JPH03260189A - 黒液噴射装置および黒液回収ボイラ - Google Patents

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］ 本発明は黒液噴射装置および黒液回収ボイラに係り、特
にボイラ火炉内におけるチャーの飛散量を軽減するよう
にした黒液噴射装置および黒液回収ボイラに関する。

［従来の技術〕 製紙プロセスにおける回収ボイラでは、ボイラ火炉内へ
パルプ黒液を、オシレータと呼ばれる噴射分散装置から
加圧噴射し、炉底にチャーベツドを作り出し、炉底から
吹き込む燃焼用空気によりチャーを炉内で燃焼させ、ボ
イラに設けた伝熱管群および水冷壁より燃焼熱を回収し
て蒸気（プロセス用あるいは発電用）を作り出す。最近
になり、ボイラとしての効率アップを目標に、より高温
・高圧の′高価値″の蒸気製造が求められるようになり
、回収ボイラは、黒液からの苛性ソーダの回収のみなら
ず一般の発電用ボイラなみの高機能化が不可欠になって
きている。

第１２図は、回収ボイラ内における概略的な様相を模式
的に描いたものである。黒液は、火炉内へ向かって歳差
的（振り予約）な運動をする噴射分散装置（オシレータ
）１２０２から火炉内へ吹き込まれる。この噴射分散装
置１２０２は、火炉の下方部に向かい合わせに一対設置
されている。

一般に、黒液は比重が約１．５と重く、高粘度（常温で
はほぼ固体）であることから１２０″Ｃ以上まで加熱さ
れて用いられている。このような黒液噴射分散装置は、
火炉内へ挿入されていることもあり、耐久性にすぐれる
構造であることが望ましい。

さて、火炉内へ噴射分散装置１２０２から吹き込まれる
黒液液滴群１２１３は、そのサイズと分散分布（炉底面
に対する黒液液滴の単位面積・単位時間あたりの流束）
が問題となる。黒液液滴群１２１３においてかなり小さ
な液滴が多量に混じるサイズ不均一噴霧の場合、微小粒
子はダストとなって浮遊しボイラの伝熱管群（例えば過
熱器１２０８）へ付着する。付着量が限度を超えるとボ
イラが閉塞してしまい、通常の連続操業が不可能になる
。また、黒液の炉内空間分散量のばらつきが大きすぎる
場合には、炉底上のチャーベンド１２１２の形成が著し
く不安定になる。

すなわち、火炉壁面近くにチャーが集中して堆積し過ぎ
る場合には、１次空気孔１２０３が閉塞したり、チャー
ベツド１２１２が不連続的に崩壊しやすくなるといった
問題が生じる。このような状態では、火炉内における熱
負荷や排ガス成分の変動が増大し、ボイラとしての正常
な機能が果たせなくなる。

以上のように、回収ボイラの性能は、黒液の噴射分散技
術に強く依存している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来式の回収ボイラ用黒液噴射分散装置の噴射分散部分
の構造を第１３図〜第１４図に示す。１３２は黒液加圧
噴射ノズル、１３３は黒液噴出孔であり、黒液１３１は
ノズルより噴射され、放射衝突板１３５に所定角度αで
衝突し、板上を薄い液膜となって拡散しながら、最後は
液滴となって炉内に噴射される。その状況を第１５図に
示すが、扇状にひろがる液滴流内において液滴粒径のば
らつき幅が大きく、粗大な液滴が多い一方で、逆に微小
な液滴も多量に発生する。微小液滴は、回収炉上方部へ
浮遊上昇して付着性ダストとなって伝熱管へ付着する。

