L'expérience de l'usine de papier de Hallsta avec les surpresseurs d'air pour le traitement de l'eau
Hallsta Pappersbruk est située à Hallstavik, à l'extérieur de la ville suédoise de Norrtälje. L'usine développe et produit du papier de qualité destiné aux magazines et aux livres.
Ensemble, nous avons ouvert la voie vers une installation plus efficace, équipée de nouvelles technologies.
Holmen : une attention particulière portée au développement durable
Le procédé de production du papier
Dans l'entreprise Hallsta Pappersbruk, le procédé débute avec du bois de trituration provenant de forêts gérées de façon durable. Tout d'abord, l'écorce est retirée dans un tambour et les bûches sont ensuite coupées en copeaux. La fibre de bois est extraite et séparée suite au broyage des copeaux dans de grands moulins et raffineurs, selon un procédé thermomécanique. Les fibres sont alors mélangées à de grandes quantités d'eau, nettoyées, puis transformées en une pâte présentant la bonne consistance pour être pompée vers les grandes machines à papier, qui éliminent l'eau et permettent d'assembler les fibres correctement. Le papier fini est enroulé autour d'un grand cylindre en acier, découpé à la bonne largeur, puis enroulé sur de plus petits rouleaux, avant d'être emballé et livré aux clients.
Consommation d'énergie et recyclage
L'usine de papier de Holmen à Hallstavik est parmi celles qui consomment le plus d'énergie en Suède. Elle cherche constamment à réduire sa consommation et à recycler davantage. Ainsi :
- L'usine n'utilise pas de chaudières à combustibles solides et ne rejette aucune émission fossile.
- 80 % de la grande quantité de chaleur et de vapeur produite par les raffineurs de la fabrique de TMP (pâte thermomécanique) sont recyclés par l'usine. Celle-ci est autonome en ce qui concerne la vapeur utilisée, entre autres, pour chauffer l'eau nécessaire au procédé de fabrication et pour sécher le papier dans les machines à papier.
- En chauffant l'eau de refroidissement des compresseurs d'air comprimé pour une utilisation urbaine, l'usine fournit environ 600-700 kW/h, utilisés pour chauffer les écoles et maternelles d'Hallstavik.
- Les boues avec résidus de fibres provenant du procédé de traitement des eaux usées sont compostées pour donner une terre fibreuse contenant beaucoup de nutriments, qui est vendue pour l'amélioration des sols.
- La sciure et l'écorce sont vendues comme biocombustibles à des centrales thermiques extérieures, qui les utilisent ensuite pour le chauffage urbain.
- Afin que la forêt continue de se développer, Holmen plante au moins deux arbres pour chaque arbre abattu.
Au sein de l'usine de papier, l'air comprimé est utilisé pour divers procédés comme ceux liés au contrôle, au nettoyage, à l'air d'instrumentation ou à la production de papier par le biais d'une machine spéciale.
Divers compresseurs à vis (ZR) d'Atlas Copco de différentes tailles sont utilisés pour ces procédés depuis les années 80. Dans le procédé de traitement biologique des eaux usées de traitement, les surpresseurs ( ZS et ZB ) d'Atlas Copco sont utilisés pour l'oxygénation des bassins.
Surpresseurs d'air : une part importante du procédé de traitement de l'eau
Lors de la production de pâte et de papier, de grandes quantités d'eau sont utilisées. Dans l'usine de papier d'Hallsta, environ 24 500 m3 d'eau de traitement sont nettoyés chaque jour. Les eaux usées de traitement sont traitées en plusieurs étapes, dans trois bassins, selon un procédé de traitement biologique de type MBBR et avec des boues activées. Il est important d'avoir suffisamment d'air pour le procédé de traitement, afin de maintenir la qualité adéquate et le bon type de bactéries pour un fonctionnement optimal.
