JPS62123215A - 回収ボイラの最適燃焼制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、紙バルブ製造工程において生ずる黒液を燃焼
して黒液中に含まれる蒸解用薬剤の原料を回収するとと
もに黒液の保有熱量により水蒸気を発生させる回収ボイ
ラの最適燃焼制御装置に関し、更に詳しくは最適な操業
状態となるように黒液温度を操作し空気流量を探索して
回収ボイラの燃焼状態を制御する回収ボイラの最適燃焼
制御装置に関する。

〔従来の技術〕

紙バルブ製造工程中のチップ蒸解工程においては、木材
中のセルローズ（！ｌ維分）とリグニン（樹脂分）とを
分離して取出す必要があり、この、　ためにＮａＯＨを
主成分とする薬剤が使用されている。そして、この蒸解
工程からは、該蒸解工程により得られる溶解状態の前記
リグニン等有機成分とＮａ２５ｏ４やＮａｚＣＯｉ等の
いわゆるＮａを主成分とする無機分成分とが混合された
黒液と称する廃溶液が排出される。

ところで、回収ボイラの機能は、上記黒液を燃焼して黒
液中に含まれるリグニン等有機成分の保有熱量により発
電用あるいは工場用諸設備に供する蒸気を発生させるこ
とにある。また、回収ボイラのもう１つの機能は、黒液
の燃焼熱を利用して黒液中に含有されるＮａ２８０４を
還元し、これをＮａ２Ｓを主成分とする形で炉底に溶融
させて前記蒸解工程に利用する薬剤の原料を回収するこ
とにある。すなわち、回収ボイラは、紙バルブ製造工程
において排出される黒液を燃焼して熱エネルギーと薬剤
の原料を回収するといった２重の役割を持っており、紙
バルプ工場の操業上極めて重要な意義を有している。こ
のため、回収ボイラの燃焼制御は、蒸気発生効率と薬剤
回収効率即ちスメルト還元率と呼ばれるＮａｚＳＯ＋の
ＮａＳへの還元効率の双方が高く得られるような運転が
望まれている。

第７図および第８図は以上述べた従来の回収ボイラおよ
びその燃焼制御装置の構成を示す図である。先ず、第７
図は回収ボイラを示すものであって、図示されていない
がチップ蒸解工程から廃液として排出される黒液は噴射
ガン１により回収ボイラ２の炉内に噴霧される。ここで
、噴霧状とされた黒液は炉内で放射熱により浮遊乾燥さ
れて炉底に落下してチャーベッド３を形成する。このチ
ャーベッド３および炉内を浮遊している黒液あるいは炉
内ガス体は燃焼用空気として投入されるチャーベッド底
部空気４、チャーベッド頂上部空気５および炉上部空気
６により燃焼され、このとき発生する燃焼排ガス７は過
熱器８、ドラム９および節炭器１０を通って熱交換に供
され、さらに電気集塵器１１を通って煙突１２から系外
へ排ガス１３として排出される。回収ボイラ２に供給さ
れる水は節炭器１０において燃焼排ガス７により加熱さ
れて温水とされ、引き続きドラム９のバンクチューブに
よって加熱されて蒸気１４とされた後に過熱器８に送り
込まれ、ここで過熱されて主蒸気１５として主蒸気ライ
ン１６から系外へ取出される構成となっている。

一方、チャーベッド３およびその近傍においては燃焼熱
を利用した高温の還元雰囲気が形成される。このとき、
黒液中に混入されるＮａ２ｓＯ＋はこの高温の還元雰囲
気でＮａ２Ｓに還元され、スメルト１７（チップ蒸解用
薬剤原料）と称する液体とじて炉底に溶融し、スメルト
スパウトロ１８から系外に回収される。また、黒液中に
混入してきたＮａ２ｓＯ＋の熱分解や黒液の燃焼の際に
発生する８０２ガスはチャーベッド頂上部に発生するＮ
ａ２ガスあるいはＮａ２Ｏヒユームによって捕捉されて
Ｎａ２ＳＯ４として固定化され同様にＮａ２Ｓに還元さ
れる。

