JPH05230785A - 回収ボイラおよびその燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 火炉内の黒液燃焼を平準化し、過熱器部の腐
食減肉を最小とするための客観的データを計測すること
により、運転調整および操作を適切に行うことができる
回収ボイラおよびその燃焼方法を提供する。 【構成】 ボイラ火炉１の炉底壁開口から１次空気を供
給し、その上方の炉壁開口からチャーベット１２の頂部
を平坦にする２次空気をダンパ６ｂを介して供給し、２
次空気開口よりも上方の炉壁に設けた黒液噴霧器８から
黒液を噴霧し、さらにその上方の炉壁開口から３次空気
をダンパ７ｂを介して供給する回収ボイラの燃焼方法に
おいて、火炉出口に設けた過熱器２の出口蒸気温度の偏
差が所定値を越えた場合に、３次空気ダンパ７ｂおよび
２次空気ダンパ６ｂを絞り、空気元圧を増して供給空気
の流速を増して火炉内燃焼の均一化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は回収ボイラおよびその
燃焼方法に係り、特にパルプ工場から排出される黒液と
称する廃液を焼却するボイラに好適に実施できる回収ボ
イラおよびその燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】クラフトパルプは木材チップを蒸解液で
蒸解して木材中の繊維素（パルプ）を分離することによ
り作られるが、この過程において黒液と称する廃液が多
量に生ずる。この黒液は通常１５〜１８％の固形分を含
有し、乾燥固形物の発熱量は３４００〜３６００ｋｃａ
ｌ／kg程度である。この黒液燃焼ボイラの形式にトムリ
ンソン式がある。トムリンソン式ボイラの例を図１を用
いて説明するが、ボイラは火炉１、１次過熱器２、２次
過熱器３および蒸発水管１０などからなるボイラ耐圧部
本体と、黒液噴霧器（オッシレータ）８および燃焼用空
気としての１次、２次、３次空気導入設備５、６、７な
どから構成されている。

【０００３】黒液噴霧器８は黒液Ｌを粗粒状で噴霧し、
噴霧された黒液は火炉１を横断して対向する壁面に付着
して炉内の放射熱により乾燥される。壁面で乾燥の際に
黒液内部には多数の気泡が生じ、乾燥した多孔質の固形
分（チャー）は順次壁面より剥がれて炉底に落下してチ
ャーベット１２を形成する。チャーベットを形成した固
形分はこの炉底において燃焼する。１次空気は、炉底近
辺の前後壁および両側壁に形成した一次空気流入ダクト
５から供給される。チャーベットの燃焼によりスメルト
と称する溶融分が生じ、スメルトスパウト１４を経て炉
外に排出され、チャーベット内の還元作用によりＮａな
どの有用な物質（薬品）を回収する。

【０００４】上記ボイラにおいて、黒液燃焼時は火炉１
内で平準化した燃焼状態とすることが肝要であるが、そ
の調整は黒液噴霧器８の上下、左右の振り角度調整と燃
焼用空気としての１次、２次、３次空気の配分の調整な
らびに炉底チャーベットの形状と炉底から炉外に取出す
スメルトの流れ状態等を観察しながら実施しているのが
実情であり、客観的に炉内黒液の燃焼状態のアンバラン
スを把握する手段はとられていない。ちなみに火炉内は
濃厚なチャー粉末の散乱で大吹雪状態に似たものとなっ
ていて、火炉内を見通すことは困難であり、目視による
燃焼状態の把握は困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は火炉内
の燃焼状態の平準化については黒液噴霧器（オッシレー
タ）の左右、上下の振り角度の調整および燃焼用１〜３
次空気量の配分調整により行われており、あとは目視観
察に頼ざるを得ず調整員の技量に負うところが大きい。

