14. September 2008
Kirjoittaja: Ossi Pantsar
Companies: Åbo Akademi, Ahlström, Ekono, Enso-Gutzeit, Kaukas, KCL, Nokia Oy, Oulun yliopisto, Rauma-Repola, Tampella
People: Esa Jutila, Mikko Hupa, Paavo Hyöty, Pauli Lindroos, Per Erik Ahlers, Pertti Simola, Pertti Valkamo
2.14. Soodakattilan ja kemikaalien talteenoton osuus selluteollisuuden kehittymisessä
1950-luvun kattiloissa oli 2 päätyyppiä; B&W (Tomlinson-prosessi) ja CE (Combustion Engineering). Näiden amerikkalaiset valmistajat olivat sen ajan merkkitietoisia. Niinpä toiseen piirteiden lainaaminen toisesta - tai asiakkaan toiveiden huomioon ottaminen - oli mahdotonta. Lisenssivalmistajat seurasivat visusti lisenssinantajiaan, niin kuin lienee ollut luonnollistakin. Uusia valmistajia ilmaantui 60-, 70- ja vielä 80-luvullakin, mutta tyypit säilyivät pääosin tunnistettavina. Lisenssien rauetessa tyyppivalikoima laajeni - tosin vain kaupallisista syistä. Vasta tuolloin ja sitä ennen valmistettujen kattiloiden tultua peruskorjausikään selluteollisuus pääsi esittämään mitä se itse halusi.
Suorien haihduttamojen eliminoiminen
Energia- ja ympäristösyistä sai alkunsa haihduttamotekniikan kehittäminen tavoitteena suorien haihduttamojen - harppojen (CE) ja sykloonihaihduttimien (B&W) - eliminoiminen. Missä määrin tämä oli aito suomalainen innovaatio, on vaikea sanoa, mutta Suomen selluteollisuus suomalaisen konepajateollisuuden kanssa oli epäilemättä uranuurtaja ja kärjessä muutosten toteuttamisessa. Muutos tiesi huomattavia investointeja jatkettuihin ekonomaisereihin, jotta savukaasuissa muutoin käyttämättä jäänyt lämpö saatiin talteen.
Lämmön talteenotto savukaasupesureilla
Valkaistun sellun valmistamisen lisääntyminen uhkasi sellutehtaan ylpeyttä, lämpö- ja sähköenergiaomavaraisuutta. Kattiloiden saneerausten ja suorien haihduttamien poiston yhteydessä oli luontevaa lisätä lämmön talteenottoa savukaasupesureilla. Kemikaalihäviöt vähentyivät samalla. Lämpimälle vedelle oli käyttöä. Materiaalien kalleuden ja apulaitteiden runsauden vuoksi investointikustannukset olivat kuitenkin huomattavat. Alkalikorroosio tuli tutuksi.
Materiaalivalinnat ja korroosiosuojausten kehittäminen
1980-luvulle saakka kemikaalikierron sulfiditeetit olivat huomattavasti korkeammat kuin nykyään. Prosentit valkolipeässä hipoivat 40:ää. Siitä seurasi ympäristö- ja korroosio-ongelmia. Materiaalivalinnoista ja pinnoitteiden kehittämisestä tuli erittäin laaja ja aikaa sekä rahaa vievä alue selvitettäväksi. Kokeita seurattiin ulkomailla, ja yhteistyötä tehtiin. Olihan kyseessä myös henkilöturvallisuus, mikä perinteisesti on koettu aina yhteiseksi asiaksi.
Tuotannon lisääminen olemassa olevin laittein
Tuotannon lisäys on aina tukenut tuottavuutta. Sellutehtaan muut osastot olivat upgradettavissa suhteellisen maltillisin investoinnein. Soodakattilan kohtalo tehtaalla toisensa jälkeen oli jäädä pullonkaulaksi. Investointiin uuteen kattilaan ei usein ollut varoja. Oli käynnistettävä tutkimukset mahdollisuuksista lisätä tuotantoa olemassa olevin laittein. 1970-luvun loppupuoli ja 80-luku olivat prosessiselvitysten, instrumentoinnin digitalisoimisen ja prosessia automaattisesti ohjaavien tietokonepakettien aikaa. Suomen saavutuksista tuli alan ihmisten melkein pyhiinvaelluksen kohteita. Itse paketit, joita sittemmin oli miltei jokaiselle osaprosessille omansa, tuli valmistajilleen maailmanlaajuisesti vientituotteita.
