JP2667467B2 - 黒液燃焼ボイラおよびその燃焼法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は硫酸塩パルプの蒸解廃液である黒液を燃焼処
理する黒液燃焼ボイラに係り、特にボイラ伝熱管表面に
付着、堆積するダスト量を低減するのに好適な黒液燃焼
ボイラおよび黒液の燃焼法に関する。

〔従来の技術〕

クラフトパルプ（硫酸塩パルプ）の製造工程におい
て、水酸化ナトリウム（NaOH）と硫化ナトリウム（Na
₂S）を含む白液と呼ばれる薬液で蒸解処理することによ
り、木材中の繊維素はパルプとなり、木材中の樹脂など
と処理薬液は黒液と呼ばれる蒸解廃液となって排出され
る。黒液燃焼ボイラは、上記硫酸塩パルプの蒸解廃液で
ある黒液を火炉内に噴霧して燃焼させ、パルプの蒸解に
使用した薬液成分を分離回収すると同時に、樹脂などの
可燃性の成分をボイラにより焼却し、その熱量を蒸気に
変換してエネルギを有効に回収するボイラ装置であり、
既に長年の実績がある。

この黒液を燃焼する際に、燃焼排ガスに伴って硫酸ナ
トリウム（Na₂SO₄）、炭酸ナトリウム（Na₂CO₃）、硫化
ナトリウム（Na₂S）あるいは酸化ナトリウム（Na₂O）な
どの化合物が生成され、ダストとなって火炉内に飛散す
る。従来、この飛散するダストがボイラの火炉上部に設
けられている過熱器、あるいは蒸発水管などの伝熱管部
に付着し、時間の経過とともに徐々に成長して、ついに
は伝熱管部が閉鎖状態にまで成長するという問題が生じ
る。当然のことながら、伝熱管部に付着したダストを除
去するために、スートブロワなどが設けられているが、
付着したダストの中には非常に強固に伝熱管部に固着す
るものがあり、これを完全に除去することができない。
このため、ダスト付着物によって伝熱管部が閉塞状態に
なる前に、定期的にボイラの運転を停止し、伝熱管部な
どに付着したダストの除去作業を行っていた。

以上のように、黒液燃焼ボイラにおける燃焼生成物で
あるダストの付着、堆積現象は避けられない問題ではあ
るが、堆積するダスト量を低減して、上述のダスト除去
作業を行うための定期的なボイラの運転停止までの期間
を長くすること、すなわちボイラの連続操業期間の延長
を行うことができれば、経済的に大きな効果が期待でき
る。

ところで、パルプの蒸解廃液である黒液は、蒸解薬液
であるナトリウム化合物と、蒸解薬液によって木材から
溶出されたリグニンや炭水化物で代表される可燃性の有
機成分の混合物であるため、以下にのべる特殊な黒液の
燃焼処理を行い、黒液をボイラの燃焼として用いると共
に、黒液中に含まれる薬液成分であるソーダ分の回収が
行われている。すなわち、黒液を適切な大きさの液滴径
にして火炉内に噴射し、乾燥・熱分解させて生成する可
燃性の成分を含むチャーを火炉の炉底部に堆積させてチ
ャーベッドを形成させる。このために、燃焼用空気を火
炉内に幾つかに分割して供給し、炉底部では還元性の雰
囲気をつくり、蒸解薬液の一成分であるNa₂S分が得られ
るようにしている。チャーベッドの上部では分割供給さ
れた燃焼用空気により酸化性雰囲気となり、チャー中の
有機成分の燃焼が進行し火炎が形成され、これにより火
炉下部およびチャーベッドでのチャーの燃焼の維持と還
元反応を同時に進行させている。このような黒液の燃焼
方法は、黒液燃焼ボイラの炉形式が異なっても基本的に
はその構成はほぼ同様である。しかし、第４図に示すご
とく、黒液を火炉２内へ噴射させる方式が異なる場合が
あり、第４図（ａ）は、黒液の液滴径を比較的粗大にし
て火炉２内の前方壁面に吹き付け、ここで乾燥・熱分解
を行わせる場合を示すものであり、粗粒状のチャーが炉
底に落下し燃焼される。これに対して、第４図（ｂ）
は、黒液の液滴を壁面には意図的に当てずに、火炉２内
の空間部で乾燥させながら、生成チャーを炉底に堆積さ
せる方式である。両者を比較した場合に、前者の方が、
黒液の液滴を火炉内壁面で乾燥し熱分解させるため、生
成するチャーの粒子径が比較的大きく、本質的にチャー
の飛散が少ないという特徴がある。しかし、近年、パル
プ製造工程全体の省エネルギ化の観点から、黒液燃焼ボ
イラに供給される黒液中の固形分濃度は、従来65％程度
であったものが、70％以上へと高濃度化されている。こ
のため、黒液の噴射条件すなわち、黒液温度、噴射圧な
どの操作条件がわずかに変動すると、チャーの飛散量が
多くなり、黒液のチャーベッド13での安定燃焼の維持
と、チャーの飛散による過熱器、蒸発水管などの伝熱管
部へのダストの付着量が増大し、黒液燃焼ボイラの長期
連続操業期間の延長が、より困難になってきている。

