Simulation of Energy Efficiency Enhancement and Emission Reduction Strategies in Kraft Recovery Boilers

Die beschleunigte globale Erwärmung stellt erhebliche ökologische, soziale und wirtschaftliche Herausforderungen dar und führt zu weltweiten Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen. In der Zellstoff- und Papierindustrie zählen Kraft-Recovery-Boiler-Prozesse (KRB) zu den bedeutenden CO2-Emissionsquellen mit etwa 1 bis 3 Tonnen CO2 pro Tonne Zellstoff. Daher sind Effizienzsteigerungen und die Integration von CO2-Abscheidungstechnologien entscheidend, um Emissionen zu senken und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit zu sichern.Diese Arbeit präsentiert eine umfassende Simulationsstudie eines KRB-Prozesses. Neben dem KRB-Modul wurden Speisewassersysteme, Rauchgaskondensatoren, CO2-Abscheidungseinheiten sowie optional Absorptions- oder Kompressionswärmepumpen integriert. Mehrere Modellversionen wurden schrittweise erweitert, um den Einfluss zusätzlicher Komponenten auf elektrische, thermische und energetische Effizienz zu untersuchen. Zusätzlich wurden die Auswirkungen der Befeuchtung der Verbrennungsluft, der direkten Brennstoffbefeuchtung und der Wassereinspritzung in das KRB-Modell analysiert.Die Ergebnisse zeigen, dass optimierte Integrationsstrategien für Rauchgaskondensation und Wärmepumpensysteme die energetische Effizienz deutlich steigern können. Version 4.5 erreicht mit 46,30 % den höchsten Wert. Während die elektrische Effizienz aufgrund des zusätzlichen Dampfbedarfs leicht sinkt, verbessert sich die Gesamteffizienz durch eine intensivere Abwärmenutzung. Besonders die Befeuchtung der Verbrennungsluft erhöht die Kondensationswärmerückgewinnung und steigert die energetische Effizienz deutlich. Die direkte Brennstoffbefeuchtung bietet hingegen nur begrenzte Vorteile, ebenso wie die Wassereinspritzung, die zwar das Kondensationspotenzial erhöht, jedoch die elektrische Effizienz reduziert.Insgesamt zeigt die Studie, dass die Integration von Rauchgaskondensation, Wärmepumpen und CO2-Abscheidung die Energieausnutzung verbessert und Emissionen reduziert. Die Befeuchtung der Verbrennungsluft erweist sich dabei als effektivste Maßnahme zur Effizienzsteigerung ohne wesentliche Leistungseinbußen und liefert wichtige Erkenntnisse für nachhaltige Zellstoff- und Papierproduktionssysteme.