1-lieriöratkaisut
Polttojärjestelmien tyyppisyys suli vähitellen. Lähestyttiin sitä yhtä parasta tapaa polttaa mustalipeää - ei niitä tietenkään useampia olekaan. Tämä ilmeisesti ei olisi ollut mahdollista muutoin kuin sellumiesten tietoisuuden lisääntymisen ja pitkälle henkilökohtaisin ponnistuksin hankitun huippuasiantuntemuksen kautta. Yksiköiden suurentumisen asettamiin vaatimuksiin soodakattilan osalta vastasivat varsinaiset valmistajat, missä ykkösketjua edustivat Tampella ja Ahlström. Rakenteen joustavuuden ja paremman kierron vaatimukset yhä vaativammissa oloissa aina vain suurenevilla kattiloilla toivat markkinoille voimakattiloilta tunnetut 1-lieriöratkaisut soodakattilan asettamine erityisvaatimuksineen.
Polttolipeän kuiva-ainepitoisuuden nosto
Polttolipeän kuiva-ainepitoisuuden nostoon tähtäävä työ aloitettiin 80-luvulla haihdutustekniikan kehittämisellä. Hyvät puitteet sille loivat ne selluyhtiöt, joilla oli omia konepajoja. Niistä esimerkkeinä mainittakoon Enso, Ahslsröm ja Rauma-Repola.
Keskimääräisestä 63-65 %:sta noustiin vaiheittain 85:een. Energian talteenoton kannalta parannus oli merkittävä. Myös kuiva-ainekapasiteettia saatettiin lisätä kattiloilla, joissa höyrypuoli ei muodostunut pullonkaulaksi. Polttaminen helpottui, mutta soodakattilamiehelle tuli uusi haaste; vesi- ja höyrypuolen kierron varmistukset, jotta edes sama kuiva-aine kapasiteetti saatettiin pitää yllä. Tällaiset tapaukset eivät tosin olleet kovin yleisiä, sillä vanhan ajan kattilanvalmistajat olivat olleet hyvin avokätisiä mitoituksissaan.
Kattilakoon kasvu
Soodakattilan kapasiteetti on tarkasteluajanjaksona kasvanut keskimääräisestä n. 500 kuiva-ainetonnista lähes 10-kertaiseksi. Kehitys suhteellisesta tehokkuuden menetyksestä huolimatta on ollut perusteltavissa halvemmalla investointikustannuksella esim. kahteen puolta pienempään verrattuna. Ehkä uudelleen arviointien aika on edessä sitten, kun tämä kattilasukupolvi tulee uusintaikään samalla tavalla kuin aikoinaan kattilat 70-luvulla. Jotain joka tapauksessa taas tarvitaan, sillä nykyisillä tulipesän mitoilla ilmansyöttöjä ei enää voida ohjata hallitusti. Vaikka tulevaisuus ei kuulu aihepiiriin, sallittanee ennustus, minkä mukaan jossain vaiheessa on pakko mennä moduulirakenteisiin - ellei sen ajan olisi jo pitänyt olla. Saattaa myös tapahtua epätodennäköinen, se että mustalipeän orgaaniselle keksitään vallan muuta käyttöä. Ehkä siitä joskus valmistetaan muunlaista polttoainetta. Ilman sellumiehen panosta homma ei näissäkään etene.
Aihe, mottona innovaatiot alalla, on laaja ja rajat ovat häilyviä. Siksi on vaikea sanoa, mikä kuuluu mihinkin kategoriaan, kun koko toiminta enimmäkseen on vain yhtä olevien ja tulevien tarpeiden purkamista. Ehkä Stationary Firing ja sitä seurannut Autorecovery/Autosoot voitaisiin kuitenkin luonnehtia lähinnä innovatiivisyydestä siinneiksi.
