Denna rapport är ett examensarbete för högskoleingenjörer inom maskinteknik vid Karlstads Universitet. Projektet har utförts åt Drinor AB och är ett produktutvecklingsprojekt. Inom pelletstillverkning måste spånet som används nå en viss fuktighetsgrad i fibrerna för att kunna formas. I dagens kommersiella processer transporteras spånet på ett transportband och torkas via termisk tork. Drinor AB har utvecklat en mekanisk avvattningspress, som resulterar till att spånet inte behöver torkas lika länge. Detta resulterar i en ny process med mindre energiförbrukning och ett miljömässigt bättre alternativ. För att maximera kompressionen av spånet transporteras spånet på ett band in i pressen med en jämn höjd. I detta projekt vill Drinor ha en lösning för att kunna använda den mekaniska pressen till flis då dagens maskin enbart fungerar för sågspån. Problemet med flisen är dess varierande storlek som gör det svårt att uppnå en jämn matta för en maximerad kompression i valsnypet. Målet med projektet är att ta fram en lösning till detta problem. Projektet är ett produktutvecklingsprojekt med faser som kravspecificering, konceptgenerering och prototypbygge. Fem olika koncept har utvecklats där det mest lovande vidareutvecklades för att komma fram till slutresultatet. Då projektet inte går att lösa genom beräkningar tillverkades en prototyp på det koncept som tagits fram genom en konceptelimineringsprocess. Med hjälp av en prototyp utfördes tester och resultatet bedömdes visuellt. Tre olika tester genomfördes där varje test innebar en justering på konstruktionen för att optimera utfallet. Efter de genomförda testerna kunde slutsatsen dras att släta valsar inte är användbart när man arbetar med flishantering. Flisens variation i storlek blev för problematiskt för att gå vidare med denna metod. Genom att ribba de valsar som matar flisen till transportbandet kunde den mindre flisen fångas upp tillsammans med den större flisen. Med de ribbade valsarna kunde en output på mattan granskas och slutsatser dras från detta resultat. För att optimera konstruktionen behövs en starkare motor som orkar krossa den flis som fastnar mellan valsarna, samt något som stryker över flismattan så att samma höjd uppnås över hela transportbandet. / This report is a project for a Bachelor of Science in mechanical engineering at Karlstads University. The project has been for Drinor AB and is a product development project. In pellet manufacture, the sawdust that is being used must achieve a certain degree of moisture in the fibers to be able to form. In today's commercial process, the sawdust is transported on a conveyor belt while it’s dried using thermal energy. Drinor AB has developed a mechanical dewatering press, which results in the sawdust not having to be dried for as long. This results in a new process with less energy consumption and a better environmental alternative. To maximize the compression of the sawdust, it is transported on a belt into the press with an even height. In this project, Drinor wants a solution for using the mechanical dewatering press to woodchips, since today's machine only works with sawdust. The problem with the woodchips is that they vary in size which makes it difficult to achieve a smooth mat for maximum compression in the roller nip. The aim of this project is to find a solution to this problem. This project is a product development project with phases like requirement specification, concept generation and prototype building. Five different concepts were produced where the most promising was further developed to the final result. Since this problem can ́t be solved by calculations, a prototype was produced by the concept that has been developed through a conceptualization process. With this prototype, tests can be performed, and a visual assessment is possible. Three different tests were conducted where each test involved an adjustment of the prototype to optimize the results and conclusions. After the tests, a concluded was made; that smooth rollers isn’t useful when working with woodchips. Because of the woodchips size variation, it became too problematic to proceed with this method. By ribbing the rollers feeding the woodchips to the conveyor belt, the smaller chips could be caught together with the larger ones. With the ribbed rollers, an output off the carpet could be examined and conclusions was made because of the results. To optimize the design, a stronger engine that can break the larger woodchips is highly recommended when woodchips sticks between rollers. Something that can stretch out the chipboard so that the same height is achieved across the conveyor belt, is also recommended.

