JPH11159733A - 黒液回収ボイラーの生産性を改善する方法 - Google Patents

黒液回収ボイラーの生産性を改善する方法

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JPH11159733A
JPH11159733A JP10273490A JP27349098A JPH11159733A JP H11159733 A JPH11159733 A JP H11159733A JP 10273490 A JP10273490 A JP 10273490A JP 27349098 A JP27349098 A JP 27349098A JP H11159733 A JPH11159733 A JP H11159733A
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boiler
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David R Scheeff
デービッド・アール・シェーフ
Louis C Philippe
ルイ・セー・フィリップ
Eric L Duchateau
エリック・エル・ドゥシャトー
Arie Verloop
アリエ・ベループ
Edward C Dye
エドワード・シー・ダイ
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Jansen Combustion & Boiler Technol Inc
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Air Liquide America Corp
Original Assignee
Jansen Combustion & Boiler Technol Inc
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Air Liquide America Corp
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    • D21C11/12—Combustion of pulp liquors
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    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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    • F23G2207/101—Arrangement of sensing devices for temperature
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    • F23G2209/10—Liquid waste
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回収ボイラーの対流領域の詰まりを防ぐため
にボイラー内で無機物質のキャリーオーバーを増加させ
ることがなく、ボイラーの処理量を増加させる方法を提
供する。 【解決手段】 少なくとも２つのレベルの空気の噴射を
備えた回収ボイラーの処理量を増加させる方法であっ
て、二次の空気のレベルにおいてまたはその上において
少なくとも１つのレベルの燃焼空気システムにおいて空
気を酸素富化することで、ボイラーの熱効率を改善する
方法。一つの態様は、当初の２次の空気の下においてま
たは同じレベルにおいて第３のレベルの酸化剤の噴射お
よび少なくとも当初の二次の空気の流れおよび前記第３
のレベルに酸素富化を適用することで、２つのレベルの
空気噴射システムを有する黒液の回収ボイラーを改造す
る方法である。好ましい態様は、黒液の噴射ポートと同
じレベルにまたはその近くに第３のレベルを配置するこ
とである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、クラフト回収ボイ
ラー内でのクラフトの黒液の燃焼および化学的回収の分
野に関する。
【０００２】
【従来の技術】クラフト黒液回収ボイラーは、製紙用パ
ルプの製造において重要な装置である。２つの機能が回
収ボイラーに備わっている。熱および蒸気を発生させる
ために黒液に含まれている有機物質を燃焼させること、
および黒液の無機化学物質をスメルト（ｓｍｅｌｔ）に
転化することである。スメルトは、主に炭酸ナトリウム
（Ｎａ2 ＣＯ3 ）、硫化ナトリウム（Ｎａ2 Ｓ）、およ
び少量の硫酸ナトリウム（Ｎａ2 ＳＯ4 ）からなる。パ
ルプ化プロセスのさらなる工程において、スメルトは蒸
解液に転化される。蒸解液は、木材チップをパルプに変
換するために用いられる薬品である。この変換によっ
て、今度は、廃棄され回収ボイラー内で再循環されなけ
ればならない黒液が生成される。回収ボイラーの最も重
要な機能の一つは、黒液のナトリウムおよび硫黄分を硫
化ナトリウムに転化することである。この転化の効率
は、還元効率として表わされる。還元効率は、スメルト
中の硫化ナトリウム（Ｎａ2 Ｓ）および硫酸ナトリウム
（Ｎａ2 ＳＯ4 ）の総量に対するスメルト中の硫化ナト
リウムの割合として定義される。最も高い還元効率で運
転することが望ましい。
【０００３】黒液中に含まれている薬品を回収すること
はパルプ工程において非常に重要であるため、回収ボイ
ラーはしばしばミル（ｍｉｌｌ）のパルプ化能力を増加
させる上でのネックとなる。黒液を燃焼させて薬品を回
収する能力が不十分であると、蒸解液の不足が生じる。