このような条件では、火炉が閉塞しやすくなるため、長
期間に及ぶ安定した回収炉の連続運用が不可能になると
いう問題があった。

一方、扇状噴霧の円周方向において、黒液液滴の分散流
量（液滴流束）分布に著しい偏りが生じる。

すなわち、扇状噴霧の両外周端のみに黒液液滴が集中し
てしまい（第１５図に描いたように周端には粗大な液滴
が多い）、この現象が、炉底に安定したチャーベツドが
形成されないという問題を引き起こしていた。以上のよ
うな黒液の噴射分散についての好ましくない特質は、噴
射ノズルを大型化しボイラの大容量化を図る場合により
顕著になる。以上のような問題は、最近になり計画が推
進されている回収ボイラの大容量化、高温高圧化や、高
濃度濃縮黒液の利用（熱効率上有利）といった回収ボイ
ラの技術的進展の前に立ちはだかっている。

本発明の目的は、上記した問題点をなくし、回収ボイラ
の大容量化と高効率運用を促進し、また伝熱管へのダス
ト付着を抑制し、安定した状態で長期間に及ぶ安定燃焼
が可能な黒液噴射装置および黒液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〕

上記した従来技術の課題は、バルブの蒸解廃液である黒
液を噴射する噴射孔を有する噴射ノズルと、該噴射ノズ
ル黒液噴射孔の先端部において噴射孔の中心軸方向に対
し所定の角度傾斜させて設けられ前記噴射された黒液を
液滴として火炉内へ噴射する衝突板とを有する黒液噴射
装置において、前記黒液噴射ノズルの噴射孔を複数個設
は衝突板への黒液の衝突個所を複数個としたことを特徴
とする黒液噴射装置、 およびバルブの蒸解廃液である黒液を火炉内に噴射して
燃焼させる黒液噴射装置を火炉壁に複数個設けるととも
に、火炉への燃焼用空気供給装置を備えた黒液回収ボイ
ラにおいて、前記黒液噴射装置には黒液噴射孔を有する
噴射ノズルと、該噴射ノズルの先端部において噴射孔の
中心軸方向に対して所定の角度傾斜させて衝突板を設け
るとともに、前記噴射ノズルの黒液噴射孔を複数個設け
、衝突板への黒液の衝突個所を複数個としたことを特徴
とする黒液回収ボイラにより解決される。

（作用） 黒液噴射分散装置を大容量の燃料供給装置として利用す
る場合、あるいは高濃度に濃縮して結果的に粘度が著し
く高くなっている黒液を用いる場合、噴射分散装置の円
周方向つまり火炉の炉幅方向に対して黒液の分散流量や
液滴サイズが不揃いになる。

分割された小さな放射衝突面により小容量の黒液を衝突
させるのが、本発明のメカニズムである。

すなわち、厚さがより均一な液膜が衝突面上に形成され
、衝突面のエツジから飛び出す液滴の円周方向に対する
速度分布に偏りのない噴射分散状態となる。

このように、−本の噴射ノズルにおいて黒液を分割して
噴射すれば大容量化に伴う問題は解決される。

〔実施例］ 本発明になる黒液噴射（分散）装置は、いずれも、複数
本に分岐された黒液分岐流路と、黒液の衝突面が黒液分
岐流路と同数に分割されている点に特徴がある。以下に
、３通りの具体例を述べる。

実施例１ 第１図に示す実施例は、黒液流路２を、黒液７の噴出部
において、Ａ−Ａ　’方向視図に示すように放射衝突板
５０面上において２つに分割して２つの分岐管３と黒液
流路４を形成したものである。

分岐管３は、円弧状に曲げられ、黒液７の噴出部は、噴
射分散装置本体１の中心軸方向に対し向きが傾斜してい
る。放射衝突板５は、肉厚の大きな略円板状の綱片であ
り、左右両方の分岐管３の下部に溶接によって固定され
ている。この放射衝突板５の中心線上（噴射分散装置本
体の中心軸）に、さほど高くない液膜分割層６が設けら
れている。

左右の黒液分岐流路４から噴出する黒液７は、放射衝突
板５上で液膜になるが、液膜分割層６は、左右の両液膜
が放射衝突板５上で干渉するのを防止するためのもので
ある。この堰の高さは、黒液分岐流路４の直径の半分程
度である。