Renewable energy sources are becoming more attractive due to the impending climate changes. The market for wood pellet is growing and is already used in households, heating plant and industries. To enhance the properties and refine the raw material a lot of the moisture need to be dried out before is can be processed into wood pellets. The demand for wood pellets has been growing in Sweden and the rest of Europe in recent years. To meet the demand more pellets needs to be produced. SCA BioNorr produces approximately 175 ktons of wood pellets annually but have permission to increase production to 240 ktons. BioNorrs bio-pellet plant has limitations which obstructs the increase of production, the largest one is related to the drying capacity. Another limitation regards the pellet press in the plant. The purpose of the project is to determine if a pre-dying technology called mechanical dewatering will allow increased production and decrease the energy demand for the complete drying process. Mechanical dewatering presses the raw material to extract water hence decreasing the moisture content of the raw material which feeds into the pellet plant. The chosen technology is called Saalasti Press 1803(SP1803) from the company Saalasti Oy. A model with a simplified representation of the pellet plant was made in Excel together with a representation of the SP1803. The model was designed towards the maximal flue gas flow in the pellet plant, and the raw material flow into the SP1803 unit matched their maximal capacity. That means that a proportion of the raw material will be processed by the SP1803 units and a proportion will bypass them. These different material flows are mixed before feeding into the pellet plant. The economical results was based on the cost of investment and costs and income from the increased production. Profitability was calculated by the pay back time and the proceeds during the economical lifespan. A sensitivity analysis was made on some parameters to distinguish how these affected profitability. Calculations was based on operating data from 2017 to 2019.  The results shows a considerable increase in production, 27 ktons for one SP1803 unit to 67 ktons for three SP1803 units. The annual production increased to 203 ktons for one SP1803 to 235 ktons for three SP1803 units. The specific energy demand in relation to pellet amount dropped from 0.81 [MWh/ton pellet] to 0.71 for one SP1803 and 0.63 for three units which is a decrease of between 14 to 29 %. The profitability on an investment of up to three SP1803 units was good, with the best one being an investment of one SP1803 unit. The pay back time for one SP1803 unit was 1.7 years and 2.4 for three units. The proceeds for one SP1803 unit was 59 Mkr and 70 Mkr for three units. The sensitivity analysis showed that the price of raw material and the product price affected the profitability most. All cases of the sensitivty analysis was profitable.  For continued evaluation an analysis of the pellet plant with an implemented SP1803 unit to find an optimal operating mode which allows increased production with low energy demand is recommended. This would require a more detailed representation of the pellet plant which takes altering operating parameters into account due to risk of over-drying and risk of fires in the plant. / Med det rådande klimathotet blir hållbara energikällor alltmer attraktiva. Biopellets är en växande bränslekälla i en marknad som redan är etablerad och används inom hushållsbruk, värmeverk och industri. För att pellets ska ha bra energiegenskaper så behöver råvaran förädlas, där en stor del av fukten i råvaran torkas ut innan det pressas till pellets. Efterfrågan på biopellets har ökat de senaste åren i Sverige och restan av Europa. För att möta efterfrågan behöver produktionen av pellets öka. SCA BioNorr i Härnösand producerar idag årligen ca 175 kton pellets men har tillstånd att producera 240 kton. I BioNorrs process finns det begränsningar som hindrar produktionsökningen. Den största begränsande faktorn är pelletsbrukets torkkapacitet. En annan begränsning är produktionskapaciteten på pelletmaskinerna i bruket.  Projektets mål är att bestämma om förtorkningstekniken mekanisk avvattning kan tillåta ökad produktion och sänka energibehovet för hela processen samt utvärdera lönsamhet på en investering på upp till 3 st enheter. Mekanisk avvattning som förtork går ut på att pressa ut en mängd vatten ur råvaran, och därav sänka fukhalten på råvaran innan det matas in till bruket. Den valda tekniken var Saalasti Press 1803(SP1803) från företaget Saalasti Oy.  