Vahvamustalipeä tuodaan haihduttamolta pumppujen avulla sekoitussäiliöön
. Rinnakkaisia [linjoja]
pumppuja on tavallisesti kaksi. Sekoitussäiliöön tuodaan myös
tuhka soodakattilan suppiloista ja sähkösuodattimilta (pääasiassa
natriumsulfaattia Na2SO4 ja
natriumkarbonaattia Na2CO3).
Toinen vaihtoehto on lisätä tuhka lipeän joukkoon jo haihduttamolla,
ennen viimeistä väkevöintivaihetta. Tällöin lipeän
taipumus saostua väkevöintiyksikön lämpöpinnoille on
vähäisempi. Jos kemikaalikiertoon lisätään ns. make-up-kemikaalina
natriumsulfaattia Na2SO4,
se lisätään yleensä sekoitussäiliöön. Tästä
kemikaalilisäyksestä on sulfaattimenetelmä saanut nimensä.
Nykyisiin tehtaisiin tosin natriumsulfaattia ei yleensä tarvitse lisätä.
Sulkusyöttimien läpi sekoitussäiliöön tuleva kuuma tuhka sekoitetaan mustalipeään pyörivän sekoituslaitteen avulla. Sekoitussäiliön pinnan korkeutta säädetään tuotavaa lipeämäärää säätämällä. Sekoitussäiliössä syntyy hönkää, joka on poistettava. Sekoitussäiliön alipaineen on oltava niin suuri, että voidaan estää höngän meno kattila- ja sähkösuodatinsuppiloihin, joita savukaasupuhallin pitää alipaineessa. Päästörajojen jatkuvasti tiukentuessa näitä kaasuja ei enää voi suoraan johtaa ympäristöön pesurien kautta. Perinteinen tapa käsitellä sekoitussäiliön ja liuotinsäiliön kaasuja on johtaa ne erilliseen pesuriin. Ongelmana tällaisessa käsittelyssä on tulevien kaasujen TRS-pitoisuus, joka edellyttää pesuliuokselta korkeata pH:ta, jotta rikkiyhdisteitä voidaan poistaa tehokkaasti. Tämän vuoksi on hönkäkaasuja ruvettu polttamaan soodakattilassa.
Lipeä otetaan mekaanisesti puhdistettavan sihtiverkon läpi imukammioon, josta lipeän polttopumput imevät sitä eteenpäin. Sekoitussäiliöitä voi olla myös kaksi rinnan tai sarjassa. Viimeksi mainitussa tapauksessa jälkimmäinen säiliö on yleensä suurempi ja toimii tasoitussäiliönä. Sekoitussäiliöstä on tyhjennys- ja ylivirtausputket tyhjennyssäiliöön. Lisäksi sekoitussäiliö on yleensä varustettu ohimenolla suoraan haihduttamolta polttolipeäpumpuille.
Polttolipeäpumppuja on yleensä kaksi rinnakkain, toinen varalla. Pumput ovat yleensä erikoisrakenteisia keskipakopumppuja ja haponkestävää materiaalia.
Haihduttamolla väkevöityä mustalipeää (kuiva-aine 60 - 85%) kutsutaan vahvalipeäksi. Vahvalipeä, johon on lisätty soodakattilan tuhka, on polttolipeää.
Polttolipeäpumppujen jälkeen seuraavana putkistossa ovat lipeän esilämmittimet. Energiataloudellisesti lipeää kannattaa säilyttää lämpötilassa, jossa sen viskositeetti on juuri riittävän korkea, jotta se voidaan vielä turvallisesti pumpata. Esilämmittimenä käytetään tavallisesti suoralla 10 - 14 bar höyryllä toimivaa lämmitintä, joka puhaltaa höyryä suuttimilla suoraan mustalipeän joukkoon, tai 3-5 bar höyryllä toimivaa lämmönvaihdintyyppistä laitetta, jossa höyry ja lipeä ovat lämmönvaihtimessa putkien eri puolilla. Mustalipeän normaali ruiskutuslämpötila on 115 - 130 ºC. Lipeän lämpötilalla ja sitä kautta viskositeetilla on merkittävä vaikutus pisarakokoon ruiskutuksessa ja sitä kautta palamiseen. Polttolipeän lämpötila onkin tärkeä säätösuure.
Mustalipeä johdetaan sekoitussäilöstä (tai suoraan haihduttamolta)
lämmityksen jälkeen tulipesään lipeäruiskujen kautta
. Lipeäruiskut 
sijaitsevat n. 6-8 m korkeudella tulipesän pohjasta
ja yleensä ne sijaitsevat symmetrisesti joka seinällä . Suurissa soodakattiloissa on 12-20 kpl lipeäruiskuja.
