Soodakattilan sulakourujen toimintaolosuhteet: lämpörasitukset ja sulavirtaukset

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia soodakattilan sulakouruihin kohdistuvia lämpörasituksia. Kattilasta virtaavan kemikaalisulan tilavuusvirrassa tapahtuu voimakkaita vaihteluita, jotka altistavat sulakourut vaihtelevalle lämpökuormalle. Lämpökuormat yhdessä korrodoivan ympäristön kanssa muodostavat haasteellisen toimintaympäristön sulakouruille. Sulakouruvaurio voi johtaa sula-vesi-räjähdykseen, joka saattaa pahimmassa tapauksessa aiheuttaa henkilövahinkoja. Taloudelliset tappiot ovat todennäköisiä tuotannonmenetyksinä, mutta myös mahdollisina laitevaurioina. Työssä kerättiin dataa useilta soodakattiloilta, jonka pohjalta tarkasteltiin tehonmuutoksia sulakourujen jäähdytysveteen sitoutuneessa tehossa. Tietojen avulla luotiin laskentamalli kourujen kokonaislämpörasitusten seurantaan. Lisäksi suoritettiin mittauksia sulakourun ja sulavirran lämpötilaprofiileihin sekä sulavirtaukseen liittyen. Sulan aiheuttama lämpövuo kouruun on mittausten perusteella suuruusluokaltaan 175 kW/m2, joka vastaa lähes soodakattilan tulipesän maksimilämpövuota. Sulakourun jäähdytysveteen sitoutunut maksimiteho oli useilla tehtailla yli 100 kW, joka on noin kolminkertainen keskimääräiseen tehoon verrattuna. Lämpörasitusten seurannalla on mahdollista pyrkiä ennustamaan sulakourujen kuntoa.

The purpose of this Master’s Thesis was to investigate the heat loads of the recovery boiler’s smelt spouts. There are large variations in the smelt flow coming from the recovery boiler which causes alternating heat loads to the smelt spouts. These variations with the corroding environment are the key points why the operational environment is challenging. If the smelt spout failure happens it is possible that the leaking water reacts with smelt. In the worst case the smelt-water explosion can cause bodily injuries. Economic losses are probable in the form of production loss but also process equipment can be damaged. The data related to the smelt spout operation was collected from several recovery boilers. The variation of the cooling water thermal power was investigated. The calculation formula was made to compare total heat loads of different spouts. Also measurements related to smelt flow and temperature fields of smelt and smelt spout were made. The heat flux from smelt to cooling water is in the order of 175 kW/m2 which is close to maximum heat flux in the furnace of the recovery boiler. The maximum thermal power in many spouts was over 100 kW which is approximately three times more than the average thermal power. It is possible to try to predict the smelt spout condition by monitoring heat loads.