JPH07507849A - 使用済み液体の回収ボイラーにおける熱回収方法および装置 - 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】 使用済み液体の回収ボイラーにおける熱回収方法および装置本発明は、ボイラー 壁がボイラーの水／蒸気循環装置に連結された水冷管によって形成されているソ ーダ回収ボイラーのような使用済み液体を回収するボイラーにおいて熱を回収す るためにパルプ工業で使用される方法および装置に関する。

ソーダ回収ボイラーにて行われる蒸解化学薬品の回収および再生は、バルブ製造 処理に欠くことのできない部分である。使用済み液体中に溶解された有機物質は 燃焼され、これによって熱を発生し、この熱が蒸気の発生に使用される。無機物 質すなわち使用済み液体中に含有される灰は、ソーダ回収ボイラー内を占める高 い温度で溶融され、溶融物として炉底部へ流下される。ソーダ回収ボイラーは蒸 気ボイラーとしても作用し、燃焼時に放出された熱は、主にボイラー壁に内張す されている水管により蒸気として、またボイラー上部に配置された過熱器により 例えば４５０〜ｂ る。ソーダ回収ボイラーの炉内では、温度はしばしば１０００℃を越えて非常に 高く上昇し、これにより炉内状況はこの温度と、使用済み液体中に含有されるア ルカリおよび硫黄の化合物とによって著しい腐食性となる。

このような特殊な環境はソーダ回収ボイラー構造に対して構造的な要求を定める のであり、これらの要求は従来の発電ボイラーに定められたものとは異なる。

それ故に使用されている炉構造では、管の温度が腐食に適したレベルにまで上昇 することを防止するために、炉底部および壁部の全体が水冷されている。

炉の下部およびソーダ回収ボイラーの底部は水冷管で構成されており、これらの 水冷管はボイラーの加圧部分の一部を構成している。炉の底部および下部の構造 により、底部の管内には水の自然循環が生じ、すなわち密度の差によって循環が 行われる。ボイラーの水は高圧且つ例えば３００℃を越える温度で、炉底部の下 方で分配バイブへ導かれ、そこから水は更に底部管および壁管へ分配される。

炉下部では、水は先ずほぼ水平か−Ｅ方へ向いて斜めに流され、次ぎに全ての管 を通（５てボイラー上部へ向けて更に上方へと流される。

自然循環は炉およびボイラー底部の構造に制約を与える。何故なら、全ての管は 立ち上げられるか、垂直とされねばならないからである。更に、この自然循環構 造は、溶融物の排出開口および空気口の自由な配置および形状を複雑化させる。

適当な水循環はボイラーの作動安全性に極めて重要である。水循環が乱されると 管材料の過熱を生じ、したがって腐食および管の損傷を生じることになる。管の 温度の大幅な変化は、水循環に乱れを生じることになる。特に水がほぼ水平に流 される底の孔管においては、水循環の比較的小さい乱れですら致命的となる。

炉底部には、熱分解（ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）の段階で蒸発可能且つ燃焼容易な物 質が排出された後、使用済み液体に残された物質で構成された床（ｂ　ｅ　ｄ） が形成される。この床は、例えば石炭／コークス、ナトリウムおよび硫黄を含む 。

炉底部の管に近いこの床底部には、無機化学薬品で形成された溶融物の層が位置 される。この溶融物の層は炉壁の１またはそれ以上の開口を通して炉から流出さ れる。

炉の水冷される底部管と直接接触する化学薬品の層の最下部は、通常は管の冷却 作用により固体状態にある。この固体層は水管を保護する。

炉底部における固体層の形成は、炉内の温度変化、床の薄さ、炉底部の不都合な 傾斜、またはボイラー管の不十分な冷却作用によって乱され得る。ある場合は、 管に最も近い層の状態は固体および溶融状態の間で変化し、これにより管はとき に化学薬品の固体で、またときに化学薬品の溶融層で覆われ、またときには少な くとも一部が保護層の全くない状態となる。

