JPH05507134A - 硫酸塩パルプミルにおいて熱および電気を発生する方法および装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 硫酸塩バルブミルにおいて熱および電気を発生する方法および装置 本発明は硫酸塩バルブミルにおいて、組み合わされた発電装置技術を用いて黒液 を加圧ガス化することによって、熱および電気を発生する方法および装置に関す る。

黒液は、圧縮機で圧縮された空気によって、ガス化装置内で加圧状態でガス化さ れる。これによって生成されたガスは精製され、圧縮機からの圧縮空気によりガ スタービン内で燃焼される。燃焼器中に形成される排気ガスは、発電用ガスター ビン内で膨張される。ガスタービンからガスは更に廃熱ボイラーへ導かれ、そこ で過熱高圧蒸気か発生される。この過熱高圧蒸気は次に発電用蒸気タービン内で 膨張される。蒸気タービンからの排出蒸気はバルブミルの熱要求をまかなうのに 使用される。

バルブミルでは、蒸気は樹皮、木屑あるいはその他の燃料か燃焼される補助ボイ ラーでも一般に発生される。

硫酸塩バルブの製造はこの世で最も重要なバルブ製造方法である。これは１９８ ７年に製造されたバルブの約５８％を占めている。硫酸塩バルブミルにおける熱 および電気の要求量は開発研究の結果として過去数年間にわたって連続して低減 されてきている。今日ては、硫酸塩バルブの製造はエネルギーに関して、すなわ ち少なくとも工程熱量に関して、自給以上のものである。

フィンランド国においては、硫酸塩バルブ工程に関する平均的な年間要求熱量は 約１００００〜１３００００ＭＪ／１ｍてあり、また、年間要求電気量は約１９ ００〜２９００ＭＪ／１ｍである。電気および熱の要求量は季節、すなわち、外 気温によって変化する。冬季および夏季における平均的基準熱消費量の差はほぼ ２０％に達し、基準電気消費量の差は約６％に達する。

エネルギーは主として回収ボイラーで黒液を燃焼させ、また、木屑や樹皮を補助 ボイラーで燃焼させて発生される。この工程に使用される樹皮生木材および作り 出された黒液の存機基質は一緒になって一般に要求される全エネルギーをまかな う。それ以上のエネルギーが必要とされるならば、追加の燃料および電気が購入 される。この追加の燃料は樹皮と共に補助ボイラーで燃焼される。。

電気は煮処理、洗浄、漂白および蒸発の各プラントで主として黒液、水およびバ ルブを圧送するのに消費され、また、チップ搬送に消費される。更に、乾燥セク ションではそこでの運転および換気に電気を消費する。電気は照明や、新しい水 および廃水の処理にも消費される。

硫酸塩バルブ工程では、熱は望まれる工程反応速度をもたらすため、またそれを 高めるために必要とされる。

例えば煮処理プラントでは、熱は黒液およびチップの循環系統を加熱するのに必 要とされる。この煮処理の間、チップおよび黒液は煮処理温度となるまで高圧蒸 気によって間接的に加熱される。乾燥セクションは、熱消費量の約２９％を占め る。

蒸発プラントは全工程で最大の独立した熱消費セクションである。これは硫酸塩 バルブミルの全エネルギー消費量の３１％を占める。蒸発プラントから得られる 二次的な熱は硫酸塩バルブミルで必要とされる温水（４０”Ｃ）を作り出すのに 十分である。バルブミルにおける発電装置は電気消費量の約１８％および熱消費 量の約１０％を占める。

今日、エネルギーは次の方法で発生されている。すなわち、ミルからの樹皮廃材 を燃焼する補助ボイラーが過熱高圧蒸気を発生する。こうして発生された蒸気は 単段／複数段の背圧蒸気タービンを通して圧送され、この解放された蒸気かミル の要求熱量をまかなうのに使用される。タービンおよびそれに連結された発電器 がミルの必要とする電気を発生する。

電気は１つ以上のブリードラインを備えた背圧タービンによって一般に発生され る。背圧は普通は３Ｘ　Ｉ　Ｏ＠〜４ｘｌＯ’　ｄｙｎｅ／ｃｍ２　（３〜４バ ール）であり、ブリード圧力はＩＸ　Ｉ　Ｏ’　〜１３Ｘ　１０’　ｄｙｎｅ／ ｃｍ２　（１０−１３バール）である。電気は復水タービンによっても発生され る。

