JPH03503204A - 湿潤燃料から水蒸気を生成する方法および設備 - 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】 湿潤燃料から水蒸気を生成する方法および設備技術分野 本発明は、一般に湿潤燃料からの水蒸気の生成に係わり、特に、炉内で乾燥燃料 を燃焼させることにより生ずる燃料ガスの熱エネルギを用いて燃料が乾燥される ようにした方法に関するものである。この方法のエネルギは水蒸気の形態で得ら れる。この方法は、例えば、樹皮や泥炭のような高含水率を有する何れかの固体 有機可燃性物質に、または使用済みバルブ化用液などのようなスラッジに対して 応用することができる。

発明の背景 化学薬品を回収して水蒸気を生成させるため、通常、黒液として周知される使用 済みバルブ化用液が回収ボイラ内で燃やされる。この黒液の有機化合物は、バル ブ化用液が得られるように再生できる融成物の形態で回収される。それにより熱 は、間接熱交換によって水が水蒸気へ転換される、水を充てんした管のような伝 熱素子により煙道ガスから除去される。炉から排出された煙道ガスの熱含量は、 約５５％の乾燥固形分を有する生成物が６５〜７０９６の乾燥固形分を有する生 成物へ転換される間接熱交換による蒸発によって黒液を濃縮するために利用する ことができる。しかしこの方法には、熱経済ならびに環境問題に関する不利点が 包含されている。

煙道ガスと黒液との間の直接接触によって生ずる諸障害を回避するため、カナダ 特許第９１７８５８号に記載の如く、回収炉からの煙道ガスとの間接接触で予熱 された循環水蒸気流との直接接触により、カスケード式蒸発器内で黒液を６５〜 ７０％の乾燥固形分へ濃縮することが提案されている。この回収炉は在来の設計 に成るもので、水を充てんした管が設けられている。カスケード式蒸発器へ供給 された黒鉛は、在来の設備内で、可成り高率の乾燥固形分へ濃縮されている。

発明の開示 本発明の目的は、この発明の方法および設備において、液体冷却される全ての固 定伝熱面を取り除くことにある。

本発明の別の目的は、湿潤燃料を伝熱面へ直接に接触させることなく、湿潤燃料 からの水の除去を可能にさせることにある。

本発明のその上の目的は、燃料の含有水分からの水蒸気を生成することにより、 炉の給水設備を本質的に取り除くことにある。

本発明の方法および設備によれば、（ａ）湿潤燃料を過熱水蒸気へ直接に接触さ せることにより湿潤燃料から水を蒸発させ、それにより乾燥燃料と過熱水蒸気と が生成され、（ｂ）水蒸気を高温の熱キャリヤへ直接に接触させることにより少 なくとも飽和水蒸気の一部分が過熱され、それにより、冷却された熱キャリヤが 生成され、（Ｃ）段階（ａ）からの乾燥燃料を燃やして生成された煙道ガスへキ ャリヤを直接に接触させることにより、冷却された熱キャリヤか加熱され、（ｄ ）加熱された熱キャリヤが段階（ｂ）における加熱媒体として利用される。

この過程中に生成される水蒸気が湿潤燃料から得られることは本発明の利点であ る。本発明の方法および設備における燃料として、いずれの可燃性物質を利用し ても良い。従って燃料は、木の残留物や樹皮、下水スラッジ、精油所廃棄物、紙 やバルブの生産工程からのスラッジ、製薬産業界からのスラッジおよび、言うま でもなく、石炭のような炭素質請材料などの、何れの可燃性物質であっても良い 。湿潤燃料の乾燥固形分は、乾燥燃料の熱含量が燃料から水を蒸発させるに充分 である限り重要ではなく、燃料は補助的な可燃性物質なしに燃焼する。燃料の熱 含量は、燃料からその燃焼に先立って水を蒸発させるに不充分であっても、炉内 の他の可燃性物質の付加により、若しくは水分除去の一部分として多重蒸発技法 を用いることにより、または両者の組合せによって補足される。この種の変更態 様は本発明の一部分であると解釈される。

本発明の方法および設備は、必要に応じて特定の場所に移動し且つそこで作動し 得る移動作業過程としても存利に使用できる。従って、約１５％の乾燥固形分を 有する泥炭を現地で採取し、その採取用地において、本発明の設備内で且つその 方法に従って燃やすこともできる。

