Osakokonaisuus 2

Soodakattilan kaksi päätehtävää on mustalipeän energian hyödyntäminen ja keittokemikaalien talteenotto (rikin reduktio).  Soodakattilassa tuotetaan reaktiosta vapautuneen lämpöenergian avulla sähköä ja höyryä.  Lämpöenergia vapautuu rikin ja natriumin erotuksessa mustalipeästä. Poltettava mustalipeä muuttuu soodakattilassa kemikaalisulaksi, joka viedään kaustistamoon, jossa se muutetaan viherlipeäksi.

Polttolipeä pirskotellaan lusikkamaisilla suuttimilla tasaisesti tulipesään, jossa loppukosteus haihtuu ja palava aines putoaa palamiskekoon. Savukaasujen puhdistamiseen käytettävistä sähkösuodattamista saatu glaubersuola palautetaan lipeään prosessin kemikaalihäviöiden peittämiseksi.  Mustalipeä muuttuu kuumentaessa kemikaalisulaksi, joka näyttää laavalta. Tulipesässä palava aines palaa ja palamattomat aineet sulavat aikaansaaden natriumsulfaatin natriumsulfidiksi. Hyvin hoidettu ja toimiva kattila pystyy muuttamaan 96 – 98 % sulfaatista sulfidiksi. Mustalipeän poltossa myös natrium reagoi hiilidioksidin kanssa muodostaen natriumkarbonaattia. Kemikaalisula kaiken kaikkiaan sisältää natriumsulfidia, natriumkarbonaattia ja natriumsulfaattia. Kemikaalisula valuu alas sulakouruista liuotussäiliöön ja siihen sekoitetaan laihavalkolipeää, jolloin syntyy viherlipeää ja syntynyt viherlipeä viedään kaustistamoon.

Natrium ja rikki erotetaan mustalipeästä polttamalla mustalipeä soodakattilan tulipesässä, jolloin vapautuu huomattava määrä lämpöenergiaa. Lämpöenergia otetaan talteen soodakattilan vesi/höyry – järjestelmässä kattilaveteen. Mustalipeän palaessa alhaalla, lämpöenergia nousee ylös lämmittäen kattilavettä jolloin syntyy höyryä. Veden höyrystyessä saadaan muodostuvasta höyrystä turbiinin avulla tuotettua sähköä. Höyry johdetaan putkia pitkin turbiinin, joka muistuttaa suurta tuuletinta, ja turbiinia pyöritetään höyryn avulla. Turbiini on akselilla, suuri metalliputki, kiinni generaattoriin, jossa sähkö muodostuu. Akselin pyöriessä turbiinin ja generaattorin välillä generaattori tuottaa pyörimisliikkeen avulla sähköä. Sähkö käytetään tehtaalla tai myydään valtionverkkoon. Lisäksi höyryä voidaan käyttää prosessin eri vaiheissa esimerkiksi soodakattilan puhdistuksessa tai yleisesti teollisuushöyrynä muualla tehtaalla. Huomattavaa kuitenkin on, että kemikaalien talteenotto sekä sähkön ja höyryn tuottaminen ovat täysin erillisiä prosesseja. Kemikaalit voitaisiin erottaa mustalipeästä ilman lämmön talteen ottamistakin, mutta se on kannattavampaan. Tällä toiminnalla saadaan tehdas omavaraiseksi, kun se tuottaa oman sähkön ja teollisuushöyryn.

Vesiputkikattilat voidaan veden kierron mukaan jakaa: luonnonkiertokattiloihin, pakkokiertokattiloihin ja läpivirtauskattiloihin. Soodakattila on yleensä luonnonkiertokattila. Luonnonkiertokattila on vesiputkikattila, jossa höyrystyvä vesi virtaa putkissa. Vesi/höyrypiirin keskeiset komponentit ovat veden esilämmitin, lieriö, höyrystin ja tulistin.  Luonnonkiertokattilassa veden ja vesihöyryn kierto lieriön ja höyrystimen välillä tapahtuu veden ja höyryn tiheyseroon perustuen. Kattilassa ei tarvita pumppua kierrättämään vettä höyrystimessä, tällä periaatteella toimivan kattilan omakäyttötehon tarve on pienempi kuin pakko- tai läpivirtauskattiloilla.

Soodakattilan ohjauksen tavoitteena on ylläpitää stabiilit olosuhteet tulipesässä. Tavoitteena on myös huolehtia siitä, että ajaminen on turvallista ja vaaratilanteiden ratkaisu olisi mahdollisimman nopeaa. Optimoinnin tavoitteena on palamisprosessin vakiointi, niin että kattilan käytön turvallisuus lisääntyy hyötysuhteet paranevat, emissiot minimoituvat ja nuohoushyöryn käyttö on optimissaan. Soodakattilan ohjauksessa höyryntuotannon ohjaukset ovat yhtälailla tärkeitä tulipesäprosessin ohjauksien kanssa, johtuen soodakattilan kaksoisroolista. Tulipesäprosessin ohjauksella voidaan vaikuttaa suuresti soodakattilan lämmönsiirtopintojen likaantumiseen.