JPS62278108A - 硫黄燃焼炉およびボイラ複合装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 本発明は空気中における硫黄の燃焼から二酸化硫黄を製
造する装置、とくに、冷却されたガス状二酸化硫黄−空
気混合物を製造する一体の炉およびボイラ複合体に関す
るものである。

硫黄の燃焼は硫酸製造用の二酸化硫黄の製造と関連した
製造作業の一部としてもつとも一般的に実施されている
。硫黄の燃焼は通常溶融した硫黄を大型円筒状煉瓦内張
り炉内への空気流に一つ以上の銃から噴射することによ
って行われている・製造された高温の二酸化硫黄含有す
るガスの温度は通常８００℃ないし１２００℃の範囲内
にあり全体として煉瓦内張り導管を通してボイラに移送
されそこでガスは３５０℃ないし６００℃の範囲の温度
に冷却される。全体的に、このボイラは水平円筒形設計
の、または、旧式の、木管設計の煙管ボイラである。

現在硫酸製造業において使用されているような煙管ボイ
ラは多数の重大な欠点を有する。炉およびボイラの長さ
は構成部品の熱膨張を許すためプラントの配置および設
計に重大な問題を生じている。さらに、この型のボイラ
が高温の、流入ガスに露出される重金属を有するため、
フェルールおよび鋳造可能な耐火材料の使用による手厚
い保護を必要としている。かかるボイラはまたますます
高くなる、例えば６０気圧にも達する、蒸気圧力を使用
する現代の硫酸製造プラントに使用することは容易でな
い。煙管ボイラ方式における高温、高圧ガス流から生ず
る欠点に加えて、ガス制御の通常のａ様は調節可能な流
れ制御を必要とする高′温ガスバイパスの使用によるも
のである。これは通常金属の弁によって行われるが、大
部分の硫黄燃焼方式に存在する（１１００℃以上の）高
温は、利用可能な金属材料の大部分の長期間の使用限度
を超えるものである。この高温ガスバイパス装置は、高
温の硫黄含有ガスが関連する大部分の金属に対してきわ
めて腐食性であるため大部分の硫酸製造プラントの燃焼
方式における弱点でありそしてこの弁はしばしば問題の
原因であった。

水管ボイラの設計は一般に管の外側の実質的に大気圧の
高温の硫黄ガスの存在に基づいている。

設計は通常平坦な側面を有する断面が長方形の管列を含
んでいる。煙管ボイラに比較して、高温ガスに露出され
る厚い金属部分は存在せず圧力ｔｆｉ失も小さい、さら
に、水管ボイラは高圧蒸気を製造するのに利用され、そ
の上、すでに部分的に冷却されたガスをバイパスするよ
うに配置されている。

しかしながら、通常の硫黄燃焼装置を備えた通常の水管
ボイラを使用することの重大な欠点は円い加圧炉からボ
イラの外側鋼部の非対称的膨張、“に石する設計を必要
とする大気圧用に設計された矩形断面の、側面が平坦な
ボイラへの（煉瓦を内張すした）転移部を設けることの
必要性である。

本発明の目的は筒車で、コンパクト、運転するのに経済
的でまた広い温度範囲の運転条件に亘る二酸化硫黄ガス
を包含しうる炉−ボイラ複合装置を提供することである
。

別の目的は炉およびボイラの双方において対称的なガス
分布を生ずる炉−ボイラ複合装置を提供することである
。

本発明による炉−ボイラ複合装置において、沸Ｒ／冷却
用水管理論は半径方向に対称的な管装置およびボイラへ
の軸方向ガス流入に対していかなる外部のまたは過度に
露出された高温ガス側もボイラに存在しないように組み
合わされる。ボイラの対称的水管装置は高温の、二酸化
硫黄含有ガスとボイラ管の間の均一な、きわめて有効な
熱伝達を許す別の利点を生ずる。しかも、また、いかな
る膨張差の問題も本発明の炉−ボイラ複合装置において
一層容易に処理される。

したがって、本発明は冷却されたガス状二酸化硫黄−空
気混合物を製造する装置であって、強い耐熱性材料の外
側シェルと；前記外側シェル内に高温の、ガス状二酸化
硫黄−空気混合物の上向きの軸方向流れを生ずる硫黄燃
焼装置と；前記外側シェル内の多数の前記水冷ボイラ管
であって、（ａｌ前記硫黄燃焼装置の上方に上方内側室
を限定して前記硫黄燃焼装置から軸方向に流れる前記高
温のガス状混合物を受入れ、（ｂｌ　　前記外側シェル
とともに上方外側室を限定して半径方向外向き流れによ
り前記上方内側室から前記ガス状混合物を受入れ、（Ｃ
）　　前記上方内側室から前記上方外側室への前記ガス
状混合物の前記半径方向外向き流れを許して前記ガス状
混合物を冷却するように配置されたものと；冷却された
ガス状混合物の出口装置とを含む、装置を提供するもの
である。

