JPH0599403A - 回収ボイラおよびその燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回収ボイラの運転中に連続してチャーの飛散
状態を監視し、結果によっては燃焼制御を行い、過熱器
管にチャーが堆積する弊害をなくして常に安定燃焼する
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
こと。 【構成】 火炉頂部に設けた過熱器管のループごとに温
度計を取付け、ループごとの温度検出値により、管ルー
プごとのチャーの付着状況を把握するとともに、チャー
付着の著しい部分に対応する、一次空気供給部への空気
供給量を抑制することにより、チャー付着の少ない安定
した回収ボイラの運転を行う。 【効果】 回収ボイラの長期連続運転が可能となり、ま
た高温高圧回収ボイラの過熱器管の腐食を軽減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回収ボイラおよびその
燃焼方法に係り、特に、クラフトパルプ蒸解廃液である
黒液を燃焼する際にチャー飛散を監視、制御する回収ボ
イラおよびその燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】クラフトパルプ製造工場における回収ボ
イラは、工場の蒸気および電力の発生源として、重要な
装置であり、最近、プラントの省エネルギー化、高効率
化を目標に、７０％以上の高濃度黒液の燃焼および長期
連続操業の達成など、プラントの効率向上が図られてい
る。この回収ボイラで燃焼される黒液は、蒸解薬品であ
るＮａ化合物と、木材中のリグニンや炭化水素といった
有機物が溶け込んだ、燃焼可能な液体である。回収ボイ
ラでは、黒液を燃焼することによって、蒸解薬品と蒸気
の両方を同時に回収することを目的にしているため、特
殊な燃焼方法が採用されている。すなわち、このボイラ
の燃焼ゾーンで回収する薬品の対象がＮａ ₂ Ｓであるた
め、通常の化石燃料のように酸化雰囲気では燃焼させる
ことはできない。したがって、黒液を適当な粒子径の液
滴として炉内に噴射し、乾燥、熱分解させ、生成するチ
ャーを炉底に堆積させていわゆるチャーベッドを形成さ
せることにより、Ｎａ₂ ＳＯ₄ をＮａ₂ Ｓに還元する条
件を作り出す必要がある。このために、燃焼用の空気を
幾つかに分割して供給し、少なくとも炉底部では還元雰
囲気を保つよう設計されている。

【０００３】回収ボイラでは、このような複雑な燃焼方
法をとっているため、炉内に噴射した黒液の液滴が乾燥
して軽くなり、チャーは、燃焼ガスに同伴して燃焼しな
がら炉頂部に飛散する度合いが多い。この飛散したチャ
ーは燃焼するとＮａ化合物の溶融した液滴となり、過熱
器管に付着堆積するので、伝熱効率が著しく低下し、こ
れが進行するとガス流を阻害し、連続操業の期間が短縮
されることになる。このような問題は従来から発生して
おり、いかにして飛散チャーを抑制するかがユーザーな
らびに装置メーカーの大きな課題であった。しかるに、
昨今では、先に述べたように、効率向上の一貫として黒
液濃度を従来の６５％から７０％以上に高めて運転する
ようになったため、大方の回収ボイラにおいて、従来よ
り一段とチャー飛散による連続操業の短縮が顕著になっ
てきた。この理由は、濃度の上昇により、黒液の液滴が
炉内に噴射された際、従来より乾燥速度が速まり、ガス
流に同伴していくチャーが増加したためである。また、
このようにチャーが飛散し易くなると、黒液の噴射条件
または黒液の性状、特に、粘度等の少しの変化が敏感に
影響することになる。