この不足によって、ミルの生産を減速し、および／また
は過剰な回収能力を有する他のミルへ黒液を送り、およ
び／または蒸解液の不足を補うために補給（ｍａｋｅ
ｕｐ）化学物質を購入することを余儀なくされ得る。こ
れらの作業はすべて、ミル内で製造されるパルプのコス
トに対して損害を与えるものである。
【０００４】新しい回収ボイラー、またはガス化装置
（ｇａｓｉｆｉｅｒ）のような黒液を燃焼させる他の手
段、または流動床を設置することによって、さらなる回
収ボイラーの能力を付加することができる。これらの解
決策は、可能ならば回避される。それは、これらは高い
資本コストを伴うものであり、また運転および保守のた
めのさらなる装置を意味するからである。好ましい解決
策は、現存する回収ボイラーを改造し、過剰な資本コス
トおよび設置に要する時間を伴わずに黒液燃焼能力を付
加することである。
【０００５】回収ボイラーにおいては、黒液の燃焼は、
空中（ｉｎ−ｆｌｉｇｈｔ）燃焼、および炭化床（ｃｈ
ａｒ ｂｅｄ）燃焼によって起こる。空中燃焼の間、黒
液の液滴からの水は蒸発し（乾燥段階）、有機物質は揮
発して燃焼し（揮発段階）、そしてチャー（ｃｈａｒ）
として知られる固体残留物は燃焼する（チャー燃焼段
階）。未燃焼の残留物は、炉の底部に配置された炭化床
の上へと落下し、ここでは燃焼と薬品の回収が完了す
る。燃焼を持続するために、炉の様々な高さにおいて空
気が噴射される。一次の空気は空気噴射の最も低いレベ
ル（ｌｅｖｅｌ）であり、炭化床の低い側のレベルに位
置している。ボイラーによっては二次の空気のレベルを
有するものがあり、これは炭化床の頂部の上に位置して
いる。一次および二次の空気レベルの両方は、粗く微粒
化された黒液を炉内へ噴霧するために用いられる液銃
（ｌｉｑｕｏｒ ｇｕｎｓ）のレベルの下に配置されて
いる。今日の回収ボイラーは、空気噴射の第３のレベル
を有しており、これは液銃のレベルの上に配置されてい
る（三次の空気）。非常に大きなボイラーの中には、第
４の空気噴射レベル（四次の空気）を液銃の高さの上に
有するものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】回収ボイラーの処理量
を増加させる上で重大な制限となっているものは、対流
過熱の表面の汚れ（ｆｏｕｌｉｎｇ）である。黒液の供
給量の増加を試みるときには、必要とする燃焼空気の量
も増えなければならない。このことは、燃焼生成物の量
の増加、垂直方向のガスの速度の増加をもたらし、液、
チャー、および／またはスメルト粒子のさらなる連行
（キャリーオーバー（ｃａｒｒｙｏｖｅｒ））が起こ
る。この問題は、燃焼室の高さが比較的小さいときに悪
化する。キャリーオーバーの物質によってボイラーの上
方が汚れることは、煙道ガスの経路の詰まりをもたらす
とともに、最後にはボイラーの運転停止を引き起こす。
ボイラーの運転停止および始動は、できるだけ避けなけ
ればならない複雑な動作である。さらに、ボイラーの運
転停止の間は、黒液の廃棄および蒸解薬品の補給に対す
る一時的な解決策を見出さなければならず、このことは
しばしばコストを犠牲にする。
【０００７】ボイラーの処理量を増加させる上での他の
難しさは、燃焼空気をさらに供給して、より多くの煙道
ガスを取り扱う必要があることである。送風機の出力の
限界を、燃焼空気供給側、排気側のどちらか一方、また
は両方において見ることができ、これは現存する炉内に
さらに加える黒液の燃焼を妨げるものである。
【０００８】前述の限界に対する解決策は、燃焼させる
上での過剰な空気（過剰な空気とは、燃焼を完了させる
ために必要な空気の体積を越えた空気の体積である）を
最小限にすることによって見出される。しかし、過剰な
空気を低減することは、一酸化炭素（ＣＯ）および硫黄
化合物（ＴＲＳ）などのような汚染物質の放出を増加さ
せる原因になり得る。燃焼空気の接線噴射によっては炉
の中心へ空気を良く侵入させることができない２つの空
気のレベルを有する古いボイラーにおいては、第３のレ
ベルを加えることが、過剰な燃焼空気を低減させる上で
便利な解決策である。それは、３つのレベルの空気噴射
によって、ボイラーの異なる領域において空気のより効
率的な分配および混合がもたらされるからである。過負
荷となっている２つのレベルの空気の炉は、またＣＯお
よび硫黄化合物を完全に酸化することについて効率的で
ないことを示しており、従って汚染物質のより高い放出
をもたらす。この理由、および燃焼空気と可燃物との不
十分な混合を補償するためには多量の過剰空気を用いて
運転するという制約があることによって、２つの空気の
レベルを有するボイラーはより効率的な３つのレベルの
空気のシステムによって徐々に改造されている。３つの
レベルの空気システムについては、二次および三次の炉
のレベルにおいて、米国特許第4,940,004号公報に記載
されているような高速の空気ノズルを用いてボイラーを
改造することによって、混合を改善することができ、ま
たより少ない過剰の空気によって運転することを可能に
できる。
【０００９】また、過剰の空気を低減することは、ボイ
ラーの熱効率に対して正の効果（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅ
ｆｆｅｃｔ）を有する。熱効率は、黒液中のエネルギー
の量に対するボイラー内で生成された蒸気中のエネルギ
ーの比として定義される。
【００１０】回収ボイラー内での空気および煙道ガスの
体積をより低減させるために、酸素噴射が提案されてい
る。酸素の濃度が空気のそれを上回る酸化剤を用いて運
転するボイラー内においては、一定の体積の空気および
煙道ガスのもとで、より多くの黒液を燃焼させることが
できる。例えば、参照として与えられている、タッピジ