このような構成の黒液噴射装置における黒液噴射状況の
スイッチを第５図に示す。

左右の分岐管３から加圧噴射された黒液７は、液膜分割
層６で左右に分割された放射衝突板５の衝突面上でそれ
ぞれの液膜となり、次いで液滴へと分裂する。それぞれ
の衝突面において、液膜の周端、つまり放射衝突板５の
つけ祖と液膜分割層６においてリム（ｒ　ｉｍ）ａが生
じる。このリムａが分裂して生じた液滴すは比較的大き
いが、本実施例では、同じ１本の黒液噴射装置において
、このリムの発生箇所が４通りに分割されることになる
。ちなみに、無対策の従来例（第１５図）では、放射衝
突板１３５の左右両端の２箇所である。

本実施例のように、リムが分割されれば、大容量の噴射
分散装置でしかも高粘度の黒液であってもリムは従来式
よりは細くなり、著しく粗大な黒液液滴が発生するとい
う問題は解決される。これによって、回収ボイラ炉内へ
噴射される黒液の流量分散や液滴のサイズも均一化する
。

実施例２ 第２図に上方からの視図および第３図に側面からの視図
を示す実施例は、黒液流路９を、放射衝突板１５に対し
て垂直方向に２つに分割したものである。主噴出孔１０
の上側には（第３図）分岐噴出孔１２が乗るように、ま
た噴出部の先端は分岐噴出孔１２のそれが主噴出孔１０
のそれよりも前へ突き出るように構成されている。本実
施例においては、主噴出孔１０と分岐噴出孔１２の大き
さはほぼ等しい。放射衝突板１５は、肉厚の大きな略円
板状の鋼片であり噴射分散装置本体８の下部に溶接によ
って接合されている。この放射衝突板１５は、中央部に
おいてθアーθ１　（第３図）の角度だけわずかに折れ
曲がっており、主噴出孔１０からの黒液が衝突する第１
段の衝突面１５−１と、分岐噴出孔１２からの黒液が噴
出する第２段の衝突面１５−２から構成されている。こ
こにθ１およびθ２はそれぞれ第３図に示すように、θ
１・・・主噴出孔の中心軸と第１段の衝突面のなす角度 θよ・・・分岐噴出孔の中心軸と第２段の衝突面のなす
角度 であり、θ２〉θ、の関係がある。

このような構成の黒液噴射装置における黒液噴射状況の
スケッチを第６図に示す。

実施例１では、放射衝突板上の黒液液膜を左右に分割し
たが、本実施例では、黒液１３を噴出方向、つまりいわ
ば縦方向に分割する。分岐噴出孔１２から噴射された黒
液噴流ｌは、放射衝突ｖｉ１５の先端衝突面１５−２に
衝突し液膜となり液滴ｊへと分割する。また主噴出孔１
０から噴射された黒液１３は、放射衝突板１５のつけ根
側衝突面１５−１で液膜となり左右両側に広がり液滴ｊ
へと分裂する。つけ根側の衝突面１５−１上の液膜の中
心部は、先端側の衝突面１５−２上の液膜と干渉し合う
（ｋ）。この干渉の効果によって、従来例（第１５図）
のような液膜中心における細かな液滴１３９の生成が防
止される。細かなｉｓの炉頂部へのキャリオーバは、伝
熱部の閉塞の原因ムこなる。本実施例においても、実施
例１と同様に、黒液のリムｉが少なくとも４箇所以上に
分割されて生成するため、従来式のリム１３６よりは細
（なり、著しく偏った黒液の発生を抑止することが可能
になる。

実施例３ 第４図に示す実施例は、黒液流路１８を、中心軸２７に
沿う主噴出孔２１と、その左右に分割した２本の分岐噴
出孔２５によって構成したものである。この設計例では
、主噴出孔２１の噴出孔断面積と分岐噴出孔２５の２本
分の断面積がほぼ等しい。放射衝突板２２は、前出の２
つの実施例と同様に、略円孤状の厚肉の鋼板であるが、
分岐噴出孔２５から噴出する黒液の衝突する分岐衝突面
２６が左右に設けられている。