Lipeäruiskuissa (ns. lusikkasuutin) mustalipeä hajoaa pisaroiksi.
Tyypillinen pisarakoko on noin 2 mm. Tarkoituksena on, että muodostuneet
pisarat putoavat kattilan pohjalle ja kuivuvat matkalla. Varsinainen pisaran
palaminen tapahtuu sitten pohjan läheisyydessä ja itse pohjalle muodostuvan
keon pinnalla.
Lipeän ruiskutuksessa on tärkeää pyrkiä minimoimaan tulipesän yläosaan karkaavien pisaroitten määrä, carry-over, mikä saavutetaan mm. välttämällä liian pienien pisaroitten muodostumista suuttimilla. Toisaalta on myös tärkeää saada tulipesän pohjalle riittävästi palamatonta lipeäkoksia, jota tarvitaan keon pelkistysreaktioihin. Pisarakoolle asettaa ylärajan keon kasvu liian korkeaksi.
Pisaran kokoon vaikuttavat useat tekijät, mm. lipeäruiskun lusikan muoto ja koko, lipeäruiskun suuttimen koko sekä polttolipeän viskositeetti ja paine. Lipeäruiskujen koko ja määrä onkin mitoitettava kulloisenkin ajotilanteen mukaan siten, että polttolipeälinjoihin saadaan säädettyä sopiva lämpötila ja paine ja sitä kautta paras mahdollinen lipeän pisarakoko. Pisarakokoa voidaan säätää esimerkiksi pitämällä polttolipeälinjojen paine vakiona ja säätämällä lipeän lämpötilaa (ja sitä kautta viskositeettia).
Lipeäruiskuille meneviä polttolipeäputkia on yleensä joko vain yksi tai kaksi rinnan. Kierrätystä varten on paluuvirtausjohto, joka tavallisesti viedään sekoitussäiliölle. Putkisto on varustettu yhteillä höyryllä tapahtuvaa puhtaaksipuhallusta ja tyhjennystä varten. Lisäksi käytetään saattohöyryjohtoja lipeän pitämiseksi lämpimänä käynnistys- ja lyhyissä seisokkitilanteissa. Mustalipeäputkisto varusteineen on yleensä haponkestävää terästä samoin kuin muutkin mustalipeälaitteet.
Polttolipeän tyhjennyssäiliö on varustettu lämmitys- ja sekoituslaitteilla. Tyhjennyssäiliöön kerätään kaikki lipeät, jotka ovat liian laimeita (matala kuiva-aine) polttolipeäsäiliöön. Tällaisia ovat esimerkiksi polttolipeälinjojen huuhtelussa syntyneet lipeät. Täältä tyhjennys- ja vuotolipeät pumpataan normaalisti takaisin haihduttamolle tyhjennyssäiliön pinnankorkeuden vartijan automaattisesti ohjaamana.
Viherlipeälaitteisiin voidaan lukea liuotussäiliö varusteineen, viherlipeäpumput ja putkisto.
Liuotussäiliö on suuri lieriömäinen, soikea tai kahdeksikon muotoinen säiliö, jossa on vaakasuora pohja ja katto. Säiliö on yleensä tehty mustasta levystä ja vuorattu sisäpuolelta vedenpitävällä betonilla tai haponkestävällä levyllä. Sisäpuolinen betonointi on hyvä myös äänieristyksenä, koska liuottimeen juokseva sula hajotuksesta huolimatta aiheuttaa nesteeseen tunkeutuessaan pieniä räjähdyksiä ja paukkumista. Sula liuotetaan liuottimeen johdettavaan heikkovalkolipeään. Suolat pyrkivät liuottimessa saostumaan pohjalle. Siksi käytetään voimakkaita vaaka- tai pystyakselisia sekoittimia ja lisäksi mahdollisesti pumppukiertoa. Pumppukierto voi olla myös vain sulan hajotusta varten järjestetty. Sula hajotetaan yleensä suuntaamalla höyrysuihku rännistä valuvaan sulavirtaan.
Sulan liuotus aiheuttaa höngän muodostumista. Muodostuneet hönkäkaasut on sekoitussäiliössä muodostuvien hönkäkaasujen tapaan johdettu erilliseen pesuriin, jossa pölyä ja rikkiyhdisteitä pestään pois. Nykyisin hönkäkaasuja on ruvettu polttamaan soodakattilassa.
