JP2719626B2

JP2719626B2 - 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

Info

Publication number: JP2719626B2
Application number: JP6509685A
Authority: JP
Inventors: ケイヨラーク
Original assignee: アールストロムマシナリイオサケユキチュア
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1993-10-18
Publication date: 1998-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: FI98937C; WO1994009206A1; CA2146561A1; SE9501374L; SE514739C2; FI924719A0; JPH07507849A; FI924719A; CA2146561C; US5603803A; SE9501374D0; FI98937B

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分解本発明は、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。

従来技術、および発明が解決しようとする課題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ができない。
使用済み液体中に溶解している有機物質は燃焼され、生
じた熱が蒸気の発生に使用される。無機物質すなわち使
用済み液体中に含まれる灰分は、ソーダ回収ボイラー内
の高い温度で溶融し、溶融物として炉底部に流下する。
ソーダ回収ボイラーは蒸気発生ボイラーでもあり、燃焼
時の放出熱が、主にボイラー壁に内張りされている水管
（または水冷管）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、例えば温度450〜480℃、圧
力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℃を
超えて非常に高く上昇し、この高温と、使用済み液体に
含有されるアルカリおよび硫黄の化合物とによって、炉
内雰囲気が著しい腐食性になる。

このような特殊な環境は、ソーダ回収ボイラー構造に
対して構造上の条件を規定し、該条件は従来の発電ボイ
ラーに対する要求条件とは異なる。したがって、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かつ
例えば300℃を超える温度で、炉底部の下方で分配パイ
プへ導かれ、そこから更に底部管および壁管に水が分配
される。炉下部では、先ず、ほぼ水平か上方へ向かって
斜めに水が流れ、次に全ての管を通じボイラー上部へ向
かって更に上方へ水が流れる。

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、全ての管が上昇姿勢までは鉛直姿勢でな
ければならないからである。さらに、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。水循環が乱れると管材料が過熱され、腐食および
管の損傷を生じることになる。管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な乱
れでさえ致命的である。

炉底部には、熱分解（pyrolysis）の段階で蒸発可能
かつ燃焼容易な物質が排出された後、使用済み液体の残
留物質から成る床（bed）が形成される。この床は、例
えば石炭（または、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
品から成る溶融物層が存在する。この溶融物層は、炉壁
の１またはそれ以上の開口を通して炉から流出せしめら
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、物質的破損は数
百万フィンランド・マルクに達しかねない。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（compound）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、底部複合管における被覆材料の下側においても
亀裂および腐食の兆候があることを明らかにした。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倍も高価な複合材料は、炉材お
よび炉底材料としての最終的な解決にはならない。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、使用済み液体処理ボイラー（以下、
単にボイラーと称する）の安全性を改善するために前記
従来技術に比して優れた方法および装置を提供すること
である。

本発明の他の目的は、溶融物と水の接触による爆発を
簡単には引き起こさない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、容易かつ迅速に交換できる
ボイラーの下部構造を提供することである。

課題を解決するための手段上述の目的を達成するために、ボイラーの水・蒸気循
環装置の他に、ボイラーの下部を構造する水冷管を含む
独立した強制式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、ボイラーの下部が独立
した強制式の水循環装置の水冷管で構成されることが特
徴である。

独立した強制式水循環装置は、炉の底部レベルに限定
されるが、炉の１部または複数の壁部に対して部分的に
延在することが好ましい。独立した強制式水循環装置
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形態によると、独立した冷却さ
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
構成することができる。一方、炉下部および炉底部は炉
本体（炉上部）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（cana
l）でも構成できる。本発明のボイラーでは、炉下部に
おける水冷管は水平（概ね水平である場合も含む）で、
炉下部の壁を形成するように、例えば螺旋状に延在する
ように配置できる。

このように本発明によれば、例えばボイラーの底部お
よび炉壁構造の一部が独立ユニット（単位組立体）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、一次および二次空気口が配
置される炉壁の部分を、それ自体の水循環装置を有する
独立した構造体にすることができる。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１部に独立した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、独立した水循環がソーダ
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、燃焼の観点から可及的好適に炉内へ給送さ
れる空気を与えることができ、できるだけ効率的に炉内
で撹拌を行うことができ、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（rotation 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。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℃よりも低い値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形態では、炉下部の冷媒循環
が独立した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、独立した冷却循環装
置により水循環装置と連結されている例えば独立した熱
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、独立して冷却される炉下部
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
させて独立して冷却される炉下部の熱膨張を生じさせる
ように、すなわち独立して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。

強制循環原理に従って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。周知のように、丸い（円形横断
面形状）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
部分構造である。低圧の状態にある炉下部は円筒形で、
かつ鉛直姿勢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
形のような多角形にすることが好ましい。これにより、
円筒形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。

ボイラー下部が独立した水・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、炉上部は多角形が好ましく、六角形に
することが最も好ましい。これは、炉部分と角張った炉
部分の間での可能な最善の連結となる。また、現在のボ
イラー底部が修理されるときに、炉に新しい円筒形下部
を備え付けることが可能である。

