Spray formation of high dry solids black liquor in recovery boiler furnaces
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Doctoral thesis (article-based)
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2006-12-14
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
75, [78]
Series
TKK dissertations, 53
Abstract
This thesis focuses on the characteristics of high dry solids black liquor sprays under in-furnace conditions, more specifically, on how the atomization process starts and the nature of the initial properties such as velocity, opening angle, and trajectory of a high dry solids content black liquor spray, which is sprayed well above its atmospheric boiling point. The experiments were carried out in operating recovery boiler furnaces. The results were compared with full-scale spraying chamber tests. The information and measurement data of black liquor spraying achieved in the furnace environment give valuable information for furnace modeling, boiler design and control, and help to understand the in-furnace processes involved. Validated initial data for CFD calculations is essential. The spray research under in-furnace conditions is introduced as a very useful method of studying black liquor spraying practice with real black liquor, in a real environment with industrial-scale nozzles. The furnace endoscope, developed during this work, made this possible. It was the first attempt to systematically obtain information about high dry solids black liquor spraying under in-furnace conditions. Flashing inside the nozzle was found to be a factor key to the whole spraying process of high dry solids black liquor. It has a major role in spray disintegration and initial velocity, both of which correlate very well with the final drop size and shape. A dry solids content of approximately 75% was observed to be the limit that forced boiler operators to change their spraying practice from non-flashing to flashing mode. Dimensionless velocity can be used in categorizing the disintegration processes. Regardless of the disintegration mechanism, it is possible to find the dominating frequency in disintegrating spray with techniques based on image analysis.Tässä työssä tutkittiin korkeakuiva-aineisen mustalipeän pisaroitumista tulipesäolosuhteissa. Tutkittiin, miten pisaroituminen alkaa ja minkälainen lähtönopeus, avautumiskulma ja lentorata on mustalipeällä, jota ruiskutetaan huomattavasti kiehumispisteen yläpuolella. Ruiskutuskokeet tehtiin toiminnassa olevien soodakattiloiden tulipesissä ja tuloksia verrattiin täyden mittakaavan ruiskutuskammiokokeisiin. Tulipesässä mitatut mustalipeäsuihkun ominaisuudet ovat tärkeitä mallinnuksen lähtötietoina ja kokeelliset tulokset auttavat ymmärtämään paremmin soodakattilan tulipesän prosesseja. Luotettava mittaustieto on välttämätöntä CFD-mallinnukselle. Suihkun ominaisuuksien mittaaminen tulipesäolosuhteissa on käyttökelpoinen menetelmä mustalipeän pisaroitumisen tutkimiseen – oikealla mustalipeällä, todellisessa ympäristössä ja täydessä mittakaavassa. Tämän työn aikana kehitettiin tulipesäendoskooppi, jonka avulla saatiin ensimmäistä kertaa systemaattisesti tietoa korkeakuiva-aineisen mustalipeän ruiskutuksesta soodakattilan sisällä. Paisuntakiehuminen suutinputken sisällä havaittiin korkeakuiva-aineisen mustalipeän ruiskutuksen merkittävimmäksi tekijäksi. Se vaikuttaa eniten suihkun hajoamiseen ja lähtönopeuteen, jotka korreloivat hyvin syntyvien pisaroiden koon ja muodon kanssa. Havaittiin, että 75 % kuiva-ainepitoisuus on käytännössä raja, jonka yläpuolella soodakattilaan ruiskutettavan mustalipeän pisaroitumistapahtumaa hallitsee paisuntakiehuminen. Dimensiotonta nopeutta voidaan käyttää hajoamismekanismien luokitteluun ja ennakointiin. Kuva-analyysimenetelmien avulla voidaan suihkusta löytää hallitseva taajuus hajoamismekanismista riippumatta. Näin on mahdollista arvioida syntyvää pisarakokoa.Description
Keywords
black liquor, recovery boiler, furnace, spray, mustalipeä, soodakattila, tulipesä, pisara
Other note
Parts
- Miikkulainen, P., Kankkunen, A., and Järvinen, M. P., 2004, Furnace endoscope – Measuring fuel spray properties in hot and corrosive environments, Experiments in Fluids, vol. 37, no. 6, pp. 910-916. [< a href="article1.pdf] © 2004 by authors and © 2004 Springer Science+Business Media. By permission.
- Miikkulainen, P., Järvinen, M., and Kankkunen, A., 2000, Black liquor spray properties in operating recovery boiler furnaces, 5th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers (INFUB 2000), Porto, Portugal, 11-14 April 2000. [article2.pdf] © 2000 INFUB. By permission.
- Miikkulainen, P., Järvinen, M., and Kankkunen, A., 2002, The effect of a furnace environment on black liquor spray properties, Pulp and Paper Canada, vol. 103, no. 9, pp. 34-38. [article3.pdf] © 2002 Pulp and Paper Technical Association of Canada (PAPTAC). By permission.
- Miikkulainen, P., Kankkunen, A., and Järvinen, M., 2002, The effect of excess temperature and flashing on black liquor spray properties, IFRF Finnish-Swedish Flame Days 2002, Vaasa, Finland, 24-25 September 2002. [article4.pdf] © 2002 by authors.
- Kankkunen, A., and Miikkulainen, P., 2003, Particle size distribution of black liquor sprays with a high solids content in recovery boilers, IFRF Online Combustion Journal, Article Number 200308, December 2003. [article5.pdf] © 2003 by authors.
- Miikkulainen, P., Kankkunen, A., Järvinen, M., and Fogelholm, C.-J., 2005, Predicting droplet size from black liquor spray characteristics, TAPPI Journal, vol. 4, no. 5, pp. 11-17. [article6.pdf] © 2005 by authors.