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OCC Stoffaufbereitung - das Beste rausholen

Ein Beispiel ist die PM 5 für leichte Verpackungspapiere, die Modern Karton Mitte 2015 im türkischen Çorlu termingerecht in Betrieb nehmen konnte. Die gesamte Prozesstechnik – von der Stoffaufbereitung bis zum Rollenschneider, einschließlich Automatisierung – wurde von Voith geliefert und zeichnet sich durch einen geringen Frischwasser- und Energieverbrauch aus.

Das Beste herausholen – Herausforderungen und Chancen der OCC-Stoffaufbereitung

Welche Faktoren bestimmen die Qualität und Effizienz der Altpapier-Stoffaufbereitung? Was sind die typischen Schwachpunkte und Fehlerquellen? Als der weltweit führende Spezialist für Maschinen und Prozesse in der Stoffaufbereitung demonstriert Voith, was einen robusten OCC-Stoffaufbereitungsprozess auszeichnet, der auch unter schwierigen Produktionsbedingungen beste Ergebnisse liefert.

Mit über 120 Jahren Erfahrung in der Papierproduktion, mehr als 85 installierten OCC-Komplettsystemen (Old Corrugated Container) und über 70.000 verkauften Einzelkomponenten ist die Voith Group mit Sitz in Heidenheim der weltweit führende Spezialist für OCC-Stoffaufbereitungsanlagen. Eine der großen Stärken des Unternehmens ist die ganzheitliche Perspektive, die es dem Komplettanbieter ermöglicht, besonders leistungsstarke Stoffaufbereitungsanlagen und -komponenten zu entwickeln.

„Wir betrachten die OCC-Stoffaufbereitung nicht nur auf Produktebene, sondern auch als Gesamtprozess“, erläutert Andreas Heilig, Vice President Product Management Fiber Systems bei Voith. „Einerseits identifizieren wir systematisch das Optimierungspotenzial in den einzelnen Prozessschritten und ihren Komponenten. Andererseits haben wir durch unser komponentenübergreifendes Engineering auf Prozessebene einen Blick für das Ganze, sodass alle Prozessschritte optimal aufeinander abgestimmt sind“, erklärt Heilig. „Das Ergebnis ist ein extrem robuster und nahtloser Prozess, der Effizienz, Ausbeute und Qualität gewährleistet.“

Ein robuster Prozess trotz großer Herausforderungen

Unerwartete Ausfallzeiten gehören für jede Papierfabrik zu den denkbar schlechtesten Szenarien. Daher ist ein robuster und störungsfreier Produktionsprozess eine der wichtigsten Anforderungen an die OCC-Stoffaufbereitung. Beispielsweise beseitigen Voith Maschinen Störstoffe konsequent und frühzeitig, damit die nachfolgenden Prozessschritte so wenig wie möglich vom Schmutzniveau in den vorangehenden Schritten beeinflusst werden. Das gröbste Material wird bereits im Pulper mit dem TwinPulp System oder der IntensaDrum aussortiert. Typische Störstoffe in dieser Phase sind Steine, Dosen, Plastiktüten, größere Kunststoffteile, Klebebänder und Holz. Neben diesen „üblichen Verdächtigen“ finden sich im Pulper aber häufig auch größere Rejekte wie Vorhänge, Ziegelsteine, größere Metallstücke und andere extrem schwere Störstoffe, die man normalerweise nicht im Altpapier erwarten würde. Extrem schwere Rejekte wie z. B. große Steine oder Metallteile werden im Junkomat außerhalb des Pulpers entfernt (TwinPulp System). In der nächsten Phase werden grobe Verunreinigungen in der Pulper-Entsorgungsmaschine IntensaMaXX abgeschieden. In der darauf folgenden IntensaScreenDrum wird das restliche Fasermaterial zurückgewonnen und das Rejekt aus dem Prozess abgeführt. Im TwinPulp System werden größere und seilartige Kunststoffteile durch die Rotation der Suspension miteinander verdrillt und bilden mithilfe von geschnittenen Ballendrähten einen Zopf. Der Zopf wird über eine Zopfwinde kontinuierlich abgeführt.

Das Problem: Wenn der Zopf abreißt, muss die Produktion gestoppt werden. Der Grund: Der abgerissene Zopf agglomeriert weiter und beeinträchtigt den Pulperbetrieb erheblich oder macht ihn sogar unmöglich. Der abgerissene Zopf muss manuell aus dem Pulper entfernt werden. Dies reduziert nicht nur die Produktivität, sondern stellt auch ein Sicherheitsrisiko für die Mitarbeiter dar.

