JPH0441791A - 黒液分散方法およびその装置 - 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、回収ボイラ用の黒液分散方法およびその装置
に係り、特に高温・高圧回収ボイラ用の高濃度の黒液に
対しても、チャーダストの過剰飛散を防止し、炉底へ安
定なチャーベツドを形成することのできる黒液分散方法
およびその装置に関する。

〔従来の技術］ 製紙工場における回収ボイラでは、パルプ黒液を、オシ
レータと呼ばれる装置を用いてボイラ火炉内へ加圧噴射
して乾燥し、炉底に黒液乾燥後のチャーにより台形状の
チャーベツドを作り出し、炉底あるいは炉壁から吹込む
燃焼用空気によりチ中−粒子を火炉上方へと輸送し燃焼
させ、水冷壁や伝熱管より熱を吸収して蒸気（プロセス
用あるいは発電用）を作り出す。最近では、ボイラとし
ての効率向上を目標に、より高温・高圧のいわば高品質
の蒸気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。

第９図は、回収ボイラ内の概略様相を模式的に描いたも
のである。バルブ黒液は火炉内方向に対し大略歳差、あ
るいは首振り運動する回収ボイラ用黒液分散装置９０２
（オシレータと呼ばれる）から火炉内へ吹込まれる。こ
の回収ボイラ用黒液分散装置９０２は、火炉の下方部に
向かい合わせに一対設置されている（ただし例外もある
）。

般に黒液は比重が約１．５と重く、しかも高粘度（常温
においてほぼ固体）であることから、１２０°Ｃ以上ま
で加熱されている。このような黒液を噴射分散するため
の黒液加圧噴射ノズルは、火炉内へ挿入されていること
もあり、構造がシンプルで、耐久性に優れたものである
ことが望ましい。

さて、火炉内へ分散装置から吹込まれる黒液液滴群は、
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。液滴群中
に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、ボイラ火炉お
よび後流の伝熱管群へ付着する。この付着量が限度を超
えるとボイラ燃焼ガス通路が閉塞してしまい、正常な連
続操業が不可能になる。また、黒液の炉内空間分散量の
ばらつきが大きすぎる場合には、炉底のチャーベツド９
１２の形成が著しく不安定になる。

すなわち、火炉壁側にチャーが集中して堆積する場合に
は、１次空気ノズル９０３が閉塞したり、チャーベツド
９１２が不連続的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、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。

以上のように、回収ボイラの性能は、黒液分散技術に大
きく依存しているといえる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来式黒液分散装置の構造を第１０図と第１１図に示す
。第１０図は何方からの断面図、および第１１図は上方
からの祖国である。黒液１０１を加圧噴射するためのノ
ズル１０２の先端には、断面が円形の黒液噴出孔１０３
が開口しており、そこから噴射された黒液１０１は、ノ
ズル１０２に傾斜して設けられた円形の放射衝突板１０
５に衝突して液滴へ分裂し、火炉内へ分散される。

上記従来式の回収ボイラ用黒液分散装置では、第１３図
に示すように扇状に広がる噴霧流内において液滴径のば
らつき幅が大きく、粗大な液滴が多い一方で、逆に微小
な液滴も多量に発生する。

粗大な液滴１０７は、黒液液膜周端の太いリム１０６が
分裂することにより生成する。これに対し、液膜中心の
より細かな液滴１１０は、黒液液膜の表面上にできた細
かな空気力学的乱れ１０８が成長し、それが紐状の液柱
１０９へと分裂し、さらにその液柱がくびれで引き延ば
されるように微粒化して生成したものである。液膜の周
端と中心において、このように分裂現象が明らかに異な
るという傾向は、１本当たりの黒液噴射量の多い大容量
の黒液分散装置はど際立ってくる。一方、このような傾
向は、より高濃度まで濃縮して高粘度の状態で使用され
る最近の黒液において、より顕著である。微小な黒液液
滴は、回収炉上方部へ浮遊上昇して付着性ダストとなっ
て伝熱管へ付着する。

このような条件では、火炉が閉塞し易くなるため、長期
間に及ぶ安定した回収炉の連続運用が不可能になるとい
う問題があった。

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生じるという問題もある。

すなわち、扇状噴霧の両外周端のみに黒液液滴が集中し
てしまい（第１３図に示したように粗大な液滴が集中す
るから）、この現象が、炉底に安定したチャーベツドが
形成されないという問題を引き起こしていた。この傾向
も、最近の高濃縮黒液の利用に際してより強まってきて
いる。