この湿潤泥炭を蒸発器またはボイラ内で過熱水蒸気に直接接触させて、それから 水を蒸発させ、それにより乾燥草炭と飽和水蒸気とが生成され、それらは電気の 発生用のタービンを駆動するために利用できる。飽和水蒸気の一部分は高温の熱 キャリヤとの直接接触により過熱され、過熱水蒸気と、対応的な冷却された熱キ ャリヤとを結果として生ずる。この冷却された熱キャリヤはその後、蒸発段階か らの乾燥泥炭を燃やして生成された煙道ガスと接触する。高温の熱キャリヤは、 前述の如く飽和水蒸気から過熱水蒸気を生成するために利用される。

従ってこの方法を泥炭に応用すれば、それを予備乾燥せずに、１２〜１５％の乾 燥固形分を有する圧縮した泥炭を用いることができる。乾燥泥炭の熱含量は３５ ００〜４０００　ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／　ｋ　ｇで、これは、約６〜７ｋｇの標準 状態水蒸気／ｋｇの乾燥燃料を生成し得ることを意味する。従って、約７〜８ｋ ｇの湿潤燃料から約６〜７ｋｇの水蒸気を生成することが可能である。使用済み バルブ化用液を処理することにより、はぼ同じ結果が達成される。

次に、本発明の好適な実施例を示す添付図面について、本発明を更に詳細に説明 する。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による方法を実施する設備の略図であり、 第２図は本発明の設備および方法の別の実施例の略図である。

好適な本実施例の説明 第１図に示す如く、例えば黒液のような湿潤燃料が管路２を経て、直立蒸発器ま たはボイラ６の、望ましくは上方部分へ導入される。この燃料は、分配器４など の何れか適宜の装置により細かく分割された形態で、望ましくは平均に分配され る。次いで、約４００℃の温度を存する過熱水蒸気が、望ましくは、加圧され得 る水蒸器の下方部分に位置する入口８を経て導入される。この過熱水蒸気の少な くとも一部分は、例えばタービンを駆動するためなどの外的な用途のために移送 される可能性がある。水蒸気は、望ましくは分配器装置から流下する湿潤燃料に 対して逆流をなし且つそれと直接接触して分配器を流過する。湿潤燃料と直接に 接触する過熱水蒸気のため、蒸発により黒液から水が除去されて、過熱水蒸気が 、約２５０°Ｃの温度と約４０ｂａｒの圧力とを存する飽和水蒸気へ転換される 。この水蒸気は、黒液から蒸発した水を包有している。水をそこから除去された 黒液は、望ましくは蒸発器の底部に位置する出口ｌＯを経て排出され、炉１４に 向かって管路１２を通過する。蒸発器６を出る水蒸気は管路２０を経て、望まし くは加圧されたスフラッパ１８へ供給される。飽和水蒸気は、望ましくはスフラ ッパの下方部分に位置する入口２２を経てスフラッパ１８へ導入される。スフラ ッパ１８内では飽和水蒸気が、約５００℃の温度を有する不活性の高温熱キャリ ヤとの直接接触により、約４００℃の温度に過熱される。

熱キャリヤは、熱を吸収し且つ不活性な、即ち他のプロセスの反応体や成分と反 応せずまたはそれにより変化せず若しくはそれを変化させない、何れの物質であ っても良い。適切な不活性熱キャリヤの例は、少なくとも約４５０〜約５００° Ｃまでに分解や左程の化学構造変化なしに加熱され得る、熱的に安定な油、液状 金属、固形金属、砂およびセラミック材料である。

高温の熱キャリヤは、望ましくはスフラッパの上方部分に配設された分配器装置 ２Ｇを経由し、管路２４を経てスフラッパ１８へ供給される。スフラッパ１８は 、蒸発器６と同様に、なるべくなら加圧されることが望ましい。飽和水蒸気は、 分配器装置２６から流下する高温の熱キャリヤに対して逆流をなし且つそれと直 接接触し、望ましくはそれにより平均に分配されてスフラッパ１８を流過する。