これらの点を踏まえ、黒液燃焼ボイラ本体の火炉の高
さを高くしたり、伝熱管の間隔を拡げたりする方法や、
黒液の性状、特に粘度を測定して最適な噴霧液滴径とす
る制御を行いチャーの飛散を制御する方法や、さらに
は、黒液燃焼ボイラの火炉内の飛散ダストを測定し、そ
の結果に基づき、供給する黒液の噴射条件や燃焼用空気
量を調整する方法などが試みられているが、いずれも制
御操作が複雑であり、十分に満足し得る長期連続運転が
可能な黒液燃焼ボイラを得ることができなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来技術においては、いずれも黒液燃焼ボイ
ラの比較的長期の連続運転の達成には効果があるもの
の、燃焼させる黒液の性状、特に黒液の粘度さらには黒
液中の固形分濃度を意図的に制御して、飛散するチャー
を少なくすることにより伝熱管に付着するダスト量を抑
制し、上記ボイラの、さらに長期連続運転を達成すると
いう点については、全く配慮がなされていなかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消
し、黒液燃焼ボイラにおいて、燃焼させる黒液の性状、
特に黒液の粘度さらには固形分の濃度を制御することに
よって、飛散するダスト量を抑制し、伝熱管に付着する
ダスト量を極めて少なくして、黒液の燃焼を長期にわた
って安定して継続することのできる黒液燃焼ボイラおよ
びその燃焼方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の目的は、黒液燃焼ボイラにおいて、蒸発
水管群および節炭器管群などの伝熱管から、連続的に、
または不連続的に落下する伝熱管付着物を捕集するダス
トホッパ（ダスト捕集器）からのダストを、従来技術の
ように直接黒液のミキシングタンク（混合タンク）に導
入することなく、ダストホッパの後流に設けている分級
装置によって分級し、ダストの粒径がおおよそ3mmを超
える粗粒ダストをダスト粉砕器によって粉砕してダスト
の粒径を3mm以下にした後、黒液の性状、特に黒液の粘
度もしくは黒液中の固形分濃度を所定の濃度に調整する
ための調整剤として用いることにより、達成される。

本発明は、硫酸塩パルプの蒸解廃液である黒液を、火
炉内に噴霧して燃焼させる黒液燃焼ボイラにおいて、上
記火炉内に噴霧した黒液の燃焼によって生成する硫酸ナ
トリウムを主成分とするダストを捕集するダスト捕集器
を設け、該ダスト捕集器の後流に、上記捕集したダスト
を分別する分級装置と、該分級装置によって分別された
設定の大きさの粒径を超える粗粒ダストを粉砕する粉砕
器と、該粉砕器によって粉砕された設定の粒径以下の細
粒ダストを、いったん貯蔵するダストタンクと、上記細
粒ダストを所定量黒液中に供給して黒液の粘度もしくは
固形分濃度の調整を行う黒液混合タンクと、該黒液混合
タンクから上記火炉内に黒液を噴霧して燃焼させる黒液
噴射ノズルを備えた黒液燃焼ボイラである。

本発明の黒液燃焼ボイラを用いて黒液を燃焼させる方
法において、黒液の燃焼生成物である硫酸ナトリウムを
主成分とするダストを捕集し、これを分級装置により分
別して粒径が3mmを超える粗粒ダストを、粉砕器によっ
て粒径が3mm以下の細粒ダストになるように粉砕し、該
細粒ダストをいったんダストタンクに貯蔵した後、該ダ
ストタンクから上記細粒ダストを黒液混合タンク内に所
定量供給して、黒液の粘度もしくは固形分濃度を、設定
した最適の値になるように調整した後、黒液噴射ノズル
を介して火炉内に上記黒液を噴霧して燃焼させる黒液の
燃焼方法である。

