Polttoainevalinnan vaikutus meesauunin energiankulutukseen

Abstract

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää eri polttoainevaihtoehtojen vaikutus meesauunin energiankulutukseen. Lisäksi työssä käydään läpi eri polttoainevaihtoehtojen vaatimia osaprosesseja ja prosessiteknisiä ongelmia. Meesauuni on tyypillisesti sellutehtaiden ainoa fossiilisia polttoaineita käyttävä osa, ja siten tehtaan suurin fossiilisten päästöjen tuottaja. Vaihtoehtoisten biopohjaisten polttoaineiden käyttö meesauunissa on mahdollinen tapa vähentää tehtaan fossiilisia päästöjä ja tuotannon kustannuksia.

Meesauuni on sellutehtaan talteenottolinjalla sijaitseva prosessilaite, joka tuottaa poltettua kalkkia talteenottoprosessin tarpeisiin. Talteenottolinjan kaustistamolta sivutuotteena saatava meesa kuivatetaan, lämmitetään ja kalsinoidaan poltetuksi kalkiksi meesauunissa. Kalsinointireaktion vaatima korkea lämpötila on tyypillisesti rajoittanut polttoainevalinnan fossiilisiin polttoaineisiin. Työssä tutkittavia eri polttoainevaihtoehtoja ovat raskas polttoöljy, maakaasu, puupöly, kaasutuskaasu, pikiöljy ja ligniini.

Työssä saatiin selville, että matalin energiankulutus saavutetaan fossiilisilla polttoaineilla, raskaalla polttoöljyllä ja maakaasulla. Vaihtoehtoisista polttoaineista energiatehokkaimmat olivat ligniini ja pikiöljy. Puupölyllä ja kaasutuskaasulla energiankulutus oli suurimmillaan. Kuitenkin myös kaasutuskaasu vaikuttaa mahdolliselta vaihtoehdolta, mikäli tehtaalta syntyy sivutuotteena riittävästi kaasutettavaa biomassaa korvaamaan kohonnutta energiankulutusta. Työssä huomattiin, että eri polttoainevaihtoehdoilla on omat hyötynsä ja haittansa, ja polttoainevalintaan vaikuttaa useita muitakin tekijöitä kuin energiankulutus. Paras polttoainevaihtoehto on siis riippuvainen yksittäisen tehtaan tarpeista ja tavoitteista.

The aim of this bachelor’s thesis is to examine the impact of different fuel options on the energy consumption of a lime kiln. In addition, the thesis discusses the subprocesses and process-related problems associated with the different fuel options. The lime kiln is typically the only part of a kraft pulp mill that uses fossil fuels and is thus the mill’s largest producer of fossil emissions. The use of alternative bio-based fuels in the lime kiln is a possible way to reduce the mill’s fossil emissions and production costs.

The lime kiln is a process unit located in the mill’s recovery line that produces burned lime for the needs of the recovery process. The lime mud, which is a by-product of the causticizing plant in the recovery line, is dried, heated, and calcinated in the lime kiln to produce burned lime. The high temperature required for the calcination reaction has typically limited the fuel options to fossil fuels. The different fuel options studied in the thesis are heavy fuel oil, natural gas, wood powder, gasification gas, tall oil pitch, and lignin.

The thesis found that the lowest energy consumption is achieved with the fossil fuels, heavy fuel oil and natural gas. Among the alternative fuels, lignin and pitch oil were the most energy efficient. With wood powder and gasification gas, the energy consumption was at its highest. However, gasification gas also seems to be a potential alternative if the mill produces enough gasifiable biomass as a by-product to compensate for the increased energy consumption. It was noticed that every fuel option has its benefits and disadvantages, and the choice of fuel is affected by several other factors besides energy consumption. The best fuel option, therefore, depends on the individual needs and goals of each mill.