JP2008518190A - ボイラのポート用の冷却システム - Google Patents

Abstract

炉壁（１）の空気ポート（４）及びその他のポート用の冷却システムは、冷媒ポンピング・システムと、金属ポート母材（２）内部に冷媒パイピング（３）又はチャネルが設けられたポートとを備える。冷媒システムによって生成された液体流がポートを冷却する。ポートは、鋳造材（２）で構成され、冷却液流を供給され、その冷却液流は、ポートの鋳造母材内部の１本又は複数本のパイピング（３）又はチャネルを流れる。

Description

本発明は、ボイラ壁のポート用の冷却システムに関する。典型的なポートは、ボイラの炉に空気を供給する空気ポートである。空気ポートに加えて、ボイラ壁には、燃料若しくはガス又は化学物質などの物質を供給するため、又は制御装置など様々な機器、装置、又は装備品のための数多くの開口、口、孔、又は通路が存在する。この発明に関しては、これらの構造をポートと呼称する。特に、この発明は黒液回収ボイラの空気ポート及びその他のポートに関する。

パルプ製造で発生する黒液は、回収ボイラで燃やされ、回収ボイラは、硫酸塩法及びその他のＮａベースのパルプ製造プロセスの化学的な回収循環回路における必須の装置である。蒸解器からの蒸解化学物質は、回収プロセスに適する形に変えられる。硫酸塩法プロセスでは、最も重要な化学物質はナトリウム及び硫黄である。蒸解中に黒液中に溶解された有機物質は、ボイラで燃やされて熱を発生する。その熱は、一方で、廃液中に含まれる無機化合物を変換して蒸解に用いられる化学物質に戻すのに使用され、他方で、蒸気を発生させるのに使用される。廃液の無機物質はボイラによる高温で融解され、スメルトとして炉の底に集まる。

スメルトは、ボイラの底から、冷却されたスメルト・スパウトに沿ってタンクへ採取され、そのタンクでスメルトは水又は弱い白液に溶解されて苛性ソーダ液、即ち緑液を生成する。スメルト、従って又、硫酸塩法プロセスの緑液の主要成分は、硫化ナトリウム及び炭酸ナトリウムである。緑液は、次いで、白液の製造のために苛性化プラントに移送される。

黒液中の有機物質を燃焼させるのに必要な空気は、炉の周りの様々なレベルに配置された空気分配チャネルから、炉の壁の空気ポートを通って、回収ボイラの炉に導かれる。ポートの開口は、水壁の管を外側へ、互いに離れるように曲げることによって形成される。空気は、最も一般的には、３つのレベルで炉に導入される。最も低いところに１次空気レベルがあり、その上に２次空気レベルがあり、液ノズルの上方、最も高いところに３次空気レベルがある。ボイラには、４つ以上の空気レベルもあり得る。

通常、ボイラ壁の空気ポートの開口部には、空気を炉に導き入れるようにノズルが配設されている。ノズルは、通常、様々な金属板材から溶接によって製造されている。ノズルは、炉の管パネル壁に、例えば溶接、又は何らかの他の機械的方法によって取り付けられている。空気ポートは、壁管に漏れ止め溶接されて開口を形成する鋳物材から構成することもできる。

燃焼用空気が、ボイラを囲む空気ダクトから空気ポートに導き入れられる。空気ポート及びその近傍の構造物は、流れる燃焼用空気、及び炉壁への熱伝導によって冷却される。燃焼用空気は、どの燃焼用空気を考えるかによるが、通常２０℃〜２００℃である。通常、１次空気と呼ばれる最も低い位置の空気流が最も高い温度を有し、炉の最も高い位置の空気流が最も低い温度を有している。１つ又は複数の黒液供給レベルの上方（液噴射部の上方）の空気の供給（例えば３次）は予熱なしで行われる。空気ポートを通る空気流を介して冷却が行われるとき、沸騰水又は未沸騰水いずれにしても、水によって行われるときよりも明らかに効果が薄い。これは、２つの媒体（空気対水）の熱力学及び熱伝達特性による。又、空気ポートから、ボイラの沸騰水によって冷却されている炉壁管への熱伝導による冷却は、水がポートと直接接触している場合よりも大幅に効果が薄い。これは、水管の冷却されている内面から空気ポートの冷却されていない前面の先端までの距離が長く、又、鋳造空気ポートと冷却用炉壁管との間の熱伝達率がそれほど高くないからである。炉壁管による冷却効果をより効果的にするために、スリーブ・タイプの空気ポートが使用されている。この構成では、空気ポートは板材から製作され、板材は直角形状に曲げられ炉壁管中に溶接されている。この設計の潜在的な欠点は、スメルトや黒液の飛沫がポートに入るようなボイラの設計及び作動に関係する。硫酸塩法パルプ生成プロセスにおけるスメルトの主要な成分は、炭酸ナトリウム及び硫化ナトリウムである。空気ポートの外側へのスメルト飛沫は、空気ポートの構造物をスメルトの融解点まで急速に加熱し、それによって、塩類が空気ポートの腐食及び浸食を生じさせる。温度の急速な変化が、空気ポートの構造物、及びその周囲の炉の管にまで、熱疲労及び応力腐食による亀裂を発生させる。特に有害なのは、壁管と、空気ポート・スリーブ材、特にそれらを結合する溶接部との温度差の変化である。

