JPH0285601A - 回収ボイラ - Google Patents

回収ボイラ

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JPH0285601A
JPH0285601A JP23593988A JP23593988A JPH0285601A JP H0285601 A JPH0285601 A JP H0285601A JP 23593988 A JP23593988 A JP 23593988A JP 23593988 A JP23593988 A JP 23593988A JP H0285601 A JPH0285601 A JP H0285601A
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幸男 高橋
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回収ボイラに係り、特に過熱器管の高温腐食を
防止できる回収ボイラに関する。
〔従来の技術〕
製紙工場における回収ボイラは、蒸解廃液である黒液を
燃焼し、薬品と蒸気を回収する主要な設備であり、最近
では工場における主要な動力源であるこのボイラをさら
に効率−なものとするため、高濃度黒液の燃焼および高
温高圧型回収ボイラの採用が進められている。
しかしながら、この新しい型のボイラを採用した場合、
従来、ボイラ出口の最高蒸気温度が480℃であワたも
のを500〜505℃に高めるため、ボイラ過熱器管の
表面温度は530〜540゛C近くまで上昇し、回収ボ
イラ特有の高温腐食が進行する。
この高温腐食は、回収ボイラで黒液を燃焼する際、多量
のアルカリ化合物が飛散し、これが過熱器管表面に付着
堆積することにより起こるものである。付着物の主成分
は、Na、SO4であるが、これに木材チップからのK
や系外から混入してくるNaC/!が加わり、500〜
600℃の範囲に共融点を持つ共融物が生じるため、溶
融塩下の金属の腐食反応が著しく進行する。第6図は、
各種回収ボイラの過熱器管表面の付着物を採取し、熱分
析を行なった結果である。クラフトパルプでは蒸解薬品
としてNa OT(とNa、Sを用いるため、回収ボイ
ラの付着物の主成分はNa、Co、とNa、SO4であ
り、これらの混合物の共融点は比較的高く、図中の77
0〜白10℃に当たる。
これに対して、系外からの不純物であるKおよびClが
混入してくると著しく共融点が下がり、図に示す514
〜570℃といった温度になる。
この温度は、付着物のKおよびClの含有量に左右され
るが、高温高圧型の回収ボイラの場合、例えば蒸気温度
を500℃と設定すると、過熱器管のメタル温度が53
0〜540″Cになり、付着物によっては共融点以上と
なり、激しい腐食環境となる。
このような問題に対処するためにNi−Cr合金等の耐
食材が使用されているが、500℃以上に蒸気温度を長
時間維持して運転すると、予想以上に伝熱管の腐食が進
行することが確認されたため、従来どおりの480 ’
C程度に蒸気温度を下げて運転しているのが現状である
また、高温腐食徒対して過熱器の配置が考慮されている
。第7図は、従来技術による高温高圧型回収ボイラの構
造図である。この装置は、過熱器を一次過熱器8、二次
過熱器9、三次過熱器10に区分し、最も蒸気温度の高
い三次過熱器10をノーズ11直上に配置し、火炉4か
らの放射熱や高温の燃焼ガスの直撃を避けるように配置
されている。しかし、このような設計的配慮も回収ボイ
ラにおける厳しい腐食環境に対して充分な効力がない。
また、幾つかの回収ボイラにおいては、所定の蒸気温度
に近づけた運転がなされているが、この場合は第6図に
示したように、共融点が540℃以上にある付着物であ
るため、溶融塩下の腐食は進行しない。しかし、回収ボ
イラにおける付着物の組成は、経時的に大きく変化する
ため、高温高圧型回収ボイラにおける高温腐食が本質的
に解決されたものではなく、所定の高温蒸気が安定に供
給されないという問題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、高温蒸
気を安定に供給することができる高温高圧型回収ボイラ
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、パルププラントの蒸解廃液である黒液を燃焼
して485℃以上の蒸気を発生する高温高圧回収ボイラ
において、高温蒸気を取出す最終段階の過熱器を、運転
中のガス温度が650〜550℃である排ガス中に配置
したことを特徴とする。
〔作用〕
ボイラ過熱器のうち三次過熱器を、ガス温度の低い位置
に移すことにより、管表面に付着するアルカリ化合物の
金属に対する腐食性が著しく軽減する。これは、付着物