ャーナル（Ｔａｐｐｉ Ｊｏｕｒｎａｌ）の１９８４年
１１月号において発行されたティー．エム．グレース
（Ｔ．Ｍ．Ｇｒａｃｅ）による「回収ボイラーの処理量
の増加（Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｂ
ｏｉｌｅｒ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）」という題のレビ
ュー記事（ｒｅｖｉｅｗ ａｒｔｉｃｌｅ）において、
著者は、所定の熱を解放するための空気および煙道ガス
の体積を減少させるための手段として酸素富化を引用し
ている。米国特許番号第4,823,710号公報には、好まし
くは酸素濃度が空気よりも高くなっている酸素を含むガ
スを、ボイラーの側壁から遠い少なくとも一つの位置か
ら導入することによって、燃焼が改善されている酸素噴
射方法が記載されている。米国特許第4,857,282号公報
には、ボイラーの一次および二次の空気システムにおい
て酸素富化を用いる方法が開示されている。しかし、こ
の第4,857,282号特許においては、一次の空気のレベル
において噴射することなく二次および三次の空気のレベ
ルにおいて酸素富化空気を噴射することは、開示も示唆
もされていない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ボイラ
ーの対流領域の詰まりを防ぐために回収ボイラー内で無
機物質のキャリーオーバーを増加させることがなく、少
なくとも２つのレベルの空気の噴射を備えた回収ボイラ
ーの処理量を増加させる方法が提供される。本発明に係
る方法の別の利点は、回収ボイラーからのガス状の汚染
物質の放出を低減することである。本発明に係る方法の
他の利点は、炉の制御および運転の安定性を改善し、熱
含量が低い黒液の燃焼を維持するための補助燃料に対す
る要求を無くすかまたは減少させることであり、そし
て、炉の化学的な還元効率が増加する。
【００１２】本発明の１つの側面は、少なくとも２つの
レベルの空気噴射を備えた回収ボイラーの処理量を増加
させる方法であって、二次の空気のレベルにおいてまた
はその上において少なくとも１つのレベルの燃焼空気シ
ステムにおいて空気を酸素富化することによってボイラ
ーの熱効率を改善することを含むことを特徴とする方法
である。
【００１３】本発明の第２の側面は、２つのレベルの空
気噴射システムを有する黒液回収ボイラーを、当初の二
次の空気と同じレベルにおけるまたはその下における第
３のレベルの酸化剤噴射を用いて改造する方法であっ
て、少なくとも当初の二次の空気の流れおよび前記第３
のレベルに酸素富化を適用することを特徴とする方法で
ある。好ましい方法は、第３のレベルを黒液噴射ポート
と同じレベルに配置することである。他の好ましい方法
は、第３のレベルの酸素富化空気を当初の二次の空気の
噴射ポートと同じレベルにおいて噴射することを含む。
この方法のより好ましい態様は、第３のレベルを黒液噴
射銃のレベルよりも低く一次の空気のレベルよりも高い
レベルに配置することである。３つのレベルの空気噴射
に改造されれば、上方の２つの空気噴射のレベルには別
の名前を付ける、すなわち、前記第３のレベルは二次の
レベルとなり、前記当初の二次のレベルは三次のレベル
となる。
【００１４】少なくとも３つの空気噴射レベルを有する
ボイラーかまたは本発明の第３の側面のために前述のよ
うに３つのレベルに改造された２つの空気噴射レベルを
有するボイラーに適用することができる本発明の第３の
方法においては、少なくとも二次および三次の空気レベ
ルに酸素富化を適用する。本発明の好ましい方法におい
ては、二次および三次の空気レベルに加えて一次の空気
レベルに酸素富化を適用する。
【００１５】少なくとも４つの空気噴射レベルを有する
ボイラーに適用することができる本発明の第４の方法に
おいては、少なくとも二次および上方の２つの空気レベ
ルの１または複数に酸素富化を適用する。本発明の好ま
しい方法においては、二次および第４の空気レベルに加
えて一次の空気レベルに酸素富化を適用する。
【００１６】本発明の好ましい態様においては、酸素富
化が適用される場合には、酸素富化空気は１００フィー
ト／秒（ｆｔ／ｓ）よりも大きい速度で噴射される。よ
り好ましくは、酸素富化空気の流れは、二次の酸化剤の
流れにおいて２００ｆｔ／ｓよりも大きい速度で、そし
て三次の酸化剤の流れにおいて２００ｆｔ／ｓよりも大
きい速度で噴射される。
【００１７】４つのレベルの燃焼空気を有するボイラー
に適用される本発明の好ましい側面においては、酸素富
化が適用される場合には、酸素富化空気は１００ｆｔ／
ｓよりも大きい速度で噴射される。より好ましくは、酸
素富化空気の流れは、二次の酸化剤の流れにおいて２０
０ｆｔ／ｓよりも大きい速度で、そして四次の酸化剤の
流れにおいて２５０ｆｔ／ｓよりも大きい速度で噴射さ
れる。
【００１８】本発明の第５の側面は、燃焼空気の酸素富
化が適用されるときの回収ボイラーの煙道ガス中の酸素
濃度を制御する方法であって、少なくとも３つのレベル
の空気噴射を有するボイラーか、または前述したように
３つのレベルに改造された当初の２つのレベルの空気噴
射システムを有する回収ボイラーに適用することができ
る方法であり、（ａ）回収ボイラーの一次の空気レベル
とは異なる少なくとも２つの燃焼空気レベルへこの２つ
の燃焼空気のレベルの酸素富化のために酸素の流れを供
給する、（ｂ）設定濃度と呼ばれる煙道ガス中の所望の
酸素濃度を選ぶ、（ｃ）煙道ガス中の酸素濃度を検出す
る、（ｄ）二次のレベルの燃焼空気における酸素の流れ
を一定に保ちながら、煙道ガス中の検出された酸素濃度
をほぼ設定酸素濃度に保つために三次の燃焼空気レベル