空気ポートについて上記で説明した問題は、炉の他のポート、及び炉のフィン付き領域についても、冷却されていない領域の幅が広すぎる場合に成立する。これら冷却されていない領域は、ボイラ炉の壁の様々なポート、開口、口、又はランス・タイプ接続部に関係する。空気ポートに加えて、炉壁には、燃料又はガスなどの物質を供給するため、又は制御装置など様々な装置のための数多くの開口、口、又は孔が存在する。この発明に関しては、これらの構造はポートと呼称され、これらポートには、通常、効果的な冷却が必要とされる。回収ボイラの低い方の炉の非冷却領域の限界幅は、通常１５ｍｍ〜２５ｍｍである。又、これらのケースにおいては、特定の冷却を導入することによって、設計が改善され得る。

本発明は、空気ポート又はその他のポート、及びその近傍の炉壁の構造物の温度が、腐食、温度変化、亀裂、及び気密性に鑑みて高くなりすぎることが確実に起こらないようにしようとするものである。これにより、修理及び停止経費が大幅に減少する。特にスメルト・ベッドに最も近接する１次空気ポートが、スメルトの有害な影響に晒される。更に、本発明は、保全及び修理が容易な装置を提供する。このようにして、修理及び停止費用を著しく低減することが可能になる。更に、本発明による機構は、炉の管壁に掛かる熱応力を低減する。

本発明は、ボイラの空気ポート及びその他のポートに効果的な冷却法を導入し、ポートの冷却問題を解消する（又は少なくとも低減する）。本発明により、空気より効率的な冷媒を使用することが可能になる。

本発明による炉壁の空気ポート及びその他のポートに対する冷却システムは、冷媒（液体）ポンピング・システム、及び金属母材内部に冷媒パイピング又はチャネルが設けられた（好ましくは、鋳造プロセスにおいて）ポートを備える。冷媒システムによって生成された液体流がポートを冷却し、その結果、空気ポート及びその他のポートの温度が、ポート及びその近傍の構造物の有効寿命を延ばすのに十分な低さに維持される。ポートは、鋳造材で構成され、冷却液流を供給され、その冷却液流は、ポートの鋳造母材内部の１本又は複数本のパイピング又はチャネルを流れる。冷媒は液体、好ましくは水である。水の作動圧力は、大気圧より低い圧力から、大気圧より僅かに高い圧力まで変化させることができる。

冷却システム全体が、冷媒循環システムで通常使用される、液体タンク、冷却液ポンプ、熱交換器、制御装置、エゼクタを有している。燃焼ボイラは、本発明による空気ポート又はその他のポート用の冷却システムを好ましくは接続することができる冷媒循環システムを有することができる。回収ボイラは、炉の底からスメルトを排出するためのスメルト・スパウトを有する。スパウトは、通常、２重壁の樋から構成され、冷却水が内壁と外壁の間を途切れずに流れる。空気ポート又はその他のポートの冷却に使用される冷媒流が、全面的に又は部分的にスメルト・スパウト冷却システムに接続され得る。冷却水に回収された熱は、温水の生成、ボイラ・プラントの暖房、又はその他の適切な目的に使用することができる。

本発明の一態様によれば、冷却液パイピングは、鋳造材と金属的に連結され、それによって、ポートから冷却液への効率的な熱伝達が実現する。冷却液流は、冷却液パイピングが鋳造母材の内部にあるので、ポート領域では漏洩する恐れがない。ポートの材料及び冷却液パイピングの材料は、作動条件に基づいて適切に選択することができる。冷却液の流量及び温度は、作動条件による腐食性、材質、及びポートの構成に基づいて選択することができる。鋳物は、金属から製作されるのが好ましい。鋳物の耐熱性及び耐食性をより高めるために、金属とセラミックを組み合わせることもできる。