の共融点が変化したものではなく、付着物中に含まれる
NaC1等の塩化物の含有量が、高温ガス雰囲気に配置
した三次過熱器の付着物に較べて極めて低いことによる
。したがって、過熱器管の高温腐食が抑制され、所定の
高温蒸気が安定に供給される。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例による高温高圧型回収ボイ
ラの構造図である。図において、黒液タンク1からの黒
液は、ライン16を通り黒液ポンプ2でバーナ3に送ら
れ、このバーナ3によって火炉4内に噴射される。噴射
黒液は、乾燥、熱分解され、揮発分とチャーに分かれ、
揮発分は直ちに燃焼するが、チャーはその大部分が炉底
に溜まり、チャーベツド5を形成する。チャーベツド5
では、還元反応が起こるためNa、So、はNa。
Sとなり、Na、Go、とともにスメルトスパウト6か
ら溶解タンク7へ排出される。これらは次工程の苛性化
反応でNa、SとNaOHになり、蒸解液として再利用
される。一方、火炉4内で生成したチャーの一部は、燃
焼ガスに同伴され炉頂部へと飛散しながら燃焼し、付着
力の強いスメルトとなり過熱器管表面へ付着堆積する。
この付着物が前述のごとく高温腐食の媒体となるが、本
発明においては一次過熱器8を高温ガス部に配置し、次
いで二次過熱器9を置き、ガス温度が600±50℃の
ところに三次過熱器10を設けることにより高温腐食を
抑制することができ、所定の高温蒸気を安定に供給する
ことができる。以下、その理由を述べる。なお、第1図
において12は火炉前壁、13は汽缶部、14はエコノ
マイザ、15は火炉後壁である。
第2図は、実際の回収ボイラにおける過熱器部のガス温
度の等温度曲線を示したものである。これらの温度分布
は、火炉出口部に設けられたノーズ11の大きさおよび
形状、ならびに−次週熱器8と火炉前壁12の間隔に影
響を受けるが、相当精度よく設計の段階において求める
ことができる。
したがって、上記三次過熱器10を600±50℃Oガ
ス温度の位置に配置することは容易である。
第1表は、固形分処理で640t/d規模の回収ボイラ
の、過熱器管表面に付着堆積している付着物を、各種ガ
ス温度領域から採取して化学分析した結果である。なお
、分析に当たっては第3図に示すように、過熱器管表面
の付着物を壁に直接接触している付着物aと、堆積が進
み採取していた時点でガス温度に最も近い付着物すに区
分した。
第1表の分析結果から、金属の腐食に強く影響するC2
の含有量が、同じ場所から採取したにもかかわらず、管
壁側aとガス側すとでは相当な差が見られ、またこの差
は運転時のガス温度によっても影響を受けていることが
わかった。すなわち、運転時のガス温度が650℃以上
の温度雰囲気にある過熱器管表面の付着物(試料klお
よび2)では、C2濃度は管壁側aが濃く、ガス側では
薄い。これとは対照に、ガス温度が650〜550℃に
あった付着物(試料Nα3)は、管壁側aのClが極め
て低く、逆にガス側すでは高くなっている。
以下余白 第    1    表 この理由についてはまだ充分には解明されていないが、
次のように考えられる。
NaC1,、KClなどの塩化物は蒸気圧が高く、炉底
の高温燃焼域で気化し、過熱器ゾーンに飛散してくるが
、ガス・温度がまだ高温度にあるところでは、塩化物の
蒸気は伝熱管表面に衝突し、凝縮固着するため、管壁側
のC1濃度は高(なる。しかし、ガス温度が下がるにつ
れて塩化物の蒸気も冷却され、固体になる。このような
状態では管壁に対する付着力が著しく低下しており、こ
の部位での01含有量は少ない。このような管壁側のC
lの挙動に対して、ガス温度に近くなるガス側の付着物
も、回収ボイラ特有の挙動を示す。すなわち、ガス温度
が高い領域では、付着物中に含まれるNaC1は、ガス
中のSOx (硫黄酸化物)と次式のように反応し、H
Clとしてガス中に移るため、付着物中のCl量は低下
する。
2NaCj!+SOz +%o!+H20−Nag S
O4+2HC/!↑ 一方、ガス温度の低いところでは上記反応が進まなく、
付着物のガス側部でのC2濃度の変化は起こらない。
このように過熱器出口部のガス温度650〜550℃の
ゾーンでは、過渡的な現象として付着物中の02濃度は
管壁側で少なく、ガス側で多いことになる。
また、ガス温度が500″C以下の付着物(試料Nα4
)は、先の試料Nα3と同じ傾向にあるが、管壁側aの
C1量は高くなっている。
以上のような結果は、910 t/dおよび1100t
/dの各回収ボイラにおいても同じようになることが確
認された。このようなことから、上記各付着物の組成の
違い、特にC1濃度が、過熱器管材への腐食に大きく影
響すると考え、付着物中で試料Na3の管壁側a″?!