〔作用〕

本発明者らは、黒液の燃焼時における黒液中の固形分
濃度と飛散するダスト量の関係を詳細に検討した結果、
次のことを見出した。すなわち、飛散ダスト中には、上
述したナトリウム化合物のヒュームと、可燃性成分を含
む灰分、いわゆるチャーが存在する。前者は粒径が0.5
μｍ以下と小さく、伝熱管の表面への付着堆積には大き
な影響を及ぼさない。しかし、これに対し後者は、火炉
内に噴霧された黒液が乾燥し熱分解により炭化されたも
のを含み、その一部が燃焼ガスに同伴されて飛散する。
このため、チャーが燃焼しながら灰化し、これが溶融し
てスメルトとなり、上記のヒューム状のナトリウム化合
物とは異なり、伝熱管の表面への付着力が非常に強く、
また粒子の大きさもmmオーダであることから、伝熱管に
強固に付着し堆積するダスト（以下、付着堆積性ダスト
という）となる。さらに、この付着堆積性ダストの飛散
量は、黒液性状、特に粘度、さらには黒液中の固形分濃
度と密接な関係があり、一定の噴霧条件下では、固形分
濃度が低くなると黒液の粘度が小さくなるため、その飛
散量が増大する。これに対し、従来の黒液燃焼ボイラに
おいては、上記の付着堆積性ダストを極力少なくするた
めに、噴霧条件、例えば黒液の温度、噴射圧力を最適化
する。ところが、黒液燃焼ボイラの前段の黒液処理工程
である黒液用エバポレータにおける伝熱面のスケーリン
グによる伝熱効率の低下などにより黒液中の固形分濃度
が低下することがある。この現象が起きると、上述のご
とく黒液の粘度低下が生じ、黒液の噴射ノズルから噴射
される黒液の液滴径が小さくなり、燃焼用空気の巻き込
みもあって、付着堆積性ダストが増加する。このため、
上記黒液の固形分濃度の低下減少が起き、伝熱管へのダ
スト付着量が増加する現象が認められる度に、黒液の噴
霧条件の最適化をはかる必要があった。これに対して
は、本発明者らは、黒液の粘度を粘度計、例えばアイ・
ティー・エス社製の工業用オンライン粘度計にて常時測
定し、粘度低下に応じて黒液の温度を下げて、黒液の粘
度を高める方法を提案している。

本発明者らは、黒液の粘度を迅速に制御する方法を鋭
意検討した結果、黒液中に、主に硫酸ナトリウムよりな
るダストホッパで捕集されたダスト付着物を添加する
と、応答性よく黒液の粘度を調整することができるこ
と、および添加する硫酸ナトリウムを含むダストの粒径
を、おおよそ3mm以下とすることが好ましいことを見出
した。添加するダストの粒径が3mmを超えると、黒液中
の固形分濃度が近年、70％以上と高濃度化していること
もあって、ダストの溶解速度が非常に遅くなり、迅速に
黒液の粘度向上に寄与しないという問題があつた。第２
図には、黒液中に固形分として硫酸ナトリウムを添加し
た場合の粘度変化を示すものであるが、図から明らかな
ごとく硫酸ナトリウムの添加によって、黒液の粘度を容
易に制御できることが分かる。上述したダストホッパで
捕集されたダストは、硫酸ナトリウムを主成分とするダ
ストであることを考えれば、このダストを黒液に添加す
れば、容易に黒液の粘度制御が可能であることが理解で
きる。本発明は、以上の知見に基づき実現されたもので
ある。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を挙げ、図面に基づいて、さ
らに詳細に説明する。

第１図は、本発明の黒液燃焼ボイラの構成の一例を示
す系統図である。図において、蒸発水管４および節炭器
５の下部から落下する伝熱管付着灰（ダスト）は、ダス
トホッパ６に捕集された後、分級装置９にて分別され、
粒径が約3mmを超えるダストは粉砕器10により粉砕さ
れ、粒径が約3mm以下の細粒のダストにして、ダストタ
ンク11に貯えられ、ミキシングタンク７における黒液の
粘度または固形分濃度が所定の値になるようにダスト供
給器12からミキシングタンク７へと供給され、所定の性
状、すなわち黒液の粘度もしくは固形分濃度が設定の最
適値になるように調整される。そして、粘度もしくは固
形分濃度が調整された黒液は、黒液供給ポンプ８を経て
黒液燃焼ボイラの火炉２内へ噴射されて燃焼される。な
お、分級装置９で分別された粒径約3mm以下のダスト
は、従来の黒液燃焼ボイラの場合と同様に直接ミキシン
グタンク７に所定量供給してもよい。

