JPH08500861A - 使用済み液体の回収ボイラーにおける熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 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る。炉下部（２２）に内への空気の供給は空気口（４４，４５）を対称的に通して行われ、これらの空気口は炉中心（４７）から等しい距離の位置に配置されている。炉下部（２２）は円筒形で、別個の冷媒循環装置（２３）に連結されることが好ましい。

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、パルプ製 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 り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４５０〜４８０゜Ｃ／６５〜８５バールの高圧過熱蒸気として、回収さ れる。ソーダ回収ボイラーの炉内では、温度はしばしば１０００゜Ｃ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。 現在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゜Ｃを越える温度で、炉底部 の下方で分配パイプへ導かれ、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上方へ向いて斜めに流され、次ぎに全ての管 を通し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 は垂直とされるか、少なくとも立ち上げら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 流される底の部管においては、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（ｂｅｄ）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（Ｆｉｎｎｍａｒｋ）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（ｃｏｍｐｏ ｕｎｄ）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１０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。 更に、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（ｒｏｔａｔ ｉｏｎ ｆｉｒｉｎｇ）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。しか しながら強化された燃焼は炉下部の温度を一層上昇させ、これは化学薬品回収に 関してそれなりに確かな効果を有する。しかしながら高温であるこ とは通常の炉壁管に熱応力を発生させることに更に寄与する。 本発明の目的は、使用済み液体の回収ボイラーにおける熱回収のために上述し たものより優れた装置を提供することである。 第１に本発明の目的は、炉の効率および安全燃焼を達成できるようにする回収 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、回収ボイラー炉の下部が垂直シリンダの形状と され、これにより下部壁に配置された空気口が炉中心から等しい距離に位置され ることを本発明による装置の特徴とする。 本発明によると、好ましい乱流運動が燃焼領域内に形成されるように、一次お よび（または）二次の空気流が炉下部に接線方向に単純に導入され得る。したが って、燃焼領域における反応はできるだけ効率的に行われ、完全燃焼した化合物 が熱回収のために炉上部内へ排出される。高い温度が炉下部を占め、これにより 化学反応が最大限の効率で行われ、硫黄化合物の減少並びに煙道ガス放出物の少 量化が達成されることになる。 回転燃焼で与えられる高温度によって生じる管の損傷、溶融物の爆発および構 造に生じる応力のような危険性は、炉に別個の下部を備え、この下部がそれ自体 の冷媒循環装置を有し、ボイラーの実際の高圧水／蒸気循環装置と直接には連結 されないようにすることで、最小限にできる。 ソーダ回収ボイラーの下部がボイラーの水／蒸気循環装置とは別個の冷媒循環 装置を使用して冷却される場合、底部の亜鉛のような溶融金属の冷却温度である 水以外の例えば空気、他の不活性ガスまたはある種の液体を使用することができ る。この別個の冷媒循環装置は水も使用できるが、効率的な冷却を行うためには この水循環装置はボイラーの実際の水／蒸気循環装置よりも低い圧力および温度 を有することになる。効率的な蒸気発生装置もこの装置と共に活用される。 別個に冷却される炉下部は、炉底部および壁下部を形成する管が共にボイラー の水循環装置から分離されて、別個の冷媒循環装置に連結される。 本発明の好ましい実施例によると、別個に冷却された円筒形の炉下部および炉 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（ｃａｎａｌ）でも構成できる。本発明の好ましい実施例によると、炉下部に おける壁管は実質的に水平で、炉下部の壁を形成するように螺旋状に延在されて 配置される。 本発明の好ましい実施例によると、回収ボイラーの底部および炉の一部は別個 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 。水循環は、例えば３０バールよりも低く、ソーダ回収ボイラーよりもかなり低 い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、ボイラー上部における水循環が従来の自然循環によって行 われるとしても、底部の形状、底部および壁の管の位置、および壁の開口の配置 および形状を自由に選択することができる。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さ れる。 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表面温度が十分低く、好ましくは ３０バールおよび２５０゜Ｃ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。 別個の冷媒循環装置に回収された熱は、別個の冷却循環装置により冷媒循環装 置と連結されている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。 上述した構造によると、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。この炉下部は、例えば円筒形に似た八角形または十角形のような多角形とさ れることもできる。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冷媒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。 別個の円筒形の下部の製造費用は小さい。 