Water circulation modeling of a recovery boiler undergoing a power blackout

Abstract

The main objective of this work is to present a standard way to simulate a power blackout in a recovery boiler. A standard procedure leads to more reliable case studies which are comparable with each other. Power blackout of the boiler happens seldom, but has the potential of damaging boiler tubes, which might lead to a smelt-water explosion inside the furnace. Apros modeling software is used to simulate two base cases, which are given different deposit accumulation on the lower furnace. Material temperatures and boiler tube drying are observed during the simulation. A secondary objective of the work is to find the main effects of deposit thickness variation on the furnace walls. We conduct a sensitivity analysis to find the effects. This work presents successfully a standard way to perform a power blackout simulation. The model can be scaled to simulate different sized boilers. Accuracy of the simulation results is hard to determine, since no experimental data was available. The used deposit model is very conservative. New methods to approximate the wall deposit mass are suggested to replace the old model, to attain more accuracy in the results. Critically high temperatures are observed in the lower furnace and floor tubes of the first case. Highest temperatures originate in the wall corners, where the initial deposit temperature is the highest. Uneven deposit thickness strongly affects the timing and order of floor tube drying.

Työssä on tarkoitus esittää yhdenmukainen tapa simuloida soodakattilan sähkökatkosta. Yhdenmukaisuus parantaa tulosten luotettavuutta ja tekee tutkimuksista vertailukelpoisia. Sähkökatkoksia soodakattiloissa tapahtuu harvoin, mutta niissä on potentiaalinen vaara putkirikoille, jotka voivat johtaa sula-vesi räjähdykseen kattilan sisällä. Apros-mallinnusohjelmaa käytetään simuloimaan kahta simulointitapausta, joille määritellään erilaiset kuonakerrosten paksuudet tulipesän ylä- ja alaosiin. Putkimateriaalien lämpötiloja ja kattilaputkien kuivumista tarkastellaan kokeen ajan. Toinen tutkimuskohde työssä on tutkia kuonakerroksen paksuuden vaikutusta tuloksiin herkkyystarkastelun avulla. Tässä työssä esitetään yhdenmukainen tapa simuloida soodakattilan sähkökatkosta. Malli on skaalattavissa eri kokoisille kattiloille. Simulaatioiden tuloksien todenperäisyyttä on vaikea arvioida, sillä kokeellista dataa sähkökatkoksista ei juuri ole. Käytetty kuonamalli on hyvin konservatiivinen, ja muutamaa metodia esitetään approksimoimaan kuonan paksuutta tarkemmin. Kriittisen korkeita lämpötiloja havaitaan ensimmäisen simulaation kattialan ala-osassa ja lattiaputkissa. Korkeimmat lämpötilat havaitaan tulipesän nurkissa, missä kuonan alkulämpötila on korkeampi verrattuna keskiseinään. Epätasainen kuonakerros tulipesän seinillä vaikuttaa merkittävästi lattiaputkien kuivumisjärjestykseen ja ajoitukseen.