I Excel modellerades mass och energibalans för en förenklad representation av BioNorrs pelletsbruk, samt en representation av SP1803. Modellen styrdes mot maximala rökgasflödet i bruket för att tillåta maximal produktion av pellets, samt att råvaruflödet in till SP1803-enheterna motsvarar dess maximala processkapacitet. Det innebär att en andel av totala råvaruflödet går genom SP1803 och en andel passerar. Dessa flöden blandas innan de matas in till pelletsbruket. De ekonomiska resultaten beräknades på investeringskostnader samt kostnader och intäkter gentemot produktionsökningen. Lönsamheten bestämdes genom återbetalningstid och avkastning vid 5 % kalkylränta över den ekonomiska livslängden, vilket valdes till 5 år. En känslighetsanalys utfördes på några utvalda parametrar för att urskilja hur de priserna påverkade lönsamheten. För beräkningarna användes driftdata från 2017 till 2019.  Resultaten visade en betydlig ökning i produktion, från 27 kton för 1 st SP1803 upp till 67000 ton pellets för 3 st SP1803-enheter. Årsproduktionen visade en tydlig ökning, från 203 kton för 1 st SP1803 upp till 235 kton för 3 st SP1803. Det specifika energibehovet relaterat till mängd pellets minskade från 0.81 [MWh/ton pellets] till 0.71 för 1 st SP1803 och ner till 0.63 för 3 st SP1803 vilket är en effektivisering på mellan 14 till 29 %. Lönsamheten på en investering på upp till 3 st SP1803 var god, mest lönsam var investeringen för 1 st SP1803. Återbetalningstiden varierade mellan 1.7 år för 1 st SP1803 till 2.4 för 3 st. Avkastningen över den ekonomiska livslängden beräknades till 59 Mkr för 1 st SP1803 till 70 Mkr för 3 st. Känslighetsanalysen visade att råvarupriset och produktpriset hade störst påverkan på lönsamheten. Samtliga fall i känslighetsanalysen var lönsamma.

Med rådande klimathot i form av ökande koldioxidhalter i vår jords atmosfär krävs stora gemensamma insatser för att minska utsläppen. Genom att välja bort fossila bränslen och istället använda miljövänliga energikällor skapar vi tillsammans en hållbar framtid. Träpellets är ett biobränsle tillverkat på biomassa i form av träflis och dess förbränning kan i princip ses som koldioxidneutral. Tillverkningen av bränslepellets är emellertid en energikrävande process där termisk torkning av råvaran står för en majoritet av energianvändningen under pelletstillverkningen, där träflisen torkas från 55–10% fukthalt genom kondensering. I och med den ökande efterfrågan av pellets kommer även större möjligheter till effektivisering, där torksteget i produktionen har stort fokus. Syftet med denna studie har varit att undersöka energi- och miljöeffekter av en ny tvåstegsteknik bestående av mekanisk avvattning som försteg till termisk torkning av träflis i en pelletsproduktion. Den mekanisk avvattningsteknik som undersökts är Drinor CDP - Continuous Dewatering Press. Det primära målet med arbetet har varit att undersöka Drinors CDP som försteg till en bandtork och pneumatisk tork för att slutligen svara på vilken av kombinationerna som ger lägst energianvändning och miljöpåverkan i form av utsläpp. Som referens kommer torkprocessen hos Stora Enso Timber Gruvön användas, där en bandtork i dag används som torksteg. Som delmål kommer två olika partikelstorlekar undersökas vid pneumatisk torkning bestående av spån och flis, detta för att utreda partikelstorlekars påverkan på pneumatisk torkning och om det ens är möjligt att pneumatiskt transportera större flis. Resultaten visar att mekanisk avvattning är en bra lösning för pelletsindustrin. Fallet med CDP i kombination med bandtork ledde till en energireducering med ca 50% och 35% minskade utsläpp som en följd, jämfört med referensfallet bestående av endast bandtork. Resultaten visade även att stora träflispartiklar kunde transporteras pneumatiskt vid en lufthastighet på drygt 23 m/s. Pneumatisk torkning bidrog till en hög användning av el på grund av höga temperaturer, vilket i sin tur leder till stora mängder koldioxidutsläpp. / With the occurring climate threats in the form of increasing levels of carbon dioxide in our Earth's atmosphere, major joint efforts are needed to reduce our emissions. By opting out of fossil fuels and instead using environmentally