このような構成の黒液噴射装置における黒液噴射状況の
スケッチを第７図に示す。

この例は、放射衝突板の衝突面を拡大することにより、
黒液噴射分散装置をかなり大容量化することをねらった
ものである。３箇所の衝突面において、３通りの黒液液
膜が形成され、黒液リムの発生部も少なくとも４箇所以
上に分割される。これによる作用と効果は、前出の実施
例１および２と同様である。

第８図は、火炉幅方向における黒液液滴径ｄｆｆ２の変
化をまとめたもので、本発明の実施例１と従来例（第１
３図、第１４図に構造を示す）の特性を比較したもので
ある。縦軸のｄ３ｔは、中心軸において従来式噴射分散
装置で得られた液滴径ｄ３□。で割り、無次元化して表
しである。従来式の場合、火炉壁側でｄ。、Ｃがかなり
大きい一方で、中央部では小さく、炉幅方向への偏りが
著しい。これに対し、本発明の実施例では、ｄ３２がか
なり均一化され、大きく改善されていることがわかる。

第９図の実験結果は、炉幅方向の黒液分散流量であり、
実施例１と従来例とを比べたものである。

平均液滴径ｄ３□の結果と同様に、実施例１を用いた方
が、火炉内へより均等に黒液を噴射分散できることがわ
かる。

以上のような黒液噴射分散性能の改善効果は、火炉上部
の伝熱管列におけるダスト付着量低減となって表われる
。第１０図は、黒液温度とダスト付着量の関係であり、
本発明の実施例Ｉになる黒液噴射分散装置を使用した場
合と、従来式の装置（第１３図、第１４図に構造を示す
）におけるそれとを比較したものである。ただし、横軸
は標準温度で割られ、また縦軸は標準温度において従来
式を用いた場合のダスト付着量で割られてともに無次元
化されている。一般に、黒液の温度が上がると急激に粘
度が減少するため、細かな液滴が発生しやすくなってダ
スト付着量が増える。従来式では、細かな液滴１３９の
量が増大する（第１５図）。これに対し本実施例では、
第５図に示すように、中央部でも黒液リムａを作り出す
ようにしているために、炉頂部ヘキャリオーバされる液
滴量は少なく、黒液の温度が高くなる条件でもダスト付
着量の増大を抑制することができた。

第１１図の実験結果は、１次空気量に対するダスト付着
量の変化をまとめたものである。従来技術のように、火
炉中央部に細かな液滴が多ければ、それらが炉の上方ヘ
キャリオーバされやすい。そのため、１次空気量の増加
とともにダスト付着量が増えていく。これに対し、炉中
央の液滴径をやや大きくした（第８図）本実施例の場合
は、同じ１次空気量で比較した場合、３０％近くもダス
ト付着量を低減できる。

以上、ダスト付着量評価に限っての２例であるが、本発
明の効果が実証された。本発明の有効性は、特に大容量
化を図った場合や、高粘度の高濃縮黒液を使用する場合
（水分を少なくして回収ボイラの熱効率を向上させるた
め）に、より強く発揮される。

本発明になる装置は、具体的な対象とした黒液噴射（分
散）装置と同様に、分裂する液滴が比較的均一で、小さ
過ぎることもなく、粗大過ぎることもない程度の液滴生
成が必要な技術へ適用することが可能である。例えば、
溶融状態の溶鉱炉からの排出スラグの液滴生成法への応
用が考えられる。溶融スラグは、粘度が高く比重も大き
い点など物性が類僚している点も多い（ただし比重は黒
液よりもかなり大きい）。ただしスラグ粒状化の場合に
は、本発明の対象となった黒液に対する方法のみでは不
十分であり、水流もしくは空気流によって分裂と冷却の
作用を補助してやる必要がある。粒状に成形されたスラ
グは、ハンドリングも容易になり、建材やコンクリート
原料として有効利用される。