Wir betrachten die OCC-Stoffaufbereitung nicht nur auf Produktebene, sondern auch als Gesamtprozess
Andreas Heilig, Vice President Product Management Fiber Systems bei Voith
Von Holzplatten über Metallteile bis hin zu einem kompletten Automotor: Voith Maschinen wie die Auflösetrommel IntensaDrum entfernen viele verschiedene Störstoffe ohne Probleme.

„Um ein Abreißen zu vermeiden, haben wir die Zopfwinde so konstruiert, dass sich ihr Anpressdruck an die Zugeffizienz des Zopfwindenrades anpasst. So minimieren wir das Risiko, dass der Zopf abreißt, und machen den Prozess robuster“, erklärt Sebastian Schuster, Product Manager OCC Process bei Voith.

Weniger Bütten für höhere Zuverlässigkeit und Effizienz

Auch das Sortiersystem erhöht mit seinem intelligenten Systemdesign die allgemeine Robustheit und Effizienz. In herkömmlichen Systemen wird die Fasersuspension in einem dreistufigen System in mehreren Schritten sortiert und bei Bedarf entstippt. Das Rejekt wird in einer Bütte oder einem Standrohr zwischengespeichert, bevor es zur nächsten Stufe weitergeleitet wird. Um die Bildung einer Schwimmschicht in den Bütten zu vermeiden, muss das Rejekt mit einem Rührwerk in Bewegung gehalten werden. Rührwerke neigen jedoch dazu, die Störstoffe zu verspinnen, was in den nachfolgenden Pumpen und Maschinen zu Verstopfungen und Abnutzung führt. Aus diesem Grund funktioniert der Grobsortierprozess bei Voith ohne die Zwischenspeicherung in Bütten. Dies reduziert mögliche Fehlerquellen und macht den Prozess sicherer. Zudem verfügt das System durch eine reduzierte Anzahl von Komponenten über eine höhere Effizienz und einen geringeren Energieverbrauch.

Die neu hinzugefügte Spülfolge im Sortiersystem ist ein weiterer Faktor, der für mehr Robustheit sorgt. Nicht alle Rejekte können im Auflösesystem entfernt werden, und deshalb gelangen kleinere Kunststoffteile, Schnüre usw. in das Grobsortiersystem. Durch die Rotationsbewegung der Pumpen können kleinere seilartige Agglomerate entstehen – mit der Folge, dass Sortierer oder Pumpen verstopfen. Die Entstehung solcher Agglomerate ist kaum zu vermeiden, doch durch ein häufiges Spülen des Grobsortiersystems lässt sich sicherstellen, dass ihre Größe harmlos bleibt. Möglich wird dies nur durch die Sortierer FiberSorter und IntegraCombiSorter, die den vorübergehend erhöhten Durchfluss verarbeiten können, ohne dass Probleme oder zusätzliche Verluste auftreten. Auf diese Weise werden kleine Agglomerate entfernt, bevor sie Probleme verursachen können. Dank ihrer Bauweise können FiberSorter und IntegraCombiSorter gut mit diesen Rejekten umgehen, ohne sie zu zerkleinern.

Feed-Forward-Prinzip als zentrale Idee

Herkömmliche Systeme arbeiten häufig mit einer Rezirkulation der Rejekte. Bei der Rezirkulation gelangen nicht nur Stippen und Fasern, sondern auch Störstoffe und Stickies erneut in das System. Durch die wiederholte Behandlung in den Systemen werden sie zerkleinert und unbemerkt mit den Gutstoffen weitergeleitet. Dies führt zu einem Verschleiß an den Pumpen und anderen nachfolgenden Aggregaten und kann sich aufgrund des erhöhten Sticky-Gehalts der Fasersuspension negativ auf die Runability und Effizienz der nachfolgenden Papiermaschine auswirken.

Das TwinPulp System verhindert das unnötige Zerkleinern von Verunreinigungen, indem es grobe Störstoffe frühzeitig und konsequent entfernt. Dies entlastet den gesamten nachfolgenden Prozess und trägt bereits in dieser frühen Phase zur Sauberkeit bei.









               

Der Energieverbrauch des Pulpers wird zum größten Teil dafür verwendet, eine gute Durchmischung zu gewährleisten. Deshalb kann eine optimierte Strömung im Pulper entscheidend dazu beitragen, den Energieverbrauch zu reduzieren und einen zuverlässigen Zopfbetrieb zu gewährleisten.