【０００４】従来このような回収ボイラ固有の問題に対
して何ら対策がなされていなかったが、本発明者らの先
の出願（特願平２−２７００２４号）において、過酷な
環境下にある回収ボイラの飛散チャーの濃度分布を求め
てこれを飛散抑制に結び付けるという、画期的な方法が
提案され、回収ボイラのユーザーから歓迎されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法に
おいても、問題が完全に解決されたわけではない。すな
わち、従来では、運転条件をうまく設定したつもりで
も、その効果の確認は、ボイラを停止したときにしかで
きなかったが、上記した方法によれば約３０分で、燃焼
状態とチャー飛散分布との関係を定量的に確認できると
いうメリットがある。しかし、長期的には、木材チップ
の性状、すなわち樹種が変われば、蒸解薬品の添加率も
変わるため、その結果として、黒液の性状、特に、粘度
の変化は避けられない。この黒液の粘度は炉内に噴射し
た際の液滴の粒子径に大きく影響するため重要なファク
ターとなる。したがって、上記した方法であっても、そ
の都度、安定燃焼条件を設定し直さなくてはならないと
いう問題を抱えている。

【０００６】なお、安定燃焼の方法として、上記の黒液
の粘度をコントロールする案が提案されているが、現状
では実用に耐える粘度計がないこと、また、現れたとし
ても、粘度を制御するだけでは、現在どの程度のチャー
が飛散しているかは全く定量することができない。さら
に、安定燃焼の維持が目的で、従来不可能とされていた
炉内のチャーベッドの形状を観察できるモニターが開発
され、実用化の段階になっているが、これとて、単に、
ベッドの形状を確認して、その形状が異常と判断された
とき、修正操作を加える程度であり、その際にチャーが
どの程度飛散しているのか、また、ベッドの形状を修正
したため飛散がどの程度抑制されたのかは、全く判断で
きないものである。

【０００７】本発明の目的は、上記先行技術の問題点を
解決し、回収ボイラの運転中に連続してチャーの飛散状
態を監視し、その結果によっては燃焼制御を行い、常に
安定燃焼を維持することができる回収ボイラおよびその
燃焼方法を提出することにある。

【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、火炉を囲む対向壁に、黒液を噴射
するバーナと、燃焼用空気を供給する１次空気孔、２次
空気孔および３次空気孔をそれぞれ設け、火炉上部に炉
幅方向にわたって複数の過熱器管を並列に設置した黒液
燃焼用回収ボイラにおいて、炉幅方向の複数の過熱器管
に蒸気温度検出用の温度計を設け、この温度計の検出値
を炉幅方向の過熱蒸気の温度分布として画面表示する装
置と、上記検出値に基づき炉幅方向の１次空気量分布を
制御する装置とを設けたことを特徴とする回収ボイラに
関する。

【０００９】第２の発明は、火炉を囲む対向壁に設けた
黒液噴射用バーナにより火炉内に黒液を噴射するととも
に、火炉内に燃焼用空気を供給して、火炉底部にチャー
ベッドを形成して黒液を燃焼させる回収ボイラの燃焼方
法において、火炉上部の炉幅方向に並列に設置された複
数の過熱器に温度計を取付けて炉幅方向の温度分布を検
知することにより、火炉内黒液の燃焼状態を監視し、火
炉内への供給空気量を制御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】第３の発明は、火炉を囲む対向壁に設けた
バーナにより火炉内に黒液を噴射し、火炉内へ燃焼用空
気を供給して黒液を燃焼させる回収ボイラの燃焼方法に
おいて、火炉上部の炉壁方向に並列に設置された複数の
過熱器に温度計を取付けてこの検出値により蒸気温度の
分布を推定し、これに基づき炉内黒液の燃焼状態を監視
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】回収ボイラにおいては、特殊な燃焼のため、前
述のように黒液が乾燥、熱分解して生成するチャーの一
部が燃焼ガスに同伴され、燃焼しながら飛散する。燃焼
残渣は溶融したＮａ化合物で、付着力が強く、炉頂部の
過熱器管群に衝突すれば、付着堆積する。通常、安定に
運転されている場合は、付着物は管表面では冷却されて
固化しており、堆積が進むに連れて、ガス温度または炉
底の燃焼部からの放射熱により、その外表面は溶融さ
れ、付着力と自重とのバランスを保つべく、余分の溶融
付着物は炉底へ流れ落ちる。