黒液と樹皮との両方を燃焼させるときに蒸気および電気を発生させる他の方法が ある。各々のボイラーに別々に蒸気タービンを備えることかできる。これによれ ば、過熱度合いの相違が問題を生じることはない。第２の代替例は、両方のボイ ラーにおいて同じ過熱度合いの蒸気を発生させるものである。これは、全く問題 を生じないで一方のみの蒸気タービンを使用することができる。第３の代替例は 、第２ボイラーにて低い過熱度合いの蒸気を連続的に過熱するものである。これ によれば、同じ過熱度合いがそれぞれの蒸気に関して得られることになり、蒸気 タービンは１つだけで済む。今日、発電変換効率はバルブミルにおいては約２０ ％である。

ソーダ回収ボイラーが信頼性の高い再生およびエネルギー発生工程を構成するた めに開発されてきたが、その初期費用は高く、回収ボイラーで発生される電気量 に対する比率は今日の硫酸塩バルブミルにおいて不利である。

工程熱消費量か減少したので熱要求量は以前よりも回収ボイラーで良好にまかな われるようになったが、電気は低い変換効率にて発生されている。

回収ボイラーは硫酸塩バルブ工程において最も高価な単体の装備である。これは 使用されているのが耐腐食性材料であること、およびボイラー寸法が大きいこと による。ボイラーは従来のボイラーに比較して熱伝達か劣るならば大きな寸法と されねばならず、煙道ガス容積は得られる熱容量に比較して大きく、ボイラーは 非常に簡単に詰まりを発生してしまう。熱伝達が劣る理由は煙道ガスに含まれる 不純物によって伝熱面か汚れることである。

煙道ガス容積は水含有燃料によって生じる。詰まりを防止するために、加熱チュ ーブか互いに離して配置され、このことがまたボイラーを大型にするのである。

回収ボイラーからの煙道ガス粒子は溶融して伝熱面に容易に付着する。高温によ り生じる噴射の危険性を回避し、また、詰まりを回避するために、回収ボイラー においては過熱温度は他のボイラーの過熱温度、すなわち約７２０〜７７００に よりも低くされる。新しい蒸気の圧力は約８ｘｌＯ’　〜９ｘｌＯ’　ｄｙｎｅ ／Ｃｍ２　（８０〜９０バール）である。過熱温度が低くされる結果として、蒸 気タービンにおける発電変換効率は低くなる。

上述した概念が、如何にして従来の回収ボイラーを新規の工程に置き換えられる かに関する長期の研究の理由を与えてきた。目下のところ、多くの代替例が探求 されている。示唆された新規な工程に共通する点は、再生およびエネルギー発生 を分けること、および製造された燃料を組み合わされた発電装置に応用すること である。

黒液は多くの異なる方法でガス化できる。例えば調査した一般的な方法は、固相 ガス化および溶融相ガス化である。固有ガス化によって発生されたガスの温度は 低く、８５０〜９５０°にであり、溶融相ガス化では高く、一般に１１５０°に 以上、普通は１１５０°に〜１３０００にである。圧力は発生ガスの温度に対し て本質的な影響を存していない。精製ガスは、蒸気および電気を発生するために 、従来のボイラーあるいは加圧された組み合わされた工程で燃焼されることがで きる。

溶融相ガス化において、回収ボイラーと同様に反応器において回収ボイラーのよ うな反応器中に溶湯が形成される。この溶湯は回収ボイラーと同様な方法で処理 される。有機化合物か熱分解されてガス化され、それらか水蒸気とともにガスを 形成する。

固相ガス化においては、化学成分の回収は低温度で行われる。固体の硫化ナトリ ウムが低温度で回収される。

固体の硫化ナトリウムは温度が８８０°に以上のレベルまで上昇すると生成され 、典型的には１００％の還元が１０２０′＞Ｋの温度で達成される。黒液の同相 ガス化は分解工程に基づき、これにおいて残留物は固体であって、蒸発基体がガ スを形成する。固体の残留物はナトリウムおよび硫黄の無機化合物、そしてチャ コールで構成される。チャコールは分解の後に別にガス化される。

最も見込みのあるアイデアの１つは黒液の加圧ガス化であり、これはバルブミル での電力発生に関して組み合わされた発電装置を応用する機会を与えている。こ の組み合わされた発電装置工程において、ガス化された黒液は燃料として使用さ れ、必要ならば油、石炭または天然ガス並びに樹皮の何れかが追加の燃料として 使用される。