friendly energy sources, we help create a sustainable future. Wood pellets are a biofuel made from biomass in the form of woodchips and its combustion can in principle be seen as neutral. However, the production of wood pellets is an energy-consuming process where thermal drying of the wet wood chips accounts for a majority of the total energy use during pellet production, where wood chips are typically dried from 55 – 10% moisture by condensation. With an increasing demand for pellets, there will also be more opportunities for efficiency, where the drying stage in production has a large focus. The purpose of this study has been to investigate the energy and environmental effects of a new two-stage technique consisting of mechanical dewatering as a prestage to thermal drying of woodchips in a pellet production. The mechanical dewatering technology studied is the Drinor CDP - Continuous Dewatering Press. The primary goal of the work has been to investigate the Drinors CDP as a pre-stage to a packed moving bed and a pneumatic dryer to finally answer to which of the combinations provides the lowest energy use and environmental impact in terms of emissions. As a reference, the drying process of Stora Enso Timber Gruvön is used, where a packed moving bed is used as a single-stage dryer. As a secondary goal, two different particle sizes will be examined for pneumatic drying consisting of saw dust and wood chips, to investigate the impact of particle sizes on pneumatic drying, and whether it is even possible to pneumatically transport larger wood chips. The results show that mechanical dewatering is a good solution for the pellet industry. The case with a CDP in combination with a packed moving bed led to an energy reduction of about 50% and 35% reduced emissions as a result, compared to the reference case consisting only of a packed moving bed. The results also showed that large wood chip particles could be transported pneumatically at an air velocity of just over 23 m/s. Pneumatic drying contributed to a high use of electricity due to high temperatures, which in turn leads to large quantities of emissions.

I en värld med ökande koldioxidhalter i atmosfären och höjd medeltemperatur, råder det inga tvivel om att vi står inför en rad utmaningar för att minska användandet av bland annat fossila bränslen som generar skadliga utsläpp. Det finns många alternativ till oljebaserade bränslen, och ett som har ökat markant de senaste åren är bränslepellets. Bränslepellets är ett träbaserat biobränsle som i sitt kompakta tillstånd erbjuder ett bra värmevärde och är klimatneutralt. För att tillverka pellets måste råmaterialet först termiskt torkas, från en fukthalt på ca 55 % till ca 10 %, vilket i dagsläget kan motsvara upp till en fjärdedel av hela energiåtgången i pelleteringsprocessen. Med den ökade efterfrågan av bränslepellets finns också ökade förutsättningar för energieffektiviseringar i pelletsproduceringen, speciellt i torkningssteget.  Drinor AB har tagit fram en avvattningsmaskin av biomaterial som heter CDP, och med den är det möjligt att avvattna biomaterial till ca 30 %, vilket skulle reducera både tiden och energin det tar att termiskt torka materialet. Avvattningen sker under tryck på minst 40 ton, där vattnet mekaniskt pressas ut ur råmaterialet. Hur avvattningen påverkar råmaterialet, speciellt i en pelletframställning, är oklart och syftet med detta arbete var att ta reda på hur pelleteringsegenskaperna påverkas efter pressning med CDP, och om det finns möjligheter att spara energi i malningsdelen i pelleteringsprocessen. Målet med arbetet var att ta reda på hur CDP påverkar pelletskvaliteter i form av hårdhet och densitet, samt om friktionsutvecklingen i pelleteringsmatrisen förändras, genom att framställa pellets ur 3 scenarion. I ett scenario ska en traditionell pelletsframställning liknas, med endast termisk torkning och i de resterande två scenarion implementeras CDP som försteg till den termiska torkningen. I ett av dessa två scenarion mals inte träflisen innan pelletering, för att se om energi kan sparas utan att offra pelletskvalitet. Ett annat mål var att, per scenario, ta reda på vid vilken fukthalts- och temperaturkombination de bästa pelletsen tillverkades med avseende på hög densitet och hårdhet samt låg friktionsutveckling. Resultaten visade att scenariot med CDP som komplement till termisk torkning och utan