〔発明の効果） 本発明を具体化し、実用機へ適用することによる効果を
まとめると以下のようになる。

（１）噴射装置の大容量化を図ることができる。

（２）回収炉内における黒液の空間分散量が一様になる
。これによって、炉底のチャーベツドの状態（層高、温
度等）も安定する。

（３）回収炉内へ噴射分散される黒液液滴径の空間的な
ばらつきが小さくなる。黒液液滴の大きさが、炉内空間
においてより均一化する。

（４）黒液液滴が適切な大きさに均一化される。

これによって、微細な黒液液滴の炉頂部への飛散（キャ
リオーバ）が抑制される。

（５）著しく粗大な液塊状の黒液液滴が生成しなくなる
ため、１次空気量の低減が可能になる。これによって送
風動力も削減できる。

（６）上記（２）、（３）および（５）の効果により、
黒液チャーによる１次空気吹き込み用ノズルの閉塞を防
止できる。

（７）上記（２）、（３）ないしく４）の効果により、
ボイラの伝熱管群へのダスト付着量も著しく低減し、連
続安定操業が可能になる。

（８）上記（２）、（３）ないしく４）の効果により、
スートブローの作動回数を低減できる。これによって、
蒸気消費量を削減できることから、ボイラの効率向上が
達成される。

（９）上記（４）および（７）の効果によってスーパヒ
ータ（過熱器）内の蒸気温度が適正比し、回収ボイラの
高温高圧化が可能になる。

以上のように、本発明を実施することは、回収ボイラの
高温・高圧化すなわち効率向上による高性能化が実現す
るばかりでなく、安定した状態で長期間の連続操業を可
能にするなど運用面における改善効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明になる黒液噴射装置の実施例
構造図、第５図〜第７図は、第１図〜第４図の実施例に
おける黒液噴射の模式図、第８図〜第１１図は、本発明
の効果を示す説明図、第１２図は、回収ボイラ全体の構
造図、第１３図〜第１４図は、従来の黒液噴射装置の構
造図、第１５図は、従来の黒液噴射装置における黒液噴
射の模式図である。 １・・・黒液噴射装置本体、２・・・黒液流路（黒液噴
射孔）、３・・・分岐管（噴射ノズル）、４・・・黒液
分岐流路（黒液分岐噴射孔）、５・・・放射衝突板、６
・・・液膜分割層、７・・・黒液。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルプの蒸解廃液である黒液を噴射する噴射孔を
   有する噴射ノズルと、該噴射ノズル黒液噴射孔の先端部
   において噴射孔の中心軸方向に対し所定の角度傾斜させ
   て設けられ前記噴射された黒液を液滴として火炉内へ噴
   射する衝突板とを有する黒液噴射装置において、前記黒
   液噴射ノズルの噴射孔を複数個設け衝突板への黒液の衝
   突個所を複数個としたことを特徴とする黒液噴射装置。
2. （２）上記黒液の衝突個所ごとに分割された衝突板を設
   けたことを特徴とする請求項（１）記載の黒液噴射装置
   。
3. （３）衝突板上の隣接黒液衝突個所間に分割堰を設けた
   ことを特徴とする請求項（１）または（２）記載の黒液
   噴射装置。
4. （４）パルプの蒸解廃液である黒液を火炉内に噴射して
   燃焼させる黒液噴射装置を火炉壁に複数個設けるととも
   に、火炉への燃焼用空気供給装置を備えた黒液回収ボイ
   ラにおいて、前記黒液噴射装置には黒液噴射孔を有する
   噴射ノズルと、該噴射ノズルの先端部において噴射孔の
   中心軸方向に対して所定の角度傾斜させて衝突板を設け
   るとともに、前記噴射ノズルの黒液噴射孔を複数個設け
   、衝突板への黒液の衝突個所を複数個としたことを特徴
   とする黒液回収ボイラ。
5. （５）上記黒液の衝突個所ごとに分割された衝突板を設
   けたことを特徴とする請求項（４）記載の黒液回収ボイ
   ラ。