JPH04308293A - パルプ黒液噴射装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回収ボイラのパルプ黒
液噴射装置に係り、チャーダストの過剰飛散を防ぎ、ボ
イラの高効率運用を達成するためのパルプ黒液用噴射装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】製紙プロセスにおける回収ボイラでは、
火炉内へパルプ黒液をオシレータと呼ばれる燃焼装置か
ら加圧噴射し、炉底に黒液のチャーベッドを作り、炉底
に配列されたスリット状の開口部から吹込む燃焼用空気
によりチャー粒子群を火炉上方へと輸送し、伝熱管およ
び水壁より燃焼熱を回収して蒸気（プロセス用または発
電用）を作り出している。最近になり、ボイラとしての
効率アップを目標に、より高温・高圧の質の高い蒸気の
製造が求められるようになり、回収ボイラでは、黒液か
らの苛性ソーダの回収のみならず、一般の発電用ボイラ
並みの高機能化が不可欠になってきている。

【０００３】図１５は、回収ボイラ内の概略の様相を描
いたものである。黒液は、火炉方向に対し歳差（３次元
的な首振り）運動する燃焼装置（オシレータ）から炉内
へ吹込まれる。燃焼装置は、火炉の下方部に向かい合わ
せに一対設置されている。一般に黒液は、比重が１．５
と重く、高粘度（常温では固体に近い）であることから
、１２０℃以上まで加熱して利用される。このようなパ
ルプ黒液を噴射分散するためのガン（オシレータの先端
に取付ける）は、火炉内へ挿入されていることもあり、
耐久性に優れたものであることが望ましい。

【０００４】さて、噴射分散ガンから火炉内へ吹込まれ
る黒液の液滴群は、その液滴径と分散量（炉底位置に対
する黒液液滴の単位面積・単位時間当たりの流束）が問
題となる。液滴群においてかなり小さな液滴が多量に混
じるサイズ不均一噴霧の場合、微小粒子はダストとなっ
て浮遊して火炉後方に位置するボイラの伝熱管へ付着す
る。付着量が限度を超えると、ボイラは閉塞してしまい
、通常の連続操業が不可能になる。また、黒液の炉内空
間分散量のばらつきが大き過ぎる場合には、炉底１５１
４上のチャーベッド１５１２（ｂ）の形成が不安定にな
る。すなわち、火炉壁面近くにチャーが堆積し過ぎる場
合には、１次空気の噴出開口部１５０３が閉塞したり、
チャーベッドが不規則に崩壊し易くなるといった問題が
生じる。このような状態では、火炉内における熱負荷の
変動が増大し、ボイラとしての機能が果たせなくなる。

【０００５】以上のように、回収ボイラの性能は、黒液
の噴射技術に強く依存しているといえる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来式のパルプ黒液用
噴射分散ガンを利用する回収ボイラでは、扇状に広がる
噴霧液滴流内において液滴径のばらつきが大きく、特に
微小な液滴が多量に発生する。これら微小な液滴は、回
収ボイラ上方部へ浮遊上昇して付着性ダストとなって火
炉壁水管や伝熱管群へ堆積する。このような条件では、
火炉が閉塞し易くなるため回収ボイラの安定した長期間
の連続運用が不可能になるという問題があった。

【０００７】従来式のパルプ黒液用噴射分散ガンの構造
を、図１２に上方からの視図として、また図１３には側
方からの断面図として示す。加圧供給される黒液１２０
１を噴射する黒液噴出孔１２０５が開口する黒液噴射ノ
ズル１２０２の先端に、黒液１２０１が衝突し液膜に広
がって***する平板状放射衝突板１２０６が装着されて
いる。この従来式パルプ黒液用噴射分散ガンの抱える問
題は、扇状噴霧の円周方向において、黒液液滴の分散流
量（液滴流束）分布に著しい偏りがあることである。図
１４は、従来式黒液噴射分散ガンにおける黒液の***形
態を模式的に示したものである。図において扇状噴霧の
左右両外周端に大粒径の黒液液滴が集中している。これ
は、放射衝突板１２０６のつけ根側のほうが先端よりも
噴出流速が小さく、液膜が厚くなり、結果的に大きな液
滴が多量に発生するためである。逆に、放射衝突板１２
０６の先端では、速度が大きく、かつ液膜が薄くなるた
めにより小さな黒液液滴ばかりが生成することになる。 このため、ボイラの炉底に安定したチャーベッドが形成
されないという問題を引き起こしていた。このようなチ
ャーベッドの安定化上の問題が、回収ボイラの高温・高
圧化という技術進展を滞らせていた。