この工程の基本系統は、ガス化装置、ガス洗浄装置、ガスタービンおよび廃熱ボ イラーである。この組み合わされた発電装置は新規な工程のほとんどにおいて電 力発生装置として適当とされる。ガスタービンにおけるガス燃焼が発電し、また 、燃焼およびガス化工程のための加圧空気を発生する。廃熱ボイラーにおいては 、ガスタービンの排出ガスから水蒸気循環系へ熱伝達することで発生された蒸気 によって、電気が蒸気タービンで発生される。

また、工程熱量は背圧によって発生される。

硫酸塩バルブミルにおける電気および熱の発生量は季節および生木材によってか なり変化することが立証されている。追加の対策が取られなければ、ミルの発熱 量は上述の変化のために全ての環境において要求量に見合うことはない。

次の表は、パラメータが温度、木材のグレードおよびガスタービン工程の圧力比 として、硫酸塩バルブミルにおいて発生される過剰熱量を表している。

カンパ材　２５３　２０　８０ 松材　２５３　２０　１３６０ カンパ材　２７３　２０　８３０ 松材　２７３　２０　２１６０ カンパ材　２９３　２０　１６６０ 松材　２９３　２０　３０４０ カンパ材　２５３　３０　０ 松材　２５３　３０　１０９０ カンバ材　２７３　３０　６４０ 松材　２７３　３０　１９４０ カンパ材　２９３　３０　１５２０ 松材　２９３　３０　２８７０ 表１　木材のグレード、圧力比および温度の関数としての硫酸塩バルブミルにお ける過剰熱量 本発明の目的は、硫酸塩バルブ工程が電気を自給し、工程か必要とするより多く の蒸気を発生させないようにして、硫酸塩バルブミルにおける発電に対する発熱 の比率を変化させる方法を提供することである。

本発明の他の目的は、過剰熱量が同時に発生されないで硫酸塩バルブミルに発電 の良好な変換効率を与えることである。

本発明の更に他の目的は、発電量を向上させたことに加えて、熱消費量と発熱量 とを等しくさせることである。

上述の目的を達成するために、硫酸塩バルブミルにおいて組み合わされた発電装 置を使用して黒液の加圧ガス化によって発熱および発電する本発明による方法は 、−噴射蒸気の調整可能な量がガスタービンに導かれること、 −様々な状態で硫酸塩バルブミルの熱消費量、すなわち蒸気タービンからの過剰 蒸気の消費量、に実質的に対応する蒸気量が蒸気タービンを通してもたらされる こと、−組み合わされた発電装置で発生した過剰蒸気がガスタービンに対する噴 射蒸気として噴射されることで電気に変換されること、 を特徴とする。

従って、蒸気噴射ガスタービンが発電量に対する発熱量の比率を調整する解決方 法を与えるのである。蒸気の噴射はガスタービンの効率を改善する方法を与える 。本発明によれば蒸気はバルブミルの蒸気タービンを通してプラントの熱消費量 に応じた程度だけがもたらされる。

また、過剰蒸気は好ましくは完全にガスタービンの噴射蒸気としてその効率を改 善するために使用される。蒸気を噴射することによって発電量はかなり増大され 、これによりバルブミルはある程度電気プラントとなる。

圧線機で圧縮される空気量が噴射蒸気の量の相違に係わらずに主として一定温度 および一定質量流れをガスタービンにおいて維持するようになされるならば、ガ スタービンの運転は有利となる。ガスタービンを均一質量流量で運転するのかガ スタービンの効率の点て有利となる。

許容できる変動は最大で約２０％である。このスロ・シトル効果のために、多く のガスタービン装置は圧縮機内にガイドベーンセットを備えることができる。

従って本発明は、ガスタービン燃焼器またはその排出ガスに過剰蒸気を噴射して 熱消費量に相当する硫酸塩バルブの発熱を調整する方法に関する。本発明は、廃 熱から、また生成ガスを冷却し、そして樹皮、木廃材またはその他の燃料を燃焼 させることによって、硫酸塩バルブミルに必要ない大量の過剰蒸気の流れがガス タービンに噴射されるために、大量の蒸気が良好に発生される方法を提供する。

ガスタービンに噴射された噴射蒸気は廃熱ボイラーから取り出されるのが好まし いが、補助ボイラーの蒸気系統や、廃熱や補助ボイラーに共通の蒸気系統からも 取り出され得る。噴射蒸気はタービン燃焼器か、そこから解放された排出ガスの 何れかに噴射される。蒸気圧は加圧ガスに良好に噴射できるように十分高くなけ ればならない。