上述した理由により、ボイラー底部の管は損傷され得る。例えば、破損または亀 裂が生じ得るのであり、そこを通る流路を水が見い出して、管から化学薬品の溶 融物中に漏れ出ることになり得る。これは水および溶融物の間の猛烈な爆発すな わち溶融物爆発の危険性をもたらす。このような爆発はときどき発生し、物質的 損害は数百万フィンランドマルク（Ｆ　ｉ　ｎｎｍａｒｋ）に達しかねない。こ の損害の修復には数カ月を要し、これはかなりの製造損失を生じる。ときには溶 融物爆発は人命も奪ってきた。

爆発の危険性がある理由から、ボイラー底部の管はそれらが腐食またはその他の 損傷を受けたかどうか、またはそれ故に交換または修理が必要とされるかどうか を適時に発見するために、しばしば検査されねばならない。ソーダ回収ボイラー の使用済み液体の燃焼および蒸気発生は検査時に停止されねばならず、これは検 査が可能な限り少ない回数で行われるようにしなければならないからである。

腐食に良好に耐える管材料を使用することにより、または底部管を耐火材料で被 覆したり、腐食耐性金属を管にスプレーして被覆することによって、損害および 爆発の危険性を減少させる努力がなされてきた。

炉下部およびソーダ回収ボイラーの底部は、今日では一般に複合（ｃｏｍｐｏｕ ｎｄ）管で構成されている。この複合管は炭素鋼が薄いオーステナイト鋼の保護 層で被覆されて作られている。この構造は壁管の腐食に対抗する非常に良好な保 護を与える。しかしながら、爆発または他の損害の危険性は完全に解決されては いない。ボイラーの検査は、複合底部管における、被覆材料の下側においても同 様に、亀裂および腐食の兆候が明らかにした。応力腐食または疲労腐食が亀裂の 原因と考えられる。通常の炭素鋼に比較して、約ｌθ倍高価な複合材料は炉およ び底部の材料としての最終的な解決を与えてはいない。不都合なことに、検査自 体が管を損傷する１つの原因となりかねない。何故なら、管を被覆する保護層は 検査時に除去されねばならないからである。

過去数年にわたり燃料、すなわち黒液の乾燥内容物が増大するにつれてソーダ回 収ボイラーの使用において重大な変化が生じた。したがって燃料の有効熱価が以 前よりも高くなり、これは燃料温度を明らかに上昇させる。この現象はボイラー 運転に関してそれなりに実用的であるが、同時に炉壁に熱応力を付加し、しばし ば冷却効率の悪い面積部分の高温腐食を引き起こす、換言すればこれは潜在的な 危険性を高めることになる。

本発明の目的は、使用済み液体の回収ボイラーの安全性を改善するために上述し たものよりも優れた方法および装置を提供することである。

第１に本発明の目的は、溶融物／水の爆発を簡単には引き起こさない回収ボイラ ーにおける炉下部を提供することである。

本発明の更に他の目的は、容易且つ迅速に交換できる回収ボイラー炉の下部を構 成する構造を提供することである。

上述の目的を達成するために、回収ボイラーの水／蒸気循環装置の他に、ボイラ ーの下部を構成する管内の強制式の別個の水循環装置によって熱が回収されるこ とが本発明による方法の特徴である。

同様に、本発明による装置は、回収ボイラーの下部が別個の強制式の水循環装置 に連結された管で構成されることが特徴である。

強制式の別個の水循環装置は炉の底部レベルに限定されるが、部分的に炉の１ま たは複数の壁部に対して延在されることが好ましい。強制式の別個の水循環装置 は少なくとも一次および二次空気口の高さ位置へ延在することが好ましい。炉の 第３の空気口が配置されて、炉壁がボイラーの任意の水／蒸気循環装置内に位置 するレベルで使用済み液体が噴射される。