次に、第８図は第７図に示す回収ボイラに適用した従来
の一般的な燃焼制御装置を示す図である。

即ち、この燃焼制御装置は、第７図に示す回収ボイラシ
ステムに５Ｏ２濃度検出器２１、極値探索部２２および
１次空気流量調節計２３を設け、この空気流量調節計２
３の操作出力を用いてチャーベッド底部空気４の流山を
制御する構成となっている。この装置は、極値探索部２
２を用いて山登り法等の手法により前記８０２濃度が極
小となるようにチャーベッド底部空気流量の設定値を探
索し、その探索結果をチャーベッド底部空気流量調節計
２３へ設定値として供給するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、以上のような燃焼制御装置は、チャーベッド
頂上部に投入する空気５の量は一定として取扱うか、ま
たは変化させる場合であってもチャーベッド底部空気４
の流量と一定の比を保つか、炉上部空気６の流量と一定
の比を保ったまま操作し、独立した操作■とじては扱わ
れなかった。

しかし、本出願における発明者等の実験結果によれば、
チャーベッド底部空気流量を一定に保つた場合でも第９
図に示す如く５０２ａ１度を極小（イ）にするチャーベ
ッド頂上部空気流量が存在する。また、第１０図に示す
ように、噴射黒液温度に対しても同様の８Ｏ２濃度の極
小点（ロ）が存在する。更に、回収ボイラ２の他の評価
指標例えば回収ボイラ２の出熱・入熱比を考えた場合、
チャーベッド底部空気流量を一定とし、チャーベッド頂
上部空気流量と炉上部空気流量の和を一定としたままチ
ャーベッド頂上部空気流量を操作すると、第１１図に示
すようにあるチャーベッド頂上部空気流量の比率に対し
て出熱・入熱比が極大となる点（ハ）が存在する。従っ
て、これらの実験データから極値探索をチャーベッド底
部空気流量調節計２３の設定値のみの探索で行っていた
従来の燃焼制御装置では、概略３Ｏ２濃度の極小点を探
索することはできても、チャーベッド頂上部空気量を独
立に操作することによってより低い５ｏ２１！度の燃焼
状態を実現することができないという欠点を有している
。また、回収ボイラ２の運転状態の評価指標として出熱
・入熱比を使用した場合でも同様にチャーベッド底部空
気流！１調が計２３のみの探索では真の極値と異なるよ
り低い出熱・入熱比で回収ボイラを燃焼し続ける場合が
あるという欠点を有している。これらは回収ボイラ２の
持つ能力を可能な限り引出し、その時々の操業側の要請
に基づく多様な評価のもとて最適な運転状態を実現しよ
うとする試みが行われるにつれて露呈してきた欠点でも
ある。

本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、チ
ャーベッド底部空気流ｌ調節手段の設定値と、チャーベ
ッド頂上部空気流量調節手段または黒液温度調節手段の
設定値をそれぞれ独立的に探索して求めることにより、
操業上置も好ましい最適な点に誘導して回収ボイラの燃
焼制御を実行する回収ボイラの最適燃焼制御装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は上記目的を達成するために、回収ボイ
ラの運転状態の評価指標を求めるとともに、この評価指
標が極値に向うようにチャーベツド底部用設定値とチャ
ーベッド頂上部用設定値または噴射黒液温度の設定値を
独立に求め、これらの設定値を回収ボイラの底部空気流
量調節手段とチャーベッド頂上部空気流量調節手段また
は黒液温度調節手段に与えて空気流量を制御するように
したものである。

〔作用〕

従って、以上のような手段としたことにより、チャーベ
ッド底部空気流量とチャーベッド頂上部空気流量または
噴射黒液温度との２つの操作量を操作し、回収ボイラの
評価指標が極値となる点を探索するように動作するので
、チャーベッド底部空気流量のみを操作した時に隠れて
現われてこなかった評価指標の真の極値を探索でき、回
収ボイラをより最適な点で燃焼制御できるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説明
する。なお、同図において第８図と同一部分には同一符
号を付して詳しい説明は省略する。即ち、本発明装置に
おいては、噴射黒液ライン３１に黒液体積流量検出器３
２および黒液密度検出器３３が設置され、これらの検出
器３２゜３３によって検出された体積流層信号および密
度信号は黒液重層流面演算部３４に供給される。この黒
液重量流量演算部３４は流量信号と密度信号とを乗算し
て噴射黒液の重量流量を求め、ここで求められた黒液重
量流量を除算部３５に供給する。

この除算部３５は主蒸気ライン１６に設置された主蒸気
流量検出器３６より主蒸気流量信号が供給されており、
この主蒸気流山を前記黒液重量流】で除することにより
スチームゲインを得るものである。また、電気集塵器１
１の後段側に燃焼排ガス７の８０２濃度を検出する８０
２濃度検出器３７が設置され、ここで検出された８０２
濃度信号は前記除算部３５の出力とともに加重和演算部
３８に供給される。この加重和演算部３８は除算部３５
の出力と８０２濃度の加重和として回収ボイラ２の運転
状態の評価指標を演算によって求めるものである。