で噴射される酸素の流れを調整するの各工程を含むこと
を特徴とする方法である。
【００１９】二次および三次の空気のレベルは、前述の
ように定義される。
【００２０】本発明の第６の側面においては、燃焼空気
の酸素富化が適用されるときの回収ボイラーの煙道ガス
中の酸素濃度を制御するための方法であって、少なくと
も４つのレベルの空気噴射を有するボイラーに適用する
ことができる方法が提供される。この第６の方法は、
（ａ）回収ボイラーの一次の空気レベルとは異なる少な
くとも２つの燃焼空気レベルへこの２つの燃焼空気のレ
ベルの酸素富化のために酸素の流れを供給する、（ｂ）
設定濃度と呼ばれる燃焼生成物中の所望の酸素濃度を選
ぶ、（ｃ）煙道ガス中の酸素濃度を検出する、（ｄ）他
のレベルの燃焼空気における酸素の流れを一定に保ちな
がら、煙道ガス中の検出された酸素濃度をほぼ設定酸素
濃度に保つために一番上の燃焼空気レベルで噴射される
酸素の流れを調整するの各工程を含む。
【００２１】本発明の第７の側面は、二次の空気におい
てまたはその上において少なくとも１つのレベルの燃焼
空気システムに酸素富化が適用されるときの、回収ボイ
ラーの燃焼安定性または化学的回収を改善する方法であ
って、（ａ）一次の空気の酸素富化のために回収ボイラ
ーの一次の燃焼空気レベルに酸素の流れを供給する、
（ｂ）次の量のいずれか１つまたは全てを検出する：ス
メルトの還元効率、煙道ガス中の二酸化硫黄ＳＯ2 濃
度、または床部（ｂｅｄ）の温度、（ｃ）次の量のいず
れかまたは全てに対する次の効果のうち少なくとも１つ
を得るために、一次の燃焼空気レベルで噴射される酸素
の流れを調整する：９０％を上回る還元効率、およびＳ
Ｏ2 の放出を最小限にする各工程を含むことを特徴とす
る。
【００２２】本発明の第８の側面は、二次の空気のレベ
ルにおいてまたはその上において少なくとも１つのレベ
ルの燃焼空気システムに酸素富化が適用されるときの、
回収ボイラーの燃焼安定性または化学的回収を改善する
方法であって、 （ａ）次の量のいずれか１つまたは全てを検出する：ス
メルトの還元効率、煙道ガス中の二酸化硫黄ＳＯ2 濃
度、または床部の温度、（ｂ）次の量のいずれかまたは
全てに対する以下の効果を得るために、二次の燃焼空気
レベルで噴射される酸素の流れを調整する：還元効率を
９０％を上回る値に保つ、ＳＯ2 の放出を最小限にする
各工程を含むことを特徴とする方法である。
【００２３】本発明の方法においては、２またはそれ以
上のレベルの燃焼空気に酸素富化が適用されるときに
は、各レベルの酸素富化空気噴射における酸化剤の酸素
濃度を独立に制御することができる。
【００２４】本発明の第９の側面は、燃焼空気の酸素富
化が適用されるときに回収ボイラー内の温度分布を制御
する方法であって、（ａ）回収ボイラーの一次の空気レ
ベルとは異なる少なくとも２つの燃焼空気レベルへこの
２つの燃焼空気のレベルの酸素富化のために酸素の流れ
を供給する、（ｂ）ボイラーの運転の以前の知識に基い
て、設定温度分布と呼ばれるボイラーに対する最適な温
度分布を選ぶ、（ｃ）光学的技術を用いてボイラーの異
なるレベルにおいて平均温度を検出し、ボイラーに対し
て温度分布を推測する、（ｄ）測定した温度分布がボイ
ラーの設定温度分布と合致するように、前記少なくとも
２つの燃焼空気レベルで噴射される酸素の流れを調整す
る各工程を含むことを特徴とする方法である。
【００２５】温度測定にとって好ましい光学的技術は、
単一のナトリウム原子Ｎａ、硫酸ナトリウム（Ｎａ2 Ｓ
Ｏ4 ）、および硫化ナトリウム（Ｎａ2 Ｓ）などの、し
かしこれらに限定されない、ナトリウムを有する種の、
吸収および／または発光に基くものである。二次の空気
レベルにまたはその上に配置された燃焼空気システムの
少なくとも１つのレベルにおける好ましい酸素濃度富化
は、３０％を下回る値である。より好ましくは、二次の
空気レベルにおけるまたはその上に配置される燃焼空気
システムの少なくとも１つのレベルにおける酸素濃度富
化は、２２％ないし２６％に含まれる値である。
【００２６】
【発明の実施の形態】空気を酸化剤として用いる燃焼プ
ロセスにおいて、利用できる燃焼熱の一部は煙道ガスの
顕熱において失われる。煙道ガスは、実質的に窒素、
水、および二酸化炭素を含む。煙道ガスの窒素濃度が、
燃焼空気の一部を純粋な酸素と取り換えることによって
減少するときには、煙道ガス中において失われるエネル
ギーはより少なくなり、より有効な熱が利用可能とな
る。酸素富化の他の効果としては、火炎温度が増加する
こと、および水冷された炉壁への熱の伝達速度が増加す
ることである。このことにより、通常、ボイラーの出口
における煙道ガスの温度がより低くなる。燃焼温度をよ
り高くするとともに酸素濃度をより高くすることによっ
ても、未燃焼の種の濃度を低く保ちつつより少ない過剰
空気によって燃焼することを可能にしながら、燃焼速度
は加速される。回収ボイラーにおいては、炉の床部の温
度がより高いことはスメルト低減効果に対して正の効果
を有する。それは、硫酸塩を硫化物に転化する吸熱反応
に対して、より多くのエネルギーが利用できるからであ
る。
【００２７】（３つの空気レベルの回収ボイラーへの本
発明の適用）回収ボイラーの運転に対する酸素富化空気
の燃焼の影響を定量化するために、３つのレベルの燃焼
空気噴射を備え、３３０万ポンド／日で運転される、３
００万ポンド／日の未使用の乾燥固形分用に設計された
回収ボイラーの場合について考察した。このようなボイ
ラーを図１に概略的に示す。ボイラー１に対して一次空
気２がレベルＡにて導入され、二次空気３がレベルＢに
て導入され、そして、三次空気４がレベルＣにて導入さ
れる。黒液噴射のための液銃（ｌｉｑｕｏｒｇｕｎｓ）