本発明の好ましい実施例によると、別個に冷却された炉の下部および底部は、従 来の現在使用されている炉底部に使用されるものと同様、またはほぼ同様な管で 構成されることができる。一方、炉下部および炉底部は炉自体の壁管よりも大径 または小径の管、または例えば断面が正方形または四角形の管または溝（ｃａｎ ａｌ）でも構成できる。本発明による装脱回収ボイラーでは、炉下部における管 は実質的に水平で、炉下部の壁を形成するように例えば螺旋状に延在されて配置 されることができる。

このように本発明によれば、例えば回収ボイラーの底部および炉壁構造の一部は 別個のユニットであり、これらのユニットはそれ自体の水循環装置により冷却さ れる。本発明によれば、−次および二次空気口が配置される炉壁の部分は、それ 自体の水循環装置を有する別個の構造体とされることができる。例えばボイラー における床の形成および熱回収に応じて、炉の大部分または小さな部分に別個の 水循環装置を備えることは当然可能である。

本発明によるボイラーでは、別個の水循環が装脱回収ボイラーよりもかなり低い 圧力、例えば３０バール以下の圧力で行われることが好ましい。ボイラーの底部 および下部の水循環装置が強制循環式である場合、たとえボイラーの上部におけ る水循環が従来の自然循環で行われていようとも、底部の形状、底部および壁管 の位置、および壁の開口形状を自由に選択することが可能である。これにより、 燃焼の観点からできるだけ好ましく炉内へ給送される空気を与えることができ、 できるだけ効率的に炉内で撹拌を行えるのであり、換言すれば一層活用できる完 全な回転燃焼が達成できる。

ソーダ回収ボイラーに使用されたときにいわゆる回転燃焼（ｒｏｔａｔｉｏｎｆ ｉｒｉｎｇ）が良好な結果を与えることに注目されてきた。回転燃焼においては 、燃焼空気は煙道ガスが接線方向に循環するように炉内に導かれる。この結果、 空気は燃焼ガスと効果的に混合され、高い効率の燃焼が生じる。強化された燃焼 は炉下部の温度を上昇させ、これはそれなりに確かな効果を有する。高温度に帰 する炉壁管の熱応力は本発明の方法でここに回避することができる。

圧力がボイラーの他の箇所よりも明らかに低くなるように炉の底部および下部を 構成することで、大きな熱応力を受ける部品の全てが効率的に冷却されることを 保証できる。炉の底部および下部に選択される材料は安価な圧力容器用の炭素鋼 とされることができ、この材料は圧力および必然的な表面温度が十分低く、好ま しくは３０バールおよび２５０℃よりも低い圧力のときに化学薬品で生じる腐食 および熱応力に十分に耐えることが知られている。

炉下部の圧力が実際のボイラーの圧力よりも明らかに低い本発明の好ましい実施 例では、炉下部の冷媒循環が別個の水循環装置を使用するように構成される。

別個の水循環装置に回収された熱は、別個の冷却循環装置により水循環装置と連 結されている例えば別個の熱交換器で例えばボイラー給送水を加熱することに使 用でき、これにより炉の下部を冷却して解放された熱が回収される。これにより 、冷媒循環装置における熱交換器の冷却作用を調整することで、別個に冷却され る炉下部を流れる媒体温度をほぼ一定に維持することができる。本発明によるボ イラーの冷媒循環装置を流れる冷媒温度は、ボイラーの水／蒸気循環装置内の壁 の熱膨張と相関させて別個に冷却される炉下部の熱膨張を生じさせるように、す なわち別個に冷却される炉の下部と他の構造部との間にシールの問題が発生せず 、それらの部品の間にガスまたは化学薬品の漏れが全く生じないように、調整さ れることが好ましい。

強制循環原理のもとに構成された炉底部は、現在の構造と比較して、必要とされ る空気口の配置および形状に一層の自由度を与える。知られているように、丸い 空気口は空気の透過性に関して最も好ましい解決方法である。丸い空気口の調整 は、所望圧力を得るためにスロット形空気口を一般に使用することに較べて容易 である。単なる自然循環に基づく構造は丸い空気口の使用を許容しないが、強制 循環構造は実際に全ての形状の空気口を許容する。本発明による強制循環ボイラ ーでは、管およびフィン寸法は自然循環ボイラーによるよりも格段に広い範囲で 選択でき、極めて大きい熱応力の下で面積部分が良好に保護される。