本発明の工程によれば、特別な配置は廃熱ボイラーに必要とされない。何故なら ば、ガスタービンからの排出ガスはきれいだからである。例えば蒸気の過熱を改 善するために必要とされるならば、ボイラーはミル本来の工燃焼させる燃焼器が 備えられる。組み合わされた発電装置においては、新しい蒸気が回収ボイラーよ りも高いレベルにまで過熱され得る。何故ならば、組み合わされた発電装置では 、排出ガスはガスタービンにいたる前に精製され、汚れたガスか生じる問題は全 くないからである。

特に本発明は、優勢な状態に応じて、また、異なる工程パラメータに基づいて、 硫酸塩バルブミルにおける発電に対する発熱の比率を変化させる方法を提供する 。状態は変化し、例えば外気温度、木材のグレードおよびガス化されるべき黒液 の乾燥固体含有量によって変化される。ガスタービンの選択は発電における変換 効率に影響を与え、また、電気／熱化率に影響を与える。何故ならば、これがタ ービンにいたる前のガス温度およびタービンの圧力特性を定めるからである。

ガスタービンの圧力特性は重要なパラメータである。

圧力比の増大は、圧力比を含む他のパラメータか一定に保持されるならばガスタ ービンからの排出ガスの温度を下げる。この結果、新しい蒸気の圧力および温度 を低いものとし、この結果蒸気タービンではいっそう僅かな電気が発生されるこ とになる。圧力比が高まると、ガスタービンによっていっそう大きな電気が発生 されることに。

なる。何故ならば、排出ガス温度が低くなるからである。

ガスタービンのタービンベーンは高温度に耐えない。

それ故に煙道ガスはタービ゛ノにいたる前に冷却されねばならない。一般に冷却 は燃焼ガスに空気を過剰に混入させて行われる。この方法の欠点は圧縮機を通し て流れる空気量が増大することである。このことはガスタービンにおける発電変 換効率を低下させる。冷却空気量は噴射蒸気と置き換えることで減少できる。従 ってガスタービンにおける発電変換効率も改善できる。タービンにいたる前の煙 道ガスの温度は、今βでは１３５０〜１５０００にである。これより高い温度は セラミックベーンによって達成される。タービンの入口温度を高めることは空気 係数が小さくなること、すなわち少ない燃焼空気が要求されること、を意味する 。これにより、圧縮機のパワー要求量は低くなる。この工程で使用される発電お よび発熱における変換効率で得られた利益が、これらの特別な構成の投資か有利 であるか否かを決定する。温度は排出ガス温度を通じて新しい蒸気の圧力および 温度に、そして発電および発熱に、影響するのである。

硫酸塩バルブ工程の熱要求は外気温度によって変化し、この結果蒸気タービンを 通して流れる質量流量に変動を生じる。また、噴射蒸気の量に変動を生じる。外 気温度の変化はまた圧縮機に流入する空気の温度、そしてガス化段階で得られた 精製ガスの組成にも変化を生じる。

ガス化される黒液の乾燥固体成分は成分に影響を及ぼし、また、ガス化段階で得 られた精製ガスの熱量に影響を及ぼす。乾燥固体成分の増大はまた黒液の燃焼に おける発熱に加えられる。黒液の乾燥固体成分は蒸発プラントおよびその他の黒 液処理装置の運転に極めて重大である。乾燥固体成分の増大は蒸発プラントの熱 消費量に加えられる。これは、蒸発されるべき水の量かいっそう多いこと、およ び蒸発段階の汚れや黒液の特性変化による。

更に、黒液の特性変化は電気の消費量に影響する。しかしなから追加の発熱量は 蒸発に必要とされる追加の熱量をかなり超えることになる。

本発明による方法の基本は、それ故に硫酸塩ノ＜ルブ工程に必要なだけの熱量を 発生することである。この工程の熱消費量か発生熱量よりもちいさいならば、過 剰蒸気は煙道ガスに噴射される。廃熱ボイラーおよび補助ボイラーによって発生 される蒸気量は、ボイラ一温度範囲並びに望まれる新しい蒸気の温度および圧力 か知られているならば、比較的単純に計算できる。