がレベルＤに配置されている。典型的に、レベルＢはレ
ベルＡの４ないし６フィート上に配置され、レベルＣは
液銃のレベルＤの約１０フィート上に配置されている。
ボイラー１の上方には、過熱器部５、ボイラーバンク
（ｂｏｉｌｅｒ ｂａｎｋ）６、および節減装置（ｅｃ
ｏｎｏｍｉｚｅｒ）部７がある。ボイラーの寸法は、幅
３１フィート、奥行き３０フィート、高さ（床から頭部
（ｎｏｓｅ）まで）８０．６フィートであった。対応す
る炉の断面積は９３０平方フィートであり、炉の容積は
７００００立方フィートであった。熱および質量の平衡
の計算（ｂａｌａｎｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ）
を、燃焼酸化剤における酸素濃度を３０％まで増加させ
ながら、二次および三次空気における様々な酸素富化レ
ベルにおいて、ボイラー１が燃焼酸化剤（２１％酸素濃
度）として空気を使用していたという条件のもとで、こ
の回収ボイラーについて行った。計算をする上で、実際
の黒液のより高い加熱値（Ｈｉｇｈｅｒ Ｈｅａｔｉｎ
ｇ Ｖａｌｕｅ）は６２００Ｂｔｕ／ポンドであった。
【００２８】図２に、黒液を完全に燃焼させるために必
要な燃焼空気の流れの総量の二次および三次のレベルに
対する酸素富化の効果を示す。ここで、黒液の流量は一
定に保たれていると仮定している。二次および三次の空
気の流れにおける酸素が２１％から３０％へと行くこと
によって、燃焼空気の流れにおいて２４％の減少が得ら
れている。煙道ガス中の過剰な酸素が減少すれば、酸素
富化空気を使用する炉から予想されるように、必要な空
気が３０％減少する。
【００２９】同時に、図３のグラフから分かるように、
煙道ガスの体積は２０％減少し、過剰な酸素の減少を仮
定すればこの値は２５％までいく。このことは、キャリ
ーオーバーおよび炉の上方（過熱器、ボイラーバンク）
におけるプラグゲージ（ｐｌｕｇｇａｇｅ）に対して正
の効果を有する。
【００３０】空気および煙道ガスの減少した体積は、ボ
イラーでの黒液処理能力を考慮したものである。すなわ
ち、二次および三次の空気における酸素富化レベルが２
５％であることを基にして、酸素富化なしでボイラーを
燃焼させたときに発生する煙道ガスの体積と同じ量に対
して、回収ボイラー内で１５％多い黒液を処理すること
ができる。このことは図４において、二次および三次レ
ベルにおける様々な酸素富化レベルに対して示されてい
る。
【００３１】回収ボイラーは、通常、煙道ガス中の酸素
濃度を測定する手段を備えている。従来の黒液ボイラー
においては、黒液の組成を変えることまたは固形分を変
えることによって燃焼に必要な酸化剤が変更され、空気
の調整を、しばしば手動でしなければならない。本発明
の方法によれば、三次の空気の流れにおいて噴射される
酸素の流れは、煙道ガス中の酸素濃度を予め設定された
一定の値に保つように自動的に調整される。同時に、二
次の空気のレベルにおいて噴射される酸素の流れは、炉
へのすべての空気の流れと同様に、一定に保たれる。こ
うして、三次のレベルにおける酸素の噴射を用いて、煙
道ガス中の酸素濃度は精巧に調整される。
【００３２】酸素濃度が３０％を下回る（好ましくは２
２％ないし２６％を含む）酸素富化空気が、１００フィ
ート／秒を上回る速度、好ましくは二次の酸化剤の流れ
に対して２００フィート／秒を上回り三次の空気の流れ
に対して２５０フィート／秒を上回る速度において、二
次および三次の空気のレベルにおいて配置された酸化剤
ノズルを通して噴射される。
【００３３】還元効率およびＳＯ2 放出を制御するため
に、一次の空気においてさらに酸素を噴射することを用
いることができる。床部のレベルにおいて酸素を加える
ことにより、二次および三次の空気のレベルにおいて酸
素を付加することに加えて、硫酸ナトリウムから硫化ナ
トリウムへの吸熱の還元を増大するためにさらにエネル
ギーが与えられる。こうして、還元効率が改善される。
ＳＯ2 はナトリウム化合物によって捕らえられるため、
床部の温度を上げることによって、発煙として知られて
いる現象であるナトリウムの揮発が増加し、ＳＯ2 の放
出が減少する。一次の空気のレベルにまたは二次の空気
のレベルに噴射される酸素の流れは、床部の温度の測
定、還元効率、もしくはＳＯ2 煙道ガス濃度に、直接に
結び付けることができる。
【００３４】
（２つの空気レベルの回収ボイラーへの本発明の適用）
図５のボイラーのように、回収ボイラーが２つのレベル
の空気システムを有し
ているときには、第３のレベルの酸化剤の噴射は当初の
二次空気の下に配置され
、酸素富化は、少なくとも二次の空気のレベルおよび新
しい三次の空気のレベル
に適用される。図５のボイラー内において、一次空気２
はレベルＡにおいて噴射
され、当初の二次の空気１０は液銃のレベルＤの上のレ
ベルＣにおいて噴射され
る。より新しい設計においては、レベルＡにおける一次
空気２の噴射は、２つの
サブレベル、「一次」および「高一次（ｈｉｇｈ ｐｒ
ｉｍａｒｙ）」に分割さ れる。
【００３５】新しい第３のレベルの空気の噴射に対する
好ましい位置は、黒液噴射ポートと同じレベルＤであ
る。新しく配置された第３の空気レベルに対して酸素富
化空気の流れを供給するために、新しい酸素富化空気の
ノズルが配置されている。３つのレベルの空気ボイラー
の説明と整合させるために、第３のレベルが二次のレベ
ルとなり、当初の二次のレベル１０が三次のレベルとな
る。酸素濃度が３０％を下回る（好ましくは２２％ない
し２６％を含む）酸素富化空気が、１００フィート／秒
を上回る速度、好ましくは二次の酸化剤の流れに対して
２００フィート／秒を上回り三次の空気の流れに対して
２５０フィート／秒を上回る速度において、二次および
三次の空気レベルにおいて配置された新しい酸化剤ノズ