ポートの構成は、鋳造ポート、及び壁管に溶接可能なカラー部分から成り立っている。カラーは、鋳造又は、例えば丸棒から製作するなど何らかの他の方法で製作することができる。溶接可能なカラー部分は、一部の用途では省略されることもあり、その場合、鋳造ポートの縁を長くしてカラーの機能を埋め合わせる。

鋳造ポート中のパイピング又はチャネルは、冷媒が１本の入口チューブを通って鋳物に導入されるように構成することができる。入口チューブは、２本以上のチューブにそこで分岐する１つ又は複数の結合部を有し、分岐したチューブは別々にポートの開口を周って延びる。それらチューブは、開口の周りを通った直後に一つに纏めて接続され得、その結果、加熱された媒体は、１本の出口チューブを通って排出される。

鋳造ポートは、２本以上の冷媒用入口チューブを有することもでき、それらチューブが、鋳造ポートの中を別々に延び、その結果、冷媒は鋳造ポートから複数の出口チューブを通って排出される。鋳造ポートを通って行くチューブは、完全に鋳造母材の内部を通るが、そのある部分は鋳造母材の外側に出ることもある。冷媒とポートとの間の熱伝達は、当然、チューブがポートの内部にある程、より効率的になる。

鋳物を通る冷媒の流れは、鋳造段階中に鋳物に作り込まれるチャネルによって設定することもできる。１本又は複数本のチャネルが、ポートの開口の周りを通る。冷媒が、１本又は複数本の入口チューブを通ってチャネル中に供給され、１本又は複数本の出口チューブを通って鋳物から排出され得る。鋳物には、冷媒を鋳物に導入する１本又は複数本の入口チューブ、及び１本又は複数本の出口チューブが設けられる。

冷却機構は、回収ボイラの１次、２次、３次ポート、及び上部空気ポートとして使用することができる。これらのケースでは、空気が、ポートの開口を介して炉に導入される。冷却機構は、回収ボイラの液噴射ポート用に使用することもできる。このケースでは、液噴射部がポートの開口中に配置され、又は、液がポートの開口を通して炉中に噴霧される。

冷却機構は、回収ボイラの始動バーナ、負荷バーナ、及び悪臭ガス（非凝結性ガス）・バーナ用として使用することができる。これらのケースでは、バーナは、ポートの開口中に配置される。ポートをバーナの一部にすることもできる。更に、冷却機構は、回収ボイラのスメルト・ベッド・カメラ用ポート、機器用ポート、並びに点検及び監視用ポートとして使用することができる。冷却機構は、回収ボイラの入口扉として使用することもできる。

冷却機構は、回収ボイラのスート・ブロワ用開口、並びに回収ボイラのスメルト・スパウト用開口及びスメルト用開口として使用することができる。ポートがスメルト・スパウトの一部であり、又はスパウトがポートの一部になる。冷却機構は、回収ボイラのＮＯｘ低減剤注入ポートとして使用することもできる。冷却機構は、特に、セルロースの製造で発生する黒液を燃やすのに使用される回収ボイラに適用可能であるが、他の類似する燃焼装置にも当然使用することができる。

本発明の少なくとも１つの実施例が、添付図面を参照して、より詳細に説明される。

図１及び図２は、本発明による空気ポートの構造を示す。燃焼用空気は、空気ポート４を通ってボイラの炉５へ流れ込む。空気ポート開口部は、隣接する水壁の管１を分離するように湾曲させることによって形成され、従って、ポートは細長い形状を持つ。空気ポート４は、炉壁に配設され、鋳造によって製作されたノズル状の構造物２によって画成されている。

鋳造する前に、鋳物には、チューブ・リング３又は２本の別々のチューブが設けられる。鋳造段階で、チューブ・リング３の鋳造母材内部への適切な取付けを確実に行う必要がある。カラー６が、壁管１から形成された開口部中に溶接によって取り付けられる。カラー６は、鋳造又は、例えば丸棒から製作するなど何らかの他の方法で製作することができる。空気ノズル２及びカラー６の両対向面は、十分な気密性を確保するように適合されている。

断熱材７が、空気ノズル２と壁管１との間に使用されてもよい。カラー６は、側方で壁管１に溶接（８位置で）され、頭部及び底部の両方でフィン９に溶接されている。シール材１０が、頭部及び底部でノズル２とフィン９との間に使用されてもよい。空気ノズル２は、ノズル２とカラー６の両対向面が気密接触するように、何らかの公知の方法で機械的に取り付けられる。