ここに限定されたような装置を含む炉−ボイラ複合装置
は外側シェル内の高温の、ガス状二酸化硫黄の上向きの
軸方向流れを生ずる。かかるガス状混合物は外側シェル
の外側にかつそれから離れて設置される硫黄燃焼装置に
よって製造される。

その場合硫黄燃焼装置はガス状混合物を外側シェルに伝
達する装置を含んでいる。

しかしながら、硫黄燃焼装置が前記に限定されたように
ボイラ管装置の直下に外部シェルの下方部分内に設置さ
れるのが一層好ましい。

硫黄燃焼装置は溶融した硫黄および空気を耐熱材料の内
側シェルによって限定された下方燃焼室に噴射する装置
を含み、高温のガス状二酸化硫黄混合物は硫黄の発熱燃
焼によって発生する。通常、溶融した硫黄は風箱内に設
置された一つ以上の硫黄銃から噴射される。空気は風箱
に入り、小滴の形の硫黄とともに、燃焼室に通過する。

発生じた高温の、ガス状二酸化硫黄混合物はこの下方室
をボイラに対して上向きにかつ外側シェルの軸方向に排
出する。

したがって、本発明は前記硫黄燃焼装置が前記外側シェ
ルの下方部分内に設置されかつ溶融硫黄噴射装置と、空
気噴射装置と、硫黄燃焼下方室を限定する耐熱材料の内
側シェルとを含み前記硫黄が空気中で燃焼して高温ガス
状二酸化硫黄混合物の前記上向きの軸方向流れを生ずる
前記に限定されたような装置を提供するものである。

一層好ましい装置において上方外側室は低温側バイパス
制御を提供するガス状混合物流れ制御装置を備えている
。かかる特徴は装置から放散される二酸化硫黄ガスのを
用な制御に対する合理的なサービス期間をもつ金属製ダ
イヤフラムおよび弁方式の使用を許す。

さらに一層好ましい装置において外側および内側シェル
は上部外側室への狭い円周掃気通路を限定しそこを空気
が一般に多孔性耐火煉瓦から形成される内側シェルを通
って沸騰するいかなる高温の、硫黄ガスをも掃気するた
め通される。このことは、内側シェルに隣接し、通常炭
素鋼から形成された、外側シェルの腐食を減少する。

本発明を一層よく理解するため好ましい実施例を添付図
面を参照して華に例示として下記に記載する。

第１図に示す垂直円筒形のクワ−１０はコンクリート基
礎１２上に支持され、一体の炉およびボイラ組立体を包
囲する耐熱性炭素鋼シェル１１を有する。

シェル１１の下方部分内には耐火煉瓦製内側シェル１３
がありそのシェル１３はその床１６に軸方向開口を、ま
たその屋根１８に軸方向開口１７ををする下方燃焼室１
４を限定している。内側シェル１３および外側シェル１
１はその上方部分に空気流制御ダンパ２゜を存する円周
掃気通路１９を限定している。開口１５を通して突出す
るものは風箱２２内に軸方向に設置された硫ｖＩｔＶｃ
である。風′ＷＪ２２は空気通路２４を経て空気人口導
管２３に連結されている。

シェル１１の上方部分内には全体的に多数の同心リング
の形式に配置された多数の炭素鋼管２５が設けられてい
る。とくに、導管２５はその長さのかなりの部分を軸方
向に設置されその上端部の小部分がシェル１１内で一層
半径方向に設置されている。

導管２５はその上端で軸方向に設置されたヘッダ２６に
その下端で環状下方ヘッダ２７に連結されている。

図示の実施例において、上方ヘッダ２６に対する管２５
の環状配置は屋根１８と共通の開口１７を存する上方内
側室２８を限定し；一方外側シエル１１とともに、管装
置は環状上方外側室２９を限定している。