ルを通して噴射される。
【００３６】前述した構成からは、ボイラーの水壁（ｗ
ａｔｅｒｗａｌｌｓ）９への最小限の変更が必要とされ
る。しかし、追加する第３の酸素富化空気のポートに対
するより好ましい位置は、設けなければならない新しい
開口部における一次の空気のポートレベルＡと液銃のレ
ベルＤの間に位置するレベルＢである。こうして、レベ
ルＢは二次の酸化剤噴射レベルとなり、当初の二次の空
気レベルのレベルＣは三次の酸化剤の噴射レベルとな
る。酸素濃度が３０％を下回る（好ましくは２２％ない
し２６％を含む）酸素富化空気が、１００フィート／秒
を上回る速度、好ましくは二次の酸化剤の流れに対して
２００フィート／秒を上回り三次の空気の流れに対して
２５０フィート／秒を上回る速度において、二次および
三次の空気レベルにおいて配置された新しい酸化剤ノズ
ルを通して噴射されるように、高速度の酸化剤のノズル
が設けられる。
【００３７】（回収ボイラー内での熱分布制御）二次の
空気のレベルにまたは二次の空気のレベルの上に配置さ
れた少なくとも一つのレベルの燃焼空気システムにおけ
る酸素富化レベルを用いて、回収ボイラーの熱分布を制
御することによって、熱効率を最適化することおよび汚
染物質の放出を低減することを助けることができる。酸
素噴射を制御する技術については、前述した。ここで
は、ボイラー内の温度分布を証明するために、回収ボイ
ラー内の異なる高さにおいて、光学技術を用いて視線に
沿った平均温度をその場で測定することを提案する。温
度分布は、ボイラーの運転の知識に基いて所望のレベル
に設定される。そして、光学センサーを用いてボイラー
内で測定された温度分布と所望の温度分布とを合致させ
るために、酸素の噴射が利用される。この技術によっ
て、ボイラーの負荷が変わり、黒液の組成が変化し、ま
たはボイラーの調子を狂わせる（ｕｐｓｅｔ）他の状況
が起きたときに、最適な温度分布を保つことができる。
温度測定にとって好ましい光学技術は、ナトリウム原子
Ｎａ、硫酸ナトリウムＮａ2 ＳＯ4 、および硫化ナトリ
ウムＮａ2 Ｓなどの、しかしこれらに限定されない、ナ
トリウムを有する種の、吸収および／または発光に基く
ものである。
【００３８】上述の例および説明は、本発明に係る態様
を説明するためのものであるが、これらは請求項の範囲
を不当に制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において有用な回収ボイラーを示す概略
図。
【図２】本発明に係る回収ボイラー内で黒液を完全に燃
焼させるために必要な燃焼空気の流れの総量の二次およ
び三次のレベルに対する酸素富化の効果を示す図。
【図３】黒液を完全に燃焼させるときに発生する煙道ガ
スの量に対する酸素富化の効果を示す図。
【図４】酸素富化なしでボイラーを燃焼させたときに発
生する煙道ガスの体積と同じ量に対して図１の回収ボイ
ラー内で１５％多い黒液を燃焼させることができること
を示す図。
【図５】当初の二次の空気の下に備え付けられた三次の
レベルの酸化剤噴射と、少なくとも二次の空気レベルお
よび新しい三次の空気レベルに適用される酸素富化を示
す２つのレベルの空気システムを有する回収ボイラーを
示す概略図。
【符号の説明】
１…ボイラー ２…一次の空気 ３、１０…二次の空気 ４…三次の空気 ５…過熱器部 ６…ボイラーバンク ７…節減装置部 ９…ボイラーの水壁 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…レベル
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢ Ｆ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢＨ Ｆ２３Ｌ 7/00 Ｆ２３Ｌ 7/00 Ｂ (71)出願人 591036572 レール・リキード・ソシエテ・アノニム・ プール・レテュード・エ・レクスプロワタ シオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロ ード フランス国、75321 パリ・セデクス 07、 カイ・ドルセイ 75 (71)出願人 598131867 ジャンセン・コンバスチョン・アンド・ボ イラー・テクノロジーズ・インコーポレー テッド ＪＡＮＳＥＮ ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ Ａ ＮＤ ＢＯＩＬＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧ ＩＥＳ，ＩＮＣ. アメリカ合衆国、ワシントン州 98072− 0630、ウッドインビレ、ピー・オー・ボッ クス 630、エヌ・イー、ワンハンドレッ ドフォーティセカンド・アベニュー、 20210 (72)発明者 デービッド・アール・シェーフ アメリカ合衆国、ジョージア州 30066、 マリエッタ、アウトルック・ウェイ 4727 (72)発明者 ルイ・セー・フィリップ フランス国、78117 トゥッス・ル・ノー ブル、アレ・デ・ピュイ、12 (72)発明者 エリック・エル・ドゥシャトー フランス国、38610 ジエール、リュ・ド ゥ・モアロン ７ (72)発明者 アリエ・ベループ アメリカ合衆国、ワシントン州 98034、 キルクランド、エヌ・イー、ホリデー・ド ライブ 12811 (72)発明者 エドワード・シー・ダイ アメリカ合衆国、ワシントン州 98011、 ボーテル・エヌ・イー・ワンハンドレッド フィフティーセブンス・ストリート 10813

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つのレベルの空気噴射を備