そして、この加重和演算部３８の出力側に極値探索部３
９およびチャーベッド底部空気流量、チャーベッド頂上
部空気流量をそれぞれ所定の設定値に制御するチャーベ
ッド底部空気流１１１筒針４０、チャーベッド頂上部空
気流！調筒針４１が設けられている。この極値探索部３
９は加重和演算部３日の出力として得られる回収ボイラ
２の運転状態の評価指標が橿箇に向うように前記チャー
ベッド底部空気流量調節計４０およびチャーベッド頂上
部空気流山調節計４１の双方の設定値を上下させるもの
である。また、前記節炭器１０の下流側に燃焼排ガス７
のＯ２濃度を検出する０２ａ１度検出器５１、前記節炭
器１０の下流側に同じく燃焼排ガスのＣＯ濃度を検出す
るＣ０１１度検出器５２がそれぞれ設置され、これらの
Ｏ２濃度検出器５１およびＣＯＷ度検比検出器５２って
検出されたｏ２１１度信号６よびＣＯＳ度信号はそれぞ
れ対応する０２１１１度調節計５ＳおよびＣＯ濃度調節
計５４に供給される。このＯ２濃度調節５ｓ３は０２濃
度が所定の設定値となるように操作信号を得、同様にＣ
ｏ１１度調節計５４は００ｍ度が所定の設定値と、なる
ような操作信号を得るものである。

５５は前記探索部３９の出力として得られるチャーベッ
ド底部空気流量設定値とチャーベッド頂上部空気流量設
定値を加算して出力する加算部、５７はＯ２濃度調節５
ｓ３の出力またはｃｏ濃度調節計５４の出力から前記加
算部５５の出力を減算して出力する減算部であって、こ
の減算出力は炉上部空気流ｍ調節計５８の設定値として
導入されるようになっている。

次に、以上のように構成された装置の動作を説明する。

噴射黒液ライン３１から黒液重量流量信号および黒液密
度信号を受けると、黒液重量流量演算部３４は両検出器
３２．３３の出力を乗算して噴射黒液の重量を求めた後
、この黒液重量流量信号を除算部３５に供給する。この
除算部３５は、黒液重量流量のほか、主蒸気流ｍ検出器
３６より主蒸気流ｌが入力され、該主蒸気流量を黒液重
量流量で除することによりスチームゲイン（出熱・入熱
比）を求めて前記加重和演算部３８に導入している。こ
の加重和演算部３８にあっては８０２濃度検出器３７か
ら出力される８０２濃度と前記スチームゲインとにそれ
ぞれ所定の加重係数を乗じこの両者の和を演算すること
により、Ｓ　Ｏ２１度およびスチームゲインの双方を考
慮した回収ボイラ２の評価指標を演算し、さらに極値探
索部３９においてその評価指標が極値に向うようにチャ
ーベッド底部空気Ｒ】設定値およびチャーベッド頂上部
流量設定値を独立に探索し、前記評価指標が極値となれ
ば前記各空気流量設定値として保持するように動作する
ものである。

第２図は本発明装置に関連して実施される極値探索部３
９の動作を説明する図である。図中、黒丸は極値探索部
３つによって設定される空気２１１ｆｆｉ設定値である
。即ち、この極値探索部３９は、現在および前回および
前々回で出力したチャーベッド底部空気流量、チャーベ
ッド頂上部空気流量およびその時の評価指標の値を記憶
し、第３図に示すように現在、前回および前々回の設定
値出力点を結ぶ三角形のうち、最も評価指標の悪い点（
図では前回）を他の２点の対象点に折り返した点を次回
出力点としてチャーベッド底部空気流ｍおよびチャーベ
ッド頂上部空気流量の次回探索での設定値を決定するも
のである。このような動作を操り返すことにより、第２
図に示すように評価指標が極値に向うように前記各空気
流量設定値を決定していくものである。

一方、０２　Ｈａｍ！ｊ５計５３、Ｃ０ＩＩＩｔ調節削
５４にあっては、Ｏ２濃度検出度検出上びＣ０１１度検
出信号を受け、排ガス熱損失が最も少なくなるように予
め設定された０２濃度またはＣＯ２２度を維持するよう
にチャーベッド底部空気流ｍとチャーベッド頂上部空気
流量と炉上部空気流湯との和、すなわち回収ボイラへ投
入される全空気流向の設定値を決定するように動作する
。また、チャーベッド底部空気流量設定値とチャーベッ
ド頂上部空気流！！設定値の和を求め、前記調節計５３
または５４の出力を該設定値和で減算出力するようにし
ているので、極値探索部３９により決定されたチャーベ
ッド底部空気流量、チャーベッド頂上部空気流量を保持
したまま排ガス熱損失が最も少なくなるように炉上部空
気流量設定値を決定することができる。