上述のパラメータを考慮して、バルブミルに必要とされる熱量並びに相当する高 圧蒸気量は計算できる。高圧蒸気の発生量および消費量の差は噴射蒸気量を決定 する。

発電変換効率は蒸気タービンおよびガスタービンによって生じた電気効率に基つ いて計算できる。

ガスタービンに流入する燃焼ガスへの蒸気噴射はその燃焼ガス温度を低下させる 。従って、ガスタービンに流入するガス温度を一定に保持するために必要なこと は、圧縮機を通して圧縮される空気量が噴射蒸気量に比例してスロットル操作さ れることである。幾つかのガスタービンでは、調整可能なガイドベーンセットが 圧縮機に配置されている。圧縮機からの出力はこのようなベーンによって調整で きる。経済的な調整範囲は狭く、８０〜１００％である。しかしながら、この調 整範囲は本発明（こよる方法に十分に良好とされる。−２０℃〜＋２０°Ｃの外 気温度範囲において、ミル製造が一定であるなら（ｆ調整範囲はほぼ正確に上述 した８０〜１００％となる。軟木材バルブや軟カンパ材だけによるミル運転にお （、ｚで（よ、この幅は狭く、８６〜１００％である。しかじな力（らカンバ材 バルブでは、ミルの基準発生量は軟木材ノクルブ１こよるよりも約１７％高くな る。何故ならば、ノくルブの発生量が高まるからである。しかしながらこれは圧 縮機の空気流量範囲を変化させることはない。ただ最小値および最大値が変化さ れる。同じ発生速度および異なる木材グレードによれば、圧縮機を通る最小空気 量は外気温度が高い（＋２０”Ｃ）ときのカンノく材ノ々ルブの発生に必要とさ れる。この発生速度がｔ述のようにカンノく材ノ（ルブによるよりも１７％高い ならば、圧縮機を通して圧縮される最小空気量は増大され、外気温度か高し）と きの軟木材パルプ運転におけるのに達する。

実際には、バルブミルは市場状況がそれを許すならば最大容量で常に運転される 。ミルの発生量は軟木材ノ（ルブによるよりもカンパ材による方が高くなる。成 る種の状況ては、特定の容量で作動されるとき、差か発熱と熱消費とのバランス を取るうえで生じる。これは、全速による圧縮機の全調整範囲が木材グレードお よび外気温度の変化を補償するために必要とされるときに生じる。ｌつの木材グ レードによれば、差は著しく小さく、特にミルが外気温度の比較的安定した場所 に配置されるならば小さくなる。

本発明は、添付図面を最小して以下に更に詳しく記載される。添付図面において 、 第１図は、本発明による硫酸塩バルブミルの組み合わされた発電装置を示す概略 図、 第２図は、外気温度の関数として噴射された蒸気量を示し、 第３図は、外気温度の関数として圧縮機を通して圧縮される空気量を示し、そし て 第４図は、外気温度の関数として発電変換効率を示している。

第１図は硫酸塩バルブミルに連結された組み合わされた発電装置のフローシート であり、エネルギーは本発明の方法によって発生されている。黒液はガス化装置 ｌＯにてガス化され、そこから高温ガスか生成ガス冷却装置１２および１４に導 かれて、そのガスをガス精製に適当な温度にまて冷却されるようになされる。冷 却装置からガスは更にガス精製装置ｔ１６へ導かれ、そこでガスはガスタービン を駆動するのに十分となるまで精製される。

精製されたガスはガスタービン燃焼器Ｉ８へ導かれ、燃焼されて高温圧縮排出ガ スを形成する。加圧された燃焼空気が圧縮機２０からダクト２２を通して燃焼器 中へ導かれる。ダクト２４は空気を圧縮機からガス化装置１０へ導く。給送空気 量は例えば圧縮機のベーンを調整して制御されることかできる。燃焼器中へ流入 する空気量は他の工程パラメータによって調整され、ガスタービンに流入する排 出ガス温度並びに好ましくは出力流量をほぼ一定に保持するようになされる。

燃焼器から排出ガスはダクト２６を通してガスタービン２８へ導かれ、発電機３ ０で発電する。圧縮［２０はガスタービンと同一シャフトに取り付けられ、ガス タービンまたはその一部で圧縮機を駆動する。ガスタービンの排出ガスはダクト ３２を経て廃熱ボイラー３４へ導かれ、ガスに含まれる熱が過熱高圧蒸気として 回収される。

