche wird benö-tigt. Dadurch sinken der apparative Aufwand und damit auch die Investitionskosten. Auf der anderen Seite kann weniger Abwärme zurück gewonnen werden, wodurch sich ein höherer Energiebedarf ergibt.

Grand Composite CurveDie Grand Composite Cur-ve dient zur Beurteilung des erforderlichen Temperaturni-veaus der einzelnen zur Ver-fügung stehenden warmen und kalten Hilfsstoffe. Kann auf billigere Energieträger um-gestellt werden (z. B. Nieder-druckdampf statt Hochdruck-dampf, Kühlwasser anstatt Kälteanlagen), dann lassen sich weitere Einsparpotenzi-ale ermitteln. Die Untersu-chungen im Forschungspro-jekt zeigten, dass ein Ersatz von Hochdruckdampf durch Niederdruckdampf aus ther-

Identification of minimum heat demand - Composite curvesA vital step in pinch analy-sis is generating composite curves in a temperature enthalpy diagram (Fig. 1). These are cumula-tive curves of cold and hot streams. The overlap region of the composite curves corresponds to the maximum quantity of heat that may be recovered in case of optimised plantde-sign. The zones below and above this region indicate the minimum coolant and heat demands under opti-

mal conditions.Under the research project IGF 14700, the minimum

heat demand of three mills was identified by means of pinch analyses. Studied were heat sources and streams to be heat-ed along with cold and hot auxiliaries (energy sources) in paper manufacturing. For the studied three mills, the pinch analyses yielded a theoretical average energy savings poten-tial of 36% of the current heat requirement. However, the theory of pinch analysis is based on the assumption that all hot and cold streams can be combined – a prerequisite that may not appear reasonable under technological and eco-nomical aspects. Accordingly, the assumed potential cannot normally be exploited to the full.The minimum admissible temperature difference ∆Tmin be-tween cold and hot streams determines the temperature gra-dient which is decisive for heat transfer. For defining ∆Tmin must an optimum between the necessary investment capital cost and a reduction in energy cost (Fig. 2) has to be found. The higher ∆Tmin the smaller the required heat transfer area will be. This reduces equipment needs and thus investment cost. On the other hand, the recovery of exhaust heat will be restricted which in turn increases the energy demand.

Grand composite curveThe grand composite curve helps to assess the requisite temperature levels of the various available hot and cold auxiliaries. Additional savings potentials may be identified if plant operators are able to switch to cheaper energy sources (e.g. low-pressure steam instead of high-pressure steam, cooling water instead of chillers). The studies under this re-search project have revealed that, from a thermodynamics point of view, low-pressure steam may theoretically be substituted for high-pressure

Cost

s

Minimum admissible temperaturedifference Tmin

Investment costs

Energy costs

Total costs

Figure 2: Minimum costs of minimum admissible temperature difference ∆Tmin

Tem

pera

ture

/ °C

Enthalpy / kW

Grand Composite

LP steam

MP steam

HP steam

Figure 3: Grand composite curve

18 PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

modynamischer Sicht theoretisch möglich ist (Abbildung 3). Dies ist in der Praxis aber mit erheblichen Mehrkosten und baulichen Vergrößerungen in der Trockenpartie verbunden, da die Verdampfungsrate mit abnehmender Dampftempera-tur stetig abnimmt. WärmetauschernetzwerkDie mit den Composite Curves theoretisch ermittelten Po-tenziale können durch die Erzeugung eines Wärmetauscher-netzwerkes zur energetischen Optimierung einer Anlage genutzt werden. Bei der Erstellung des Wärmetauschernetz-werkes sollte berücksichtigt werden, dass kein Wärmetrans-fer über den Pinch erfolgt.Nachfolgend ist die Optimierung einer Hochleistungshau-be mit Hilfe der Pinch-Analyse dargestellt (Abbildung 4). Durch die Nutzung der Haubenabluft zur Vorwärmung von Haubenzuluft und Verbrennungsluft auf 150 °C sind in dem betrachteten Beispiel jährliche Energieeinsparungen von etwa 4.000 MWh möglich.Holger Jung 0049 89 12146 131 holger.jung@ptspaper.de

steam (Fig. 3). In everyday mill practice, however, this change-over entails considerable extra expenses and neces-sitates a constructional expansion of the dryer section, since evaporation rates are steadily decreasing as steam tempera-tures rise.Heat exchanger networkThe potentials theoretically identified by means of compos-ite curves may be utilized for energetic optimisation of a plant by creating a heat exchanger network. In this context, it should be borne in mind that no heat transfer takes place via the pinch. In the following, pinch analysis is applied to optimise a high-performance hood (Fig. 4). By using the hood exhaust air to pre-heat the hood supply air and the combustion air to 150 °C, the example shown enables potential energy sav-ings of some 4,000 MWh/a.Holger Jung 0049 89 12146 131 holger.jung@ptspaper.de

