Zur Fertigung von Papier wird viel Energie benötigt, die das im schwedischen Piteå ansässige Werk von Smurfit Kappa zum Teil durch eigene Biomassekessel gewinnt. Den Hochleistungs-Dampferzeuger reinigt ein innovatives System, wobei das Motor- management von Phoenix Contact für den reibungslosen Betrieb der Motoren sorgt.
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Wie können Automatisierer KI-Modelle intuitiv entwickeln und in die Steuerung integrieren? Wie lässt sich überschüssige Energie im Antriebsverbund wieder...
Exklusiv in KEM Der Autor: Dipl.-Ing. Matthias Borutta, Produktmanager Digitale Interface, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont
Smurfit Kappa zählt zu den führenden Produzenten von papierbasierten Verpackungen weltweit. Das Unternehmen beschäftigt 41 000 Mitarbeiter an rund 350 Produktionsstätten in 32 Ländern. 2012 betrug der Umsatz 7,3 Mrd. €. Die im Nordosten Schwedens beheimatete Smurfit Kappa Kraftliner Piteå, die zum Papierbereich des Konzerns gehört, stellt dabei mit 520 Beschäftigten etwa 700 000 t Kraftliner-Papier pro Jahr her. Bei Kraftliner handelt es sich um ein spezielles Rohpapier aus frischen Fasern, das als Grundlage für die Fertigung hochwertiger Wellpapp-Verpackungen dient. Der jährliche Energiebedarf der schwedischen Anlage liegt bei circa 520 000 MWh, wovon 58 % mithilfe von Biomassekesseln selbst erzeugt wird. In diesem Zusammenhang kommt der effizienten und nachhaltigen Wertschöpfung durch Verwendung von Biomasse wie Holz eine große Bedeutung zu.
Die Produktionsanlage in Piteå umfasst eine Zellstofffabrik mit zwei Zellstoffkochern und einem Hartholzkocher sowie eine Papierfabrik mit zwei Papiermaschinen. Den Energiebedarf der Fabrik decken zwei Dampferzeuger – ein Rückgewinnungskessel, der die Schwarzlauge aus dem Prozess verbrennt, und ein Biomassekessel, der weitgehend die Baumrinde des Holzhandhabungs-Systems verwendet. Der Dampf der Kessel wird an zwei Dampfturbinen weitergeleitet, die etwa 58 % des Energieverbrauchs der Fabrik liefern. Der selbst generierte Strom besteht vollständig aus grüner Elektrizität. Der fossile Brennstoff wird nur zum Starten des Prozesses benötigt.
Weniger Aufwand bei den Reinigungsarbeiten
Um die Effizienz der Energieproduktion zu steigern, kommt eine spezielle Dampfreinigungstechnik namens HISS (High Impact Soot System) von Soot Tech aus Göteborg zum Einsatz. Das 2007 von Erik Dahlen gegründete Unternehmen hat sich innerhalb kurzer Zeit zu einem technologisch führenden Anbieter von Anlagen zur Optimierung von Biomassekesseln entwickelt, denn die energiewirtschaftlichen und ökologischen Vorteile liegen auf der Hand. Für die nachhaltige Energiegewinnung ist die Reinigung des Hochleistungs-Dampferzeugers entscheidend, damit eine hohe Effizienz und Verfügbarkeit erreicht sowie die Aschekorrosion minimiert wird. An dieser Stelle setzt das patentierte HISS-Reinigungssystem von Soot Tech an, das den Ruß mit hohem Dampfdruck in Kombination mit einem patentierten Verfahren wegbläst, das die Reinigungseffizienz im Vergleich zu konventionellen Methoden verdoppelt und so die Wirksamkeit des Kessels erhöht. Mit der HISS-Technologie lassen sich zudem selbst billige und aggressive Brennstoffe auf natürliche Weise effizient verfeuern. Dazu verfährt ein Motor die bis zu 8 m langen Stahlrohre, aus denen der Dampf zur Reinigung der Kesseloberfläche austritt. Hier kommt die Motormanagement-Lösung von Phoenix Contact zur Steuerung und Überwachung der Motoren ins Spiel.
Bislang aufwändige Verdrahtung bei hohem Platzbedarf
Die bislang von Smurfit Kappa im Hochleistungs-Dampferzeuger genutzten elektrischen Antriebe waren aufwändig, schwer handhabbar und erforderten außerdem viele Komponenten. Neben den mechanischen Schützen für die Drehrichtungsumkehr der Motoren im Dampfreinigungssystem HISS wurden digitale Ausgänge zur Rechts- und Linksansteuerung benötigt. Für die Erfassung des Stroms sorgten analoge Eingänge, während digitale Eingänge die Rückmeldungen auswerteten. Daher war der Verdrahtungsaufwand sämtlicher Geräte sowie zwischen den einzelnen Schaltschränken entsprechend hoch.
Einfache Anlagenerweiterung im laufenden Betrieb
Mit der Motormanagement-Lösung von Phoenix Contact, die sich aus Motormanagement, Hybrid-Motorstarter und Profibus-Gateway zusammensetzt, eröffnen sich für Soot Tech gleich mehrere Vorteile. Das Motormanagement dient dabei unter anderem der Wirkleistungs-erfassung, die es dem Anwender ermöglicht, abgenutzte Rußbläser zu erkennen, bevor es zu einem Ausfall kommt. So reduziert sich die Anzahl der installierten I/O-Module, der Verdrahtungsaufwand verringert sich erheblich, die Dokumentation wird wesentlich überschaubarer und der Platzbedarf sinkt wegen der kompakten Gehäuseabmessungen signifikant. Vor diesem Hintergrund erweisen sich Anlagenerweiterungen als einfach.
Ein Profibus-Gateway leitet die Prozessdaten mehrerer Motormanagement-Module an die Leitstelle weiter, während je eine elektronische Motormanagement-Einheit (EMM) für die Überwachung und den Schutz der Antriebe verantwortlich ist. Dazu führt sie eine Wirk- leistungsmessung durch. Neben den Gateways und EMM kommen auch Hybrid-Motorstarter der Produktfamilie Contactron zum Einsatz, die das verschleißfreie Schalten der Motoren übernehmen. Relais und die Systemverkabelungslösung von Phoenix Contact koppeln die Feldgeräte fehlerfrei und schnell an die ABB-Steuerung an. I
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