Kalkin uudelleenpolttoprosessin kehitys energiatehokkuuden parantamiseksi

Abstract

Sellutehtaan kalkkiuuni on kooltaan melko pieni verrattuna muihin sellutehtaan prosessilaitteistoihin ja käsittelee vain pienen osan tehtaan kokonaismassavirrasta. Tästä huolimatta sen merkitys on suuri erityisesti energiankulutuksen, kustannusten ja päästöjen kannalta. Kalkin uudelleenpoltto on keskeinen osa kemikaalien talteenottoa, sillä se mahdollistaa prosessin tasaisen toiminnan ja tukee samalla kestävän kehityksen tavoitteita. Viime vuosina kalkkiuunien toimintaa on parannettu monin tavoin. Esimerkiksi niiden prosessinohjausta on kehitetty ja fossiilisia polttoaineita on korvattu esim. biomassalla, jotta kalkkikierron energiatarvetta voitaisiin vähentää. Uudet parannukset vaativat kuitenkin sellutehtailta tutkimuksia ja mahdollisesti myös uusia laiteinvestointeja.

Tässä kandidaatintyössä tutustutaan sellutehtaan kalkkikiertoon ja erityisesti kalkin uudelleenpolttoon energiankulutuksen ja energiatehokkuuden näkökulmasta. Työssä keskitytään kalkkiuunissa tapahtuviin kemiallisiin reaktioihin, niiden aiheuttamiin pienhiukkaspäästöihin, energiatehokkuuden arviointiin, sen mittareihin sekä kuinka kalkkikiertoa voitaisiin kehittää kohti kestävämpiä ja taloudellisempia tulevaisuuden ratkaisuja.

Kirjallisuuslähteiden avulla on koottu kokonaisuus sellutehtaan ja kalkkikierron toiminnasta, energiankulutuksesta ja sen mittareista sekä talteenottokiertoon liittyvistä ympäristövaikutuksista. Lisäksi työssä tarkastellaan vaihtoehtoisia polttoaineita, kuten biomassaa, ligniiniä ja vetyä, sekä niiden soveltuvuutta fossiilisten polttoaineiden korvaajina. Työssä haastateltiin Rauman Metsä Fibren talteenoton tuotantoinsinööriä Miikka Hasasta.

Kirjallisuuden ja haastattelun perusteella voidaan todeta kalkkiuunin energiatehokkuuden paranevan useilla eri keinoilla, kuten meesalietteen laadun optimoinnilla, lämpöhäviöiden vähentämisellä sekä prosessin käyttöolosuhteiden kehittämisellä. Uusiutuvien polttoaineiden käyttöönottoon liittyy vielä haasteita polttoaineiden ominaisuuksien soveltuvuuteen liittyen sekä prosessiteknisten ongelmien ratkaisemiseksi.

The pulp mill's lime kiln is relatively small in size compared to the other equipments in pulp mill and processes only a fraction of the mass flow Yet, it has a significant impact on energy consumption, costs and emissions. Lime reburning is a key part of chemical recovery, as it enables the process to function smoothly and, at the same time, supports the goals of sustainable development. In recent years, the operation of lime kilns has been improved in many ways. For example, process control of lime kilns has been further developed, and fossil fuels have been replaced with e.g. biomass to reduce the energy use of the lime cycle. However, the new improvements require studies and possibly new equipment investments from the pulp mills.

This bachelor's thesis examines the lime cycle of a pulp mill and especially the reburning of lime from the perspective of energy consumption and energy efficiency. The thesis focuses on the chemical reactions that occur in the lime kiln, the particulate emissions they generate, the assessment of energy efficiency, its indicators, and how the lime cycle could be developed towards more sustainable and economical future solutions.

A comprehensive overview of the operation of the pulp mill and the lime cycle, energy consumption and its indicators, and the environmental impacts related to the recovery cycle has been compiled. In addition, the thesis examines alternative fuels, such as biomass, lignin, and hydrogen, and their suitability as substitutes for fossil fuels. An interview was also conducted with Miikka Hasanen who is the Production Engineer in the recovery department at Metsä Fibre’s Rauma mill.

Based on the literature review and the interview, it can be concluded that the energy efficiency of lime kilns can be improved by several different measures, such as optimizing the quality of lime mud, reducing heat losses and developing the operating conditions of the process. The introduction of renewable fuels still involves challenges related to the suitability of fuel properties and solving process technology problems.