従って、本発明は以上のような実施例の構成によれば、
チャーベッド底部空気流量とチャーベッド頂上部空気流
量の２つの操作量を操作し、回収ボイラの評価指標が極
値となる点を探索しているので、従来装置においてチャ
ーベッド底部空気流量のみを操作していた時に隠れて現
れて来なかった評価指標の真の極値が第６図に示すよう
にチャーベッド空気流優とチャーベッド頂上空気流量の
双方を操作し探索することにより、真の極値（へ）を発
見できるものである。第５図において（ニ）はチャーベ
ッド底部空気のみを操作した時に到達できる極大点を示
す。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば加重和演算部３８は一般の任意の関数を与える関
数演算部とすることができる。また、このような関数演
算部の入力としてはスチームゲイン、５０２ｍ度信号０
他、必要に応じて炉内温度あるいは燃焼排ガス７のＣＯ
２１１度を加えることかできる。また、回収ボイラ２の
熱効率に相当する指標を演算し、これをスチームゲイン
の代りに用いれば、回収ボイラにおける運転状態の評価
指標としてより正確になる。また、排ガスラインに０２
濃度検出器５１またはＣＯａ度検比検出器５２置し、こ
れに対応してＯ２濃度調節６Ｓ３またはｃｏｍａ調節計
５４の何れか１つを使用してもよいものである。さらに
、第１図に示す加算部５５は加重和演算部３８あるいは
一般の関数演算部を使用してＯ２濃度ｗｊ４ｖ計５３の
炉上部空気流量に対する設定感度を調整することも有効
である。また、上記実施例では、極値探索部３９はチャ
ーベッド底部空気流量とチャーベッド頂上部空気流量を
それぞれ独立的かつ直接的に決定するようにしたが、第
４図に示すように全体空気流層に対するチャーベッド底
部空気流層の比率および全体空気流量に対するチャーベ
ッド頂上部８！悉の比率、あるいは炉上部空気流山とチ
ャーベッド頂上部空気流量の和に対するチャーベッド頂
上部空気流量の比率等を用い、０２濃度調節計５３によ
って全体空気流層あるいは炉上部空気流量とチャーベッ
ド頂上部空気流量の和を設定し、この白化として空気流
量の設定値を決定することもできる。