過熱水蒸気は、望ましくはスフラッパの上方部分に位置する出口２８を経てスフ ラッパ１８から排出され、スフラッパ出口２８を蒸発器人口８へ接続する管路３ ０を経て蒸発器６へ通される。飽和水蒸気への熱の移動により約３００°Ｃに冷 却された熱キャリヤは、スフラッパ１８の底部へ集取され、その底部にある出口 ３２を経て排出され、望ましくはスタック・スフラッパ３８の上方部分に配設さ れた分配器装置３６へ管路３４を経て通される。わかるように、例えばノズルや 回転ディスクのような分配器装置４，２６．３６の構造は、本発明の方法に利用 されるそれぞれの燃料と熱キャリヤとに依存する。燃料および熱キャリヤのそれ ぞれの表面を増大させるために、双方の材料はなるべくなら、蒸発器６、スフラ ッパ１８およびスタック・スフラッパ３８のようなそれぞれの反応容器全体にわ たり平均に分配され且つ細かく分割された形態をなすことが望ましい。

スタック・スフラッパ３８の、望ましくはその底部へ導入された、炉１４からの 煙道ガスは、分配器３６から流下する熱キャリヤに対して逆流をなし且つそれと 直接接触して流れ、それにより熱キャリヤを約５００°Ｃに加熱する。次いでこ の高温の熱キャリヤはスタック・スフラッパから、望ましくはその底部に位置す る出口４０を経て排出され、管路２４を経てスフラッパ１８へ通される。

上述の如く、スフラッパ１８と蒸発器６とが望ましくは加圧され、一方、炉１４ とスタック・スフラッパ３８とは大気圧である。上記のスタック・スフラッパ３ ８が、望ましくは、煙道ガスの熱含量がそれと直接接触する不活性の熱キャリヤ へ移動され、また必要に応じ流動床から高温の熱キャリヤが排出され且つそこへ 冷却された熱キャリヤが返送されるようにした循環流動床であれば良いことが理 解されよう。

第２図に示す如く、約３００℃の温度を有する冷却した熱キャリヤがスフラッパ １８からその底部にある出口３２を経て取り出され、弁４６を経由し管路５６を 経て循環流動床室５０へ導入される。熱キャリヤの流動化ガスとしては、管路６ ０を経て流動床室５０の底部へ導入される、炉（図示せず）からの煙道ガスを使 用することが望ましい。第１図に関連して述べた如く、蒸発器６内で乾燥された 燃料は、そこから出口ｌＯを経て取り出され、弁４８を経由し管路１２を経て炉 （図示せず）へ移送される。炉からの煙道ガスは望ましくは、前述の如く、循環 流動床内の流動化ガスとして用いられる。流動床室５０においては、熱キャリヤ が煙道ガスから熱を取り去る。煙道ガスに伴出された、加熱された熱キャリヤは 室５０を去り、分離器５２内で周知の様態で分離され、それにより流動化ガスが 出口６２を経て移送され、熱キャリヤは管路６４を経て室５０の底部へ再循環さ れる。加熱された熱キャリヤは、循環流動床から引き出し、管路５８を経てスフ ラッパ１８へ導入することができる。スフラッパ１８と蒸発器６とが加圧されて いる場合、熱キャリヤは、例えば回転ねじポンプでもあり得るポンプ５４を経由 してスフラッパ１８へ導入される。砂のような熱キャリヤも、キャリヤとして熱 的に安定な液体内で流動化でき、従って砂を遠心力でポンプ輸送することができ る。所望の圧力が達成された後、流動化液は、熱キャリヤが分配器２６へ到達す る前に取り出すことができる。

取り出された流動化液は、その後、ポンプ５４の吸込側へ返送される。

蒸発器、スフラッパ、スタック・スフラッパおよび流動床の構造諸要素は標準的 な技法であり、更に論議を要しない。

スタック・スフラッパ３８（循環流動床５０．５１）からスフラッパ１８へ高温 の熱キャリヤを運ぶポンプ４２．５４や、水蒸気を循環させるファン４４もまた 在来の設計に成るもので、更に論議を要しない。

言うまでもなく、スクリュー・フィーダのような、熱キャリヤや燃料を輸送する 、他の何れの適切な装置を用いても良い。水のみを生成しようとする場合には、 この方法を大気圧で遂行し得ることも理解される。この方法が大気圧で遂行され る場合には、付加的な運搬装置、例えば乾燥燃料を炉１４へ運ぶため管路１２内 に、また熱キャリヤをスタック・スフラッパ３８へ運ぶため管路３４内に、ポン プが必要とされる。