廃熱ボイラーの蒸気／水系統は以下の部品を含んでなる。すなわち、給送水が導 かれる予熱装置５８、蒸発装置５６、蒸気ドラム５０および過熱装置４８である 。

ガス化装置からの生成ガスを冷却して解放される熱は好ましくはパイプライン５ ２および５３を経て蒸気循環系統へ伝達される。第１図の実施例では、ガス冷却 装置すなわち給送水の予熱装置１４および蒸発装置１２を含んでいる。ボイラー に流入する給送水は２つの部分流に分かれ、一方は実際に廃熱ボイラーへ流入し 、他方は生成ガス冷却装置に流入する。蒸発装置５６および１２は強制循環伝熱 面すなわちポンプ循環伝熱面として図示されている。廃熱ボイラーによって発生 された過熱蒸気はパイプライン４６および３８を経て蒸気タービン４０へ導かれ 、また、それに連結された発電機４２が蒸気の膨張で解放されたエネルギーによ って発電する。

廃熱ボイラーで発生された高圧蒸気の一部はダクト６２および６４を経てガスタ ービン燃焼器１８へ、および／またはダクト６２および６６を経てダクト２６へ 導かれ、このダクトは調整にガスタービンへ通じている。燃焼器および／または ガスタービンへ給送される蒸気はバルブ６８および７０によって制御され、全系 統の過剰蒸気か噴射蒸気として使用されるのが好ましい。

第１図による構成において、樹皮、廃木材またはその他の燃料のボイラー３６、 すなわち高圧蒸気を発生するいわゆる補助ボイラーが組み合わされた発電装置と 連結されている。補助ボイラーから受け入れた蒸気は廃熱ボイラーからの蒸気と 連通され、更にダクト３８を経て蒸気タービン４０へ導かれる。発電機３０によ って発生された電気は共通の電気ネットワーク４４に連結される。

蒸気タービンへいたるダクト３８のバルブ７２によって、タービンに流入する蒸 気量はミルか要求する熱量につねに見合うように、また、発電において過剰蒸気 を使用するように制卸される。

第２図〜第４図は噴射蒸気量、圧縮機を通して流れる空気量および外気温度に対 する発電変換効率の依存を示している。これらの図面はまた蒸気および空気の上 述した量並びに生産量に対する圧力比および木材グレードの影響を示している。

例とする計算では、黒液の乾燥固体成分が７５％で、タービンに流入するガス入 口温度が１４７３°にであると仮定している。

第２図は表２の値を示している。すなわち、噴射蒸気量の外気温度に対する依存 を示している。噴射蒸気量の変化は、カンパパルプまたは松林バルブの何れかを 製造するミルに関して２つの異なる圧力比、すなわち２０および３０、に関して 計算されている。蒸気発生量は外気温度か上昇すると増大し、このことは硫酸塩 ミルにおいて噴射蒸気量が増大することを意味する。

松材　２５３　２０　０．８ 松材　２７３　２０　１．２ 松材　２９３　２０　１．７ カンパ材　２５３　２０　０ カンパ材　２７３　２０　０．４５ カンパ材　２９３　２０　、０．９ 松材　２５３　３０　０．５ 松材　２７３　３０　０゜９ 松材　２９３　３０　１．３ カンパ材　２５３　３０　０ カンパ材　２７３　３０　０．３ カンパ材　２９３　３０　０．６５ 表２　温度に対する噴射蒸気の依存 圧縮機を通して圧縮される空気量の変化は、この工程の作動に重要なパラメータ である。空気量が激しく変化するならば、圧縮機の制御はガイドベーンの調整で は不可能である。文字通り、ガイドベーンの経済的な調整は空気量の変化が８０ −１００％であるならば可能であるガスタービンは圧縮機を通して圧縮される空 気量が噴射蒸気の変化で調整されない場合でも恐らく運転可能である。この場合 、タービンに流入する燃焼ガスの温度は変化し、更に詳しくは蒸気噴射量が増加 するならば低下する。この結果発電変換効率も低下する。

第３図は、外気温度、木材グレードおよび圧力比によって硫酸塩ミルにおいて空 気量が如何に変化するかの表３の値を示している。第３図は、外気温度および木 材グレードの変化する場合に空気量の変化は２０％以下であることを示している 。