本発明によると、ソーダ回収ボイラーの加圧部分は２部品構造である。低圧の状 態にある炉下部は丸いすなわち円筒形で、且つ垂直であることが好ましい。炉上 部は丸くできるが、伝熱面をより簡単に構成できるように角張ることが好ましく 、また炉下部を取り付けるために例えば六角形のような多角形とされることが好 ましい。これにより、丸い炉下部および高圧部は一層容易に緊密構造を形成する ようになされる。連結部より上方の高圧部の部品は、六角を有することを除いて 現在のボイラーの構造に似ている。低圧部がどれほど高く延在するかに応じて複 合壁管が高圧部に使用されるのであり、これが現在の推奨により好ましいとされ る。

ボイラー下部が別個の水／蒸気循環装置を備えているときは、ときどき必要とさ れる高圧ボイラー底部の効果が一層迅速に行われる。本発明によるボイラー下部 は工場で小型のユニットとして建造されることができ、その据え付けは初期の周 知の構造に較べてかなり迅速であり、この底部は管によって壁構造に連結される 。低圧用の底部の製造費用は、初期の周知構造の場合に較べて明らかに小さい。

本発明による構造が新しいボイラーに適用されることが最も好ましく、炉上部は 多角形の形状とされて、六角形とされることが最も好ましい。これは、炉の丸い 部品および角張った部品の間に最も可能性のある連結を形成する。また、現在の ボイラー底部が修理されるときに、炉に新しい丸い下部を備え付けることが可能 である。

本発明の構造は、実際のボイラーの水循環装置に接触することを必要とせずに、 炉下部の別個の冷却管が別個に、部分的または完全に交換できる利点を与える。

本発明の構造は、構造管の損傷およびこれによる溶融物爆発がボイラー下部の効 率的な冷却によって最小限にされたボイラーの有利な底部構造を更に与える。

本発明は、また、ボイラー供給水または、例えば燃焼空気を予熱することの可能 な別個の水循環装置の利点を与える。

本発明は添付図面を参照（７て、以下に詳細に説明される。図面において、第１ 図は、本発明による底部構造を有する回収ボイラーの概略垂直断面図であり、第 ２図は、第１図の回収ボイラー下部の線Ａ−Ａに沿う水平横断面図、および第３ 図は、第１図の回収ボイラー上部の線Ｂ−Ｂに沿う水平横断面図。

第１図は、本発明による２部品炉１０を備えたソーダ回収ボイラーを示している 。図示された炉上部１１の壁１２および１４は互いに溶接された垂直水管で形成 された氷壁である。上部における水／蒸気の循環は自然循環で行われるように構 成され、管内で生じた水／蒸気混合液はヘッダーを経て蒸気ドラム１６内へと上 昇される。蒸気ドラムから、高温水は下降管１８を経て氷壁の分配管２０へ流さ れる。

炉下部２２は別個の水循環装置２３に連結された管壁２４および２６で形成され ている。管壁２４および２６は実質的に水平な互いに重ねられた管であり、第１ 図では管２８は螺旋状に巻き上げられている。

炉底部３０も水平な水管で形成されている。下部の壁の本管および底部水管は、 強制循環されて機能する水循環装置２３に連結されている。水はポンプ３４によ りヘッダー３６へ送られ、そこから水は次ぎに下部の氷壁に分配され、また炉底 部の水管へ分配される。下部壁で加熱された水／蒸気混合液はヘッダー３８に集 合される。そこからのこの混合液、および底部管からの水／蒸気混合液は下部ヘ ッダー４０へ導かれる。

ヘッダー４０から水／蒸気混合液は冷媒循環装置３２の熱交換器４２に取り上げ られて熱回収されるようになされる。熱交換器において、熱は例えば図示されて いないボイラーの水／蒸気循環装置の給送水に伝達される。熱交換器から、別個 の水循環装置の冷却された水はポンプ３４で循環装置２３へ戻される。