Eines der Leitprinzipien bei der Konstruktion und Optimierung von Voith BlueLine OCC-Systemen ist das Feed-Forward-Prinzip. Ziel ist es, die Gutstoffe, wo immer möglich, „vorwärts“ zu schicken. Das Ergebnis sind deutlich geringere Volumenströme in den Systemen und höhere Stoffdichten im Prozess, wovon die gesamte Maschine profitiert. Dank der hohen Stoffdichten wird die zum Weitertransport der Pulpe benötigte Pumpenenergie reduziert. Darüber hinaus können die Rohrleitungsdurchmesser stark verkleinert werden. Dies spart Platz und Kosten, weil es Einsparungen bei Ventilen, Instrumentierung, Pumpen, Motoren und Energieverbrauch möglich macht.

Fokus auf jeder einzelnen Komponente

Um die Effizienz des gesamten OCC-Prozesses zu verbessern, ermittelt Voith das Optimierungspotenzial für jede einzelne Komponente. Der Voith IntensaPulper IP-R ist ein gutes Beispiel dafür. Durch die optimierte Strömungsgeometrie wurde der Auflösungs- und Mischprozess deutlich verbessert und der Energieverbrauch um bis zu 20 Prozent reduziert. Auf diese Weise erzielt ein OCC-System mit einer jährlichen Produktionskapazität von 350.000 Tonnen Einsparungen von mehr als 100.000 Euro pro Jahr. Ein weiteres Beispiel für die zukunftsweisenden Stoffaufbereitungslösungen von Voith ist der Reinigungsprozess. Standardsysteme erreichen nur mit niedrigen Stoffdichten den erforderlichen Wirkungsgrad bei der Entfernung. Die Folge ist eine geringere Energieeffizienz des Prozesses. Aus diesem Grund hat Voith den EcoMizer entwickelt, der auch bei signifikant höheren Stoffdichten eine exzellente Abscheidung und herausragende Ergebnisse erzielt.

Wassermanagement

Ein weiterer wichtiger Aspekt für eine effiziente Anlage ist das Wassermanagement. Durch die Trennung der Wasserkreisläufe ist die Wasserqualität in der Papiermaschine höher als in der Stoffaufbereitung. Ein effizientes Wassermanagement, das die interne Prozesswasserverteilung der Fabrik unter allen Betriebsbedingungen steuert, reduziert den Frischwasserverbrauch auf ein Minimum und stellt zudem stabile Bedingungen für die biologische Wasseraufbereitung sicher, sodass ein konstant und optimal aufbereitetes Abwasser entsteht, das wiederverwendet oder ausgeleitet werden kann.

Ein weiteres sehr wichtiges Thema ist die Qualität des Prozesswassers. Der Feststoffgehalt in den Wasserkreisläufen sollte so gering wie möglich gehalten werden, um eine Anreicherung zu vermeiden. Die Wasserqualität bestimmt auch, wie viel Fasern und Füllstoffe mit dem Abwasser verlorengehen. „Eine typische Schwachstelle bei herkömmlichen OCC-Systemen sind die Filtersysteme zur Eindickung“, sagt Sebastian Schuster. Bei Kunststoff-Filterbeuteln in Scheibenfiltern besteht die Gefahr der Loch- und Rissbildung. Darunter leidet die Qualität des Filtrats erheblich. Zu den möglichen Folgen gehören verstopfte Reinigungsdüsen an der Papiermaschine und eine reduzierte Lebensdauer der Pressfilze. Aus der verkürzten Laufzeit von Komponenten resultieren längere Stillstandszeiten und höhere Wartungsanforderungen – und letztlich eine geringere Effizienz des gesamten Prozesses. Deshalb setzt Voith auf Filtersysteme aus gewelltem Edelstahl. Diese robusten Komponenten haben eine hervorragende Lebensdauer und garantieren langfristig beste Ergebnisse.

Jede gewonnene Faser ist ein doppelter Vorteil

Ein wesentlicher Faktor für die Rentabilität einer Papierfabrik ist die Ausbeute, d. h. der Gutstoffanteil, der aus dem OCC-Rohstoff gewonnen werden kann. Der Prozess profitiert zweifach von einer verbesserten Ausbeute: Erstens erhöht sich die Menge des für die Papierproduktion gewonnenen Fasermaterials. Und zweitens reduziert sich die Menge an Rejekt, die entsorgt werden muss. Aus diesem Grund sind Voith Systeme so konzipiert, dass die Fasern überall dort, wo Faserverluste auftreten können, so sauber wie möglich aus dem Rejekt ausgewaschen werden. Der konkrete Nutzen lässt sich an einer Voith IntensaScreenDrum demonstrieren, die zum TwinPulp System gehört: In einer OCC-Linie mit einer Produktionskapazität von 1.000 Tonnen pro Tag lassen sich durch das besonders effektive Waschen des Rejekts Faserverluste von bis zu 315.000 Euro pro Jahr vermeiden.