黒液の分裂を促進させようとする先行技術には、第１２
図に示すように、加圧噴射する黒液１２２内へ蒸気等の
制御流体１２６を予混合させるものがある（実開昭６３
−１５９６０９）、Ｌかし、この方法では、制御流体１
２６の作用により、ノズル部において黒液１２２が早く
も分裂するため、プレート１２４上では一度分裂した黒
液が合体するという非効率な現象が生じる。また、ノズ
ル部１２３における蒸気泡の間欠的な分裂によって、黒
液の分散状態が不安定になり易いという問題もある。

以上のような問題が、回収ボイラの高温・高圧・高効率
化という技術進展を遅らせてきた。本発明の目的は、上
記した問題点をなくし、回収ボイラの高効率運用を促進
し、また伝熱管へのダスト付着を抑制し、安定した状態
で長期間に及ぶ安定燃焼が可能な回収ボイラ用の黒液分
散装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記した従来技術の問題点は、黒液噴射ノズル本体内の
黒液流路先端部噴出孔より加圧黒液を噴射し、この噴射
黒液をその噴射方向に対して所定の傾斜角度を有する衝
突板で受けて粒状に分散放射する黒液分散方法において
、前記黒液噴出孔を三日月形の環状通路とすることによ
り、噴射された黒液が衝突板上でほぼ均一な放射状液膜
として拡大したのち、多数の黒液粒子として分散放射さ
れるごとくなしたことを特徴とする黒液分散方法、およ
び内部に黒液流路を有し加圧された黒液を黒液流路先端
の噴出孔を通じて噴射する黒液噴射ノズル本体と、上記
噴出孔の中心軸の延長線に対し所定の傾斜角を保って設
けられ噴射された黒液を粒状に分散放射する衝突板とを
設けた黒液分散装置において、噴出孔内に孔径より小さ
い挿入体を設けたことを特徴とする黒液分散装置により
解決される。

〔作用〕

放射衝突板に対し、環状ノズルから噴出した黒液が「ち
くわ」のような（厳密には、環状ノズルは非同心である
ので厚みが一様でない「ちくわｊとなる）液膜状で衝突
する。そのため、放射衝突板状でより均一な液膜が形成
されるようになって、円周方向に対し、液滴の分散流量
や液滴のサイズも、従来式に較べてより均等になる。ま
た、放射衝突板の中央部の中心線上には、従来に比し厚
い噴射液流が、一方、左右両端には薄い噴射液流が供給
されるため、左右両端ばかりに粗い液滴が多く集中する
といった好ましくない現象を回避できるようになる。言
い換えれば、炉上方ヘキャリオーバされるような細かな
液滴が中心軸上において生成されなくなる。

以上のように、円周方向に対し、分散流量および液滴径
をともに均等化する技術は、より高濃度に濃縮され、結
果的に粘度が高くなって分裂が不均一になり易い今後の
黒液利用にとって好適なものとなる。

〔実施例〕

本発明を具体化した黒液分散装置の構造を第１図および
第２−１図および第２−２図に示す。第１図は、同装置
を上方から見た断面図、第２−１図は側方向から見た断
面図および第２−２図は正面から見た図である。

本実施例になる黒液分散装置は、基本的に、黒液２が加
圧供給される黒液噴射ノズル本体１と、噴射された黒液
が衝突する放射衝突板３より構成されている。放射衝突
板３は、黒液噴射ノズル本体１の下部に溶接によって接
合されている。黒液噴射ノズル本体１には、黒液２が供
給される流路１ａがあるが、出口近傍において径が収縮
する噴孔の収縮部７があり、その先端に短い直管部から
なる噴出孔４が開口している。この噴出孔４の中には、
略円柱状の非同心挿入体６が装着されている。そのため
噴出孔４の開口部は、第２−２図に示すように、三日月
型の左右方向には対称の非同心環状であり、放射衝突板
３より遠い位置はど開口幅が大きく、挿入体６の中心軸
９から黒液噴射ノズル本体ｌの中心軸８への延長線上で
最大となる。非同心挿入体６が、噴出孔４の開口部を塞
ぐ構成になっているが、本実施例では塞がれた部分と開
口部分の断面積はほぼ等しい。開口部分の面積は、要求
される黒液噴射流速に見合う寸法に設定される。この非
同心挿入体６は、第２−１図に示すように、噴出孔４の
収縮部７内の上流側へ、また放射衝突板３上の下流側へ
と、ともにその先端が丸みをもって先細るように突き出
している。