【０００８】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点をなくし、回収ボイラの高温・高圧・高効率化運用を
促進し、またダスト付着が少なく安定した状態で長期間
の運用を可能にするパルプ黒液噴射装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、加圧状態で供給されるパルプ黒液
を噴出する黒液噴射ノズルと、該黒液噴射ノズルに設け
られた黒液噴出孔と、該黒液噴出孔の中心軸の延長線に
対し所定の傾斜角度を保って設置され、噴出されるパル
プ黒液を放射状に広げて回収ボイラ炉内へ噴射分散する
放射衝突板とを備えたパルプ黒液噴射装置において、前
記放射衝突板の周端面の少なくとも一部に円弧状の切り
欠き部を設けたことを特徴とするパルプ黒液噴射装置に
関する。

【００１０】第２の発明は、請求項１において、放射衝
突板の周端面に設けた切り欠き部を、黒液噴射ノズルの
中心軸またはその延長線に対して対称に配設した複数個
の円弧状の切り欠き部としたことを特徴とするパルプ黒
液噴射装置に関する。第３の発明は、加圧状態で供給さ
れるパルプ黒液を噴出する黒液噴射ノズルと、該黒液噴
射ノズルに設けられた黒液噴出孔と、該黒液噴出孔の中
心軸の延長線に対し所定の傾斜角度を保って設置された
放射衝突板とを備えたパルプ黒液噴射装置において、放
射衝突板の周端部に、曲率中心が放射衝突板の周端部外
に存在する円弧の一部によって形成される切り欠き部を
設けたことを特徴とするパルプ黒液噴射装置に関する。

【００１１】

【作用】従来式（無対策）の放射衝突板の場合、放射衝
突板の先端（噴射分散ガンの中心軸）ほど、黒液液膜流
速が大きく、また液膜が薄い。したがって、***する黒
液液滴径が小さく、また分散流量が少なくなるきらいが
あった。これに対し、本発明のように、放射衝突板の先
端に略円弧状の切り欠きを設けると、放射衝突板の先端
においても、放射衝突板とノズル本体の接合部側と同様
に、ほどよい太さの黒液リガメント（紐状液柱）が切り
欠き部において複数本発生する。したがって、放射衝突
板の周方向に対しほぼ等しいメカニズムで黒液が***す
るようになり、放射衝突板の円周方向一様に同程度の太
さの黒液リガメントが生じるために、炉内の液滴径と分
散流量を均一化することが可能になる。***直後のほと
んどの液滴は、直径が３〜７ｍｍであり、細か過ぎる（
炉頂上方向へキャリオーバされる程度の）余滴（ｓａｔ
ｅｌｌｉｔｅ　　ｄｒｏｐｌｅｔ）の発生も大幅に減少
する。

【００１２】

【実施例】図１および図２に、本発明を具体化したパル
プ黒液用噴射分散ガンの構造を、それぞれ上方からの視
図および側方からの断面図として示す。全体的な構成は
、図１２と図１３に示すような従来式ガンと同様に、加
圧輸送供給されるパルプ黒液１を噴出する黒液噴射ノズ
ル本体２と、ノズル中心軸３の延長線に対し特定の傾斜
角度を保ちつつ取付けられ、噴出されるパルプ黒液１を
放射状に広げ、回収ボイラ炉内へ噴射分散する放射衝突
板６をもって構成される。本発明の特徴は、円弧状の切
り欠き部９を、放射衝突板６の先端に、ノズル中心軸３
に対して対称形に設けることにある。切り欠き部９を構
成する切り欠きの仮想円弧１１の中心点１２は、放射衝
突板６の外側の衝突板中心軸３ａの延長線上にある。 図１〜２の実施例ではこの切り欠きの仮想円弧１１の半
径ｒ０　は、円弧形をもってなる放射衝突板６のそれに
等しい。仮想円弧１１の放射衝突板６に対する切り込み
量は、ｒ０　／３である。この量ｒ０　／３は、基礎的
な実験による放射衝突板上の液膜の流動形態の観察に基
づいて決定された。放射衝突板６に設けたこの円弧状の
切り欠き部９は、放射衝突板６上における黒液液膜の流
れ方向の変化や流速の低減（これらの作用が、黒液の分
裂メカニズムの制御に対して重要である。これについて
は後述する）について効果的である。図３に示すように
、円弧状の切り欠き部９の端面は面取りとしての端面切
り落とし１０が施されている。面取りの程度はＣ＝（１
／７〜１／１０）ｒ０である。この面取り部も、端面か
ら噴出する黒液液膜の流速低減に有効である。以上のよ
うに放射衝突板６を構成すれば、放射衝突板６の先端に
おいても、そのつけ根部と同様なリガメントが発生する
***形態となり、放射衝突板６の周方向に対して、***
する黒液液滴のサイズや分散流量が一様になる。