在来の回収用ボイラや蒸発器設備と比較した、水蒸気の生成および黒液からの化 学薬品の回収のための上記設備の諸利点は（ａ）黒液を１００９６までの乾燥固 形分に濃縮することができ、（ｂ）蒸発器内に黒液と接触する伝達面か全く必要 なく、（Ｃ）回収炉内に水で冷却される面が全くなく、（ｄ）給水設備を全く必 要としないこと、である。

水冷式回収用ボイラの最も重大な欠点は、漏水の危険性が常に存在することであ る。融成物内への水の漏えいは通常、設備に対する損傷ならびに操作員への傷害 を結果として生ずる。本発明の炉には管が無いので、炉の構造設計に関して存在 する制約は更に少ない。

この炉は、循環する水／水蒸気媒体をその設計パラメタに関連して設定できる、 という要件に関わりなく構成できる。

本発明の設備および方法の上述の諸利点は、黒液の処理過程に適用されるのみな らず、泥炭、産業廃棄物およびスラッジのような、他の適宜の諸燃料にも適用さ れる。

本発明の諸原理を例示するため、本発明の特定の実施例を図示し、説明したが、 上記の諸原理を逸脱することなく、本発明を他の方法で実施し得ることは理解さ れよう。従って本発明は、水を充てんした伝熱面を全く用いずに、加圧された複 合サイクルに関連させて利用できる。

例えばある場合に、若し熱キャリヤがスタック・スフラッパ内のガス流によって 容易に伴出されるならば、煙道ガスと同じ方向へ熱キャリヤを流れさせることが 望ましいかも知れない。この熱キャリヤは次いで、スタック・スフラッパの下方 端部で導入され、このスタック・スフラッパの上方端部へ接続されたサイクロン 分離器内でガスから分離される。必要であれば、熱キャリヤの一部分をスタック ・スフラッパへ再循環させることもできる。

加圧されたスクラッパ■８内の圧力に打ち克つため、スクリュー・フィーダのよ うな、何れか適宜の運搬装置により、スタック・スフラッパ３８から管路２４を 経て熱キャリヤを供給できる。また、融成物が熱キャリヤとして用いられる場合 には、例えば回収用ボイラから高温の融成物を運ぶためにセラミック・ポンプを 用いることもできる。

上述の好適な諸実施例および諸例が例示の目的のみのものであり、添付フレイム にのみ適切に述べられた本発明の範囲を限定するものと解釈すべきでないことは 理解されるべきである。