Exhaust air

Pinch temperature

Combustion air hood 1

Combustion air hood 2

Recirculation air hood 2

Recirculation air hood 1

Cascading air hood 1

Make-Up air hood 2

Hood 1 Hood 2

Combustionair

Make-Upair

Exhaustair

Figure 4: Optimising a high-performance hood by means of pinch analysis

MÖGLICHKEITEN DER ENERGIE-EINSPARUNG IM DAMPF- UNDKONDENSATSySTEM

ENERGy SAVING OPTIONS IN STEAM & CONDENSATE SySTEMS

Zur Versorgung des Wärmebedarfes bei der Papierherstel-lung wird überwiegend Wasserdampf eingesetzt, der meis-tens am Standort in Dampfkesseln erzeugt und als Heizme-dium in der Produktion verbraucht wird. In diesem Beitrag werden Einsatzorte, Verbrauche und Einsparpotenziale im Dampf- und Kondensatsystem der Papierproduktion vorge-stellt.

Dampf ist ein in der Prozessindustrie weitverbreitetes Heiz-medium, das auch in der Papierindustrie überwiegend für die erforderlichen Heizzwecke eingesetzt wird. Die Vorteile sind die einfache Regelbarkeit, ein großer massenbezogener Wärmeinhalt, eine einfache Verteilung für die Verbraucher und die schnelle Energieabgabe aufgrund des guten Wär-meübergangs bei der Kondensation. Als Nachteile sind zu nennen, dass Dampfsysteme Drucksysteme sind, die je nach Druckstufe sehr kostenintensiv wie auch überwachungs-pflichtig sind. Die mit dieser Technik verbundenen Risiken für Anlage und Mensch lassen sich bei fachkundiger Nut-zung weitestgehend minimieren.

To meet heat requirements in papermaking installations, water vapour is primarily used which is normally generated in steam boilers locally before being consumed as a heating medium in production processes. This article presents instal-lation locations, consumption levels and savings potentials in steam and condensate systems of papermills.

In industrial processes and in the paper industry in partic-ular, steam is widely being applied as a heating medium. It offers the benefits of simple control, high mass-related thermal capacity, ease of distribution to consumers and quick energy transmission owing to good heat transfer by condensation. On the other hand, steam systems are pres-surised systems and as such - depending on pressure levels - both cost-intensive and subject to obligatory check-ups. If expertly used, however, the associated risks to installations and operators can be largely minimised.

19PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

Einsatz von Dampf in der PapierindustrieIn der Papierindustrie wird überwiegend Sattdampf im Nieder– und Mitteldruckbereich eingesetzt (ND und HD Dampf). Übliche Druckniveaus sind für ND Dampf 2 bis 4 barü (130 bis 150 °C) und für MD Dampf 8 bis 15 barü (175 bis 200 °C). Der größte Anteil des Heizbedarfes wird mit ND Dampf gedeckt. HD Dampf wird meistens für die letzte Heizgruppe der Trockenpartie eingesetzt, sowie für Thermo-kompressoren und den Stärkekocher. Eine typische Zusammenset-zung des Dampfbedarfs für die Produktion zur Herstel-lung von grafischen Papieren (gestrichenen holzhaltig) ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Gesamtbedarf lag hier bei etwa 2 Tonnen Dampf bzw. 1.300 kWh pro Tonne Produkt.Am saisonalen Dampfver-brauch lässt sich gut die Wirk-samkeit der Schaltung von Wärmerückgewinnungssyste-men ablesen, Differenzen von Sommer- zu Winterbedarf um mehr als 10% sind ein siche-res Zeichen für energetisches Verbesserungspotential in der Anlage. In vielen Anlagen werden außerdem Dampfblaskäs-ten zur Verbesserung der Entwässerungsleistung und der Querprofilregelung eingesetzt (Verbrauche liegen hier bei etwa 0,1 bis 0,2 t/t). Der Aufbau eines Dampf- und Konden-satsystems einer modernen Papiermaschine mit Multizylin-dertrocknung in fünf Trockengruppen ist in Abbildung 2 als Bedienoberfläche im Prozessleitsystem dargestellt.