Stationary Firing
Jo yllä mainittuna murroksen 7. vuosikymmenenä Enson Kaukopään tehtailla avautui tilaisuus rakentaa soodakattilan ilman- ja lipeänsyötöt kokein selvitettävien vaatimusten mukaisiksi. Vastuualueen insinööri paneutui varsinaisen päivätyönsä piristeeksi tehtävään, johon vain hänen esimiehensä silloin uskoi. Eivät ole yhden käden sormilla - vaikka niitä olisi useampiakin - laskettavissa ne yöt ja viikonloput, mitkä sankarimme seuraavan runsaan puolen vuoden kuluessa vietti tehtaalla. Nokoset toimiston pöydällä “yösydännä” auttoivat. Helpompaa se joka tapauksessa oli, kuin herätä kotona aamuöiseen puhelinsoittoon: “Nyt se p….le sammu. Liuottaja on puolillaan mustalivettä!” Hyvä puoli järjestelyssä oli myös se, että kontakti valvomoväkeen säilyi. Kaikki olivat koko ajan tietoisia mitä tehdään ja mihin pyritään.
Soodakattilan sielu avautui vähitellen. Ilmansyöttö meni kokolailla uusiksi. Lipeän syöttö niinikään ruiskujen tyyppiä ja niiden käyttöä myöten. Tulokset olivat innostavia. Sulfaattien reduktio nousi aivan uudelle tasolle. Rikkiemissiot entisiin verrattuna käytännössä eliminoituivat. Kattilan yläosan lämpötila laski ja savukaasut puhdistuivat, mikä ennakoi mahdollisuutta nostaa kapasiteettia, niin kuin sitten tehtiinkin. Kattilan alaosan lämpötilan nousu mahdollisti kaiken sen, mitä paremmalta kattilan käynniltä yleensäkin edellytetään, vähentynyt korroosio, parantunut lämpöhyötysuhde, häiriöttömämpi käynti, ym. Tukkeutumistekijöiden muuttuessa nuohoushöyryn kulutus pystyttiin puolittamaan. Avain parannuksiin oli prosessin vyöhykkeistäminen ja tulipesän lämpötilaprofiilin hallinta.
Niin syntyi Stationary Firing, minkä kaikki kattilanvalmistajat sittemmin adaptoivat konsepteihinsa. Muutamia poikkeuksia ehkä mukaan lukematta sen ovat toteuttaneet myös kaikki käyttäjät. Vaikka operatöörien mukana olosta oli huolehdittu, ei uusi ajotapa ihan vaivatta mennyt läpi eikä sitä olisi ehkä pitänyt edellyttääkään. Apua haettiin jatkoprojektista.
Autorecovery/Autosoot
Ahertajamme osaston toimesta kasattiin tiimi, mihin liittyivät professori Oulun yliopistosta, “sellutieteistä” samanaikaisesti väitöstä valmistellut DI ja Nokian Prosessiautomaatio. Oma instrumenttiosasto joutui lujille vääntäessään analogista instrumentointia sekä palvelemaan että tottelemaan digitaalista ohjausjärjestelmää. Keskuslaboratorion (KCL) tutkimustuki sekä kauppa- ja teollisuusministeriön (KTM) rahoitus antoivat taustoja. Aiheesta tehtiin 4 diplomityötä, joita johti Oulun professori ja ohjasi Enso. Menemättä pitkästyttäviin 11/2 vuotta kestäneen projektin yksityiskohtiin todettakoon, että tulos oli kokonaisvaltainen prosessinohjausjärjestelmä mittauksiin ja analyyseihin perustuvine automaattisine nuohouksen ohjauksineen. Koska suoria mittaustuloksia muuttujista ei silloisella tekniikalla - eikä vielä nykyiselläkään - voinut kerätä kaikista kohteista, oli ne korvattava epäsuorasti laskennallisesti. Lämpö- ja materiaalitaseet vaeltelevine keskiarvoineen ja “karppisenkertoimineen” muodostivat jäljittelemättömän ohjelmistokokonaisuuden, mikä pystyi erottamaan häiriöt normaaleista, esim. polttolipeän laadun vaihteluista tulevista muutoksista. Parametrien viritykset tehtiin sikäli kuin pitempiä ajanjaksoja vaativia trendejä kyettiin rakentamaan. Autorecovery mahdollisti Stationary Firinging täysimittaisen hyödyntämisen.