    えた回収ボイラーの処理量を増加させる方法であって、
    二次の空気のレベルにおいてまたはその上において少な
    くとも１つのレベルの燃焼空気システムにおいて空気を
    酸素富化することによってボイラーを運転することを含
    むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 回収ボイラーが一次および二次のレベル
    の噴射空気を有することを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 回収ボイラーが一次、二次、および三次
    のレベルの噴射空気を有することを特徴とする請求項１
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 回収ボイラーが同じ酸素富化レベルを二
    次および三次の空気において有することを特徴とする請
    求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 回収ボイラーがある酸素富化レベルを二
    次の空気において有し、異なる酸素富化レベルを三次の
    空気において有することを特徴とする請求項３記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 回収ボイラーが少なくとも二次のレベル
    の燃焼空気において３０％までの酸素濃度を燃焼酸化剤
    において有することを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 回収ボイラーが一次および二次のレベル
    の燃焼空気において３０％までの酸素濃度を有すること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 回収ボイラーが一次、二次、および三次
    のレベルの燃焼空気において３０％までの酸素濃度を燃
    焼酸化剤において有することを特徴とする請求項３１記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 回収ボイラーが一次、二次、および三次
    のレベルの噴射空気を有し、少なくとも１つの前記レベ
    ルの噴射空気において酸素を富化し、さらに液銃のレベ
    ルにおいて酸素を噴射することを特徴とする請求項３記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 少なくとも２つのレベルの空気噴射シ
    ステムを備えた回収ボイラーの処理量を増加させる方法
    であって、当初の二次の空気と同じレベルにおけるまた
    はその下における第３のレベルの酸化剤噴射を用いて回
    収ボイラーを運転することを含む方法であり、少なくと
    も当初の二次の空気の流れおよび前記第３のレベルに酸
    素富化を適用することを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 第３のレベルを黒液噴射ポートと同じ
    レベルにまたはその近くに配置することを特徴とする請
    求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 新しい酸化剤ノズルを用いて、二次の
    空気噴射ポートと同じレベルにおいて第３のレベルの酸
    素富化空気を噴射することを含むことを特徴とする請求
    項１０記載の方法。
  13. 【請求項１３】 第３のレベルを黒液噴射銃のレベルよ
    りも低く一次の空気のレベルよりも高いレベルにおいて
    動作させることを特徴とする請求項１０記載の方法。
  14. 【請求項１４】 回収ボイラーが少なくとも二次のレベ
    ルの燃焼空気において３０％までの酸素濃度を燃焼酸化
    剤において有することを特徴とする請求項１０記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 少なくとも３つの空気噴射レベルを有
    するボイラーかまたは３つのレベルに改造された２つの
    空気噴射レベルを有するボイラーに適用することができ
    る回収ボイラーの処理量を増加させるための方法であっ
    て、少なくとも二次および三次の空気レベルにおいて酸
    素富化を適用することを特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】 二次および三次の空気レベルに加えて
    一次の空気レベルに酸素富化を適用することを特徴とす
    る請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 回収ボイラーが同じ酸素富化レベルを
    二次および三次の空気において有し、前記酸素富化レベ
    ルは２１％よりも大きいことを特徴とする請求項１５記
    載の方法。
  18. 【請求項１８】 回収ボイラーが異なる酸素富化レベル
    をそれぞれの空気レベルにおいて有し、それぞれの空気
    噴射レベルにおける酸素濃度は２１％よりも大きいこと
    を特徴とする請求項１５記載の方法。
  19. 【請求項１９】 一次、二次、三次および四次の少なく
    とも４つの空気噴射レベルを有するボイラーに適用する
    ことができる回収ボイラーの処理量を増加させるための
    方法であって、少なくとも二次ならびに第３および第４
    の空気レベルの１または複数に酸素富化を適用すること
    を含むことを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 二次および第４の空気噴射レベルに加