【００１３】図６は、本実施例の噴射分散ガンにおける
パルプ黒液の***形態を模式的に示したものである。放
射衝突板６上に、空気力学的作用による黒液液膜の放射
状乱れ６０４が生じかけても、円弧状の切り欠き部９に
よって黒液液膜の流れ方向が急変する。面取り部１０で
、黒液液膜が複数本のリガメント（液柱）６０５として
集まり、リガメントが***した大きな液滴６０６となっ
て***する。この実施例では、放射衝突板６の中心部に
おいて、図１４の従来式放射衝突板におけるような細い
紐状にならないにように、円弧状の切り欠き部９におい
て黒液液膜の流れの状態に変化を与えるわけである。 円弧状の切り欠き部９における黒液リガメントの***形
態は、黒液噴射ノズル本体１と放射衝突板６の接合部に
おける***形態と基本的に等しい。したがって、放射衝
突板６の円周方向に沿って、***する黒液液滴の大きさ
や分散流量が均一になる。このようにして、回収ボイラ
炉内では黒液噴射の偏りがなく、また突発的に崩壊した
りすることのない安定したチャーベッド１５１２（ａ）
が形成される。理想的に安定なチャーベッドの様相は、
図１５に１５１２（ａ）として示してある。

【００１４】図８は、回収ボイラ火炉の炉幅方向におけ
る黒液液滴径の変化を、本実施例（図１〜３）と従来技
術（図１２、１３）を比較して示したものである。縦軸
の平均液滴径ｄ３２は、従来技術を用いた場合のガンの
位置における黒液液滴径ｄ３２＊　で割られて無次元表
記されている。本発明になる放射衝突板を用いる噴射分
散ガンを用いた場合は、壁際に大きな液滴が偏って集中
してしまうことがなく、火炉幅方向に対して均一な大き
さの黒液液滴が生成していることがわかる。

【００１５】図９は、同様に炉幅方向に対する黒液分散
流量の変化を本実施例と従来技術を比較して示したもの
である。縦軸の分散流量ｑｄ　は、従来技術を用いた場
合のガンの位置における分散流量（単位面積・単位時間
当たり）を基準として無次元化されている。図において
本発明を具体化した噴射分散ガンを用いれば、液滴径ｄ
３２の場合と同様に、炉底への黒液の分散状態をより均
一にできることがわかる。放射衝突板の円周方向に対し
て、黒液の***形態をできるだけ等しくするという本発
明の効果がうまくあらわれたものと考えられる。

【００１６】図１０は、同様に１次空気量Ｑａ１に対す
るダスト付着量（炉頂部の伝熱管部）ｍｄ　の変化特性
をまとめたものである。縦軸のｍｄ　は定格運用時にお
けるダスト付着量ｍｄ　＊　で、また横軸のＱａ１は定
格時の１次空気量Ｑａ１＊　でともに割られて無次元化
されている。一般に、１次空気量が多ければ、炉上方へ
キャリオーバされる黒液液滴が増えて、ダスト付着量は
増加する。同一の１次空気量Ｑａ１／Ｑａ１＊　で較べ
ると、本発明になる噴射分散ガンを用いたほうがダスト
付着量が少ないことがわかる。特に、１次空気量の多い
条件において、付着ダスト低減の効果が大きい。