【０００６】黒液回収ボイラにおいては燃焼排ガス中に
含有されるダスト中の腐食成分（Ｎａ₂ ＳＯ₄ 、ＮａＣ
ｌ、ＫＣｌ、Ｋ₃ Ｎａ（ＳＯ₄ ）₂ 等）による共融塩腐
食が問題であり、特に管壁温度が５００℃を超えると顕
著に現れる。黒液燃焼回収ボイラにおいても、ボイラの
熱効率向上を目的として高温、高圧化が図られており、
蒸気圧力６０〜８０kg／cm² ・ｇ、蒸気温度４５０〜４
８０℃の仕様では炉内のアンバランス燃焼により部分的
に高負荷ゾーンを形成し過熱器が５１０℃以上の管壁温
度となり、かつ高ダスト濃度となる部分が存在し短期間
で腐食減肉が進行し最悪の場合噴破開孔に到る場合があ
る。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
なくし、火炉内の黒液燃焼を平準化し過熱器部の腐食減
肉を最小とするための客観的データを計測することによ
り、運転調整および操作を適切に行う回収ボイラおよび
その燃焼方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、炉底周壁から１次空気を供給する
１次空気供給装置と、炉底に形成したチャーベット頂部
を平坦に形成するとともに１次空気とともにチャーベッ
トを台形に形成するための２次空気をチャーベット頂部
付近の炉壁から供給する２次空気供給装置と、該２次空
気供給装置よりも上方の火炉壁に設けた黒液噴射装置
と、その上方火炉壁に設けた３次空気供給装置と、火炉
上方に設けた過熱器とを備えた黒液燃焼用回収ボイラに
おいて、過熱器における蒸気温度の偏差量を検出する蒸
気温度計測装置と、該蒸気温度計測装置の計測結果に基
づき３次空気供給装置および／または２次空気供給装置
のダンパ開度を調整する装置を設けたことを特徴とする
回収ボイラに関する。

【０００９】本願の第２の発明は、ボイラ火炉の炉底に
形成するチャーベットを還元雰囲気で燃焼する回収ボイ
ラの炉底周壁から１次空気を供給し、その上方のボイラ
前後壁開口からチャーベット頂部を平坦に形成する２次
空気をダンパを介して供給し、前記ボイラ前後開口より
も上方の炉壁に設けた黒液噴霧器から黒液を噴霧し、さ
らにその上方の左右側壁から３次空気をダンパを介して
供給する回収ボイラの燃焼方法において、ボイラ火炉上
部に配置された過熱器出口蒸気温度を炉幅方向の少なく
とも３点において計測し、その計測値に基づき３次空気
供給ダンパおよび／または２次空気供給ダンパ開度を調
整することを特徴とする回収ボイラの燃焼方法に関す
る。

【００１０】本願の第３の発明は、ボイラ火炉の炉底に
形成するチャーベットを還元雰囲気で燃焼する回収ボイ
ラの炉底壁から１次空気を供給し、その上方のボイラ壁
開口からチャーベット頂部を平坦に形成する２次空気を
ダンパを介して供給し、前記ボイラ壁開口よりも上方の
炉壁に黒液噴霧器から黒液を噴霧し、さらにその上方の
炉壁から３次空気をダンパを介して供給する回収ボイラ
の燃焼において、ボイラ火炉出口部に設けた過熱器出口
蒸気温度の偏差量が設定値を超えた場合に、３次空気供
給口および／または２次空気供給口における空気流速を
増速して供給することを特徴とする回収ボイラの燃焼方
法に関する。

【００１１】

【作用】黒液燃焼は火炉前壁または前壁と後壁に設けら
れた黒液噴霧器（オッシレータ）が黒液を噴射しながら
水平方向と上下方向に首振りする。首振り量は噴霧器の
調整により可変できる。また燃焼用１〜３次空気も各々
のダンパ開度により空気量の調整が可能である。以上の
調整具合は過去の運転実績によりある範囲で決まってお
り通常は火炉内の異常なアンバランス燃焼は生じない。

【００１２】しかしながらボイラ固有の特性があるため
上述の各部調整装置の調整具合で異常なアンバランス現
象が生じることが判明している。異常なアンバランス現
象が生じた場合火炉内で高負荷部と低負荷部が存在する
ことになりガス温度アンバランスと飛散ダストのアンバ
ランスが必然的に出るため後続の過熱器部の熱吸収量が
大きく変化する。すなわち過熱器出口蒸気温度が缶左右
方向で差異が出ることがわかった。