    えて一次の空気噴射レベルに酸素富化を適用することを
    特徴とする請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 回収ボイラーが同じ酸素富化レベルを
    一次、二次および三次の空気噴射レベルにおいて有し、
    前記酸素富化レベルは２１％よりも大きいことを特徴と
    する請求項１９記載の方法。
  22. 【請求項２２】 回収ボイラーが異なる酸素富化レベル
    をそれぞれの空気レベルにおいて有し、それぞれの空気
    噴射レベルにおける酸素濃度は２１％よりも大きいこと
    を特徴とする請求項１９記載の方法。
  23. 【請求項２３】 回収ボイラーが、一次、二次、および
    三次のレベルの燃焼空気において３０％までの酸素濃度
    を燃焼酸化剤において有することを特徴とする請求項１
    ９記載の方法。
  24. 【請求項２４】 回収ボイラーが、一次、二次、三次、
    および四次のレベルの燃焼空気において３０％までの酸
    素濃度を燃焼酸化剤において有することを特徴とする請
    求項１９記載の方法。
  25. 【請求項２５】 燃焼空気の酸素富化が適用されるとき
    の回収ボイラーの煙道ガス中の酸素濃度を制御する方法
    であって、少なくとも３つのレベルの空気噴射を有する
    ボイラーかまたは前述したように３つのレベルに改造さ
    れた当初の２つのレベルの空気噴射システムを有する回
    収ボイラーに適用することができる方法であり、 （ａ）回収ボイラーの一次の空気レベルとは異なる少な
    くとも２つの燃焼空気レベルへこの２つの燃焼空気のレ
    ベルの酸素富化のために酸素の流れを供給する、 （ｂ）設定濃度と呼ばれる煙道ガス中の所望の酸素濃度
    を選ぶ、 （ｃ）煙道ガス中の酸素濃度を検出する、 （ｄ）二次のレベルの燃焼空気における酸素の流れを一
    定に保ちながら、検出された酸素濃度をほぼ設定酸素濃
    度に保つために三次の燃焼空気レベルで噴射される酸素
    の流れを調整する各工程を含むことを特徴とする方法。
  26. 【請求項２６】 燃焼空気の酸素富化が適用されるとき
    の回収ボイラーの煙道ガス中の酸素濃度を制御するため
    の方法であって、少なくとも４つのレベルの空気噴射を
    有するボイラーに適用することができる方法であり、 （ａ）回収ボイラーの一次の空気レベルとは異なる少な
    くとも２つの燃焼空気レベルへこの２つの燃焼空気のレ
    ベルの酸素富化のために酸素の流れを供給する、 （ｂ）設定濃度と呼ばれる燃焼生成物中の所望の酸素濃
    度を選ぶ、 （ｃ）煙道ガス中の酸素濃度を検出する、 （ｄ）他のレベルの燃焼空気における酸素の流れを一定
    に保ちながら、検出された酸素濃度をほぼ設定酸素濃度
    に保つために一番上の燃焼空気レベルで噴射される酸素
    の流れを調整する各工程を含むことを特徴とする方法。
  27. 【請求項２７】 一次の空気レベルにおいて少なくとも
    １つのレベルの燃焼空気システムに酸素富化が適用され
    るときの、回収ボイラーの燃焼安定性または化学的回収
    を改善するための方法であって、 （ａ）一次の空気の酸素富化のために回収ボイラーの一
    次の燃焼空気レベルに酸素の流れを供給する、 （ｂ）次の量のいずれか１つまたは全てを検出する：ス
    メルトの還元効率、煙道ガス中の二酸化硫黄ＳＯ2 濃
    度、または床温度、 （ｃ）次の量のいずれかまたは全てに対する次の効果の
    うち少なくとも１つを得るために、一次の燃焼空気レベ
    ルで噴射される酸素の流れを調整する：９０％を上回る
    還元効率、およびＳＯ2 の放出を最小限にする各工程を
    含むことを特徴とする方法。
  28. 【請求項２８】 二次の空気のレベルにおいて少なくと
    も１つの燃焼空気システムのレベルに酸素富化が適用さ
    れるときの、回収ボイラーの燃焼安定性または化学的回
    収を改善する方法であって、 （ａ）次の量のいずれか１つまたは全てを検出する：ス
    メルトの還元効率、煙道ガス中の二酸化硫黄ＳＯ2 濃
    度、または床温度、 （ｂ）次の量のいずれかまたは全てに対する以下の効果
    を得るために、二次の燃焼空気レベルで噴射される酸素
    の流れを調整する：還元効率を９０％を上回る値に保
    つ、ＳＯ2 の放出を最小限にする各工程を含むことを特
    徴とする方法。
  29. 【請求項２９】 各レベルの酸素富化空気噴射における
    酸化剤の酸素濃度を独立に制御することを特徴とする請
    求項２８記載の方法。
  30. 【請求項３０】 燃焼空気の酸素富化が適用されるとき
    に回収ボイラー内の温度分布を制御する方法であって、 （ａ）回収ボイラーの一次の空気レベルとは異なる少な
    くとも２つの燃焼空気レベルへこの２つの燃焼空気のレ
    ベルの酸素富化のために酸素の流れを供給する、 （ｂ）ボイラーの運転の以前の知識に基いて、設定温度
    分布と呼ばれるボイラーに対する最適な温度分布を選
    ぶ、 （ｃ）光学的技術を用いてボイラーの異なるレベルにお
    いて平均温度を検出し、ボイラーに対して温度分布を推
    測し、測定した温度分布がボイラーの設定温度分布と合
    致するように前記少なくとも２つの燃焼空気レベルで噴
    射される酸素の流れを調整する各工程を含むことを特徴
    とする方法。
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