第２図は第１図のソーダ回収ボイラーの下部の水平横断面を示している。ボイラ ー下部は第２図に示されるように横断面が丸い。これらの図面は一次空気口４４ および二次空気口４５を概略的に示しており、これらの空気口は流入する空気が ボイラー内に渦を形成するように配向されることが好ましい。円筒形ボイラーに おいて空気口４４および４５は炉中心４７から等しい距離の位置に対称的に配置 され、このことはボイラー内に空気が対称的に分配されることに寄与する。

第３図は第１図のソーダ回収ボイラー上部の水平横断面を示している。ボイラー 上部の横断面は六角形である。

本発明を上述した実施例に限定することは意図されず、請求の範囲の記載によっ て定められる発明の範囲内で適用される。したがって、例えば炉の横断面形状は 本発明の適用を全く制限しない。炉の横断面はしたがって任意に正方形または四 角形の形状とすることができる。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．ボイラー壁がボイラーの水／蒸気循環装置に連結された水冷管によって形成 されている使用済み液体を回収するボイラーにおいて熱を回収するためにバルブ 工業で使用される方法であって、 ボイラーの前記水／蒸気循環装置の他に、ボイラー下部を画成する管内の強制式 の別個の水循環装置により熱が回収されることを特徴とする熱回収方法。
2. ２．請求項１に記載の方法であって、ボイラーの水／蒸気循環装置よりも低い圧 力の強制式の別個の水循環装置により、ボイラー下部を画成する管内で熱が回収 されることを特徴とする熱回収方法。
3. ３．請求項１に記載の方法であって、別個の水循環装置の圧力が３０バールより 低いことを特徴とする熱回収方法。
4. ４．請求項１に記載の方法であって、ボイラーの水／蒸気循環装置の水冷管内の 水循環が自然循環で行われ、またボイラー下部を画成する管内の水循環が強制循 環で行われることを特徴とする熱回収方法。
5. ５．請求項１に記載の方法であって、別個の枢支循環装置により回収される熱が ボイラーの水／蒸気循環装置の給送水を予熱することに使用されることを特徴と する熱回収方法。
6. ６．ボイラー壁（１２，１４）がボイラーの水／蒸気循環装置に連結された水冷 管によって形成されている使用済み液体を回収するボイラー（１０）において熱 を回収するためにパルプ工業で使用される装置であって、ボイラー炉の下部（２ ２）が強制式の別個の水循環装置（２３）に連結された水壁（２８）で画成され たことを特徴とする熱回収装置。
7. ７．請求項６に記載の装置であって、下部の水管の圧力がボイラーの水／蒸気循 環装置の圧力よりも低いことを特徴とする熱回収装置。
8. ８．請求項６に記載の装置であって、別個の水循環装置（２３）およびボイラー の水／蒸気循環装置の両方が熱交換器（４２）に連結され、水循環装置（２３） から水／蒸気循環装置へ熱が伝達されることを特徴とする熱回収装置。
9. ９．請求項６に記載の装置であって、ボイラー底部（２２）が主として水平な水 管（２８）で画成され、この水管は別個の水循環装置（２３）に連結されている ことを特徴とする熱回収装置。
10. １０．請求項９に記載の装置であって、ボイラーの底部（３０）および一次空気 口より下方のボイラー壁（２４，２６）の部分が主に水平な水管で画成され、こ れらの管は別個の水循環装置に連結されていることを特徴とする熱回収装置。
11. １１．請求項９に記載の装置であって、ボイラーの下部（２２）が円筒形である ことを特徴とする熱回収装置。
12. １２．請求項１１に記載の装置であって、ボイラーの下部（２２）の水管が螺旋 状に延在したことを特徴とする熱回収装置。
13. １３．請求項６に記載の装置であって、空気口（４４，４５）の横断面がボイラ ー下部において丸いことを特徴とする熱回収装置。