Soodakattilan palamisen optimointi

Abstract

Tämä diplomityö on tehty Stora Enson Imatran tehtaiden voimalaitokselle. Työssä tutkittiin soodakattilan tulipesäprosessia, joka vaikuttaa merkittävästi lämpöpintojen likaantumiseen sekä syntyviin päästöihin. Työn tavoitteena on tutkia ja löytää parhain ajotapa tehtaan pienemmälle soodakattilalle, jossa on ollut ongelmia erityisesti likaantumisen takia käytettävyydessä ja rikkipäästöjen hallinnassa. Lisäksi tiukentunut ympäristölupa typenoksidipäästöjen osalta luo haasteita pysyä uusissa päästöluvissa.

Soodakattilan tulipesän toimintaan voidaan usein parantaa ilmajärjestelmää ja mustalipeän ruiskutusta säätämällä. Tulipesän toiminnan lisäksi likaantumiseen sekä rikki- ja typenoksidipäästöihin vaikuttaa mustalipeän koostumus. Mustalipeän korkea sulfiditeetti edesauttaa happamien sulfaattien syntymistä, jotka aiheuttavat likaantumisongelmia keittoputkiston ja ekonomaiserin alueella. Korkeat kalium- ja klooripitoisuudet mustalipeässä kasvattavat likaantumis- ja korroosioriskiä lämmönsiirtopinnoilla.

Kirjallisuuden, data-analyysien sekä koeajojen perusteella soodakattilalle luotiin uusi ajomalli, jossa parannettiin ilmajakoa, optimoitiin yli-ilman määrä sekä rakennettiin uusi pisarankoon hallinta. Uudella ajomallilla saatiin parannettua soodakattilan tulipesän toimintaa, joka voitiin havaita parantuneesta reduktioasteesta sekä madaltuneista rikkidioksidi- ja typenoksidipäästöistä.

This master’s thesis was done for Stora Enso Imatra mills’ power plant. In the thesis, recovery boiler furnace process, which has a significant impact on fouling and emissions, was studied. The aim of this thesis was to research the best firing parameters in the mills’ smaller recovery boiler, which has been causing serious problems in fouling and sulfur emission control. The tightening environmental permits for nitrogen oxide emissions create challenges in staying within the new emissions limits.

The furnace operation can often be improved by adjusting the black liquor spraying and the air system. The black liquor composition also has a major effect on fouling and sulfur and nitrogen oxides emissions. The high sulphidity of black liquor contributes to the formation of acid sulphates in flue gas, which cause fouling problems in the boiler bank and economizers’ surface. High levels of potassium and chlorine in black liquor increase the risk of fouling and corrosion on heat transfer surfaces.

The new firing parameters were created by using material from literature, collected data and systematic experiments. The new model has improved air distribution, optimized excess air volume and a built-in droplet size management system. The changes improved furnace operation, which could be detected by improved reduction rates and reduced sulfur dioxide and nitrogen oxide emissions.