Kraft recovery boiler dissolving tank mass and energy balance
Laitinen, Minna (2016)
Diplomityö
Laitinen, Minna
2016
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016120530257
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016120530257
Tiivistelmä
Due to the tightened emission regulations and the urge of decreasing investment and operational costs of recovery boiler, the understanding of dissolving tank operation and vent gas handling system have become important topics. However, complete knowledge of vent gas formation and reactions occurred during smelt dissolution are lacking.
The objectives of master’s thesis were to understand phenomena behind dissolving tank vent gas formation and create a workable numerical model for describing that. Another objective was to validate modelled results based on the process feedback data collected from pulp mill data systems.
Process feedback data was collected from four pulp mills and used for the tuning of the dissolving tank balance model. The results of the simulation were compared to the results of feedback data. The effects of boiler load, weak white liquor temperature, green liquor density and temperature on the evaporation of green liquor and vent gas formation were determined.
Created model provided good reference data for analyzed feedback data. The increasing of boiler load was observed to increase the enthalpy of vent gas. The effect of green liquor temperature was similar to boiler load, even though the trend was more valid in individual boiler cases. Contrary to initial expectations the effect of weak white liquor temperature on the evaporation of green liquor was not unambiguous as observed from the model. The increasing of weak white liquor temperature increased the heat output of vent gases. The increasing of green liquor density was also observed to increase the enthalpy of vent gas in case of individual boilers. In order to enhance reliability of the study, more feedback data with higher boiler loads and capacities is recommended to collect. Leak air test, determination of green liquor composition and smelt temperature will be essential questions in future research. Tiukentuvat päästörajoitukset ja halu pienentää soodakattilan investointi- sekä käyttökustannuksia ovat kasvattaneet mielenkiintoa liuotussäiliön ja hönkien käsittelyjärjestelmän toimintaa kohtaan. Huolimatta siitä, että liuottajalla on keskeinen rooli soodakattilan toiminnassa, ilmiötä liuottajan reaktioiden ja höngän muodostumisen taustalla ei ymmärretä.
Diplomityön tarkoituksena oli selvittää liuottajan hönkien muodostumiseen vaikuttavat tekijät ja luoda säiliön toimintaa kuvaava laskennallinen massa- ja energiatasemalli. Työn toisena tarkoituksena oli myös validoida mallinnuksen tuloksia sellutehtaiden tietokannoista kerättyjen prosessiarvojen avulla.
Prosessiarvoja kerättiin neljästä eri sellutehtaasta, jotta tasemalli saatiin vastaamaan todellisia prosesseja. Lisäksi simuloinnin tuloksia verrattiin todellisiin prosessiarvoihin. Soodakattilan lipeäkuorman, heikkovalkolipeän lämpötilan, viherlipeän tiheyden ja lämpötilan vaikutus liuottajassa tapahtuvaan viherlipeän höyrystymiseen tutkittiin.
Havaittiin, että luodun mallin tulokset antoivat hyvän vertailupohjan todellisille prosessiarvoille. Kun kattilan kuormaa nostettiin, höngän tuntuvan lämmön havaittiin kasvavan. Viherlipeän lämpötilan vaikutus höngän lämpömäärään oli samanlainen, vaikka ilmiö oli havaittavissa vain yksittäisten kattiloiden kohdalla. Vastoin ennakko-olettamuksia heikkovalkoisen lämpötila vaikutti liuottajan höngän muodostumiseen suhteellisen vähän. Yksittäisten kattiloiden kohdalla heikkovalkolipeän lämpötilan nousu lisäsi höyrystymistä. Höyrystymisen havaittiin myös lisääntyvän, kun viherlipeän tiheys kasvoi. Tulevaisuudessa on suositeltavaa, että prosessiarvoja kerätään korkeammilla kattilakuormilla ja kapasiteeteilla eri tehtailta tulosten luotettavuuden parantamiseksi. Vuoto-ilmatesti, viherlipeän koostumuksen ja sulan lämpötilan määrittäminen ovat myös olennaisia tutkimuskohteita tulevaisuudessa.
The objectives of master’s thesis were to understand phenomena behind dissolving tank vent gas formation and create a workable numerical model for describing that. Another objective was to validate modelled results based on the process feedback data collected from pulp mill data systems.
Process feedback data was collected from four pulp mills and used for the tuning of the dissolving tank balance model. The results of the simulation were compared to the results of feedback data. The effects of boiler load, weak white liquor temperature, green liquor density and temperature on the evaporation of green liquor and vent gas formation were determined.
Created model provided good reference data for analyzed feedback data. The increasing of boiler load was observed to increase the enthalpy of vent gas. The effect of green liquor temperature was similar to boiler load, even though the trend was more valid in individual boiler cases. Contrary to initial expectations the effect of weak white liquor temperature on the evaporation of green liquor was not unambiguous as observed from the model. The increasing of weak white liquor temperature increased the heat output of vent gases. The increasing of green liquor density was also observed to increase the enthalpy of vent gas in case of individual boilers. In order to enhance reliability of the study, more feedback data with higher boiler loads and capacities is recommended to collect. Leak air test, determination of green liquor composition and smelt temperature will be essential questions in future research.
Diplomityön tarkoituksena oli selvittää liuottajan hönkien muodostumiseen vaikuttavat tekijät ja luoda säiliön toimintaa kuvaava laskennallinen massa- ja energiatasemalli. Työn toisena tarkoituksena oli myös validoida mallinnuksen tuloksia sellutehtaiden tietokannoista kerättyjen prosessiarvojen avulla.
Prosessiarvoja kerättiin neljästä eri sellutehtaasta, jotta tasemalli saatiin vastaamaan todellisia prosesseja. Lisäksi simuloinnin tuloksia verrattiin todellisiin prosessiarvoihin. Soodakattilan lipeäkuorman, heikkovalkolipeän lämpötilan, viherlipeän tiheyden ja lämpötilan vaikutus liuottajassa tapahtuvaan viherlipeän höyrystymiseen tutkittiin.
Havaittiin, että luodun mallin tulokset antoivat hyvän vertailupohjan todellisille prosessiarvoille. Kun kattilan kuormaa nostettiin, höngän tuntuvan lämmön havaittiin kasvavan. Viherlipeän lämpötilan vaikutus höngän lämpömäärään oli samanlainen, vaikka ilmiö oli havaittavissa vain yksittäisten kattiloiden kohdalla. Vastoin ennakko-olettamuksia heikkovalkoisen lämpötila vaikutti liuottajan höngän muodostumiseen suhteellisen vähän. Yksittäisten kattiloiden kohdalla heikkovalkolipeän lämpötilan nousu lisäsi höyrystymistä. Höyrystymisen havaittiin myös lisääntyvän, kun viherlipeän tiheys kasvoi. Tulevaisuudessa on suositeltavaa, että prosessiarvoja kerätään korkeammilla kattilakuormilla ja kapasiteeteilla eri tehtailta tulosten luotettavuuden parantamiseksi. Vuoto-ilmatesti, viherlipeän koostumuksen ja sulan lämpötilan määrittäminen ovat myös olennaisia tutkimuskohteita tulevaisuudessa.