Kurkistus soodakattilan liekkeihin Esa K. Vakkilainen Lappeenrannan Teknillinen Yliopisto 1 17.8.2014
Sisältö Soodakattila mikä se on Oulusta Kymiin Mustalipeä on uusiutuva polttoaine Lipeän palaminen 2 17.8.2014
Soodakattila Höyry Ilma Syöttöv. Tavoite Mustalipeän orgaanisen osan poltto (ligniini, hiilivedyt, organiset hapot, ym.) kemikaalien regenerointi lämmön (höyry) ja sähkön tuotanto 3
Soodakattila Soodakattilassa tapahtuu neljä prosessia: C + O 2 CO 2 + lämpö Na 2 SO 4 + 2C Na 2 S + 2CO 2 H 2 S + 1.5 O 2 SO 2 + H 2 O 2NaOH + SO 2 + 0.5O 2 Na 2 SO 4 + H 2 O 4
Lipeän poltto tulipesässä Ilma Savukaasu Ilma Polttolipeä Polttolipeä Ilma Ilma Ilma Ilma Sula 5
Liuotinsäiliö Sula putoaa pisarapurona liuotinsäiliöön Sula liukenee veteen Liukenemisessa tapahtuu; melu, tärinä, haju Nestepinta pidetään vakaana laihalla valkolipeällä Lopputuote viherlipeä pumpataan kaustistamolle Sula liuotinhönkä Laiha VL Viherlipeä Esa K. Vakkilainen 6
Sula Na, g/kgds K, g/kgds S tot, g/kgds Cl tot, g/kgds C, g/kgds N, g/kgds O, g/kgds Na 2 S, g/kgds* Na 2 CO 3, g/kgds* Na 2 S 2 O 3, g/kgds* Na 2 SO 4, g/kgds* 416.5 72.1 118.1 8.88 74.1 0.2 308.0 245.2 592.9 3.12 23.7 tyypillinen analyysi 7
Tältä soodakattila näytti 1938 Toimittaja Kapasiteetti Polttolip. ka 45 % Päähöyry Babcock&Wilcox 120 t ka/24h 5 kg/s 31 bar(a) 320 C 8
Tältä soodakattila näyttää 2010 Toimittaja Kapasiteetti Metso Power Oy 3600 t ds/24h Polttolip. ka 85 %, (83,9%) Päähöyry 170 kg/s 102 bar(a) 505 C 9
Kapasiteetti, tka/24h Soodakattiloiden koko on edelleen kasvussa 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Käynnistysvuosi 10 10.10.2008
Sähkön käyttö Suomessa 2007 Yhteensä 90 TWh Mustalipeä 5 TWh uusiutuvista 19 % Julkinen sektori 6 % Palvelut 12 % Häviöt 4 % Metsäteollisuus 28 GWh sähköä Maatalous 3 % Teollisuus 54 % Mustalipeää 38 GWh Primäärienergiasta 13 % Kotitaloudet 21 % 12.9.2007
Sellutehtaan Sankey-kaavio POLTTOAINEET KATTILAT TURBIINIT ENERGIANTOIMITUS [GWh/a] 1 GWh = 3600 GJ Nuohous Häviöt Reduktiolämpö Osto VL OK Myynti Mustalipeä SK Lauhdutin Sellu Häviöt Sähkö tehtaille Saha POR Suopa Myynti Häviöt Sellu kuori Kuori ja puru Nuohous KK KP HT Höyry tehtaille Sellu Saha kuori Häviöt Reduktio Saha Saha puru MU Reaktio Liete Häviöt Metanoli Hajukaasu HKK Apul. VL OK + häviöt POK 12
Mustalipeän palaminen, laboratorio (Åbo Akademi) 13
Haihtuvien palaminen alkaa (Åbo Akademi) 14
Haihtuvien palaminen loppuu (Åbo Akademi) 15
Hiiltojäännös palaa (Åbo Akademi) 16
Tuhkareaktiot (Åbo Akademi) 17
Kuinka optimaalinen poltto määritellään? emissioiden minimin avulla mutta minkä? polttokapasiteetin kautta enemmän on parempi! tulipesän stabiliteetin kautta mikä kertoo? minimi savukaasun vertikaalinopeuden avulla miksi? maksimaalisen sekoituksen avulla kuinka mitataan? tulipesän alaosan lämpötilan avulla onko iso parempi? 18 10.10.2008
CFD-malleilla voidaan polttoa simuloida Ennustaako nopeusjakauma hyvää ajotapaa? 19 10.10.2008
Kuuma pesä vähentää rikkiä, mutta lisää NOx 20 10.10.2008
Optimaalisen polton osat Ilmamäärien ja aukkomallien valinta Ruiskutuksen parametrien valinta; ruiskutyyppi, lukumäärä, paine ja lämpötila Ajotavan muutokset lipeän ominaisuuksien muuttuessa 21 10.10.2008
Eri tehtaat ajavat vielä eri ilmamalleja, miksi? 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % Yläilmat Sekundäärit Primääri 30 % 20 % 10 % 0 % N G A S H M Q P I D L B K C E R J F O vanhin 22 10.10.2008 nuorin
Korkean kuiva-aineen poltto Kuiva-aineen nosto on kiinnostava koska Päästöt vähenevät Likaantuminen helpottuu Energiantuotanto kasvaa Tutkimuksessa on ollut mukana useita korkeakouluja mm. LUT, Aalto ja Åbo Akademi Korkeaa kuiva-ainetta ainakin kokeilleita tehtaita on mm. Stora-Enso; Imatra, Varkaus, UPM- Kymmene; Kaukas, Kuusaa, Wisaforest, Metsä- Botnia; Joutseno, Kaskinen, Kemi, Äänekoski 23 10.10.2008
Korkea kuiva-aine muuttaa lipeän ominaisuuksia Kiehumapisteen kohoama nousee lipeää pidettävä kovemmassa paineessa ettei se rupea höyrystymään Viskositeetti nousee lipeää käsiteltävä kuumempana jotta se olisi juoksevaa sulfidi-, hydroksidi ja kloridipitoisuudet liuoksessa nousevat (esim. sulfidi/vapaa vesi) lipeä on korrodoivampaa 24 10.10.2008
Yhteenveto Mustalipeä on Suomalainen polttoaine Sen käyttö on Suomelle tärkeää 13 % energiasta 19 5 uusiutuvasta sähköstä Mustalipeä paisuu palaessaan Mustalipeä on nestemäistä vaikka vesipitoisuus alhainen Palamisen tavoitteen määrittäminen prosessiteollisuuden kattiloille vaikeaa 25 17.8.2014