松材　２５３　２０　１１．２ し　松材　２７３　２０　１０．５ 松材　２９３　２０　１０ カンパ材　２５３　２０　１０．５ カンパ材　２７３　２０　９．８ カンパ材　２９３　２０　９ 松材　２５３　３０　１３．２ 松材　２７３　３０　１２．８ 松材　２９３　３０　１２．２ カンパ材　２５３　３０　１１．７ カンパ材　２７３　３０　１１．’９ カンバ材　２９３　３０　１１．２ 表３　圧縮機に送り込まれる空気量の温度に対する依存第４図は樹皮燃焼カンパ 材硫酸塩バルブミルにおける発電変換効率に対する噴射蒸気の影響に関する第４ 表の値を示している。外気温度の上昇の結果として、工程の熱要求量は低下し、 これにより蒸気タービンを通して流れる出力流量が減少し、蒸気タービンによっ て発生される電力が減少する。しかしながらこれと同時に、ガスタービンによっ て発生される電力は噴射蒸気が使用されるならば増大する。外気温度の上昇は生 成ガスの熱体積を低下させる。これらの相互の影響は第４図にて認識され、第４ 図は外気温度か上昇した場合には圧縮比および木材グレートに関係なく発電変換 効率が低下することを示している。この結果同じ蒸気量がガスタービンにおける 噴射蒸気としてよりも蒸気タービンにおいていっそう電気を発生する。噴射蒸気 が使用されないならば、発電する変換効率はいっそう急激に低下する。

２０　実施する　２５３　３１ ２０　実施する　２７３　２９．６ ２０　実施する　２９３　２９．４ ２０　実施しない　２５３　３１ ２０　実施しない　２７３　２９．５ ２０　実施しない　２９３　２９．１ ３０　実施する　２５３　２９．２ ３０　実施する　２７３　２８．９ ３０　実施する　２９３　２８．６ ３０　実施しない　２５３　２９．２ ３０　実施しない　２７３　２８．５ ３０　実施しない　２９３　２７．７ 表４　発電変換効率に対する噴射蒸気の影響タービンに流入するガス温度が変化 しないような圧縮比の増大は、タービンから排出されて廃熱ボイラーへ導かれる ガス温度を低下させることになる。従って、蒸気の達成された過熱度合いも低下 され、低い蒸気圧によるボイラーの構成にいっそう有利となる。しかしながら低 い過熱度合いは蒸気循環系統における発電変換効率を低下させることになり、こ れは表４から認識される。

発電変換効率に対する黒液の乾燥固体成分の影響は逆である。乾燥固体含有量が 増大するときに変換効率の増大はガスの無位の増大によって生じる。硫酸塩パル プミルにおいては、黒液の乾燥固体含有量の増大は、生成ガスの無位の増大に無 関係に噴射蒸気量の増大および圧縮機で圧縮された空気量の減少をもたらす。乾 燥固体含有量が増大すると、蒸気タービンを通して流れる出力流Ｉもまた工程に おける熱消費量の増大につれて増大する。

黒液の乾燥固体含有量の増大は煙道ガス流量を増大させ、これによりガスタービ ンによる発電が増大され、廃熱ボイラーはいっそうの蒸気を発生する。すなわち 、蒸気タービンにおける発電が高められる。従って、乾燥固体含有量が高まれば 高まるほど、過剰な電気が発生されることになる。

本発明による発電装置工程は回収ボイラーに比較して良好な発電変換効率を与え る。一般に硫酸塩パルプミルに必要とされる以上の電気が発生される。硫酸塩パ ルプミルは熱的に自給できる。本発明は四季の変化およびミル工程に様々な木材 グレードが使用されるのが典型的である北欧の状況に特に適当である。

本発明は第１図の実施例に限定することは意図されず、添付の請求の範囲によっ て限定される本発明の範囲内で改変され応用されることができる。従って例えば 別の補助ボイラーで樹皮を燃焼させる必要はない。乾燥した樹皮はまた過圧ガス 化装置にてガス化され、しかる後生成ガスが精製され、必要ならば冷却された後 に黒液のガス化によって受け入れたガスと別々また°は混合の何れかによって一 緒にガスタービン燃焼器中へ導かれるようになされる。

樹皮および黒液は１つの同じ手段にてガス化できるが、硫酸塩バルブミルに有害 な無機基質をガス化装置で生じた溶融材すなわち生（グリーン）黒液から分離可 能とされねばならない。

加圧状態で樹皮をガス化することによって、発電変換効率は更に増大できるが、 適当な発熱が行われねばならない。発熱および熱消費をバランスさせるために蒸 気噴射を使用することは、一般に可能である。樹皮の加圧ガス化を加圧された黒 液と統合することは、バルブミルの熱消費が将来更に低下できるならば非常に関 心か持たれる。

ＩＩ３３ Ｆ（（３，４ 要　約　書 組み合わされた発電装置で黒液を加圧ガス化して発電する方法および装置である 。黒液のガス化で発生されるガスは精製され、発電用ガスタービンへ導かれる。