【００１７】図１１は、黒液温度に対するダスト付着量
の変化を比較して示したものである。縦軸のダスト付着
量ｍｄ　は、黒液基準温度条件下におけるダスト付着量
ｍｄ　＊　で割られて無次元化されている。同様に横軸
の黒液温度Ｔｌ　も、黒液の基準温度Ｔｌ　＊　により
無次元化されている。本実施例になる噴射分散ガンでも
、また従来技術においても、ともにｍｄ　はＴｌ　の増
加とともに増える。これは、Ｔｌ　の上昇とともに黒液
の粘度が低下し、黒液が微粒化し易くなったためである
。特に従来技術では、Ｔｌ　に対するｍｄの増加割合が
かなり激しい。これに対して、本実施例になる放射衝突
板を用いた噴射分散ガンでは、黒液の温度が高くなって
もダスト付着量ｍｄ　はさほど増加しない。これは、放
射衝突板の先端において、炉上方へ容易にキャリオーバ
されてしまうほど細かな液滴が生成しなくなっことに起
因している。この結果は、本発明になる噴射分散ガンの
ほうが、黒液の粘度の影響を受けにくいことを示したも
のである。黒液の性状変化の大きな運用をするパルププ
ラントに対しても、本発明は有効ということになる。

【００１８】以上のように、本実施例になる放射衝突板
を利用した噴射分散ガンによれば、微小液滴の発生が少
なく偏りも小さい噴射状態が実現する。結果的に、炉上
方へキャリオーバされる黒液液滴も少なくなる。したが
って、本実施例の技術によれば、伝熱管へのダスト付着
量も減少し、回収ボイラの高温・高圧・高効率化はもと
より、長期にわたる連続安定操業が実現する。また本実
施例になる技術では、スートブローの操作回数を減らせ
るため、ボイラプラントの経済的運用にも寄与できる。

【００１９】本実施例になる噴射分散ガンは、ここで対
象としたパルプ黒液に限らず、これと同様に高粘度で、
しかも細かすぎず、また粗すぎない大きさの粒子を製品
として作り出したいスラグ処理プラントへも適用できる
。液状のスラグは、少なくとも８００℃を超えておりか
なり高温であるため、本実施例になる噴射分散技術に冷
却手段を付加する必要がある。スラグは、銑鋼はもとよ
り、銅や亜鉛等の非鉄精錬または一部のゴミ焼却炉の分
野でも多量に生じる。これらのスラグを適度な大きさに
粒状化できれば、建材用などに有効利用できる。

【００２０】図４に示す他の実施例は、図１〜図３に示
した例と同様に、放射衝突板４０６に円弧状の切り欠き
部４０９を設けたものである。この実施例では、２つの
等しい円弧状の切り欠き部４０９を、ノズル中心軸４０
３を挟んで対称に設けた。仮想円弧の半径や放射衝突板
４０６に対する切り込み量は、切り欠きを１つ設ける図
１の例よりはともに少なく、それぞれｒ０　／２および
ｒ０　／６である。ここにｒ０　は、円弧形をもってな
る放射衝突板４０６の半径である。この仮想円弧の中心
点４１２は、図１の例と同じく、放射衝突板４０６の外
側に設定されている。

【００２１】図５に示す他の実施例は、放射衝突板５０
６の先端でノズル中心軸５０３上に、曲率半径が大きく
切り込み量の多い円弧状の切り欠き部５０９を設け、放
射衝突板５０６の円周に沿って、黒液噴射ノズル本体５
０２と放射衝突板５０６の接合部に向かって、順次曲率
半径を小さくし切り込み量も少なくする切り欠きを、ノ
ズル中心軸５０３を挟んで対称に配列したものである。