下方へラダ２７に連結されたものは多数の（図示の実施
例においては６本の）降水管３０でそれらは上方外側室
２９内に軸方向に設置されている。降水管３０および上
方ヘッダ２６はシェル１１の頂部およびシェル１１内の
内部要素によって支持された球状蒸気ドラム３１に連結
されている。上方外側室２９は一対のガス状混合物流れ
制御弁３２を有する。室２９はガス排出導管３３に連結
している。

下方ヘッダ２７はＷ根１８によって支持され燃焼室１４
から放射する輻射から遮蔽され、一方上方ヘノダ２６は
前記輻射に対して内凹だけで露出している。

作用において、空気は導管２３を通って風箱２２に入り
、銃２１から噴射された溶融硫黄とともに軸方向開口１
５を通って室１４に噴射される。硫黄の小満および空気
は進入空気によって発生する渦によって混合され高温の
、ガス状二酸化硫黄−空気混合物を発生じその混合物は
炉から開口１７を通り軸方向流れとして上方内側室２８
に流れ去る。

高温の、ガス状混合物は水冷ボイラ管２５の環状装置を
通って室２８から半径方向外方に流れ、上方外側室２９
へそして排出導管３３を通る高温の、ガス状混合物の冷
却を生ずる。

図示の特殊なボイラ装置において、水循環は熱サイフオ
ン機構によるものであり、水は降水管３０において下方
ヘッダ２７に流下し水と蒸気の混合物は管２５内を軸方
向ヘッダ２６にそして気水分離器蒸気ドラム３１まで上
方に流れる。上方ヘッダ２６は軸方向に対称的な有効な
圧力保持形状を備えている。

降水管３０および蒸気ドラム３１は高温の、ガス状混合
物から保護され単−構造物内に包含されかつ支持されて
いる。多数の降水管および水管は、明らかに、下方ヘッ
ダの本質であるように全体的に可撓性である。

ボイラ出口におけるガス温度制御は弁３２の使用によっ
て達成され、弁３２はボイラを通るガス流路を二つの通
路に分割しかつ制御し、その流路の一方は弁３２の一方
の使用により実質的に停止することができる。しかして
、バイパス制御は冷却されたガスの分離により容易に達
成される。弁３２の一方の閉鎖による一方の通路の隔離
はいちじるしく少ない熱伝達をもたらし、同時に低温室
における隔離装置の設置は改善された信頼性を提供する
。

図示の実施例において、耐火煉瓦を通る高温硫黄ガスの
沸騰（パーコレーション）による内側シェル１３に隣接
したその下方部分における外側シェル１１の腐食は通路
１９を通る掃気によりいちじるしく減少する。かかる清
掃における空気流の制御はダンパ２０によって利用可能
である。

上記実施例において、ボイラの管装置は管が実質的に平
行にかつシェルの軸方向に設置され、上方ヘッダおよび
蒸気ドラムへ管内を垂直に上昇する加熱された水と下方
ヘッダ外側（低温）室内の降水管を流下する冷たい水の
二相の流れが生ずる、ボイラ方式の熱サイフオン作用を
許す。

別の装置において、ボイラ管はシェルと同心の一つ以上
のらせんコイルを構成しまたボイラの上方内側室と上方
外側室の間の境界を構成することができる。

第３図を参照すると、図面に示す一組のらせん炭素鋼コ
イル１２５はシェル１１と同心で一組の実質的に半径方
向に配置されたボイラ管を構成している。降水管１３０
は管に冷却水を供給しそこから加熱された水が上方へソ
ダ１３１に排出される。

前記装置において、硫黄の燃焼およびガス状混合物の冷
却が軸方向ガス入口を有しかつ低温側バイパス流制御装
置をもった半径方向外向きガス流水管ボイラを下方に設
置された下方燃焼室と関連させた単一の垂直な円筒状タ
ワーにおいて起こることがわかる。

要するに、本発明は従来技術によって利用可能でなかっ
た下記の利点のあるもの或いはすべてを提供するもので
ある。すなわち： （ａ）上向きガス流が大きい硫黄の小滴に、それが落下
する傾向の結果として燃焼するため多くの時間を許すこ
と； （ｂ）炉からボイラ管装置への高温ガス混合物の対称的
な軸方向流入が単一の横流れボイラに見るよりも管と半
径方向外向きに流れる高温ガス混合物間の一層有効な横
断区域の相互作用を許すこと； （ｃ）水充填管によるボイラ方式のすべての厚い金属部
分および温度制御方式の保護； （ｄ）単一ユニット内における複合された炉−ボイラ装
置における導管設備、基礎、配管等におけるコストの低
下、 （ｅ）掃気通Ｂ装置による外側シェルの下方部分の腐食
の減少 である。

