Increasing lime kiln capacity through improvements in lime mud quality

Abstract

The master’s thesis investigates the most common non-process elements in a pulp mill and their impact on processes, focusing on the performance of lime kilns. Certain harmful non-process elements, such as phosphorus, accumulate in lime kiln dust, meaning that removing lime kiln dust can reduce the concentration of these non-process elements in the process. High phosphorus concentration in the lime mud can increase the lime kilns' dead load, decreasing the overall production capacity. The thesis aims to determine whether improving lime kiln dust removal is a cost-effective strategy to enhance lime kiln performance. The research was conducted at Stora Enso's Imatra mill.

The theoretical part reviews the stages of white liquor production, focusing on the lime kiln process. It also explores factors that affect the quality of lime and lime mud. In the experimental part, historical data from the lime kiln process, such as energy consumption, production rates, lime mud quality, and lime kiln dust removal, were analyzed. This data was used to build a correlation model between lime kiln dust removal rate and phosphorus concentration in the lime mud, which was then applied in profitability calculations.

The final section evaluates the results and draws conclusions. The findings suggest that enhancing lime kiln dust removal rate is a cost-effective method to increase lime kiln capacity at Stora Enso's Imatra mill. However, it is important to note that the profitability calculations are based on current prices for natural gas and make-up lime, which may change in the future.

Diplomityössä tutkitaan sellutehtaan yleisimpiä vierasaineita ja niiden vaikutuksia prosessien toimintaan, erityisesti meesauunien tehokkuuteen. Tietyt haitalliset vierasaineet, kuten fosfori, rikastuvat meesatuhkaan, jolloin meesatuhkan poistaminen voi vähentää näiden aineiden pitoisuuksia prosessissa. Korkea fosforipitoisuus meesassa kasvattaa kuollutta kuormaa ja heikentää siten meesauunien kapasiteettia. Työn tavoitteena on selvittää, onko meesatuhkan poiston tehostaminen kustannustehokas keino parantaa meesauunien suorituskykyä. Tutkimus on toteutettu Stora Enso Imatran tehtailla.

Teoriaosuudessa käsitellään valkolipeän valmistusvaiheet, jossa pääpainona on meesauuni. Lisäksi tarkastellaan kalkin ja meesan laatuun vaikuttavia tekijöitä. Kokeellisessa osassa analysoitiin meesauuniprosessin historiatietoja, kuten energiankulutusta, tuotantomääriä, meesan laatua ja meesatuhkan poistoa. Näiden tietojen perusteella muodostettiin korrelaatioita, muun muassa meesatuhkan poiston ja meesan fosforipitoisuuden välillä, ja niitä hyödynnettiin kannattavuuslaskelmissa.

Työn lopussa arvioitiin saatuja tuloksia ja muodostettiin johtopäätöksiä. Tulokset osoittavat, että meesatuhkan poiston tehostaminen on kannattava menetelmä lisätä meesauunien kapasiteettia Stora Enso Imatran tehtailla. On kuitenkin huomioitava, että kannattavuuslaskelmat perustuvat nykyisiin maakaasun ja ostokalkin hintoihin, jotka voivat muuttua tulevaisuudessa.