Taustaa Suomessa sellua valmistetaan lähes yksinomaan sulfaattimenetelmällä. Menetelmässä puun ainesosat erotellaan kemiallisesti keittämällä. Keitossa syntyvää nestettä kutsutaan mustalipeäksi, ja se sisältää kemikaalien lisäksi puun ainesosia. Polttoaineen laatu ja kemikaalien talteenotto sekä halutut reaktiot vaativat soodakattiloihin erikoisratkaisuja, joita muissa kattiloissa ei ole. Periaate Soodakattilan kaksi päätehtävää ovat mustalipeän energian hyödyntäminen ja keittokemikaalien talteenotto. Tämä edellyttää, että mustalipeän sisältämä orgaaninen (palava) ja epäorgaaninen (keittokemikaalit) aines erotetaan toisistaan.
Soodakattilan tehokkuutta ei mitata energiantuotannon hyötysuhteella vaan talteenoton onnistumisella (reduktioaste). Kemikaalien talteenotto vaatii runsaasti lämpöenergiaa, ja muun muassa tämän vuoksi rakennusaste on vain 0,2 (tuotetun sähkön ja lämmön suhdeluku).
Kehitys Viimeaikainen merkittävä kehitys on tapahtunut yksikkökoossa, hyötysuhteessa ja päästöissä. Erityisesti kuiva-ainepitoisuuden nostaminen on kasvattanut hyötysuhdetta ja alentanut rikkipäästöjä. Kun mustalipeän kuiva-ainepitoisuus 80-luvun alussa oli 65-70 prosenttia, useita prosentteja kattilaan syötetystä rikistä poistui savukaasujen mukana. Nykyisin kuiva-ainepitoisuus on 75-80 prosenttia ja rikkihäviöt lähes olemattomia.
Rakenne ja toiminta Tulipesä on pystysuora kattila, jossa pohjalla on pelkistävä ja ylempänä hapettava vyöhyke. Mustalipeä syötetään tulipesän pelkistymisvyöhykkeeseen esilämmitettynä noin 100-200 celsiusasteeseen. Syöttimessä mustalipeä hajoaa pieniksi pisaroiksi.
Tavoitteena on saada pisaran koko riittävän suureksi, jotta kiintoainepartikkeli laskeutuu kattilan pohjalle eikä lähde savukaasuvirran mukaan. Toisaalta pisara ei saa olla liian suuri, jotta neste ehtii höyrystyä pois ja kiintoaines osin kaasuuntua.
Orgaanisen aineksen palaminen ja kemikaalien talteenotto (regeneraatio) vaatii erilaiset olosuhteet: Palaminen hapettavan ja regeneraatio pelkistävän. Kattilan pohjalla on talteenoton vaatimat pelkistävät olosuhteet. Pohjalla olevaan kekoon syötetään primääri-ilmaa vain sen verran, että keon lämpötila pysyy haluttuna (noin 1000-1100 asteisena).
Tavoitteena on pelkistää natriumsulfaatti (Na2SO4) natriumsulfidiksi (Na2S). Hyvällä soodakattilalla natriumsulfaatista saadaan talteen 98-99 prosenttia (reduktioaste). Pääasiassa natriumsulfidista (noin 18 %) ja natriumkarbonaatista (noin 74 %) koostuva sula ohjataan kattilan pohjalta liuotinsäiliöön. Liuotinsäiliön jälkeisten kemiallisten prosessien kautta kemikaalit saadaan takaisin sellun valmistukseen.
Kattilan pohjalla oleva hiili ei pala täydellisesti vaan lähinnä kaasuuntuu hiilimonoksidiksi. Kattilan yläosassa on sekundaari- ja tertiääri-ilman syötöt. Näissä hapettavissa olosuhteissa poltetaan orgaaninen aines loppuun. Kaasujen sekoittumisen varmistamiseksi ilma syötetään suurella paineella (2000-3000 Pa), niin että polttoilman nopeus on noin 65-80 m/s.
Savukaasujen mukana tulipesästä kulkeutuu huomattavia määriä tuhkaa. Tuhka muodostaa sulana lämpöpinnoille vaikeasti puhdistettavia kerrostumia. Jotta tuhkan lämpötila ehtii laskea riittävästi ennen tulistimia, soodakattila pitää mitoittaa riittävän suureksi. Lentotuhka poistetaan savukaasuista yleensä sähkösuodattimilla.
Lähdekirjallisuus
Huhtinen, M., Kettunen, A., Nurminen, P. ja Pakkanen, H. 2000. Höyrykattilatekniikka (5. uudistettu painos). Opetushallitus, Edita Oy. Helsinki.
Energia Suomessa - Tekniikka, talous ja ympäristövaikutukset (3. painos). 2004. VTT. Edita Prima Oy. Helsinki.
sivun alkuun