Learning Centre

Operational efficiency of black liquor concentrators

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Keim, Eduardo
dc.contributor.advisor Holmberg, Henrik
dc.contributor.author Lehtimäki, Anna-Liina
dc.date.accessioned 2019-08-25T15:10:26Z
dc.date.available 2019-08-25T15:10:26Z
dc.date.issued 2019-08-19
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/39883
dc.description.abstract Scaling phenomenon in a pulp mill evaporation plant is caused by salt and organic matter precipitation on the heat transfer surfaces when black liquor is concentrated. The precipitation layer increases the heat transfer resistance between falling film black liquor and the heat source, for instance, steam. That decreases evaporation capacity and then energy need increases to compensate the major resistance. Evaporation plant may convert to a bottleneck of the pulp mill and cause depletion on mill energy and electricity generation. These two consequences together may result inconsiderable economic losses. This master’s thesis studies scaling in a pulp mill with two methods: simulating the evaporation plant and completing pilot trial runs on the mill site with a pilot evaporator. Evaporation plant, recovery boiler and turbine plant were modeled in Valmet WinGEMS processsimulation software. The model was constructed by using data from the plant production system and available flowsheets. The accuracy of the model was verified with mass and energy balances. Four scenarios were studied in the model: increasing the temperature of evaporation plant inlet black liquor, increasing the inlet liquor temperature to the concentrator effects, costs of scaling and possible solutions for scale formation compensation and decreasing the relative amount of sweetening liquor. The simulations were followed by pilot trials in the pulp mill. The purpose of the pilot trials was to identify the chemical compound that causes scaling and define which operational parameters would reduce the scale formation. In addition, the effect on the addition of tall oil brine to the feed-in black liquor was studied in the pilot plant. The addition of tall oil brine diminished the sodium scale formation according to the preliminary results on the pilot evaporator tests. The results on the simulations provide information on possible process modifications and investment options that could increase the evaporation capacity, steam economy and the dry solids content of firing black liquor. Further analysis on investment profitability, technical viability of the process modifications and the recovery boiler liquor system upgrade is required. The pilot evaporator trial runs should be repeated various times to obtain reliable results. Furthermore, trial runs on planned tests with tall oil and sulfate addition are recommended to complete. en
dc.description.abstract Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia sellutehtaan haihduttamolla ilmennyttä lämpöpintojen likaantumista kahdella tapaa: haihdutusprosessin simulaatiolla sekä pilot-haihduttimella toteutetuilla koeajoilla. Haihduttamon likaantuminen johtuu lämpöpinnoille saostuneista suoloista, joiden liukoisuusraja ylittyy mustalipeän konsentroituessa. Tämä kerrostuma lisää lämmönsiirtovastusta lipeän ja lämpölähteen, kuten höyryn, välillä. Näin haihdutuskapasiteetti laskee ja lämmönkulutus kasvaa. Haihduttamo voi näin rajoittaa koko tehtaan tuotantokapasiteettia, laskea tehtaan energian tuotantoa ja aiheuttaa mittavia tappioita tehtaalla tuotannonrajoituksen vuoksi. Työssä mallinnettiin tehtaan haihduttamo, soodakattila ja turbiinilaitos Valmetin WinGEMS selluprosesseille tarkoitetulla ohjelmistolla. Mallinukseen käytettiin tehtaan virtauskaavioita ja tehdas- järjestelmästä saatavaa dataa. Mallin paikkansapitävyys varmistettiin massa- ja energiataseilla. Mallilla testattiin neljää skenaariota: haihduttamon laihan syöttölipeän lämpötilan nostaminen, konsentraattoreille siirrettävän vahvan syöttölipeän lämpötilan nostaminen, likaantumisen aiheuttamat kulut ja mahdolliset ratkaisut kompensoida likaantumista sekä vahvistuslipeän määrän suhteellisen määrän vähentäminen. Simulointeja seurasivat koeajot sellutehtaalle rakennetulla pilot-laitteistolla. Tarkoituksena oli määrittää operointiparametrit, joilla likaantumista ilmenisi vähiten ja mikä kemiallinen yhdiste aiheuttaa likaantumista kyseisellä tehtaalla. Lisäksi testattiin mäntyöljykeittämön emäveden lisäämistä mustalipeään ja sen vaikutusta likaantumisen esiintymiseen. Diplomityön tulosten pohjalta mäntyöljykeittämön emäveden lisäämisellä voitaisiin alustavasti vähentää natriumsuoloista johtuvaa likaantumista haihduttamolla. Lisäksi simulaation tuloksissa havaituilla prosessimuutoksilla ja investoinnilla voitaisiin haihduttamon kapasiteettia, höyrytaloutta ja polttolipeän kuiva-ainepitoisuutta nostaa. Tämä vaatisi kuitenkin tarkemman analyysin investoinnin kannattavuudesta, muutosten teknisestä kannattavuudesta ja soodakattilalla lipeäsysteemin päivityksen arvioinnin. Pilotlaitteistolla suositellaan tehtävän useampia toistoja tulosten paikkansapitävyyden varmistamiseksi. Lisäksi suunnitellut pilotajot mäntyöljyn lisäyksellä ja sulfaatti/karbonaatti -suhteen muutoksilla suositellaan toteutettavan. fi
dc.format.extent 86+7
dc.language.iso en en
dc.title Operational efficiency of black liquor concentrators en
dc.title Mustalipeähaihduttimien tehokas toiminta fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword black liquor en
dc.subject.keyword evaporation en
dc.subject.keyword energy efficiency en
dc.subject.keyword WinGEMS en
dc.subject.keyword pilot trial en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201908254944
dc.programme.major Industrial Energy Processes and Sustainability fi
dc.programme.mcode CHEM3044 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Oinas, Pekka
dc.programme Master’s Programme in Advanced Energy solutions (AAE) fi
dc.location PK fi
local.aalto.electroniconly yes
local.aalto.openaccess no


Files in this item

Files Size Format View

There are no open access files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

Statistics