malningprocess, producerade pellets med högst hårdhet, högst densitet och lägst friktionsutveckling under båda fukthalterna på pelleteringsmaterialet och nästintill samtliga matristemperaturer. Det scenario som hade endast termisk torkning producerade pellets med lägst densitet och hårdhet samt högst friktion under nästan alla temperaturer och fukthalter. När den bästa fukthalts- och temperaturkombinationen togs fram per scenario, så var scenariot med CDP och utan malning bäst. Pellets producerade där hade ökad densitet, nästan tredubblad hårdhet samt mer än halverad friktionsutveckling i pelleteringsmatrisen, jämfört med scenariot som imiterade traditionell pelletsframställning med endast termisk torkning. Skulle det scenariot med CDP och utan malningsprocess implementeras i en verklig industriell skala skulle det innebära stora förutsättningar för ökad produktion av pellets med bättre kvalitet, samt ett minskat energianvändande i form av reducerad termisk torkning och minskat användande av malningsprocessen. / In a world with growing carbon dioxide contents in the atmosphere and elevated average temperature, there is no doubt that we are faced with a number of challenges to reduce the use of, among other things, fossil fuels that generate harmful emissions. There are many alternatives to oil-based fuels, and one that has increased markedly in recent years is fuel pellets. Fuel pellets are a wood-based biofuel that, in its compact state, offers a good thermal value and is climate neutral. In order to produce pellets, the raw material must first be thermally dried, from a moisture content of about 55 % to about 10 %, which can currently account for up to at least a quarter of the total energy consumption in the pelleting process. With the increased demand for fuel pellets, there are also increased possibilities for energy efficiency in the pellet production, especially in the drying stage. Drinor AB has developed a biomaterial dewatering machine called CDP, with which it is possible to drain the biomaterial to a moisture content of about 30%, which would reduce both the time and the energy it takes to thermally dry the material. The dewatering pressure is at least 40 tonnes, where the water is mechanically squeezed out of the raw material. How the dewatering affects the raw material, especially in a pellet production, is unclear and the purpose of this work was to find out how the pelleting properties are affected after pressing with CDP and if there is potential for saving energy in the grinding process in the pelleting process. The aim of the work was to find out how CDP affects pellet qualities in terms of hardness and density, and if the friction development in the pelleting dye changes, by making pellets out of 3 scenarios. In one scenario, traditional pellets production should be resembled, with only thermal drying, and in the remaining two scenarios, CDP is implemented as a complement to thermal drying. In one of these two scenarios, the wood chips were not milled before pelleting, to see if energy can be saved without sacrificing pellet quality. Another goal was to determine, by each scenario, what moisture and temperature combination the best pellets were produced with respect to high density and hardness and low friction development. The results showed that the CDP scenario, as a complement to thermal drying and without grinding process, produced the hardest pellets, highest density and lowest friction development during both moisture levels of the pelleting material and almost all die temperatures. The scenario that only had thermal drying produced pellets with the lowest density and hardness, as well as maximum friction under almost all temperatures and moisture levels. When the best moisture and temperature combination was achieved by each scenario, the scenario with CDP and without grinding was the best. Pellets produced there had increased density, almost triple the hardness, and more than half the friction development in the pelleting die, compared to the scenario that imitated traditional pellets production with only thermal drying. Should the scenario with CDP and without grinding process be implemented on a real industrial scale, it would provide great conditions for increased production of better quality pellets, as well as reduced energy use in the form of reduced thermal drying and reduced use of the grinding process.