手続補正書（自発） 平成３年λ月ンｔ９も・

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．湿潤燃料から水蒸気を生成する方法にして、（ａ）前記湿潤燃料を過熱水蒸 気へ直接接触させて前記燃料から水を蒸発させ、それにより乾燥燃料と飽和水蒸 気とが生成されるようにする段階と、（ｂ）前記飽和水蒸気を高温の熱キャリヤ へ直接接触させて前記水蒸気の少なくとも一部分を過熱させ、それにより、冷却 された熱キャリヤが生成されるようにする段階と、 （ｃ）段階（ａ）からの前記乾燥燃料を燃やして生成された煙道ガスへ前記の冷 却された熱キャリヤを接触させることにより前記キャリヤを加熱する段階と、（ ｄ）前記の加熱された熱キャリヤを段階（ｂ）における前記水蒸気の加熱媒体と して用いる段階とを含む方法。
2. ２．請求項１に記載された方法において、前記湿潤燃料が使用済みパルプ化用液 であることを特徴とする方法。
3. ３．請求項１に記載された方法において、前記湿潤燃料が固形燃料であることを 特徴とする方法。
4. ４．請求項１に記載された方法において、前記熱キャリヤがセラミック材料であ ることを特徴とする方法。
5. ５．請求項１に記載された方法において、前記熱キャリヤが砂であることを特徴 とする方法。
6. ６．請求項１に記載された方法において、前記燃料が、段階（ａ）における水蒸 気に対し逆流をなして流れることを特徴とする方法。
7. ７．請求項１に記載された方法において、前記熱キャリヤが、段階（ｂ）におけ る水蒸気に対し逆流をなして流れることを特徴とする方法。
8. ８．請求項１に記載された方法において、前記熱キャリヤが、段階（ｃ）におけ る前記煙道ガスに対し逆流をなして流れることを特徴とする方法。
9. ９．請求項１に記載された方法において、前記湿潤燃料が約１００％の乾燥固形 分へ乾燥されることを特徴とする方法。
10. １０．請求項３に記載された方法において、前記固形燃料が泥炭であることを特 徴とする方法。
11. １１．湿潤燃料からの水蒸気の生成のための設備にして、（ａ）湿潤燃料から水 を蒸発させる装置にて、第一室と、前記第一室へ湿潤燃料を導入する装置と、前 記第一室から水蒸気を排出する装置と、前記第一室から乾燥燃料を排出する装置 と、燃料からの水の蒸発を生起させる湿潤燃料との直接接触のため前記第一室へ 過熱水蒸気を導入する装置とを包含する装置と、（ｂ）過熱水蒸気を生成する装 置にて、第二室と、前記第二室へ加熱された熱キャリヤを導入する装置と、前記 第一室から排出された水蒸気を前記第二室へ供給する装置と、前記第二室から過 熱水蒸気を排出する装置と、排出された過熱水蒸気を前記第一室へ供給する装置 と、冷却された熱キャリヤを前記第二室から排出する装置とを包含する装置と、 （ｃ）乾燥燃料を燃焼させて、それにより煙道ガスが生成されるようにする装置 と、 （ｄ）前記第二室への導入のため加熱された熱キャリヤを生成する装置にて、第 三室と、前記燃焼装置からの煙道ガスを前記第三室へ導入する装置と、前記第三 室内の煙道ガスによる熱キャリヤの加熱のため、前記第二室から排出された冷却 された熱キャリヤを前記第三室へ導入する装置と、加熱された熱キャリヤを前記 第三室から排出する装置と、加熱された熱キャリヤを前記排出装置から前記第二 室へ供給する装置とを包含する装置と、 （ｅ）乾燥燃料を前記第一室から前記燃焼装置へ供給する装置とを含む設備。
12. １２．請求項１１に記載された設備において、前記湿潤燃料が使用済みパルプ化 用液であることを特徴とする設備。
13. １３．請求項１１に記載された設備において、前記湿潤燃料が固形燃料であるこ とを特徴とする設備。
14. １４．請求項１１に記載された設備において、前記熱キャリヤがセラミック材料 であることを特徴とする設備。
15. １５．請求項１１に記載された設備において、前記熱キャリヤが砂であることを 特徴とする設備。
16. １６．請求項１１に記載された設備において、前記湿潤燃料を前記第一室へ導入 する前記装置と、前記過熱水蒸気を前記第一室へ導入する前記装置とが、前記第 一室内の前記水蒸気に対し前記燃料が逆流をなして流れるように位置することを 特徴とする設備。
17. １７．請求項１１に記載された設備において、前記熱キャリヤを前記第二室へ導 入する前記装置と、前記第一室から排出された水蒸気を前記第二室へ供給する前 記装置とが，前記第二室内の前記水蒸気に対し前記熱キャリヤが逆流をなして流 れるように位置することを特徴とする設備。
18. １８．請求項１１に記載された設備において、前記燃焼装置からの煙道ガスを前 記第三室へ導入する前記装置と、前記の冷却された熱キャリヤを前記第三室へ導 入する前記装置とが、前記第三室内の前記煙道ガスに対し前記熱キャリヤが逆流 をなして流れるように位置することを特徴とする設備。
19. １９．請求項１１に記載された設備において、前記熱キャリヤを生成する前記装 置が流動床室であり、前記煙道ガスと前記の冷却された熱キャリヤとを導入する 前記装置が前記室の底部に位置し、前記煙道ガスに伴出された前記熱キャリヤを 排出する前記装置が前記室の頂部に位置し、熱キャリヤを排出する前記装置へ接 続された、前記熱キャリヤから前記煙道ガスを分離するための分離器と、前記の 排出された熱キャリヤの少なくとも一部分を前記煙道ガス導入装置の上方の位置 で前記流動床室へ戻して再循環させる装置とを含み、前記分離器が、前記熱キャ リヤを排出する前記装置と、前記の過熱された熱キャリヤを前記第二室へ供給す る前記装置との間に位置するようにしたことを特徴とする設備。