【００１３】缶左右方向の１次過熱器管出口部の非加熱
部（１次過熱器管寄せ付近でペントハウス内）に炉幅方
向に３点以上の蒸気温度計測装置を設け、平均蒸気温度
と各部蒸気温度との偏差を演算させ、その蒸気温度偏差
信号を１、２および３次空気配分指令（設定信号）に乗
算器または加算器を介して取込んで修正を加え、適正空
気配分指令信号を各調節計に与えることにより、火炉内
の均一燃焼を得ることが可能となる。本蒸気温度偏差信
号は単純に乗算（または加算）するのではなく比率設定
器によりある係数を掛けた上で１〜３次空気配分指令信
号に取込むもので優先順位がつけられる。すなわち実績
的な面から３次空気、２次空気、１次空気の順位で空気
量を自動調節可能なようにする。

【００１４】以上の制御ループとすることにより炉内均
一燃焼が図れ、過熱器の熱吸収にアンバランスがなくな
り、かつ高ダスト濃度ゾーンもなくなるため安定運転が
可能となり、過熱器の長寿命化が期待できる。少なくと
も１カ年で腐食減肉開口噴破となるようなトラブルは避
けることができる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明を適用した黒液回収ボイラの
全体図である。図において、黒液回収ボイラ本体は黒液
が燃焼するに必要な火炉１、過熱蒸気を得るための１次
過熱器２および２次過熱器３を火炉上部に有する。また
黒液の燃焼を良好に維持するための黒液噴霧器（オッシ
レータ）８が火炉壁に設備されており噴霧された黒液の
燃焼と火炉底部に台形状に形成されるチャーベット１２
（黒液中の水分が除去されチャーの状態となって堆積し
たもの）の還元燃焼を行うため、燃焼空気を火炉底部か
ら上部まで３段階に分けて流入させる必要があり、その
ための１次空気流入ダクト５、２次空気流入ダクト６お
よび３次空気流入ダクト７を設備している。また火炉１
内のアンバランス燃焼を把握するため１次過熱器出口管
非加熱部に炉幅方向に３個所以上に熱電対４を取付けた
蒸気温度計測装置９を設ける。図２は、蒸気温度計測用
熱電対取付位置を示す図である。この蒸気温度計測装置
９は演算機能を持ち平均蒸気温度と各部の蒸気温度との
蒸気偏差信号を図５に示す燃焼制御ループ回路に入れ２
次空気、３次空気の適正配分を行い、火炉内での均一燃
焼を図るものである。

【００１６】火炉内への燃焼用空気の供給系統図を図３
に、１次空気、２次空気、３次空気の供給量制御系統を
図４に示す。１次空気は全空気量の３０〜５０％であ
り、チャーベットを高温に保持し、溶融スメルトがスム
ースに炉底を流れるに充分な温度を与えるとともに、後
述の２次空気によって１次空気で吹上げられて台形堆積
の上面に積もったチャーを吹きならしチャーベットの形
状を台形に整える。次にチャーベット１２内部での還元
作用を効果的に行うためにはチャーベット１２の表面温
度を高め、かつ温度分布が均一であることが好ましい。
このためにはチャーベット１２の形状は図１のごとく頂
部が平坦な略台形に形成し、頂部全体が平均して燃焼す
るよう構成する。ボイラの前後壁に設けた開口より供給
される２次空気は炉内に流入し、炉壁に付着した黒液の
乾燥と燃焼を行わせるもので全空気量の３０〜４０％が
供給されるが、１５０〜２００mgＡｑの比較的高い風圧
で炉内噴射されるので、チャーベット１２の頂部を平坦
にする作用も営む。この場合２次空気は図４のごとくボ
イラ本体の対向する壁面に非対称に設けた開口から噴射
するが、対向する壁面から噴射する２次空気の噴射中心
は各々一致しないよう、つまり非対称に噴射する。これ
により２次空気は炉内に均一に供給されチャーベット１
２の燃焼を良好に行うとともに、チャーベット１２の上
端部に平均に噴射されてチャーベット上部を平坦にして
全体を台形に整形する。