Dampfbedarf in der PapierindustrieAbbildung 3 zeigt den Anteil des Wärmebedarfs am Gesamt-energiebedarf einzelner Sortenbereiche. Die Verbrauche un-terscheiden sich stark und liegen zwischen etwa 1.200 bis 2.000 kWh/t. Der Bedarf ist abhängig von der produzierten Papiersorte und der Bedarfsstruktur der Anlage. So wird zum Beispiel in Werken mit integrierter Holzstofferzeugung von den eingesetzten Refinern Energie in Form von Dampf zurück gewonnen und in der Papiermaschine verbraucht.

Einsparpotenziale:Einsparpotenziale im Dampfverbrauch können durch eine Vielzahl von Handlungsop-tionen erschlossen werden, z.B. eine Optimierung der Entwässerungsleistung in der Nasspartie oder eine Optimie-rung der Wärmerückgewin-nung in der Lufttechnik. In diesem Beitrag werden Maß-nahmen aufgezeigt, die aus der Optimierung des Dampf- und Kondensatsystems direkt Einsparmöglichkeiten gene-rieren.Erhöhung der Kondensat-rücklaufrateDie Kondensatrücklaufrate ist der Anteil des Dampfes (in Massenprozent), der als Kon-

Steam in the paper industryIn the paper industry, low- and medium-pressure (LP and MP) saturated steam is primarily applied. For LP steam, common pressure levels are at 2-4 bar overpressure (130-150 °C) and for MP steam at 8-15 bar overpressure (175-200 °C). A major share of the heat demand is covered by LP steam, whereas HP steam is normally used in the final heat-er array of the dryer section, for thermocompressors and for the starch cooker.

Fig. 1 illustrates a typical steam demand pattern of a coated mechanical graph-ics production. The total de-mand was approx. 2 t steam or 1,300 kWh per ton of product. The seasonal steam consump-tion levels suggest an effec-tive setup of heat recovery systems. Differences >10% in summer/winter demand clearly reveal a potential for energetic improvement of a

plant. Many installations additionally apply steam blowers to enhance the dewatering performance and CD profile con-trol with consumptions ranging from approx. 0.1 – 0.2 t/t. On the example of an operator interface of a process control system, Fig. 2 shows the steam and condensate system of an advanced paper machine with multi-cylinder drying in five dryer groups.

Steam requirement in the paper industryFig. 3 illustrates the share of heat in the total energy de-mand of various grade segments. Consumptions differ wide-ly across a range of approx. 1,200 – 2,000 kWh/t. Specific demands depend on the produced paper grade and the de-mand structure of the plant concerned. In mills with inte-grated groundwood lines, energy recovered as steam from refiners is recycled to the paper machine.

Savings potentialsA variety of measures may be taken to exploit steam saving potentials, e.g. by optimising the dewatering performance of the wet end or the heat recovery in air systems. This article outlines available options of directly deriving savings from

optimised steam and conden-sate systems. Increasing the condensate re-circulation rateThe condensate recirculation rate is defined as the propor-tion of steam (in (w/w)%) which is recycled as con-densate from production to the steam generator. Due to leakages and consumers (e.g. steam blowers) causing con-densate losses, the recycled steam mass flow is in each case reduced. Recirculation rates should nevertheless be at least 80-90%. If the rate is increased from 70% to 90%,

Dryingcylinders(coater)

Preheating ofsupply air

Starchcooker

Calender White waterheating

Drying cylinders(paper machine)

Figure 1: Composition of steam demand for a coated mechanical production (Source: PTS research results)

Figure 2: Steam and condensate system of cylinder drying (source: Kadant)

20 PTS NewS 02/2008 energie und waSSer / energy and water

densat aus der Produktion wieder in die Dampferzeugung zurückgeför-dert wird. Aufgrund von Leckagen und Kondensatverlust erzeugenden Verbrauchern (z.B Dampfblaskäs-ten) wird nicht der gesamte Dampf-massenstrom wieder zurück geführt. Die Rücklaufrate sollte mindestens bei 80 bis 90 % liegen. Das Energie-einsparpotenzial bei einer Erhöhung der Rücklaufrate von 70 auf 90 % be-trägt etwa 30 kWh/t, zuzüglich wei-terer Einsparungen für die Wasser-aufbereitung. Erzielt werden können die Einsparungen durch Wartung des Dampf- und Kondensatnetzes u