【００２２】図７は、図５にて構造を示した放射衝突板
５０６における黒液の***様相をスケッチして示したも
のである。円弧状の切り欠き部５０９において、黒液の
流れが急変するというメカニズムは、基本的に図６に示
したものと同じである。放射衝突板５０６の円周に大き
さ順に並ぶ円弧状の切り欠きにおいて、黒液リガメント
が比較的大きな黒液液滴へと***する。従来の無対策の
場合には太いリガメントが最もできにくい放射衝突板の
中央先端において、大きな円弧状の切り欠きを設けてあ
り、最も不利な場所にもかかわらず黒液のリガメントが
生成し、ほどよい大きさの黒液液滴が生成する。従来式
の放射衝突板ではノズル本体とのつけ根部において、中
間的な***現象が生じて、図１４に示すように細いリガ
メントが多数発生するが、本実施例では、この細いリガ
メントをより太く改質するために、放射衝突板５０６の
中央より離れた左右の先端側には小さな円弧状の切り欠
き部５０９が刻設されている。以上の作用によって、放
射衝突板５０６の円周に沿って、ほぼ揃った太さの黒液
リガメントを作り出すことが可能になる。したがって、
黒液液滴の大きさや分散流量が放射衝突板の円周でほぼ
均一になり、図１の実施例と同様に、回収ボイラの炉底
に安定したチャーベッドが作り出される。

【００２３】図４や図５に示した実施例のように複数の
切り欠き部を設ける放射衝突板は、比較的大容量（定格
噴射流量の多い）の黒液噴射ガンに向いている。また、
図５の放射衝突板５０６は、負荷変動幅の大きな操作を
する（黒液噴射流量を幅広く設定する）黒液噴射ガンに
好適である。低負荷域では、放射衝突板５０６への衝突
速度と黒液液膜の流速が小さく、黒液が放射衝突板５０
６上で扇状に広がりにくい。この黒液液膜を、放射衝突
板５０６の円周方向で分断するためには、切り欠きを多
数設けた図５に示す放射衝突板が向いているわけである
。

【００２４】

【発明の効果】本発明を実施することにより、回収炉内
における黒液の空間分散流量が一様になる。これによっ
て、炉底のチャーベッドの層高、温度などの状態が安定
化する。また、回収炉内へ噴射分散される黒液液滴径の
空間的ばらつきがなくなり、液滴径が炉内において均一
化される。これにより、黒液液滴の炉上方への飛散と、
それに基づくボイラ伝熱管へのダストの堆積を軽減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】、

【図２】および

【図３】本発明の実施例説明図である。

【図４】および

【図５】本発明の他の実施例図である。

【図６】および

【図７】図１と図５の実施例装置で噴射した際の黒液の
***現象模式図である。

【図８】、

【図９】、

【図１０】および

【図１１】本発明装置と従来技術装置の試験結果比較図
である。

【図１２】および

【図１３】従来技術になる黒液噴射装置の構造図である
。

【図１４】従来技術の装置で噴射した際の黒液の***状
況を示す図である。

【図１５】回収ボイラの概要図である。

【符号の説明】

１…黒液、黒液噴射ノズル本体、３…ノズル中心軸、４
…黒液流路、５…黒液噴出孔、６…放射衝突板、７…ノ
ズル中心軸と放射衝突板との交点、８…放射衝突板の中
心点、９…円弧状切り欠き部、１０…切り欠き部の端面
切り落とし、１１…切り欠きの仮想円弧、１２…仮想円
弧の中心点。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　加圧状態で供給されるパルプ黒液を噴
   出する黒液噴射ノズルと、該黒液噴射ノズルに設けられ
   た黒液噴出孔と、該黒液噴出孔の中心軸の延長線に対し
   所定の傾斜角度を保って設置され、噴出されるパルプ黒
   液を放射状に広げて回収ボイラ炉内へ噴射分散する放射
   衝突板とを備えたパルプ黒液噴射装置において、前記放
   射衝突板の周端面の少なくとも一部に円弧状の切り欠き
   部を設けたことを特徴とするパルプ黒液噴射装置。
2. 【請求項２】　　請求項１において、放射衝突板の周端
   面に設けた切り欠き部を、黒液噴射ノズルの中心軸また
   はその延長線に対して対称に配設した複数個の円弧状の
   切り欠き部としたことを特徴とするパルプ黒液噴射装置
   。
3. 【請求項３】　　加圧状態で供給されるパルプ黒液を噴
   出する黒液噴射ノズルと、該黒液噴射ノズルに設けられ
   た黒液噴出孔と、該黒液噴出孔の中心軸の延長線に対し
   所定の傾斜角度を保って設置された放射衝突板とを備え
   たパルプ黒液噴射装置において、前記放射衝突板の周端
   部に、曲率中心が放射衝突板の周端部外に存在する円弧
   の一部によって形成される切り欠き部を設けたことを特
   徴とするパルプ黒液噴射装置。