これは、黒液の流速あるいは他の流動条件が急激に変化
し、結果的に分裂状態に悪影響を及ぼすことになるのを
できるだけ防止しようとするためである。

第３図と第４図は、本発明を具体化した黒液分散装置に
おける黒液の分裂現象を模式的に描いたものである。第
３図は上方からの、また第４図は側面からの挽回である
。この実施例では、黒液２２が非同心環状噴出孔５から
吹出し、また非同心挿入体６が放射衝突板３の方へ突き
出して設置されている。そのため、黒液２は、第３図に
おいて黒液衝突面Ｃ（ｍ目状ハツチングした個所）とし
て示すように、放射衝突板３の先端側の部分に衝突し、
衝突面上で薄い液膜に広がることなく、放射衝突板３の
エツジからリガメント（ｊ２ｉｇａｍｅｎｔ）ａとなっ
て液滴へと分裂する。ちなみに、第１３図に現象を示し
た従来例では、分散装置中心軸に近い放射衝突板１２４
上に黒液液膜ができて、それが細い紐状の液柱に分裂し
、さらにそれがより細かな液滴となる。このような小さ
な液滴は、炉上方までキャリオーバされ、伝熱管群を閉
塞させる原因となる０本実施例では、分散装置の中心軸
上でも、放射衝突板３０周端と同様にリガメン）ａが分
裂し、はどよい程度に粗い液滴が生成される。つまり、
黒液液股上に液滴の生成要因となる細かな乱れ１０８（
第１３図参照）ができないうちにリガメントａとして分
裂するわけである。第１３図に示す従来式に較べると、
放射衝突板の円周上において、分裂して生じた黒液液滴
の大きさや分散流量（黒液の液滴流束）はかなり揃って
いる。

炉内各所へ分散される黒液液滴の大きさが揃うかどうか
を実際に確認するために、黒液液滴群の火炉幅方向に対
する平均径の変化を調べた。第５図は、火炉幅方向にお
ける黒液液滴径ｄ３□の変化をまとめたもので、本発明
の実施例（第１図、第２図）と従来例（第１０図に構造
を示す）の特性を比較したものである。縦軸のｄ。は、
中心軸において、従来式分散装置で得られた液滴径ｄ、
□、Ｃで割り、無次元化して表わしである。従来式の場
合、火炉壁側でａ３Ｚがかなり大きい。一方で、中央部
では（ｌｓｚが小さく、炉幅方向において偏りが著しい
。これに対し、本発明の実施例では、ｄＳＺがかなり均
一化され、大いに改善されていることがわかる。

第６図の実験結果は、炉幅方向の黒液分散流量を示した
ものであり、本発明例と従来例とを較べて示す。平均液
滴径ｄＳＺの結果と同様に、本発明例を用いた方が、炉
内に均等に黒液を噴射分散できることがわかる。

以上のような黒液の噴射分散性能の改善効果は、炉上方
部の伝熱管列におけるダスト付着量低減となってあられ
れる。第７図は、黒液温度とダスト付着量の関係であり
、本発明の実施例になる黒液分散装ｆ（第１図、第２図
）を使用した場合と、従来式の装Ｍ（第１０図、第１１
図）におけるそれとを比較したものである。ただし、横
軸は標準温度で割られ、また縦軸は標準温度において従
来式を用いた場合のダスト付着量で割られて、ともに無
次元化されている。一般に、黒液温度が上がると急激に
粘度が減少するため、細かな液滴が発生し易くなってダ
スト付着量がふえる。従来式では、細かな液滴１１０の
量が増大する（第１３図）。これに対して本実施例では
、第３図に示すように、中央部でもリムａを作り出すよ
うにしているために、塔頂部ヘキャリオーバされる液滴
量は少なく、高い黒液温度でもダスト付着量の増大を抑
止することができた。

第８図の実験結果は、１次空気量（第９図の１次空気孔
９０３からチャーベツド９１２表面に沿って吹込まれる
１次空気９０４の吹込み量）に対するダスト付着量の変
化をまとめたものである。

従来式のように、炉中央部に細かな液滴が多ければ、そ
れらが炉の上方部ヘキャリオーバされ易いために、１次
空気量の増加とともに伝熱管や炉壁へのダスト付着量が
ふえていく。これに対し、炉中央の液滴径を均一化し、
大きくした（第５図の実験結果）本実施例の場合は、同
じ１次空気量で比較した場合、ダスト付着量を約２５％
低減できる。