【００１２】ところが、燃焼の安定を欠き、炉断面の一
部または全面に、甚だしいチャーの飛散が生じた場合、
燃焼ガスの温度の上昇と同時に、溶融Ｎａ化合物の付着
も甚だしくなり、付着したチャーが伝熱管上で再燃焼す
るため、通常のときに較べて管の付着物の層厚さが薄く
なる。この結果、過熱器管、特に輻射伝熱を受ける部位
では、通常の場合より、溶融付着物層を通しての熱伝導
が著しく高まり、管内蒸気温度の上昇現象が見られるこ
とになる。この現象は、透明度の高いＮａ化合物の溶融
物である回収ボイラの特徴ともいえる。したがって、過
熱器管の環境の最も良好な位置に熱電対を取付けること
により管内蒸気温度の上昇を検知すれば、どの位置でチ
ャーの飛散が多いかを通常の運転中に監視、把握できる
ことになる。この情報を得ることができれば、燃焼改善
のための指示、制御が容易に可能となる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明を一実施例により詳細に説明す
る。図１０は、典型的な回収ボイラの縦断面を示したも
のである。黒液はバーナ１から火炉２内に噴射され、乾
燥、熱分解されチャーとなり、炉底へ落下し、チャーベ
ッド３を形成する。このベッドの形成は、全空気量の約
半分を１次空気孔４から供給し、残りの空気の大半を２
次空気孔５から供給することにより作り出される。この
安定したチャーベッドのため、前述した、Ｎａ₂ ＳＯ₄
のＮａ₂Ｓへの還元が効率よく達成される。また、残り
の空気は、３次空気孔６から供給することで、未燃分の
完全燃焼を行うよう設計されている。チャーの飛散は、
このような複雑な燃焼法によるため、ある程度は避けら
れない宿命を持っている。炉底から飛散したチャー７
は、炉頂部に設けられた過熱器管８に衝突し、付着堆積
することになるが、最も温度の影響を受け易く、かつ、
溶融物の付着、脱離が激しい位置は、過熱器管底部のベ
ンド部、すなわち、図中で示したＡ〜Ｆ部である。そこ
で、これらのベンド部から立ち上がり、直管部がペント
ハウスに抜出た炉頂部のベンド部、すなわち、ａ〜ｆ部
に、それぞれ熱電対を取付け、蒸気温度を測定できるよ
うにした。なお、過熱器管はボイラの仕様により差があ
るが、通常では、炉幅方向（紙面と直角方向）に数十本
配置されるため、例えば、２０本あれば、ａの位置に
は、２０本の熱電対を取付けることになる。このように
して、炉幅方向の温度分布を測定した値を図２に示す。

【００１４】この測定例は、図１０のｄの位置で過熱器
管の列数は２０本の場合である。蒸気温度の分布を見る
と、左右の両サイドの温度が、中央部に較べて若干低く
なっている。しかし、燃焼ガスの温度を測定しても、両
サイドは低い傾向にあるため、ほぼ均等であると見なせ
る。このときの、炉底からのチャーの飛散量を付着性ダ
ストとして測定した結果が、図３である。測定位置は、
図１０の過熱器管ベンド部Ｄの約１．５ｍ下の検査孔か
ら、先に述べた、本発明者らの提案による先の出願に係
る方法で測定した。図において付着性ダスト量は、炉幅
方向で大きな差は見られない。

【００１５】図４は、同じボイラで黒液の燃焼負荷を通
常の１００％から１２０％に上げた際の、過熱器管ｄ部
で測定した蒸気温度である。図において、先の図２の測
定値に較べて、缶右側の温度が異常に高くなっているこ
とがわかる。また図５は、同時に測定した炉幅方向の付
着性ダスト量の分布であるが、図４に示した蒸気温度の
偏りに対応して缶右側の付着性ダスト量が著しく増大し
ていることがわかる。