第３図は従来の黒液燃焼ボイラの構成を示す系統図で
あるが、本発明の黒液燃焼ボイラの構成と比較するため
に引用する。図において、蒸発水管４および節炭器５か
らスート（煤）ブローイングにより除去されたダストお
よび自重により落下したダストは、ダストホッパ６を経
て連続的にミキシングタンク７へ直接導入される。ミキ
シングタンク７からの黒液は、黒液供給ポンプ８を経て
噴射ノズル１から黒液燃焼ボイラの火炉２内へ噴射され
て燃焼される。

これに対し、本発明の黒液燃焼ボイラでは、第１図に
示すごとく、分級装置９で粒径が約3mmを超える粗粒状
のダストが直接ミキシングタンクへ供給されることがな
いため、ダストの溶解不良によるミキシングタンク７内
の黒液中に粗粒状の固形分が存在することがなくなり、
噴射される黒液の火炉２内における噴霧状態は常に、ほ
ぼ一定に保たれる。さらに、上記のダストの粉砕器10、
ダストタンク11およびダスト供給器12からなる装置によ
り、ミキシングタンク７内の黒液の粘度もしくは固形分
濃度はほぼ一定に保持される。したがって、所定の噴射
条件下において、黒液の噴霧状態が変化することがなく
なり、常に安定した黒液の燃焼状態が維持されることに
なる。したがって、従来の黒液燃焼用ボイラにおけるご
とく、黒液の噴霧条件を最適化するための調整を、黒液
の燃焼状態に応じて高い頻度で制御する必要がなくな
り、本発明の黒液燃焼ボイラは、極めて長期にわたり連
続して安定運転を継続させることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明による黒液燃焼ボ
イラにおいては、高濃度の固形分を含有する黒液であっ
ても、特定の大きさの細粒ダストを添加することによ
り、黒液の粘度もしくは固形分濃度を、常にほぼ一定に
制御することができるので、ボイラ火炉内における黒液
の噴霧状態を最適の状態に保持し、伝熱管に付着するダ
スト量を著しく少なくすることができるので、極めて長
期にわたってボイラの連続安定操業が可能となり、かつ
ボイラの伝熱効率を向上させることができる。

また、従来の黒液燃焼ボイラの運転停止による伝熱管
付着ダストの点検と除去作業などを行う回数を著しく少
なくすることができ、経済的損失を極めて少なくするこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において例示した黒液燃焼ボイ
ラの構成を示す系統図、第２図は黒液の粘度と硫酸ナト
リウムの添加量との関係を示すグラフ、第３図は従来の
黒液燃焼ボイラの構成を示す系統図、第４図は従来の黒
液燃焼ボイラにおける黒液の噴射方式を示す模式図であ
る。 １……噴射ノズル、２……火炉 ３……過熱器、４……蒸発水管 ５……節炭器、６……ダストホッパ ７……ミキシングタンク ８……黒液供給ポンプ、９……分級装置 10……粉砕器、11……ダストタンク 12……ダスト供給器、13……チャーベッド

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硫酸塩パルプの蒸解廃液である黒液を、火
   炉内に噴霧し、噴霧した黒液の燃焼によって生成する硫
   酸ナトリウムを主成分とするダストを捕集するダスト捕
   集器を少なくとも備えた黒液燃焼ボイラであって、上記
   ダスト捕集器の後流に、粗粒ダストを粉砕する粉砕器
   と、該粉砕器によって粉砕された設定の粒径以下の細粒
   ダストを貯蔵するダストタンクを設け、該ダストタンク
   の細粒ダストを所定量黒液中に供給して黒液の粘度もし
   くは固形分濃度の調整を行うダスト供給器と、該ダスト
   供給器からの細粒ダストと黒液の混合を行う黒液混合タ
   ンクと、該黒液混合タンクから上記火炉内に黒液を噴霧
   して燃焼させる黒液噴射ノズルを設けたことを特徴とす
   る黒液燃焼ボイラ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の黒液燃焼ボイラを用いて
   黒液を燃焼させる方法において、黒液の燃焼生成物であ
   る硫酸ナトリウムを主成分とするダストを捕集し、粗粒
   ダストを粉砕器によって細粒ダストに粉砕し、該細粒ダ
   ストを所定量黒液混合タンク内に供給して、黒液の粘度
   もしくは固形分濃度が、設定した最適の値になるように
   調整し、黒液噴射ノズルを介して火炉内に上記黒液を噴
   霧して燃焼させることを特徴とする黒液の燃焼法。