冷却液１２が、冷却液供給パイプ１１からチューブ・リング３に流れ込んで、流れは、リング３の分岐ダクト中に分かれる。冷却液の還流１４は、戻りパイプ１３から戻る。

図３は、鋳物ポート２全体を示す。冷媒は、パイプ１１を通って導入される。冷却パイプ又はチューブ３は、鋳造ポートの開口部の周りを分かれて通る。加熱された冷媒は、パイプ１３を通って排出される。冷媒のチューブをノズル状のポートの内部に配置せずに、冷却システムを備えノズル部分と密に接触する別の鋳造部品を設けることも可能である。特に、ノズルの低い方の部分は、別の鋳造部品で冷却される。

図４は、本発明によるシステムにおける１層空気レベル（１層「空気レベル」システム）用の冷媒循環回路を示す。冷却液装置は、冷却液タンク１５、パイピング１６、バルブ１７、ポンプ１８、バルブ１９、パイプ２０、パイプ２１、マニホルド２２、ノズル特定の供給パイプ２３、供給パイプ中のバルブ２４、チューブ・リング２５を有するノズル構成、戻りパイプ２６、戻りパイプ用バルブ２７、収集部チューブ２８、チューブ２９、空気排出チューブ３０、空気排出チューブ用バルブ３１、戻りライン・バルブ３１、戻りチューブ３３、液体／空気タイプでも液体／液体タイプでもよい熱交換器３４、熱交換器からの戻りチューブ３５を備える。

液体／空気熱交換器の場合、空気ファン３６が冷却液を冷却し、加熱された空気３７はボイラ室中、又は大気中に導かれ得る。

冷却液の加圧流は、ポンプ１８によって生成される。冷却液は、パイピングを介して、壁特定マニホルド２２に流れ込む。マニホルド２２から、冷却液供給チューブ２３が各空気ノズル２５に通じる。液体の流れは、バルブ２４によって各ノズルに対して調節することができ、そのバルブは手動又は自動いずれでも操作することができる。液体流は、空気ノズルを冷却し、還流は、戻りチューブ２６を介して戻りラインに導かれる。ノズルの冷却液の還流は、壁特定の収集部チューブ２８及び戻りチューブ２９によって纏めて収集される。共通の戻りチューブ３３を介して、冷却液流は、熱交換器３４に導入され、そこで、熱エネルギーは、用途に応じて空気又は液体に伝達される。

冷却液循環回路は、圧力及び温度を測定するのに必要な装置を備えることができる。図４は、主として手動操作を鑑みた測定装置の配置が示されている。流量制御用として自動調整装置が使用される場合、測定装置の数は多くなる。

図５は、本発明の別の実施例によるシステムにおける３層空気レベル（３層「空気レベル」システム）用の冷媒循環回路を示す。３層空気レベル・システムは３層の空気レベル３９、４０、４１の液体冷却システムを並列接続で有する。空気レベルは、１次、２次、及び３次空気レベルであり得る。その液体冷却システムの主要原理は、図４の１層「空気レベル」システムのそれと同じである。システム全体としての機能は、流量及び構成要素の選択によって確保される。

本発明に従って冷媒中に回収された熱は、温水、熱湯、蒸気を作り出し、又は他の熱伝達媒体を加熱するのに使用することができる。前記温水、熱湯、蒸気、又は他の熱伝達媒体は、
復水予熱、補給水予熱、給水予熱、燃焼用空気予熱、ボイラ室予熱のため、
蒸発プラントにおいて、廃液、バイオスラッジ、又は両物質の混合物から水を蒸発させるため、
バーク材、廃木材、及びその他のバイオマスを乾燥させるため、
暖房又は地域暖房のため、
パルプ工場の蒸解プラントのため、
パルプ工場の漂白プラントのため、
パルプ工場での木屑の前処理のため、
パルプ工場でのパルプの乾燥のために
好ましく使用することができる。

本明細書に開示されたポート機構の数多くの代替例及び修正例が、当業者にとって自明であろう。例えば、ポートは、図に基づいて開示されたのとは別の方式で壁管に取り付けることができ、本発明は、ポート構造物をボイラの壁管に取付け又は装着するのに特定の方式に限定されることはない。本発明の精神から逸脱しないそれら全ての修正例は、特許請求の範囲に包含されるものとする。

本発明を、現時点で最も実際的で好ましい実施例と考えられるものと関連させて説明してきたが、本発明は、開示された実施例に限定されることなく、逆に、添付の特許請求の範囲及びその精神に含まれる様々な修正例及び同等な機構を包含するものと理解されるべきである。

空気ポートの中間高さでの切断図である。 空気ポートの横方向の切断図である。 鋳物ポート構成の全体図である。 単層の空気レベルを有する冷却システムの図である。 ３層の空気レベルを有する冷却システムの図である。

Claims (28)