【００１６】以上の測定結果から明らかなように、先に
予測したとおり、黒液の燃焼状態が不安定になると、燃
焼ゾーンから飛散するチャーが多くなり、伝熱管表面へ
の溶融Ｎａ化合物の付着が激しくなり、これが管上で再
燃焼して、メタル温度を通常以上に高めるため、その結
果、蒸気温度をも上昇させることになることが如実に確
認できた。図４および図５の場合は、黒液負荷を上げる
際、当然燃焼用空気量も増やすわけだが、空気のバラン
スが崩れて、缶右側の空気が多く供給されたことによる
ものである。

【００１７】図６は、上記の測定結果が１次空気量の左
右のバランスが崩れたためであると判断し、缶右側の空
気量を絞り込み調整を行った結果を示すもので、同じく
過熱器管ｄ部の炉幅方向の蒸気温度である。この調整が
適切であったことは、蒸気温度の均等化が図られている
ことが証明している。これを裏付けるべく付着性ダスト
の測定結果を図７に示したが、これも先の図３と同様、
付着ダスト量が低減し、かつ、左右対象に安定化されて
いることがわかる。

【００１８】以上、本実施例によれば、回収ボイラにお
ける黒液燃焼の安定、不安定は、過熱器管の天井部に熱
電対を取付け、この温度を測定監視することにより、非
常に簡単、迅速に最適燃焼条件に設定することができ
る。また、上記実施例では温度検出を過熱器管ｄを代表
させたのみであるが、次にａ〜ｄまでの全数に熱電対を
取付け、それらの温度分布をＣＲＴ画面に表示したもの
を図８に示す。この実施例は、図４で示した黒液燃焼条
件と同じ１２０％負荷で運転したときのものである。ａ
〜ｄに配置されている過熱器管は炉底からの輻射熱を受
ける部分である。画面上に斜線で示した部分は、標準温
度に対して１０℃以上高くなっていることを示してい
る。このことは缶右側において、付着性ダストが多量に
飛散していることを意味している。先に説明した図４で
は、管配列ｄのみの温度分布であったが、管配列をａ、
ｂおよびｃと増やして同時測定を行うことにより、過熱
器管部の面としての温度分布をつかむことができる。

【００１９】なお、上記の標準温度とは、黒液燃焼負荷
により、ガス温度が異なること、さらには運転が長期に
なると、管の汚れによる蒸気温度の変化あること等をデ
ータとしてコンピュータに取込んでおき、運転条件の変
化に対応した標準温度をベースとして採用することにな
る。このような補正を考慮することにより、ＣＲＴの画
面上の温度分布の変化は、常に、異常なダストのキャリ
オーバーのみによって現れるようになる。

【００２０】図９は、図８の温度分布から、缶右側の部
分にキャリオーバーが発生していると判断し、燃焼用空
気の調整を行った結果である。標準温度より１０℃以上
高い部分が全く現れていなく、ダスト飛散抑制の効果が
現れたことを示す。図１は、本発明による回収ボイラの
最適なフローを示すものである。図１０と重複するが、
蒸気温度を測定する対象は、炉底からの輻射熱を最も受
け易い過熱器管８とし、これに属する管群の頂部９に１
個ずつの熱電対を取付け、これらを集めて処理回路１０
に取込む。ここでは、運転状態により定めた標準値と逐
次取込む実測値の差を演算し、これをＣＲＴ画面１１に
表示する。これと同時に、許容値である１０℃を超える
部分に対応する空気孔への信号を制御器１２に送り、こ
こから、１次空気孔４に供給する空気量を流量計１３と
の連携で１次空気用ダンパ１４を作動させることにより
調整する。これらの操作は、蒸気温度と標準温度との差
が１０℃以下になるまで繰返されるので、自動的に安定
燃焼が維持されることになる。