cz量が最も少ないため、管材への腐食性も最も低くな
ると推定した。
上記各付着物を腐食媒体として用い、代表的な管材の腐
食試験を行なった。第4図は、伝熱管として5TBA2
4材を用いた場合の腐食試験の実施結果を示す図である
。試験の条件としては、過熱器管の表面温度以上の温度
で、しかも付着物の共融点以上であり、さらに加速試験
とするため、設定温度は600℃とした。腐食媒体は各
テストピース(10X10X2’ ”)の片面に50■
塗布した。なお、溶融塩腐食においては02分圧が大き
く影響するため雰囲気は大気中とし、これも厳しい条件
とした。第4図からは各付着物の採取場所およびその試
料の区分により明確な違いが出ており、運転中のガス温
度が650℃以上の試料徹1およびNα2の付着物によ
る腐食量は、いずれも管壁側aのほうが著しく高いこと
がわかる。
第5図は、5US304材による腐食試験の実施結果を
示す図である。前記5TBA24材とは鋼種による腐食
量の差はあるが、各付着物の腐食性は同様の結果を示し
た。
したがって、第1図で示したように、所定の500〜5
05℃の高温蒸気を安定して取出す最終段階の過熱器(
本実施例では三次過熱器)を、ガス温度が650〜55
0℃の位置に配置することが、管材の腐食を防止する上
で有効であることが示された。
第1表の分析結果から、ガス側すの02含有量は、運転
中のガス温度が高い試料Nα1および2において低く、
ガス温度が低下した試料に3および4において逆に高く
なることがわかったが、この現象については次のように
考えられる。
クラフト法においては、NaOHの他にNa。
Sを蒸解薬品として用いるため、パルプを得た後の蒸解
廃液である黒液を燃焼する回収ボイラにおいては、相当
のイオウ化合物が炉内で発生してそのほとんどがSOt
となり、このSO2は高温下で次式のようにNa Cj
!と反応する。
2NaCf+SOz +Oz wNaz 304 +2
HCj!したがって、過熱器管表面の付着物が成長して
その温度がガス温度に近くなると、ガス中のS02と付
着物中に含まれるNaC1が上式のように反応し、HC
lを放出するため、付着物のガス側すにはCl量が少な
くなる。これはガス温度の高いところでの現象であり、
ガス温度が下がってくると上記反応は進みにくい。
また、第1表の分析結果から、管表面に直接接触してい
る付着物は、高温ガス部においてC1含有量が多く、ガ
ス温度が低くなったところでは少ないことがわかったが
、この現象は次のように考えられる。
第2表は、化学便覧(改訂3版)から引用したNaC1
とKClの蒸気圧を示したものである。
第、   2   表 いずれも、回収ボイラに′おける火炉内の温度では、高
い蒸気圧を持つことがわかる。このように、黒液の燃焼
に伴って発生する塩化物の蒸気は、過熱器に入り冷却さ
れ液体になり、最終的には固体となる。このような相変
化は、管表面への付着に大きく影響することになる。す
なわち、過熱器部に入っても、ガス温度の高いところで
は塩化物は蒸気から液体に変わり、付着性が非常に高い
状態にあるため、ガス温度より低温の過熱器管表面に衝
突し付着することになる。このように管表面への塩化物
の選択的な付着が02濃度を高める結果となる。また過
熱器によりガス温度が低下してくると、塩化物も液体の
状態から固体に変わるため、その付着力は著しく低下す
る。その結果、第1表における試料Nα3の管壁側aの
分析結果のように、CP濃度が極めて低いものとなる。
以上の検討結果から、回収ボイラにおける過熱器の付着
物の組成は、火炉の出口部に過熱器を配置する構造にお
いて、常に同じような変化をすることは明らかである。
なお、第1図は、本発明を実施する場合の基本的な概念
を示したにすぎず、他の実施例として、第1図に示した
一次、二次および三次過熱器の各配置を入れ替えたり、
それぞれの過熱器を必要に応じて分割することも可能で
ある。さらに、三次過熱器が過熱蒸気の最終段階とせず
、二次または四次としてもよい。高温蒸気を取出す最終
段階の過熱器、すなわちその一部を650〜550℃の
ガス温度域に設けることは本発明に包含される。
〔発明の効果〕
本発明の高温高圧型回収ボイラによれば、高温蒸気によ
る腐食が防止できるため、所定の蒸気を連続的に安定し
て供給でき、タービン効率を高めたプラントの操業が実
施できる。また、安全運転の確保、エネルギーの有効利
用などに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例による高温高圧型回収ボイ
ラの構造図、第2図は、過熱器部のガス温度分布測定図
、第3図は、管表面付着物の区分説明図、第4図は、付
着物を媒体にした5TBA24材の腐食試験結果の説明
図、第5図は、付着物を媒体にした5US304材の腐
食試験結果の説明図、第6図は、過熱器管表面付着物の
熱分析図、第7図は、従来法による高温高圧型回収ボイ
ラの構造図である。 1・・・黒液タンク、2・・・黒液ポンプ、3・・・バ
ーナ、4・・・火炉、5・・・チャーベツド、6・・・
スメルトスパウト、7・・・溶解タンク、8・・・−次
週熱器、9・・・二次過熱器、lO・・・三次過熱器、
13・・・汽缶部、14・・・エコノマイザ。 出願人 バブコック日立株式会社 代理人 弁理士 川 北 武 長 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)パルププラントの蒸解廃液である黒液を燃焼して
    485℃以上の蒸気を発生する高温高圧回収ボイラにお
    いて、高温蒸気を取出す最終段階の過熱器を、運転中の
    ガス温度が650〜550℃である排ガス中に配置した
    ことを特徴とする回収ボイラ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05280704A (ja) * 1992-03-31 1993-10-26 Hitachi Zosen Corp 熱回収ボイラー設備の過熱器配置構造
JPH05280707A (ja) * 1992-03-31 1993-10-26 Hitachi Zosen Corp ごみ焼却炉における熱回収ボイラー設備の過熱器

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JPS60105802U (ja) * 1983-12-23 1985-07-19 株式会社クボタ エンジンのロツカア−ム支持構造

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