1. ボイラの壁に配設され、物質の流れを前記ボイラに供給し、又は装置若しくは装備品を配置するために使用されるポートであって、冷却システムが設けられていることを特徴とするポート。
2. 前記冷却システムの冷媒が液体であることを特徴とする、請求項１に記載のポート。
3. 前記冷媒が水であることを特徴とする、請求項２に記載のポート。
4. 前記冷却水の作動圧力が大気圧より低いことを特徴とする、請求項３に記載のポート。
5. 前記ポートの冷却に使用される前記冷媒システムが、全面的に又は部分的に前記ボイラの別の冷却システムに接続されていることを特徴とする、請求項２に記載のポート。
6. 前記ポートが、黒液回収ボイラの空気ポートであり、空気ポートを冷却するのに用いられる前記冷却水システムが、前記回収ボイラのスメルト・スパウト冷却システムに全面的又は部分的に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載のポート。
7. 前記ポートが鋳物材から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のポート。
8. 前記鋳物ポート構造物が、前記ボイラの壁管に取り付けられていることを特徴とする、請求項７に記載のポート。
9. 前記ポートが、鋳物部分と、前記ボイラの壁管に溶接可能なカラー部分とを備えることを特徴とする、請求項７に記載のポート。
10. 前記ポートが冷却液流の流路を備えることを特徴とする、請求項１から９までのいずれかに記載のポート。
11. 前記冷媒が、１本の入口チューブを通って前記鋳物に導入され、加熱された前記媒体が、１本又は複数本の出口チューブを通って排出されることを特徴とする、請求項１０に記載のポート。
12. 前記入口チューブが、それを２本以上のチューブに分岐する１つ又は複数の分岐部を有することを特徴とする、請求項１１に記載のポート。
13. 前記チューブが前記鋳物ポートを通って延びていることを特徴とする、請求項１２に記載のポート。
14. 前記流路が、完全に又は部分的に前記ポートの前記鋳物母材の内部を通っていることを特徴とする、請求項１３に記載のポート。
15. 前記鋳物が２本以上の前記冷媒用入口チューブを有し、それらチューブが、前記鋳物ポートの開口部の周りを別々に延びることを特徴とする、請求項１０に記載のポート。
16. 前記チューブが、前記ポート開口の周りを通った後、一つに纏めて接続されることを特徴とする、請求項１５に記載のポート。
17. 前記鋳物が、前記冷媒を前記鋳物中に導入する１本又は複数本の入口チューブと、１本又は複数本の出口チューブとを備えることを特徴とする、請求項１０に記載のポート。
18. 前記冷媒の流路としてのチャネルが鋳造によって形成され、前記冷媒用の前記１本又は複数本の入口チューブが、前記チャネルに接続され、加熱された前記冷媒用の前記１本又は複数本の出口チューブが、前記チャネルに接続されることを特徴とする、請求項１０から１７までのいずれかに記載のポート。
19. 前記ポートが、回収ボイラの１次、２次、３次ポート、及び上部空気ポートとして使用されることを特徴とする、請求項１０から１８までのいずれかに記載のポート。
20. 前記ポートが、回収ボイラの液噴射ポートとして使用されることを特徴とする、請求項１０から１８までのいずれかに記載のポート。
21. 前記ポートが、回収ボイラの始動バーナ、負荷バーナ、及び悪臭ガス・バーナ用として使用されることを特徴とする、請求項１０から２０までのいずれかに記載のポート。
22. 前記ポートが、回収ボイラのスメルト・ベッド・カメラ用ポート、機器用ポート、並びに点検及び監視用ポートとして使用されることを特徴とする、請求項１０から２０までのいずれかに記載のポート。
23. 前記ポートが、回収ボイラの入口扉として使用されることを特徴とする、請求項１０から２０までのいずれかに記載のポート。
24. 前記ポートが、回収ボイラのスート・ブロワ用開口として使用されることを特徴とする、請求項１０から２０までのいずれかに記載のポート。
25. 前記ポートが、回収ボイラのスメルト・スパウト用開口及びスメルト用開口として使用されることを特徴とする、請求項１０から２０までのいずれかに記載のポート。
26. 前記ポートが、回収ボイラのＮＯｘ低減剤注入ポートとして使用されることを特徴とする、請求項１０から２５までのいずれかに記載のポート。
27. 各ポートの前記冷却液流量が、手動又は自動のいずれでも、別々に調節可能であることを特徴とする、請求項１０から２６までのいずれかに記載のポート。
28. 空気ポートの冷却に使用される前記冷媒流が、全面的に又は部分的に回収ボイラの前記スメルト・スパウト冷却システムに接続されていることを特徴とする、請求項１９に記載のポート。
    

Images