Viherlipeän kuljetuslinjoja on yleensä kaksi: toinen linja vie viherlipeää kaustisointiin ja toinen linja tuo heikkovalkolipeää liuotinsäiliölle. Linjoja vaihdetaan välillä viherlipeälinjan tukkeutumistaipumuksen johdosta. Viherlipeän pumput, joita lipeän kuljetuslinjoja vastaavasti on yleensä kaksi, pumppaavat siis joko viherlipeää tai heikkolipeää. Poistettavan viherlipeän määrää säädetään pumpulla joko pinnankorkeuden tai liuottimen konsentraation säätöä seuraten. Heikkolipeän tuontia säädetään jäljelle jäävän vaihtoehdon mukaan. Viherlipeän otto voi tapahtua myös pääasiassa ylivirtauksena ja heikkolipeän tuontia voidaan säätää konsentraation mukaan. Viherlipeän kiertopumppuja on yleensä vain yksi. Kaikki viherlipeäpumput ovat erikoisrakenteisia keskipakopumppuja ja putkistoineen ja varusteineen haponkestävää terästä.
Sulakourun tehtävänä on johtaa sula tulipesän pohjalta
liuotinsäiliöön .
Sula on varsinkin happipitoisessa ympäristössä hyvin aggressiivista
ja syövyttää kourun nopeasti, ellei jäähdytys ole tehokasta.
Sulakourut , joita kattilassa on
yleensä 3-9, ovat kaksivaippaisia. Vaippojen välissä kulkee jäähdytysvesi.
Jäähdytysvetenä käytetään ionivaihdettua (demineralisoitua)
vettä.
Soodakattilassa ilman sisältämää happea tarvitaan palamisen
aikaansaamiseksi. Ilmajärjestelmän tulisi olla joustava ja syöttää
happea sinne, missä sitä tulipesäreaktioiden puolesta tarvitaan
.
Savukaasua ei soodakattiloissa nykyisin käytetä ilman esilämmitykseen. Ilmaa lämmitetään tavallisimmin höyryllä tai kuumalla vedellä ja höyryllä. Vedellä lämmittämiseen käytetään kattilan syöttövettä. Syöttöveden esilämmittimen (economizer) kautta kierrätetään ylimääräistä vesimäärää, joka johdetaan ilman esilämmityspattereihin ja pumpataan niiden jälkeen takaisin syöttövesilinjaan ennen veden esilämmitintä. Ilman esilämmitin sijoitetaan tavallisesti ilmapuhaltimen painepuolelle.
Primääri-, sekundääri- ja tertiääri-ilmalle on
omat polttoilmapuhaltimensa . Tällöin yhden piirin säätö
ei merkittävästi vaikuta toisiin. Ilmapuhaltimet on usein varustettu
käynnin aikana säädettävällä kierroslukusäädöllä.
Ilmat voidaan mitata erikseen imukanavissa, jolloin lämpötilan vaihtelut
eivät merkittävästi häiritse. Puhaltimien säädön
ohella käytetään säätöön usein myös
eri vyöhykkeiden säätöpeltejä. Primääri-ilmavyöhykkeessä
voi lisäksi olla seinäkohtaiset tai ryhmäkohtaiset säätöpellit.
Ilma johdetaan soodakattilan tulipesään ilmasuuttimien avulla. Ilmasuuttimissa
on yleensä myös säätöpellit hienosäätöä
varten. Ne voivat olla joko automaattiset tai käsikäyttöiset.
Soodakattilan vesi- ja höyryjärjestelmän tehtävänä
on ottaa talteen mustalipeän poltossa syntyvä lämpöenergia
ja jäähdyttää kattilan kuumimpia osia. Vapautuvan lämpöenergian
avulla höyrystetään vettä sekä lisätään
muodostuneen höyryn lämpötilaa ja painetta. Syntyneestä
tulistetusta höyrystä saadaan turbiinin ja generaattorin avulla tuotettua
sähköä . Turbiinin jälkeen jäähtynyttä,
ns. matalapainehöyryä , käytetään monessa paikassa, esim.
haihduttamolla ja valkaisulinjalla.
Soodakattilan vesi- ja höyrykierto toimii poikkeuksetta luonnonkierrolla, eli virtaukset tapahtuvat automaattisesti lämpötila-, paine- ja korkeuserojen avulla.