【００１７】図４に示すように３次空気はオッシレータ
８の上方から２次空気と同様の約１５０〜２００mgＡｑ
の風圧で供給され、炉内を強力に攪拌しながらチャーベ
ットから上昇する未燃分含有ガスで上記２次空気供給口
が放射状に拡散する流れなので、その放射流れの根本の
開口付近から漏出する未燃分を完全に燃焼させる。３次
空気は全体の空気量の２０〜３０％である。３次空気も
前述の２次空気と同様に対向する壁面から非対称に噴射
されるが、２次空気を噴射する壁面とは相違させる。こ
れにより炉内の燃焼用空気の分散状態はさらに均一化さ
れ、少ない空気量で燃焼ガスと良好に混合される。

【００１８】以上のように燃焼用空気を供給して回収ボ
イラを運転中に、１次過熱器出口蒸気温度計測装置９の
測定値間に、設定値以上の温度偏差が生じた場合には、
３次空気をまず調整し、それでもまだ偏差が設定値を超
える場合は２次空気を調整する。２次空気調整でも不充
分の場合は１次空気量を調整する。次に空気量調整の仕
方であるが、基本的には温度が高い過熱器伝熱管部位置
に対応する空気手動ダンパ（３次空気では７ｂ、２次空
気では６ｂ、１次空気では０ｂ（図４））を閉方向に調
整するが、この際空気調整ダンパ７ａ、６ａ、５ａ（図
４）を開方向に操作することにより風量確保を図ってい
るので、閉方向に作動したダンパからの空気は流速が増
加し貫通力が増加するので、炉内燃焼ガスとの混合が均
一化され、１次過熱器蒸気温度の均一化が達成される。
なお、上記とは反対に、温度が低い位置に対応する空気
ポートの手動ダンパを開方向に調整しても過熱器におけ
る蒸気温度、すなわち火炉内の燃焼の均一化を達成でき
る。

【００１９】前記実施例とは別に、火炉上方に設けた過
熱器出口の蒸気温度の偏差が設定値を超えた場合、３次
空気ポートの手動ダンパ７ｂをすべて閉方向に操作する
とともに、３次空気供給ダクトの空気調整ダンパ７ａを
開方向に操作してダンパ７ｂへ供給する空気圧を上げ
る。こうすることにより手動ダンパ７ｂを通過する空気
量を減少させることなく、流速を上げて火炉内への貫通
力を増加させる。このようにすることにより、黒液の燃
焼アンバランスをなくし、均一化することができ、過熱
器蒸気温度のアンバランスが低減される。

【００２０】上記操作によっても過熱器蒸気温度の偏差
が充分には解消されない場合は、３次空気の場合と同様
に、２次空気ポートの手動ダンパ６ｂをすべて閉方向に
操作し、２次空気調整ダンパ６ａを開方向に操作して火
炉内へ投入される２次空気速度を上昇させ、黒液の燃焼
によって生じる飛散チャー（ダスト）量を低減するとと
もに、炉底のチャーベットの形状を均一化する。この結
果、過熱器へ付着するダスト量も低減し、過熱器の熱吸
収アンバランスが低下し、かつ腐食性物質の付着量が少
なくなるので、過熱器管の腐食進行速度が抑制される。

【００２１】以上述べたように、過熱蒸気温度のアンバ
ランス発生時には、まず３次空気ダンパ制御を行い、そ
れでも充分でない場合に２次空気ダンパ制御を行うのが
基本であるが、炉底チャーベット形状の不均一および飛
散チャー量が多い場合には、２次空気ダンパ調整を３次
空気に優先することも行う。火炉内での黒液燃焼は適正
な黒液の噴霧状態と火炉内に流入する１〜３次空気の流
入量および流入速度を適正に維持することが必要であ
る。過去の実績により黒液噴霧器８の設計、上下左右の
振り角度および１〜３次空気の流入量と流入速度は運転
マニアルでほぼ確立されている。