本発明の他の利点はこの種技術に通した人にとって明ら
かであろう。さらに、小変更を含む種々の変型がこの種
技術に通じた人にとって明らかであろう０例えば、複数
の硫黄銃を使用することを望む成る場合、垂直ボイラ方
式に供給するため、両面水平シリンダを使用する硫黄Ｐ
８焼装置を作動することが可能である。この解決法は硫
黄のよい霧化が硫黄の大きい容積２ｉｔｌｔによって達
成困難である大型プラントにおいて使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による好ましい炉−ボイラ装置の線図的
垂直断面図。 第２図は第１図の２−２線に沿う断面図・第３図は本発
明による炉−ボイラにおけるボイラ管の別の管装置の線
図的垂直断面図。 １１−４　側シェル、　　１３曲内側シェル。 １４−・・下側燃焼室、　　　１１−円周掃気通路。 ２５・−水冷ポイラ管、　　２８−上方内側室。 ２９−一上方外側室、　　　１２５−水冷ボイラ管Ｘユ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷却されたガス状二酸化硫黄−空気混合物を製造す
   る装置であって、強い耐熱材料の外側シェルと；前記外
   側シェル内に高温の、ガス状二酸化硫黄−空気混合物の
   上向きの軸方向流れを生ずる硫黄燃焼装置と；前記外側
   シェル内の多数の水冷ボイラ管であって、 （ａ）前記硫黄燃焼装置の上方に上方内側室を限定して
   前記硫黄燃焼装置から軸方向に流れる前記高温のガス状
   混合物を受入れ、 （ｂ）前記外側シェルとともに上方外側室を限定して半
   径方向外向き流れにより前記上方内側室から前記ガス状
   混合物を受入れ、 （ｃ）前記上方内側室から前記上方外側室への前記ガス
   状混合物の前記半径方向外向き流れを許して前記ガス状
   混合物を冷却する ように配置されたものと；冷却されたガス状混合物の出
   口装置とを含む、装置。 ２、前記硫黄燃焼装置が前記外側シェルの下方部分内に
   ありかつ溶融硫黄噴射装置と、空気噴射装置と、硫黄燃
   焼下方室を限定する耐熱材料の内側シェルとを含み前記
   硫黄が空気中で燃焼して高温、ガス状二酸化硫黄の前記
   上向きの軸方向流れを生ずる特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。 ３、前記外側シェルと前記内側シェルとがその間に前記
   上方外側室への円周掃気通路を限定し；さらに前記通路
   を通って記上方外側室へ空気を通す装置を含む特許請求
   の範囲第２項に記載の装置。 ４、前記外側室内にガス状混合物流れ制御装置をさらに
   含む特許請求の範囲第１項ないし第３項に記載の装置。 ５、冷却されたガス状二酸化硫黄混合物を製造する装置
   であって、 ｉ）基礎装置と； ｉｉ）前記基礎装置上に支持された強い、耐熱材料の外
   側、垂直円筒状シェルと； ｉｉｉ）前記外側シェルの下方部分内のかつ前記基礎上
   に支持された硫黄燃焼下方室を限定する耐熱材料の内側
   シェルであって硫黄が空気中で燃焼されて高温の、ガス
   状二酸化硫黄−空気混合物を生じ；前記内側シェルおよ
   び前記外側シェルが前記内側シェルの高さの円周掃気通
   路を限定するものと； ｉｖ）空気を前記下方室にまた前記掃気通路を通して噴
   射する装置と； ｖ）前記下方室に溶融した硫黄を噴射する装置と； ｖｉ）前記内側シェル上方の前記外側シェル内に軸方向
   に設置された多数の水冷管であって（ａ）上方内側室を
   限定して前記下方室から軸方向に流れる前記高温のガス
   状混合物を 受入れ、 （ｂ）前記外側シェルとともに上方外側室を限定して前
   記上方内側室から半径方向外向 き流れにより前記ガス状混合物を受け入れ、（ｃ）前記
   上方内側室から前記上方外側室への前記ガス状混合物の
   前記半径方向外向き 流れを許して前記ガス状混合物を冷却する ものと、 ｖｉｉ）前記外側室内のガス状混合物流れ制御装置と； ｖｉｉｉ）冷却された、ガス状混合物の出口装置とを含
   む、装置。 ６、前記ボイラ管がサーモサイフォンループの一部を形
   成する特許請求の範囲第５項に記載の装置。