Suuri osa soodakattilan vesijärjestelmän syöttövedestä saadaan lämmönvaihtimilta takaisin lauhteina. Näin lisävettä tarvitaan vain tietty, ns. lauhdetappioita vastaava osuus. Lauhdetappioita syntyy esimerkiksi suorahöyrylämmityksessä ja nuohouksessa.
Soodakattilan vesijärjestelmän toiminta asettaa vaatimuksia käytettävän veden laadulle. Normaali tehtaalla käytettävä vesi puhdistetaan ensin raakaveden esikäsittelyssä, joka voi sisältää suodatuksen, saostussuodatuksen ja ilmastuksen, joilla poistetaan karkeat epäpuhtaudet ja kolloidiset yhdisteet. Tämän lisäksi lisävetenä käytettävästä vedestä poistetaan suolat ioninvaihtimien avulla. Niitä on yleensä kaksi: toinen poistaa anioniset (negatiiviset) suolat ja toinen kationiset (positiiviset). Syöttövesisäiliöön palautettavasta lauhteesta puhdistetaan putkista mahdollisesti irronnut ruoste suodattamalla.
Vedessä olevista kaasuista happi ja hiilidioksidi ovat kattilaa ja lauhdejärjestelmää syövyttäviä aineita, joten ne pitää poistaa. Kaasunpoistimessa sekä ionivaihdetusta lisävedestä että puhdistetusta lauhteesta erotetaan liuenneet kaasut (happi ja hiilidioksidi). Happi poistetaan kuumentamalla vettä höyryllä. Kiehumispisteessä kaasun liukoisuus veteen on nolla. Kaasua jää kuitenkin kiehuvaan veteen siten, että kaasun osapaine nesteessä ja sen yläpuolella olevassa höyrytilassa pyrkivät olemaan samat. Kaasunpoistossa käytetty höyry johdetaan syöttövesisäiliön vesitilaan, jolloin höyry noustessaan kaasunpoistimen läpi ottaa vesivirrasta mahdollisimman tarkkaan happea pois. Jotta voidaan olla varmoja riittävän hyvästä hapenpoistosta, loppu happi poistetaan vedestä kemikaaleilla.
Kaasunpoistimesta lauhde ja lisävesi johdetaan syöttövesisäiliöön.
Lämmönsiirtimiltä tulleet puhtaat lauhteet, samoin kuin puhdistettu
lisävesi, johdetaan syöttövesisäiliölle . Vesi säilytetään syöttövesisäiliössä
kiehumispisteessä, joka säiliön paineesta riippuen on 110-140°C.
Ilmanpainetta korkeamman paineen vuoksi se ei kuitenkaan kiehu syöttövesisäiliössä.
Syöttövesisäiliöstä lähtevä vesi viedään
syöttöveden esilämmittimelle (economizer), jossa vesi lämpenee
lähelle kiehumispistettä soodakattilasta poistuvan savukaasun avulla.
Syöttöveden esilämmittimille tuleva savukaasun lämpötila
on jo laskenut sen luovutettua lämpöä tulistimilla ja keittopinnalla ennen saapumistaan syöttöveden
esilämmittimien kohdalle. Syöttövettä voidaan esilämmittää
myös höyryllä ennen syöttöveden esilämmittimille
tuomista. Savukaasun puhtaudesta riippuen syöttöveden esilämmittimen
putket voivat olla joko vaaka- tai pystysuunnassa. Vaakasuuntaisia putkia käytettäessä
savukaasun tulee olla puhtaampaa eli siinä ei saa olla niin paljon tuhkaa
kuin pystysuuntaisia putkia käytettäessä. Nykyisin pystysuuntaisten
putkien rakenne on yleisin.
Syöttöveden esilämmittimeltä syöttövesi viedään
pintajäähdyttimelle. Pintajäähdyttimellä syöttövesi
lauhduttaa höyrylieriöltä otettua höyryä vedeksi. Lauhtunut
vesi on mahdollisimman puhdasta, joten sitä syötetään tulistimien
välissä oleviin höyryn jäähdyttimiin. Pintajäähdyttimellä
syöttöveden lämpötila nousee. Sieltä syöttövesi
johdetaan höyrylieriölle .
Höyrylieriöstä syöttöveden se osuus, mikä ei ole höyrystynyt,
syötetään soodakattilan vieressä kulkeviin päälaskuputkiin
joita on yleensä 4-6 kpl. Sieltä vesi johdetaan kattilan pohjassa
sijaitsevaan tiheään putkivyöhykkeeseen ja sen vaakasuoriin putkiin.