【００２２】しかしながら各ボイラの固有の特性により
上述のマニアルで設定しても異常なアンバランス燃焼が
生じる場合があり、通常ボイラに設備された監視装置お
よび目視による燃焼観察ではこの異常現象は把握できな
いのが実情である。本発明による過熱器出口蒸気温度計
測装置９により缶左右のアンバランス状態が把握可能と
なり、正常運転に戻すべく黒液噴霧器８の振り角度調整
と１〜３次空気の自動適正配分調整が可能となる。本発
明を適用することにより、調整前の１次過熱器出口蒸気
温度の偏差が約１００℃あったものが調整後４０℃以下
になった。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、回収ボイラ火炉内での
異常なアンバランス燃焼を避けることができるので安定
したボイラの運転が可能となる。黒液回収ボイラは通常
の油−ガス焚ボイラと異なり燃焼排ガス中に多量の腐食
成分（Ｎａ₂ ＳＯ₄ 、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｋ₃ Ｎａ（Ｓ
Ｏ₄ ）₂ 等）を含み特に過熱器部の腐食減肉に対し過酷
であるため、過熱器管壁温度を設計計画値以上とならぬ
ようにすることが肝要である。本発明により火炉内の燃
焼が均一化され、過熱器にとっても異常な管壁温度とな
ることがなく、長寿命化（数年以上）が図れる効果があ
る。したがって、黒液回収ボイラの高温、高圧化が可能
となり、ボイラ効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を適用した黒液回収ボイラの全
体図である。

【図２】図２は、１次過熱器出口蒸気温度計測用熱電対
取付け図である。

【図３】図３は、火炉内への燃焼用空気供給系統図であ
る。

【図４】図４は、１次、２次、３次空気の供給量制御系
統図である。

【図５】図５は、蒸気温度計測装置からの偏差信号によ
る燃焼制御ループ図である。

【符号の説明】

１…火炉、２…１次過熱器、３…２次過熱器、４…熱電
対、５…１次空気流入ダクト、６…２次空気流入ダク
ト、７…３次空気流入ダクト、８…黒液噴霧器（オッシ
レータ）、９…蒸気温度計測装置、１０…蒸発水管、１
２…チャーベット、１４…スメルトスパウト。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉底周壁から１次空気を供給する１次空
   気供給装置と、炉底に形成したチャーベット頂部を平坦
   に形成するとともに１次空気とともにチャーベットを台
   形に形成するための２次空気をチャーベット頂部付近の
   炉壁から供給する２次空気供給装置と、該２次空気供給
   装置よりも上方の火炉壁に設けた黒液噴射装置と、その
   上方火炉壁に設けた３次空気供給装置と、火炉上方に設
   けた過熱器とを備えた黒液燃焼用回収ボイラにおいて、
   過熱器における蒸気温度の偏差量を検出する蒸気温度計
   測装置と、該蒸気温度計測装置の計測結果に基づき３次
   空気供給装置および／または２次空気供給装置のダンパ
   開度を調整する装置を設けたことを特徴とする回収ボイ
   ラ。
2. 【請求項２】 ボイラ火炉の炉底に形成するチャーベッ
   トを還元雰囲気で燃焼する回収ボイラの炉底周壁から１
   次空気を供給し、その上方のボイラ前後壁開口からチャ
   ーベット頂部を平坦に形成する２次空気をダンパを介し
   て供給し、前記ボイラ前後壁開口よりも上方の炉壁に設
   けた黒液噴霧器から黒液を噴霧し、さらにその上方の左
   右側壁から３次空気をダンパを介して供給する回収ボイ
   ラの燃焼方法において、ボイラ火炉上部に配置された過
   熱器出口蒸気温度を炉幅方向の少なくとも３点において
   計測し、その計測値に基づき３次空気供給ダンパおよび
   ／または２次空気供給ダンパ開度を調整することを特徴
   とする回収ボイラの燃焼方法。
3. 【請求項３】 ボイラ火炉の炉底に形成するチャーベッ
   トを還元雰囲気で燃焼する回収ボイラの炉底壁から１次
   空気を供給し、その上方のボイラ壁開口からチャーベッ
   ト頂部を平坦に形成する２次空気をダンパを介して供給
   し、前記ボイラ壁開口よりも上方の炉壁に黒液噴霧器か
   ら黒液を噴霧し、さらにその上方の炉壁から３次空気を
   ダンパを介して供給する回収ボイラの燃焼方法におい
   て、ボイラ火炉出口部に設けた過熱器出口蒸気温度の偏
   差量が設定値を超えた場合に、３次空気供給口および／
   または２次空気供給口における空気流速を増速して供給
   することを特徴とする回収ボイラの燃焼方法。