また、他の実施例としては、チャーベッド頂上部空気流
量に代えて噴射黒液流量の設定値とチャーベッド底部空
気流量の設定値の双方を用いて評価指標の極値を探索す
るような構成であってもよい。その他、本発明はその要
旨を逸脱しない範囲で■々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、チャーベッド底部
空気流量の他にチャーベッド頂上部空気流量あるいは噴
射黒液温度の設定値を独立に同時に操作し極値を探索す
るようにしたので、従来隠れて現われなかった評価指標
の真の極値を探索でき、より高いスチームゲインあるい
はより低い５０２ｍ１等で操業上最適な燃焼状態で燃焼
制御できる回収ボイラの最適燃焼制ｍ装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す構成図、第２図お
よび第３図は本発明に関連して実施される極値探索部の
動作を説明する図、第４図は本発明の他の実施例を説明
する構成図、第５図はチャーベッド底部空気流ｍとチャ
ーベッド頂上部空気流量に対する回収ボイラの運転状態
の評価指標の等高線と従来装置の探索過程例を示す図、
第６図は同様の等高線と本発明装置の探索過程例を示す
図、第７図は従来一般的に使用されている回収ボイラの
構成図、第８図は従来の回収ボイラの燃焼制御装置の構
成図、第９図チャーベッド頂上部空気流量に対する燃焼
排ガス８０２濃度の特性図、第１０図は噴射黒液温度に
対する排ガスＳＯ２濃度の特性図、第１１図はチャーベ
ッド頂上部空気流量と炉上部空気流量との和に対する比
と出熱・入熱比との関係を示す図である。 ２・・・回収ボイラ、３・・・チャーベッド、４・・・
チャーベッド底部空気、５・・・チャーベッド頂上部空
気、６・・・炉上部空気、７・・・燃焼排ガス、３２・
・・黒液体積流ｍ検出器、３３・・・黒液密度検出器、
３４・・・黒液重量流量演算部、３５・・・除算部、３
６・・・主蒸気流量検出器、３７・・・８０２濃度検出
器、３８・・・加重和演算部、３つ・・・極値演算部、
４０・・・チャーベッド底部空気流量調節計、４１・・
・チャーベッド頂上部空気流量調節計、５１・・・０２
ｍ度検出器、５２・・・ＳＯ２濃度検出器、５３・・・
ｏ２ｉ１度調節計、５４・・・Ｃｏａ１度調節計、筒針
・・・炉上部空気流量調節計。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図　　　　第３図 第５図　　　　第６図 第８図 一つ−・マ・−桑ソト丁負］：１丁下　　　　　　　　
　　　　−１有ｆ、ｙλ月架ニジ：Ｌ戊空シし先量 第９図　　　＠１０図 ＠１１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）黒液を炉内に噴射して炉底にチャーベッドを堆積
   させるとともに同時に燃焼用空気を炉内のチャーベッド
   底部およびチャーベッド頂上部近傍に投入して前記チャ
   ーベッドを燃焼させることにより、黒液中に含まれる蒸
   解用薬剤の原料を回収するとともに燃焼排ガスとの熱交
   換により水蒸気を発生させる回収ボイラの最適燃焼制御
   装置において、前記回収ボイラの運転状態の評価指標を
   求める評価指標演算手段と、前記チャーベッド底部より
   投入する燃焼用空気流量を所定の設定値となるように制
   御する第１の調節手段と、前記チャーベッド頂上部近傍
   に投入する燃焼用空気流量または前記黒液の温度の何れ
   かを所定の設定値となるように制御する第２の調節手段
   と、これら第１および第２の調節手段の設定値の双方を
   独立に前記評価指標が極値に向うように変化させる極値
   探索手段とを備えたことを特徴とする回収ボイラの最適
   燃焼制御装置。
2. （２）評価指標演算手段は、前記回収ボイラの出熱・入
   熱比、炉内温度、排ガス中のＳＯ＿２濃度、同じく排ガ
   ス中のＣＯ＿２濃度の何れか１つまたは複数を用いて評
   価指標を求めるものである特許請求の範囲第１項記載の
   回収ボイラの最適燃焼制御装置。
3. （３）極値探索手段は、前記第１、第２の調節手段の少
   なくとも現在設定値および前記極値探索手段によって得
   られた少なくとも現在の評価指標の値をそれぞれ記憶す
   る記憶手段と、この記憶手段によって記憶された過去の
   記憶データに基づいて前記第１および第２の調節手段に
   供給する次回の設定値を求める演算手段とを有するもの
   である特許請求の範囲第１項記載の回収ボイラの最適燃
   焼制御装置。
4. （４）黒液を炉内に噴射して炉底にチャーベッドを堆積
   させると同時に燃焼用空気を炉内のチャーベッド底部、
   チャーベッド頂上部近傍および炉上部に投入して前記チ
   ャーベッドを燃焼させることにより、黒液中に含まれる
   蒸解用薬剤の原料を回収するとともに燃焼排ガスとの熱
   交換により水蒸気を発生させる回収ボイラの最適燃焼制
   御装置において、前記回収ボイラの運転状態の評価指標
   を求める評価指標演算手段と、前記回収ボイラの排ガス
   中のＯ＿２濃度またはＣＯ濃度を検知する検知手段と、
   前記チャーベッド底部より投入する燃焼用空気流量を所
   定の設定値となるように制御する第１の調節手段と、前
   記チャーベッド頂上部近傍に投入する燃焼用空気流量ま
   たは前記黒液の温度の何れかを所定の設定値となるよう
   に制御する第２の調節手段と、前記炉上部に投入する燃
   焼用空気流量を所定の設定値となるように制御する第３
   の調節手段と、この第３の調節手段の設定値を、前記第
   １、第２の調節手段の設定値の少なくとも１つと前記検
   知手段で検知されたＯ＿２濃度、ＣＯ濃度の少なくとも
   １つとに基づいて決定する空気流量決定手段とを備えた
   ことを特徴とする回収ボイラの最適燃焼制御装置。
5. （５）空気流量決定手段は、全体空気流量に対するチャ
   ーベッド底部空気流量の比率および全体空気流量に対す
   るチャーベッド頂上部空気流量の比率あるいは炉上部空
   気流量とチャーベッド頂上部空気流量の和に対するチャ
   ーベッド頂上部空気流量の比率の何れかを用いて設定値
   を決定するものである特許請求の範囲第４項記載の回収
   ボイラの最適燃焼制御装置。