以上、ダスト付着量評価に限っての２例であるが、本発
明の効果が実証された。本発明の有効性は、特に高粘度
の高濃度黒液を使用する場合に、より強（発揮される。

本発明になる噴射装置は、具体的な対象とした黒液分散
装置と同様に、分散する液滴が比較的均一で、小さすぎ
ることなく、粗大すぎることもない程度の液滴生成技術
を要求されるものへ適用することが可能である。例えば
、溶融状態の銑鉄スラグの液滴生成法への応用が考えら
れる。溶融スラグは、粘度が高く比重も大きい点など、
物性が類僚している点も多い（ただし、比重は黒液より
もかなり大きい）。スラグの粒状化の場合には、本発明
の対象となった黒液に対する手段のみでは不充分であり
、水流もしくは空気流によって分裂と冷却の作用をアシ
ストしてやる必要がある。粒状に成形されたスラグは、
ハンドリングも容易になり、建材やコンクリート原料と
しての有効利用が期待される。

〔発明の効果〕

本発明を実施することにより、回収ボイラ火炉内におけ
る黒液の空間分散量が一様になり、炉底チャーベツドの
層高および温度が安定するとともに、火炉内に分散され
る黒液の液滴の大きさが均一化され、飛散し昌い微細液
滴の発生が少なくなるのでダスト付着量が減少する。し
たがって、伝熱管に対するスートブロー装置の使用回数
も減少させ、蒸気使用量を節減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２−１図および第２−２図は、本発明になる
黒液分散装置の実施例説明図、第３図と第４図は、上記
実施例における黒液噴射状況説明図、第５図は、本発明
と従来技術における火炉内の黒液液滴径の分布状況図、
第６図は、本発明と従来技術における火炉内への黒液分
散量を示す図、第７図と第８図は、本発明と従来技術に
おけるダスト付着量の比較図、第９図は、従来の回収ボ
イラの説明図、第１０図、第１１図および第１２図は従
来の黒液分散装置の説明図、第１３図は、従来技術にお
ける黒液分裂現象の説明図である。 １・・・黒液噴射ノズル本体、２・・・黒液、３・・・
放射衝突板、４・・・噴出孔、５・・・偏心環状噴出孔
、６・・・偏心挿入体、７・・・噴孔の収縮部、９０１
・・・回収ボイラ本体、９０２・・・回収ボイラ用黒液
分散装置、９０３・・・１次空気孔、９０４・・・１次
空気、９０５・・・２次空気孔、９０６・・・２次空気
、９０７・・・浮遊ダスト、９０８・・・過熱器、９１
２・・・チャーベツド。 出願人　バブコック日立株式会社 代理人　弁理士　川　北　武　長 火炉幅方向 縦軸は、従来式分散装置使用時におけるその装置位置上
の分散流量ｑｄｃにより無次元化されている。 Ｃ：黒液の衝突面 ６：非同心挿入体 ９：非同心挿入体の中心軸 第 図 Ｂ　−Ｂ’方向視図 第 図 無次元化したダスト付着量 第 図 第 図 火炉幅方向 無次元化したダスト付着量 １次空気孔 １次空気 ２次空気孔 ２次空気 浮遊ダスト 過熱器 スボート 上部ドラム ９】３：黒液液滴群 ９】４：炉底 １０１：黒液 １０２：黒液加圧噴射ノズル １０３：黒液噴出孔 １０４：ノズル中心ＩＬか 】０５：放射衝突板 １０゛図 Ｂ　−Ｂ′方向視図 第１１ Ａ　−Ａ’方向視図 」Ｂ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）黒液噴射ノズル本体内の黒液流路先端部噴出孔よ
   り加圧黒液を噴射し、この噴射黒液をその噴射方向に対
   して所定の傾斜角度を有する衝突板で受けて粒状に分散
   放射する黒液分散方法において、前記黒液噴出孔を三日
   月形の環状通路とすることにより、噴射された黒液が衝
   突板上でほぼ均一な放射状液膜として拡大したのち、多
   数の黒液粒子として分散放射されるごとくなしたことを
   特徴とする黒液分散方法。
2. （２）内部に黒液流路を有し加圧された黒液を黒液流路
   先端の噴出孔を通じて噴射する黒液噴射ノズル本体と、
   上記噴出孔の中心軸の延長線に対し所定の傾斜角を保っ
   て設けられ噴射された黒液を粒状に分散放射する衝突板
   とを設けた黒液分散装置において、噴出孔内に孔径より
   小さい挿入体を設けたことを特徴とする黒液分散装置。
3. （３）前記挿入体は噴出孔に内接して設けられたことを
   特徴とする請求項（２）記載の黒液分散装置。
4. （４）前記挿入体を衝突板の衝突面まで延設したことを
   特徴とする請求項（２）または（３）記載の黒液分散装
   置。