【００２１】

【発明の効果】従来技術では、黒液の燃焼状態の結果と
して現れるチャーの飛散状態を刻々と表わせるものはな
く、運転員の勘と経験によるものであった。しかし、本
発明によれば、即座に難燃性黒液の燃焼状態が運転中に
監視でき、かつ制御可能になった。したがって、従来の
ように、ボイラを止めるまでは運転の良否がわからなか
ったことを考えると、長期連続運転の延長に大きく貢献
できることになる。

【００２２】このように新しい機能が追加されるととも
に、回収ボイラの最大の課題であった連続操業の延長に
よるランニクグコストならびに生産向上による利益は非
常に大きい。また、これ以外の効果として、蒸気温度が
５００℃以上のボイラになると、過熱器管の高温腐食が
発生する雰囲気になることから、異常なキャリオーバー
による蒸気温度の上昇は即メタル温度の上昇を意味する
ため、本発明による蒸気温度の連続的な監視と制御は腐
食問題を著しく軽減し、予防にも大きく貢献することに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の回収ボイラの一実施例を示す
フローシート図である。

【図２】図２は、回収ボイラにおける通常運転時の蒸気
温度の分布を示す測定例図である。

【図３】図３は、図２と同様通常運転時の付着性ダスト
の測定例図である。

【図４】図４は、回収ボイラにおける負荷変動後の蒸気
温度の分布を示す測定例図である。

【図５】図５は、図４と同様負荷変動後の付着性ダスト
の測定例図である。

【図６】図６は、本発明の実施例における安定化操作後
の蒸気温度の分布を示す測定例図である。

【図７】図７は、図６と同様の安定化操作後の付着性ダ
ストの測定例図である。

【図８】図８は、負荷変動時の蒸気温度のＣＲＴ表示画
面図である。

【図９】図９は、本発明の実施例における安定化操作後
の蒸気温度の分布を示すＣＲＴ表示画面図である。

【図１０】図１０は、本発明の対象である従来の回収ボ
イラの縦断面図である。

【符号の説明】

１…バーナ、２…火炉、３…チャーベッド、４…１次空
気孔、５…２次空気孔、６…３次空気孔、７…飛散チャ
ー、８…過熱器管、９…温度測定部、１０…処理回路、
１１…ＣＲＴ、１２…制御器、１３…１次空気流量計、
１４…１次空気用ダンパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幸田 文夫 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火炉を囲む対向壁に、黒液を噴射するバ
   ーナと、燃焼用空気を供給する１次空気孔、２次空気孔
   および３次空気孔をそれぞれ設け、火炉上部に炉幅方向
   にわたって複数の過熱器管を並列に設置した黒液燃焼用
   回収ボイラにおいて、炉幅方向の複数の過熱器管に蒸気
   温度検出用の温度計を設け、この温度計の検出値を炉幅
   方向の過熱蒸気の温度分布として画面表示する装置と、
   上記検出値に基づき炉幅方向の１次空気量分布を制御す
   る装置とを設けたことを特徴とする回収ボイラ。
2. 【請求項２】 火炉を囲む対向壁に設けた黒液噴射用バ
   ーナにより火炉内に黒液を噴射するとともに、火炉内に
   燃焼用空気を供給して、火炉底部にチャーベッドを形成
   して黒液を燃焼させる回収ボイラの燃焼方法において、
   火炉上部の炉幅方向に並列に設置された複数の過熱器に
   温度計を取付けて炉幅方向の温度分布を検知することに
   より、火炉内黒液の燃焼状態を監視し、火炉内への供給
   空気量を制御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】 火炉を囲む対向壁に設けたバーナにより
   火炉内に黒液を噴射し、火炉内へ燃焼用空気を供給して
   黒液を燃焼させる回収ボイラの燃焼方法において、火炉
   上部の炉壁方向に並列に設置された複数の過熱器に温度
   計を取付けてこの検出値により蒸気温度の分布を推定
   し、これに基づき炉内黒液の燃焼状態を監視することを
   特徴とする回収ボイラの燃焼方法。