Niistä vesi/höyryseos jatkaa kattilan kyljissä, sen sisäpuolella
olevaan putkikerrokseen ja sen pystysuuntaisia putkia pitkin ylöspäin.
Suurin osa veden höyrystymisestä tapahtuu tulipesän lämmön
vaikutuksesta. Osittain höyrystynyt vesi nousee kattilan kylkien nousuputkia
pitkin keittopinnoille , joissa höyrystyminen jatkuu savukaasun lämmön
vaikutuksesta. Keittopinnalta höyry ja vesi johdetaan takaisin höyrylieriöön.
Höyrylieriössä vesi erotetaan höyrystä.
Höyry johdetaan tulistimille ja vesi laskuputkia pitkin takaisin kattilan
pohjaan ja uudelle kierrokselle.
Tulistimien tehtävänä on nostaa höyryn lämpötila
ja paine turbiinin vaatimalle tasolle. Tulistimien välissä olevilla
höyryn jäähdyttimillä ja ylimitoitetulla tulistimien lämpöpinta-alalla
höyryn lämpötila voidaan pitää laajalla kuormitusalueella
vakiona ja samalla voidaan estää tiettyjen tulistinosien liikakuumeneminen.
Höyryn jäähdyttimet toimivat siten, että pintalauhduttimelta
saatua puhdasta vettä suihkutetaan tietty määrä tulistimelta
toiselle menevään höyryvirtaan. Suihkutettavaa määrää
kontrolloidaan höyryn lämpötilamittauksella ja hyvin nopealla
säädöllä. Höyryn lämpötilaa tulistimilla
on rajoitettava siksi, koska savukaasujen natriumsulfaatti alkaa sulaa ja saostua
tulistimen pinnoille, jos niiden lämpötila on liian korkea. Käytännön
rajana on pidetty 480°C astetta, tilanne kuitenkin vaihtelee hiukan riippuen
esim. kattilan rakenteesta ja kemikaalikierron eräiden haitallisten kemikaalien
(mm. kalium ja kloori) pitoisuuksista. Tulistimien suojaamiseksi tulipesän
liialliselta kuumuudelta voidaan käyttää verhoputkia tai sijoittaa tulistimet "nokan" taakse
suojaan.
Tulistimilta tulistettu, ns. korkeapainehöyry virtaa päähöyrylinjaa pitkin turbiinille. Osa korkeapainehöyrystä otetaan kattilan nuohoukseen.
Apupolttoaineena käytetään normaalisti raskasta polttoöljyä.
Myös esim. maakaasu on joissakin kattiloissa käytössä, samoin
kevyt polttoöljy. Öljynpolttolaitteet käsittävät pumppausaseman
pumppuineen ja esilämmittimineen sekä putkistot ja polttimet. Öljynpolttimia
soodakattilassa on kahta eri tarkoitusta varten: kuormitusöljypolttimia,
joiden ainoa tarkoitus on kattilan höyryntuoton lisääminen, ja
käynnistysöljypolttimia , joita käytetään kattilan lämmityksessä,
lipeäpolton tukena ja keon muotoilussa ja loppuunpoltossa. Polttimet ovat
yleensä höyry- tai ilmanpainehajoitteisia. Määräysten
mukaan uusien ja peruskorjattujen kattiloiden kaikissa öljypolttimissa
on oltava liekinvartijalaitteet, jotka automaattisesti sulkevat öljyn tulon,
jos liekki polttimessa jostakin syystä sammuu. Pysäytystä varten
poltinkohtaisessa öljyjohdossa on kaksi (tai yksi) toimilaitteella varustettua
pikasulkuventtiiliä.
Natriumsulfaattia ja natriumkarbonaattia pääasiassa sisältävä tuhka kerätään soodakattilan suppiloista ja sähkösuodattimilta sekoitetaan lipeään mustalipeän sekoitussäiliössä kemikaalien talteenottamiseksi. Tuhka putoaa suppiloiden alla olevien sulkusyöttimien kautta pölytiiviille kolakuljettimille, jotka ovat suoraan suppiloiden alla. Sulkusyöttimet estävät ilman tai sekoitussäiliön höngän pääsyn savukaasusoliin. Tuhkan kuljetuksessa on huolehdittava siitä, että mahdollisen vuodon syntyessä lämpöpintaan vuotovesi pääsee purkautumaan kolakuljettimen alemmasta lähtöpäästä eikä pääse sekoitussäiliössä olevan mustalipeän joukkoon.
Palaute ylläpitäjille:
|
feedback@knowpulp.com