Mitään vastaavaa ei ollut alalla nähty. Se herätti maailmanlaajuisesti huomiota. Tämä, toiselle kattilalle samanlaisen toteutetun kanssa lisäsi Kaukopään sellutuotantoa 15%. Ympäristöhaitat vähenivät pysyvästi ja energiatalous koheni. Voidaankin perustellusti sanoa, että ympäristöasioissa selluteollisuus oli uranuurtaja. Sillä oli omia tutkimuslaitoksia, joissa analysoitiin tehtaiden ympäristöön asetettujen mittalaitteiden keräämää informaatiota.
DCS:n yleistyessä paketin piirteet voitiin vaivattomasti siirtää niihin. Kattilanvalmistajien oli nyt otettava tosissaan näyttö, jolla osoitettiin mihin kattila oikein rakennettuna ja käytettynä pystyy. Ne joutuivat toteuttamaan merkittäviä muutoksia laitteisiinsa. Sellumiehelle ei yht´äkkiä voitukaan enää myydä mitä sattuu.
Käsiteltävä 50 vuoden ajanjakso kuulostaa pitkältä kehittyä vaikka miksi. Sen alkupuolisko oli kuitenkin aikaa, jolloin alaa varsinaisesti vielä rakannettiin. Myös on otettava huomioon, miten “monitieteellisestä” tehtävästä soodakattilalla on kyse. Se, mitkä ovat reunaehdot tehtäessä tutkimusta, parannuksia ja kehitystyötä yksikköön, jonka toiminnasta riippuu koko sellutehtaan tuotanto ja minkä itsensä sisällä yksi muutos vaikuttaa kaikkiin muuttujiin, on ilmeinen haaste. Kaikkia vaikutuksia ei nähdä heti. Usein vasta vuosien kuluttua - kielteisissä tapauksissa monesti liian myöhään. Soodakattila ei saa pysähtyä. Sen toiminta ei saa kärsiä kokeista, mitkä kuitenkin ovat välttämättömiä, sillä mitään todistamatonta ei voida hyväksyä otettavaksi käyttöön.
Jos jossakin, niin näissä kilpailevat sellumaat ovat olleet Suomea viisaampia. Enimmäkseen ne ovat vain “ottaneet opikseen”. Ei löydy maailman kolkkaa, missä ei tekemisistämme tiedettäisi.
Kehitystyö eteni koordinoidusti Ekonon vetämän Energiataloudellisen yhdistyksen soodakattilajaoksen toimesta. Yhdistykseen kuuluivat (ilmeisesti) kaikki Suomen selluyhtiöt ja kattilanvalmistajat, sekä jaokseen myös KCL. Projektit toteutettiin jaoksen nimeämien työryhmien toimesta. Kuormitusta pyrittiin jakamaan tarkoituksenmukaisesti eri yhtiöille. Tämä koskee ennen kaikkea materiaaleihin, laitteisiin ja turvallisuuteen liittyviä tutkimuksia. Suurin osa prosessi-, mittaus- ja säädettävyysselvityksistä tehtiin Enson tehtailla Imatralla, mutta ei yksinomaan. Niinpä ei varsinaisesti voidakaan nimetä mitään tehdasta tai yhtiötä yksin jonkin nimenomaisen “keksinnön” tekijäksi.
Kuin kaikessa niin tässäkin tuloksen tekijöillä on nimet. Alla olevasta listasta varmasti puuttuu siihen kuuluvia, mutta niinhän näissä aina tahtoo käydä.
Merkkihenkilöt:
- Maisteri Per Erik Ahlers (KCL)
- Tri Mikko Hupa (Åbo Akademi)
- DI Paavo Hyöty (Tampella Power Oy)
- Tri Esa Jutila (Oulun yliopisto)
- DI Pauli Lindroos (Ahlström)
- DI Pertti Simola (Kaukas)
- DI Pertti Valkamo (Enso-Gutzeit Oy)