Equilibrio energético - Recuperación de calor en una fábrica de celulosa en Finlandia
En la industria de la pasta de papel, la recuperación del calor secundario puede suponer un gran ahorro, algo que el grupo UPM-Kymmene, con sede en Finlandia, conoce de primera mano.
FECHA 2023-11-28 AUTORLa fabricación de papel requiere enormes cantidades de energía para mantener los procesos de calefacción y refrigeración que requiere la industria. UPM-Kymmene, con sede en Finlandia, el mayor grupo de la industria forestal europea y uno de los mayores fabricantes de papel del mundo, ha ajustado el equilibrio entre los procesos de calefacción y refrigeración, lo que ha permitido obtener un excedente de energía.
La recuperación de calor del agua caliente es más rentable si las fábricas de pasta y papel forman un conjunto integrado, como en Kaukas, donde la recuperación de calor en la fábrica de pasta ahorra vapor para su uso en la fábrica de papel.
La integración de los procesos es clave para enfriar los flujos de agua caliente en los procesos de la fábrica de pasta de papel, sin necesidad de torres de condensación, lo que supone un ahorro de energía y una mejora de la economía energética.
La fábrica de celulosa de Kaukas forma parte de las instalaciones de UPM-Kymmene (que comprenden dos fábricas de papel y la fábrica de celulosa) en Kaukas, cerca de la ciudad finlandesa de Lappeenranta, próxima a la frontera rusa. En conjunto, las instalaciones de Kaukas producen anualmente 590.000 toneladas de papel "lwc" (ightweight coated o recubierto ligero) y 720.000 toneladas de pasta al sulfato blanqueada.
Autosuficiencia energética
UPM-Kymmene lleva 10 años trabajando para conseguir la autosuficiencia energética. La fábrica de celulosa de Kaukas se sometió a un amplio programa de ampliación y modernización a finales de los años 90 y, desde entonces, se considera autosuficiente desde el punto de vista energético, un objetivo que se ha conseguido recuperando el calor secundario de los procesos de refrigeración para reutilizarlo en otras partes de la planta. Asko Paakki, director de operaciones de la fábrica, calcula que entre el 10 y el 20 por ciento de la energía recuperada en la fábrica se utiliza en otros lugares de la planta. "El excedente de energía se vende, normalmente en forma de vapor de proceso, a las fábricas de papel y, sobre todo, de sierra", afirma.
"El reciclaje de energía requiere una planificación compleja y un enfoque holístico"
Este tipo de reciclaje requiere una planificación compleja y un enfoque holístico de las necesidades de refrigeración y las posibilidades de recuperación en toda la planta.
Es un acto de equilibrio. El calor secundario (por definición, el calor transferido desde las fuentes de calor primarias a los flujos del proceso) se recupera en las aguas de refrigeración y condensación, mediante un sistema de intercambiadores de calor, y se recicla a través de la planta. Más de 100 intercambiadores de calor transfieren el calor secundario de donde no se necesita a donde se necesita, creando un equilibrio energético en la fábrica que ahorra a Kaukas millones de euros en costes de energía cada año.
Tendencia del sector
La tendencia en la industria de la pasta de papel es desarrollar procesos hacia la operación sin vertidos para reducir los flujos de aguas residuales y mejorar la eficiencia del proceso. Esto implica temperaturas más elevadas de las aguas residuales que requieren una refrigeración adicional, explica Pekka Svinhufvud, director de economía energética de la fábrica de pasta de papel de Kaukas de UPM-Kymmene.
Svinhufvud afirma que las posibilidades de ahorro energético de la integración de procesos son muy específicas de cada planta. "Dependen del concepto de proceso, de la disposición de la fábrica y del balance de energía y agua de la planta". Paakki explica que el vertido del proceso debe enfriarse de 70 a 80 grados Celsius (158 a 178 grados Fahrenheit) a menos de 40° C (104° F) antes de pasar a la planta de tratamiento biológico de vertidos, porque los microorganismos no sobreviven a temperaturas más altas. En Kaukas, este calor se recupera utilizando agua natural en un intercambiador de calor, una alternativa a las torres de refrigeración utilizadas en muchas fábricas de pasta y papel, en las que el calor simplemente se libera a la atmósfera.
En la fábrica de celulosa, el agua de refrigeración de la planta de evaporación, los filtrados de la planta de blanqueo, el agua caliente de la refrigeración y el agua caliente del lavador de gases son los que tienen mayor potencial de recuperación de calor.
“Cuando iniciamos nuestra colaboración, se realizaron pruebas y ensayos con un par de intercambiadores de calor Alfa Laval. Tras dos años de resultados satisfactorios, compramos más y más. Buscamos continuamente oportunidades para recuperar el calor. Seguimos cambiando el proceso de fabricación y ahora estamos estudiando un área entre el intercambio interfiltrado". - Asko Paakki, director de operaciones de la fábrica de celulosa de Kaukas
Intercambiadores de calor en el centro de la recuperación de calor
En la fábrica de UPM-Kymmene Kaukas, en Finlandia, se ha instalado un sistema de recuperación de calor completamente nuevo con intercambiadores de calor de placas WideGap rediseñados para obtener temperaturas más elevadas, que permiten recuperar el calor secundario. Alfa Laval también ha rediseñado 13 intercambiadores de calor en espiral para aumentar la eficiencia energética.
Acerca de WideGap
Alfa Laval ha desarrollado intercambiadores de calor de placas WideGap especialmente para las industrias de la pasta de papel y del azúcar, para la refrigeración de efluentes que contienen fibras y otros componentes. Gracias a los amplios espacios entre las placas, el patrón de placas y el diseño de puerto liso que permite que las fibras y las partículas fluyan fácilmente, se minimizan los atascos y se maximiza el tiempo de funcionamiento.
Gracias a su flujo en contracorriente, un WideGap puede calentar la corriente fría a una temperatura muy cercana a la de la corriente caliente entrante, maximizando la recuperación de energía. Los intercambiadores de calor de placas Alfa Laval WideGap pueden utilizar fuentes de calor que antes se consideraban calor residual. Como resultado, se puede reducir el consumo de vapor vivo, y el exceso de vapor se puede utilizar para la producción de electricidad.
Ahorro de energía
Millones de euros ahorrados cada año gracias a la recuperación del calor secundario.
Cambio tecnológico
Cambiar los intercambiadores de calor de carcasa y tubos por intercambiadores de placas WideGap, por su capacidad de recuperación de calor.