The Effect of Flashing and Spraying Conditions on Black Liquor Droplet Formation

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Selluprosesseissa syntyy suuria määriä mustalipeää, yli 200 Mtn (kuiva-aine) vuodessa. Sitä tuotetaan puun keittoprosesseissa sellu- ja paperiteollisuudessa. Mustalipeää poltetaan soodakattiloissa kemikaalien palauttamiseksi takaisin kiertoon ja energian tuottamiseksi. Uusissa soodakattiloissa käytetään korkea kuiva-aineista mustalipeää korkeamman energia hyötysuhteen, alentuneiden rikkidioksidipäästöjen ja suuremman kapasiteetin takia. Korkea kuiva-aineisen mustalipeän käsittely vaatii korkeaa kiehumispisteen yläpuolella olevaa lämpötilaa. Tämän seurauksena korkea kuiva-aineinen mustalipeä käyttäytyy ruiskutettaessa ja pisaran-muodostuksessa oleellisesti eri tavalla kuin matalampi kuiva-aineinen mustalipeä. Ymmärrys sekä matala- että korkeakuiva-aineisten mustalipeiden ruiskutuksesta on riittämätöntä. Tässä tutkimuksessa selvitetään kokeellisesti sekä matala että korkea kuiva-aineisten lipeiden ruiskutusominaisuuksia. Kokeet toteutettiin teollisuusmittakaavan ruiskuilla ruiskutuskammioissa ja toimivissa tulipesissä. Pisarakoko, pisarakokojakauma ja suihkun nopeus mitattiin kahdelle teollisuudessa eniten käytetylle ruiskutyypille. Käytetyt mustalipeän lämpötilat ja massavirrat olivat soodakattiloille tyypillisillä alueilla. Lisäksi tutkittiin tulipesäendoskoopin avulla mustalipeäsuihkun nopeutta ja kalvon hajoamismekanismeja toimivissa soodakattiloissa. Keskipisarakoon havaittiin aluksi kasvavan, kun ruiskutuslämpötilaa kohotettiin kiehumispisteen yläpuolella massavirran pysyessä vakiona. Lämpötilaa edelleen kohotettaessa pisarakoko pieneni nopeasti. Pisarakoon pieneneminen aiheutui mustalipeäkalvon muuttuneesta hajoamismekanismista ja kiehumisesta. Mediaanipisarakoko oli 2-5 mm matala kuiva-aineiselle (70%) ja 4,5-15 mm korkeakuiva-aineiselle (75-78%) mustalipeälle. Pisarat olivat pyöreitä ruiskutettaessa matala kuiva-aineista lipeää ja enimmäkseen ei-pyöreitä kuiva-ainepitoisuuden ollessa korkea. Neliöjuuri-normaali- ja logaritmi-normaalijakaumat kuvasivat parhaiten kokeellisesti mitattuja pisarakokojakaumia. Tulipesäolosuhteissa mediaani pisarakoko oli 8-11 mm suihkun keskilinjalla, mutta koko vaihteli enemmän suihkun laidoilla. Suihkun nopeus mitattiin molemmille suutintyypeille ruiskutuskammiossa ja kuuden sooda-kattilan tulipesissä. Suihkun nopeus kasvoi kiehumisen johdosta. Mitatut nopeudet muunnettiin dimensiottomiksi nopeuksiksi ja massavirrat muunnettiin massavuoiksi. Dimensiottomat nopeudet ja massavuot muodostivat kiehumiskartoiksi nimettyjä diagrammeja, joita voidaan käyttää suihkun nopeuden arvioimiseen erikokoisille ruiskuille ja erilaisille ruiskutustavoille. Mitatut pisarakoot, muodot, pisarakokojakaumat sekä suihkun nopeudet ovat tärkeitä tuli-pesämallinnukselle. Niiden avulla voidaan luotettavasti suunnitella vähäpäästöisempiä, mutta samanaikaisesti suuremman kapasiteetin omaavia soodakattiloita. Soodakattilan operaattorit voivat hyödyntää tuloksia pyrkiessään hallitsemaan hiilikekoa ja kattilan likaantumista.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8048-2
Sähköinen ISBN978-952-60-8049-9
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG4 Tohtorinväitöskirja (monografia)

    Tutkimusalat

  • soodakattila, pisarasuihku, paisuntakiehuminen, mustalipeä

ID: 30202413