このタービンからガスは廃熱ボイラーへ導かれる。廃熱ボイラーおよび／または 補助ボイラーで発生された高圧蒸気は、蒸気タービンからの排出蒸気がバルブミ ルの蒸気および熱の要求量をまかなうことができる範囲で、蒸気タービンへ導か れる。この過剰蒸気はガスタービンまたはその燃焼器に導かれて、発電を増大す るようになされる。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／Ｆｌ　９１１０００９６

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．硫酸塩パルプミルにおいて組み合わされた発電装置技術を用いて黒液を加圧 ガス化することによって、熱および電気を発生する方法であり、 −黒液が圧縮機で圧縮された空気によって加圧状態でガス化され、 −ガス化によって形成されたガスは精製され、−精製されたガスは圧縮機からの 圧縮空気によりガスタービン内で燃焼され、 −燃焼器中に生成された燃焼ガスは、発電用ガスタービン内で膨張され、 −ガスタービンから排出されたガスは更に廃熱ボイラーへ導かれ、そこで過熱高 圧蒸気が発生され、−蒸気は発電用蒸気タービン内で膨張され、−蒸気タービン からの排出蒸気はパルプミルの熱要求をまかなうのに使用される、 方法であって、 −調整可能な噴射蒸気量がガスタービン中へ導かれ、−消費量は状態に依存する が、ミルの熱消費量に実質的に見合う蒸気量、すなわち蒸気タービンからの排出 蒸気の消費量、だけが蒸気タービンを経て導かれ、また、−廃熱ボイラーおよび ／または補助ボイラーで発生された過剰蒸気が噴射蒸気としてガスタービン燃焼 器またはガスタービン中へ噴射されることで電気に変換されるようになされる、 ことを特徴とする方法。
2. ２．請求の範囲第１項に請求された方法であって、圧縮機で圧縮された空気量が 噴射蒸気量に無関係にガスタービンの温度を主として一定に保持するように調整 されることを特徴とする方法。
3. ３．請求の範囲第１項に請求された方法であって、蒸気タービンを通して導かれ た蒸気量および圧縮機で圧縮された空気量が外気温度によって調整されることを 特徴とする方法。
4. ４．請求の範囲第１項に請求された方法であって、蒸気タービンを通して導かれ た蒸気量および圧縮機で圧縮された空気量がパルプミルに使用される生木材によ って調整されることを特徴とする方法。
5. ５．請求の範囲第１項に請求された方法であって、蒸気タービンを通して導かれ た蒸気量および圧縮機で圧縮された空気量が黒液の乾燥固体含有量によって調整 されることを特徴とする方法。
6. ６．請求の範囲第１項に請求された方法であって、高圧蒸気が、廃木材、樹皮ま たは他の補助熱量を燃焼させる補助ボイラーでも発生されることを特徴とする方 法。
7. ７．請求の範囲第６項に請求された方法であって、廃熱ボイラーおよび補助ボイ ラーで発生された高圧蒸気が蒸気タービンへいたる前に合流されることを特徴と する方法。
8. ８．請求の範囲第１項に請求された方法であって、廃熱ボイラーから受け入れた 蒸気が噴射蒸気として使用されることを特徴とする方法。
9. ９．請求の範囲第８項に請求された方法であって、ガスタービンへ導かれる噴射 蒸気量がバルブで制限されることを特徴とする方法。
10. １０．硫酸塩パルプミルにて組み合わされた発電装置で熱および電気を発生させ る装置であり、−黒液の加圧ガス化のためのガス化装置（１０）、−精製処理さ れるガスのための精製手段（１６）、−ガスを燃焼させるおよび排出ガスを膨張 させる燃焼器（１８）およびタービン（２８）を含んでなるガスタービン（１８ ，２８）、 −ガス化装置およびガスタービン燃焼器に空気を給送する圧縮機（２０）、 −ガスタービンによって発電する発電機（３０）、−タービンからの排出ガスの 熱を回収し、高圧蒸気を発生する廃熱ボイラー（３４）、 −廃熱ボイラーにて発生した蒸気によって発電するための蒸気タービン（４０） 、 とを含んで構成された装置であって、 −廃熱ボイラー（３４）および／または補助ボイラー（３６）から受け入れた高 圧蒸気をガスタービン燃焼器（１８）内またはその排出した排出ガス（２６）中 に噴射するダクト（６４，６６）、 −噴射蒸気量を調整する調整手段（６８，７０）、を更に含むことを特徴とする 装置。