                           

Um ein Abreißen zu vermeiden, haben wir die Zopfwinde so konstruiert, dass sich ihr Anpressdruck an die Zugeffizienz des Zopfwindenrades anpasst. So minimieren wir das Risiko, dass der Zopf abreißt, und machen den Prozess robuster
Sebastian Schuster, Product Manager OCC Process bei Voith
    
Ein mehrstufiges Fraktionierungssystem trennt die Fasersupension in drei Fraktionen. Lang- und Kurzfasern werden als Gutstoff in die nächste Prozessstufe überführt. Das Rejekt wird nach mehreren Waschvorgängen aus dem Kreislauf entfernt.

Leistungsstarke Komponenten für höchste Qualitätsansprüche

Eine weitere Herausforderung im OCC-Prozess ist die saubere Entfernung von Stickies. Mit seinen Spezialsystemen wie dem MultiFoil-Rotor für die besonders schonende Sticky-Entfernung setzt Voith seit Jahren Maßstäbe. Die Schlitzweiten und Schaltungsvarianten lassen sich präzise an die individuellen Anforderungen anpassen. In Hochgeschwindigkeitspapiermaschinen mit geringen Flächengewichten hat sich die vierstufige Sortierung hervorragend bewährt. Sie verbindet eine hervorragende Entfernung von Stickies mit geringem Faserverlust. Bei langsamer laufenden Papiermaschinen und höheren Flächengewichten ist eine dreistufige Sortierung in der Regel ausreichend.

Konstante Produktionsbedingungen als Basis

Um eine gleichbleibende Produktionsqualität zu gewährleisten, sind Voith BlueLine OCC-Systeme so konzipiert, dass sie Mengen- und Qualitätsschwankungen des Rohstoffs so effizient wie möglich ausgleichen. Der Rohstoffeintrag selbst ist ein häufig unterschätzter Faktor. Schwankungen bezüglich Qualität, Fasermaterial und Stoffdichte des Rohstoffs können später vom System nicht mehr vollständig kompensiert, sondern nur noch minimiert werden. Um dem entgegenzuwirken, regeln Voith Systeme den Rohstoffeintrag über das Förderband in Abhängigkeit von der Stoffdichte im Pulper. Am Ende des OCC-Prozesses sorgen Systeme, die gründlich getestet und durch jahrelange Erfahrung weiterentwickelt wurden, für möglichst konstante Produktionsbedingungen. Beispielsweise wird die Schneckenpresse, um Prozessschwankungen auszugleichen, durch das Drehmoment gesteuert. Im Gegensatz zu vielen anderen Systemen verfügt der Voith Disperger InfibraDisp über einen einstellbaren Spalt, der sich je nach spezifischer Leistungsaufnahme öffnet oder schließt und so eine gleichbleibende Qualität garantiert. Im letzten Prozessschritt sorgt der Voith Doppelscheibenrefiner TwinFlo mit energiegesteuerter Spalteinstellung dafür, dass die Fasern auch bei Prozessschwankungen gleichmäßig behandelt werden. Dies garantiert eine hohe und gleichmäßige Festigkeitsentwicklung der Fasern, sodass die Papiermaschine bei maximaler Geschwindigkeit sicher betrieben werden kann.

Maßgeschneiderte Systeme aus einer Hand

Papierhersteller profitieren auf vielen Ebenen von Voiths BlueLine OCC-Prozesskompetenz. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass Voith die Konzeption, Planung, Fertigung, Inbetriebnahme und Optimierung der OCC-Anlage vollständig übernimmt. „Wichtig war uns, einen Komplettlieferanten zu gewinnen, der uns von der Förderanlage fürs Altpapier bis zum Rollenschneider alles aus einer Hand liefert“, sagt Armin Vetter, Geschäftsführer Schoellershammer und ein Voith Kunde. Darüber hinaus bietet Voith an, bestehende Anlagen auf ihr Potenzial zur Produktionssteigerung und Optimierung hin zu überprüfen. Auf diese Weise lassen sich schnell und einfach deutliche Verbesserungen in Bezug auf Robustheit, Qualität, Effizienz und Ertrag erzielen.
      

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Axel Gommel

Produktmanager
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