Muutosilmiöt soodakattilakeossa

Soodakattilan sulakeon epästationaarinen käyttäytyminen sekä keon pitkä jäähtymisaika alasajon jälkeen ovat aiheuttaneet ongelmia kattilan taloudellisessa käytettävyydessä. Keon käyttäytymisestä on luotu CFD-malleja, joiden tavoitteena on havainnollistaa keon lämpötilajakaumaa ja rakennetta. Mallien ongelmana on se, että niissä huomioidaan vain keon aktiivinen pintakerros. Keon sisäosan rakennetta ja siinä tapahtuvia prosesseja ei toistaiseksi tunneta kunnolla luotettavan, koko keon kattavan mallin luomiseen. Tässä työssä tutkittiin sulakeon käytön aikana havaittuja muutosilmiöitä, jotka vaikuttavat keon rakenteeseen ja ominaisuuksiin sekä tutkittiin ilmiöiden taustalla olevia tekijöitä. Näitä tekijöitä ovat keon sisässä tapahtuvat kemialliset ja fyysiset prosessit, jotka aiheuttavat muutoksia niin lämpöteknisesti kuin fyysisesti sekä ulkoapäin tulevat tekijät, jotka aiheutuvat ajotilanteiden seurauksena tapahtuvista muutoksista. Työn kokeellisena osana luotiin sulakeon jäähtymismalli käyttäen 1-dimensionaalista ADL-mallia. Mallin pohjana käytettiin StoraEnso Oy:ltä Oulun soodakattilan sulakeosta saatua mittausraporttia. ADL-mallin avulla luotiin keon jäähtymiskäyrät lämpötilan ja syvyyden funktiona. Saadut käyrät täsmäsivät hyvin mittausraportin tuloksiin. Mallin avulla keolle saatiin muodostettua energiatase, jonka tuloksena keosta 12 tunnin aikana poistuva lämpövirta pinnalla oli noin 9.8kW/m2 ja pinnan lämmönsiirtokerroin 58.3W/m²°C. Pohjan poistuvaksi lämpövirraksi saatiin 14.1kW/m2 ja lämmönsiirtokertoimeksi 75.4W/m²°C. Termiseksi diffuusiokertoimeksi saatiin 3.9•10-7m²/s.

Recovery boiler char bed unstable behaviour and long cooling time after emergency shutdown procedure have been a problem in recovery boiler economical use. There are char bed models which illustrate the temperature distribution and the structure of the char bed. However those models contain only the active surface of the char bed. Interior structure and processes of the char bed is not well known to create a reliable model. The phenomena of transformation in char bed which affect to structure and thermal properties of the char bed have studied in this work. Also those factors, which caused these phenomena, have studied. These factors are internal thermal and physical changes in the char bed and the outside factors, which are caused by the changes in recovery boiler driving situation. Cooling model was created by using 1-dimensional ADL-model in experimental part of this work. The model is based on StoraEnso Oulu recovery boiler char bed measuring report. Cooling diagram was made by a function of temperature and depth by using the ADL-model. The results agreed with the measuring results. Energy balance was also made. The results were in 12 hours time period that the leaving heat flux in the surface was 9.8kW/m2 and the surface heat transfer coefficient was 58.3W/m²°C. The floor heat flux was 14.1kW/m2 and the heat transfer coefficient was 75.4W/m²°C. The thermal diffusivity was 3.9•10-7m²/s.