本発明の構造では、実際のボイラーの水循環装置に接
触することなく、炉下部の独立した冷却管を、部分的ま
たは全体として独立に交換できる利点がある。

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極小化さ
れたボイラーの有利な底部構造である。

また、本発明によれば、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独立した水循環装置
の利点が得られる。

実施例以下、添付図面を参照しながら本発明の詳細を説明す
る。

第１図は、本発明による２部分炉10を有するソーダ回
収ボイラーを示している。図示された炉上部11の壁12、
14は互いに溶接された垂直水管（鉛直姿勢の水管）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内へ上昇する。
高温水は、蒸気ドラム16から、下降管18を経て水壁の分
配管20へ流れる。

炉下部22は独立した水循環装置23に連結された管壁2
4、26で形成されている。管壁24、26は互いに重ねられ
た水平（概ね水平である場合も含まれる）姿勢の水冷管
であり、第１図では水冷管28が螺旋状に巻回されてい
る。

炉底部30も水平（概ね水平である場合も含まれる）な
水冷管で形成されている。下部の壁の水冷管および底部
水冷管は、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、次いで、そこから下部の水壁に水が分配され、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
気混合体はヘッダー38に集まる。この水・蒸気混合体、
および底部管からの水・蒸気混合体は、ヘッダー38から
下部ヘッダー40へ導かれる。

水・蒸気混合体は、ヘッダー40から冷媒循環装置32の
熱交換器42に至り、熱回収される。熱交換器において、
例えば図示されていないボイラーの水・蒸気循環装置の
供給水に熱が伝達される。独立した水循環装置の冷却さ
れた水は、熱交換器からポンプ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
うに横断面が円形である。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で渦を形成するよう
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、45は、炉中心47から等しい距離に対称的に配
置され、このことはボイラー内で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、特許請求の範囲の記載によって定義される発明の範
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、適宜
正方形または四角形であってよい。

図面の簡単な説明第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る。

第２図は、第１図の回収ボイラー下部の線A-Aに沿う
水平横断面図である。

第３図は、第１図の回収ボイラー上部の線B-Bに沿う
水平横断面図である。

10:ボイラー炉、11:炉上部、12、14:壁、16:蒸気ドラ
ム、18:下降管、20:分配管、22:炉下部、23:水循環装
置、24、26:管壁、28:水冷管、30:炉底部、32:冷媒循環
装置、34:ポンプ、36、38:ヘッダー、40:下部ヘッダ
ー、42:熱交換器、44、45:空気口、47:炉中心

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ボイラーの水・蒸気循環装置における水冷
管から成る上部ボイラー壁を有する、使用済み液体処理
ボイラーによって熱を回収するための、パルプ工業で使
用される方法において、ボイラーの上部における前記水・蒸気循環装置と、ボイ
ラーの下部を画成する水冷管を含む、独立した強制式水
循環装置とによって、熱が回収されることを特徴とする
熱回収方法。
【請求項２】前記水・蒸気循環装置よりも低い圧力の前
記独立した強制式水循環装置における前記水冷管中の水
によって熱が回収されることを特徴とする請求項１に記
載された熱回収方法。
【請求項３】前記独立した強制式水循環装置の圧力が30
バール未満であることを特徴とする請求項１に記載され
た熱回収方法。
【請求項４】前記水・蒸気循環装置に連結された前記水
冷管内の水循環が自然循環によって行なわれ、前記独立
した強制式水循環装置における前記水冷管内の水循環が
強制循環によって行なわれることを特徴とする請求項１
に記載された熱回収方法。
【請求項５】前記独立した強制式水循環装置によって回
収された熱を、前記水・蒸気循環装置に対する供給水を
予熱するために使用することを特徴とする請求項１に記
載された熱回収方法。
【請求項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、パルプ工業で使用される装置において、前記ボイラ
ーの水・蒸気循環装置に連通しない独立した強制式水循
環装置（23）における水冷管（28）によって、ボイラー
の下部（22）が画成されていることを特徴とする熱回収
装置。
【請求項７】前記独立した強制式水循環装置における前
記水冷管内の圧力が、前記水・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請求項６に記載された熱
回収装置。
【請求項８】前記独立した強制式水循環装置（23）およ
び前記水・蒸気循環装置が、共に、熱交換器（42）に連
結され、前記独立した強制式水循環装置から前記水・蒸
気循環装置に熱が伝達されることを特徴とする請求項６
に記載された熱回収装置。
【請求項９】前記ボイラーの下部（22）が、前記独立し
た強制式水循環装置における水平な水冷管（28）によっ
て画成されていることを特徴とする請求項６に記載され
た熱回収装置。
【請求項１０】ボイラーの底部（30）、および一次空気
口よりも下位のボイラー壁（24、26）の部分が、前記独
立した強制式水循環装置における水平な水冷管で形成さ
れていることを特徴とする請求項９に記載された熱回収
装置。
【請求項１１】前記ボイラーの下部（22）が円筒形であ
ることを特徴とする請求項９に記載された熱回収装置。
【請求項１２】前記ボイラーの下部（22）を画成する前
記水冷管（28）が、螺旋状に延在していることを特徴と
する請求項11に記載された熱回収装置。
【請求項１３】前記ボイラーの下部に配置された空気口
が円形横断面形状になされていることを特徴とする請求
項６に記載された熱回収装置。