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 、容易に安全化することができ、且つ容易に交換できる構造体によって、効率的 な燃焼および化学薬品の回収を行う。 本発明は添付図面を参照して、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 成された水壁である。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を経て水壁の分配管２０へ流 される。 炉下部２２は別個の冷媒循環装置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も水平管で形成されている。この下部の壁管および底部管は炉の外 部に配置された冷媒循環装置２３に連結されている。冷却された媒体はポンプ３ ４によりヘッダー３６へ送られ、そこから媒体は次ぎに下部の管壁に分配され、 また炉底部の管へ分配される。下部壁で加熱された媒体はヘッダー３８に集合さ れる。そこからの混合液および炉底部の管からの加熱された媒体は下部ヘッダー ４０へ導かれる。 ヘッダー４０から加熱された媒体は冷媒循環装置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。熱交換器から冷却された媒体はポンプ３ ４で再び循環装置２３へ戻される。 一次および二次空気のための空気口４４および４５は炉底部壁に備えられてい る。 ボイラー下部は第２図に示されるように横断面が丸く、線Ａ−Ａに沿って第１ 図の水平横断面を示している。第２図は一次空気口４４を概略的に示しており、 これらの空気口は炉中心４７から等しい間隔で対称的に配置され、またボイラー のまわりに流入空気が渦を形成するように配向されている。 同じように接線方向に配置された１またはそれ以上の空気レベルを有すること が可能である。上述したように、空気口の形状は丸いことが好ましい。丸いもの の他に例えば楕円形に似た他の形状が適用できる。 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り、したがって丸い炉下部に比較的容易に嵌合でき 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。

【手続補正書】 【提出日】１９９５年６月１９日 【補正内容】 請求の範囲 1. 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（２２）が垂直な円筒形であり、下部壁に配置された空気口 （４４，４５）が炉中心（４７）から等しい距離の位置に配置されていることを 特徴とする熱回収装置。 2. 請求項１に記載の装置であって、一次および二次空気口（４４，４５）が 炉下部（２２）に配置されたことを特徴とする熱回収装置。 3. 請求項２に記載の装置であって、一次空気口（４４）が接線方向に配向さ れ、流入空気がボイラー内に渦を形成することを特徴とする熱回収装置。 4. 請求項２に記載の装置であって、二次空気口（４５）が接線方向に配向さ れ、流入空気がボイラー内に渦を形成することを特徴とする熱回収装置。 5. 請求項１に記載の装置であって、底部（３０）および壁（２４，２６）を 含むボイラー下部（２２）が別個の構造体として形成された底部（３０）および 壁（２４，２６）を含み、それ自体の冷媒循環装置（２３）に連結されたことを 特徴とする熱回収装置。 6. 請求項５に記載の装置であって、炉下部（２２）が別個の媒体強制循環装 置（２３）に連結された水壁（２４，２６）で形成され、該循環装置における圧 力がボイラーの実際の水／蒸気循環装置における圧力よりも低いことを特徴とす る熱回収装置。 7. 請求項５に記載の装置であって、炉下部（２２）が別個の冷媒循環装置（ ２３）に連結された水壁（２４，２６）で形成され、冷媒は空気または不活性ガ スのようなガスであることを特徴とする熱回収装置。 8. 請求項５に記載の装置であって、炉下部（２２）が水壁（２４，２６） で画成され、これらの水壁は別個の冷媒循環装置（２３）に連結されており、冷 媒が水以外の他の液体であることを特徴とする熱回収装置。 9. 請求項５に記載の装置であって、ボイラー下部（２２）が螺旋状に配置さ れた管（２８）で形成されたことを特徴とする熱回収装置。 10．請求項５に記載の装置であって、炉下部（２２）及び炉上部（１２，１４ ）が互いに装脱可能なことを特徴とする熱回収装置。 11．請求項１に記載の装置であって、炉下部が多角形の横断面を有することを 特徴とする熱回収装置。 12．請求項１１に記載の装置であって、炉下部が八角形または十角形の横断面 を有することを特徴とする熱回収装置。 13．請求項１に記載の装置であって、炉上部が多角形の横断面を有することを 特徴とする熱回収装置。 14．請求項１３に記載の装置であって、炉上部の横断面が六角形で、下部が円 形であることを特徴とする熱回収装置。 15．請求項１に記載の装置であって、ボイラー下部のボイラーの空気口（４４ ，４５）が円形横断面を有することを特徴とする熱回収装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 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（２２）が垂直な円筒形であり、下部壁に配置された空気口 （４４，４５）が炉中心（４７）から等しい距離の位置に配置されていることを 特徴とする熱回収装置。 ２． 請求項１に記載の装置であって、一次および二次空気口（４４，４５ ）が炉下部（２２）に配置されたことを特徴とする熱回収装置。 ３． 請求項１に記載の装置であって、底部（３０）および壁（２４，２６ ）を含むボイラー下部（２２）が別個の構造体として形成された底部（３０）お よび壁（２４，２６）を含み、それ自体の冷媒循環装置（２３）に連結されたこ とを特徴とする熱回収装置。 ４． 請求項３に記載の装置であって、炉下部（２２）が別個の媒体強制循 環装置（２３）に連結された水壁（２４，２６）で形成され、該循環装置におけ る圧力がボイラーの実際の水／蒸気循環装置における圧力よりも低いことを特徴 とする熱回収装置。 ５． 請求項３に記載の装置であって、炉下部（２２）が別個の冷媒循環装 置（２３）に連結された水壁（２４，２６）で形成され、冷媒は空気または不活 性ガスのようなガスであることを特徴とする熱回収装置。 ６． 請求項３に記載の装置であって、炉下部（２２）が水壁（２４，２６ ）で画成され、これらの水壁は別個の冷媒循環装置（２３）に連結されており、 冷媒が水以外の他の液体であることを特徴とする熱回収装置。 ７． 請求項３に記載の装置であって、ボイラー下部（２２）が螺旋状に配 置された管（２８）で形成されたことを特徴とする熱回収装置。 ８． 請求項３に記載の装置であって、炉下部（２２）および炉上部（１２ ，１４）が互いに装脱可能なことを特徴とする熱回収装置。 ９． 請求項８に記載の装置であって、炉上部が多角形の横断面を有するこ とを特徴とする熱回収装置。 １０． 請求項９に記載の装置であって、炉上部が六角形の横断面を有し、下 部が丸い横断面を有することを特徴とする熱回収装置。 １１． 請求項１に記載の装置であって、ボイラー下部のボイラーの空気口（ ４４，４５）が丸い横断面を有することを特徴とする熱回収装置。