Le bassin le plus grand présente une profondeur de dix mètres et les deux autres, une profondeur de cinq mètres. Par le passé, des soufflantes à lobes étaient principalement utilisées pour oxygéner l'eau des bassins. Les résultats variaient, mais en fin de compte, les machines à lobes ne se sont pas avérées efficaces. Elles ont connu plusieurs défaillances, en particulier dans le bassin le plus profond, en raison d'une trop forte contre-pression. L'air chaud était repoussé, les machines surchauffaient ; l'une d'elles a même pris feu. Du point de vue de l'ingénierie opérationnelle, il était nécessaire de trouver des soufflantes capables de résister à une contre-pression supérieure à 1 bar(e).
Economies d'énergie potentielles de 25 à 30 % et meilleure pression dans le bassin profond
Auparavant, seules des soufflantes à lobes étaient utilisées pour l'oxygénation du bassin profond. Lorsque le moment de remplacer l'une d'elles est venu, une soufflante à vis (ZS) d'Atlas Copco a été choisie à la place.
A cinq reprises, l'usine de papier de Hallsta a mené des tests au cours desquels elle a comparé la technologie et la consommation d'énergie des soufflantes à lobes et des soufflantes à vis. Les tests ont montré une économie d'énergie potentielle de 25 à 30 % grâce à l'utilisation de la soufflante à vis d'Atlas Copco.
La soufflante à vis présente aussi l'avantage de pouvoir pousser l'air vers le fond du bassin, ce qui constituait un problème avec les machines à lobes. Progressivement, toutes les soufflantes à lobes ont été remplacées par des soufflantes à vis (ZS) dans le bassin profond.
Augmentation de la capacité et de l'oxygénation dans les bassins peu profonds
Pour les deux bassins moins profonds, des machines à lobes et deux turbo-soufflantes plus petites étaient utilisées auparavant. Elles ont été remplacées par des turbo-soufflantes (ZB) d'Atlas Copco, offrant plus de puissance et une augmentation plus importante du volume d'air.
La production de l'usine de papier d'Hallsta s'est développée et a évolué au fil du temps alors que les exigences en matière d'émissions se sont renforcées ; il était donc nécessaire d'augmenter la capacité des soufflantes pour pouvoir nettoyer l'eau de manière appropriée.
Ces turbo-soufflantes sont connectés au système de contrôle Optimizer 4.0, un système centralisé permettant de contrôler et d'optimiser le temps de fonctionnement et la consommation d'énergie des machines.
Il est nécessaire de disposer de la capacité correcte et d'une haute disponibilité des surpresseurs d'air pour pouvoir bénéficier d'une pleine production en usine.
Gestion des eaux usées
Les bassins de sédimentation de l'usine de papier d'Hallsta. Photo : Holmen
Avec l'augmentation de la production, la charge organique dans le traitement des eaux usées augmente également. Les matières organiques telles que les résidus de cellulose sont décomposées dans l'eau à l'aide de micro-organismes, qui ont besoin d'oxygène.
Pendant le procédé de sédimentation, il est important de disposer du bon type de bactéries, qui s'obtient avec la température, le pH, les nutriments et les niveaux d'oxygène appropriés.
Lors du traitement des eaux usées, l'usine contrôle la quantité de COT (carbone organique total) dans l'eau. Les exigences en matière d'émissions de COT sont très strictes, mais avec 90 % d'efficacité (réduction du COT), Hallsta Pappersbruk parvient à les respecter.
Le fait de ne pas disposer de la bonne capacité pour le procédé de traitement de l'eau engendre des frais importants
Résultats après 10 années d'utilisation des soufflantes à vis et turbo-soufflantes
Après avoir remplacé toutes les machines à lobes sur une période de dix ans, on constate désormais une réduction des coûts d'entretien, une fiabilité accrue et une plus grande disponibilité.
La durée de vie des soufflantes à vis dans le bassin profond est bien meilleure que celle des machines à lobes. Le premier compresseur à vis de l'usine de papier d'Hallsta a été acheté en 2012 et il est toujours en service. Son coût d'investissement est supérieur à celui d'une machine à lobes, mais la rentabilité au fil du temps est meilleure.
La raison pour laquelle les soufflantes à vis et turbo-soufflantes d'Atlas Copco ont été choisies est liée à la fois à la consommation d'énergie, au prix, à la technologie et au plan de maintenance.