成果報告書詳細
管理番号20110000000320
タイトル平成20年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発/新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス)/木質バイオマスの集荷・高度利用型石炭混焼用複合固形燃料の生産・供給システム開発
公開日2011/5/17
報告書年度2008 - 2008
委託先名株式会社イワクラ
プロジェクト番号P10020
部署名研究開発推進部
和文要約 木質バイオマスを高度利用するため、石炭混焼用石炭複合バイオマス燃料(CCB)の開発を図-1における基本フローにより進めてきている。本可能性調査ではその特徴付けとして石炭との混合粉砕性及び燃焼特性に関して実施し、その検討及び市場調査から塊状石炭及び微粉炭焚きボイラの想定する市場に向けて基本的なビジネスモデルを作成した。本研究に関する検討結果の要約は以下の通りである。
 1)CCB生産に不可欠なバイオマス資源の安定的確保に関しては、これまでの集荷方法に加えて今後の集荷・利用システムとして、山林に放置されている木質バイオマス利用にも拡大した調査を行った。引き続き、本システムに関してはモデル地域におけるその実証を進める。
 2)CCBの生産性に関しては、バイオマスのレオロジー的性質に注目した検討を行い、その改善はフロー図に示す各製造プロセスにおけるレオロジー的性質と係わる湿分、加熱温度及び圧力のパラメータの適正な条件下で、より効果的であった。特にロール回転数/分を10~20から20~25に増大、またロール圧力(ton/cm2)を3~5から2~3に低減できたことによって高い生産性と低コスト生産に結びつく可能性が得られた。これは前述の条件下で、剪断力を伴う高圧処理によることにほかならず、CCB生産にとって極めて重要な技術的要件である。これまでに得られた成果から、想定市場で受け入れられるだけの価値を有するCCBの供給は大いに期待できる。
 3)CCBの石炭混合粉砕特性に関しては、ハードグローブ粉砕指数(HGI)測定及びその装置を使用して評価した。バイオマス(木質粉状物:18.9MJ/kg)25%と石炭(オーストラリア炭:28.8MJ/kg)75%から構成されるCCBの同一石炭における混合粉砕ではその代替率は40%であっても可能であった。これは木質バイオマス10%に相当し、これまでの石炭と木質の混合粉砕における3%(最高値)と比較して高い代替率を示している。上記混合粉砕では実際的には木質バイオマス代替率は1%程度で、3%まで高めるためには何らかの付帯条件・設備が必要とされている。
 今後はこれまでの基礎的な粉砕テストの結果を基にCCBと石炭の混合粉砕性を確認するため、CCBの導入に当たって付帯設備を要しないことが一つの重要な条件となる微粉炭燃焼ボイラの市場を狙いとして実証的な検討を進める。
 4)石炭混焼CCBの開発は通常の石炭燃焼ボイラ及び微粉炭燃焼ボイラの市場を狙いとして、また更にはそのCO2発生量の削減効果を含めた省エネルギー、石炭生焚きにおける大気汚染物発生の抑制に重点を置いてその検討を進めてきた。
  (1)通常の石炭燃焼用ボイラ用CCBの燃焼特性
 CCBの燃焼性に関してはCCB20%混合石炭、CCB及び石炭単味の比較で評価を行った。本試験で使用した市販の貯炭式ストーブは実際の移床式石炭燃焼ボイラの燃焼プロセスを予備的に検証する上で適した小型手動式燃焼装置である。CCB燃焼における石炭単味との発熱量あたりの熱発生割合比較では、CCB単味の110%、CCB20%混焼の104%であった。その効果は後者による燃焼において、発熱量が低く、またその代替率も5%と少ないにもかかわらず顕著であった。その時のCO2発生の抑制(IPCCによる)ではCCB1トンの混焼に対して約1トンと算出された。同様にそのようなCCBの混焼特性によって、煤塵、SOx、NOx、の大気汚染物発生の抑制効果も基礎的に確認された。これらの特性はCCBの価値化にとって極めて重要である。
  (2)微粉炭燃焼ボイラ用CCBの混焼特性
 先に述べた3機種のサンプルについて実施した粉砕性試験で得られた微粉砕物(篩い分け74μm以下)の燃焼特性を検討した。これらの微粉砕物の内、CCB20%混合石炭粉砕物で石炭単味物に比較して優れた着火性、燃焼性を与え、その燃焼時における燃料NOx発生抑制への可能性と共に、特に低負荷燃焼時における燃焼コントロールのし易さに関する重要な示唆を与えた。今後はそのような特性に関して現地における実際の微粉炭燃焼ボイラで確認する予定である。
 5)以上の検討結果と市場調査から、年間2.0万トンのCCB生産により、地域暖房、砂糖工場等に係わる石炭生焚きボイラの産業用市場を狙いとして基本的なビジネスモデルを作成した。その市場規模は、年間生産量が小さいにもかかわらず、CCB20%の混焼によって年間10万トン消費する市場に拡大し、その事業性と共に地域における新エネルギーの創出として一定の役割を担うことが期待できる。
 今後はそのようなビジネスプランについて“ローカルエネルギーシステム”形成の視点からその実証を進める。また、併せてその商業化と共に国内市場また海外途上国に対しても技術移転も進める。
英文要約 In order to progress an advanced utilization of wooden biomass, coal- combined biomass fuel (CCB) co-fired with coals has been developing under the following flow. In this feasibility study, its characterizations were mainly carried out on co-pulverization and co-firing properties with coals, and from these investigations and its marketing research a fundamental business model on CCB production was drawn, aiming at the supposed market of lumpy coal and pulverized coal fired boilers. The result discussed on this study is summarized as follows:
1) As for sustainability of the essential biomass resources for CCB production, surveying on collecting and utilizing system, hereafter, was extended to wooden biomass left on the mountains and forests. In the model region, this system would be progressed to proving stage.
2) The mass productivity of CCB was investigated into some rheological properties of biomass used here, and its improvement was more effective under appropriate conditions of parameters such as moisture, heating temperature and pressure related to its properties in each process, as shown in figure.
Especially, the improvement increasing roll-rotation/min. of 10 ~12 to 20 ~25 and decreasing roll-pressure/cm2 of 3 ~5 to 2 ~3 resulted in its high productivity, and lowering its production cost.
This would be caused by high-compression with the shearing stress under the above-mentioned conditions. From the achievement obtained so far, it would be greatly expected to provide with CCB acceptable on the supposed market.
3) Co-pulverization characteristics with coals of CCB were evaluated by measuring Hard grove grindability index (HGI) and using its equipment. As for co-pulverization of CCB consisted of biomass (wood fines:18.9MJ/kg) by 25% and coal (Australian coal:28.8MJ/kg) by 75% with the same coal, its substitution of CCB 40% for coal was possible and it gave a higher substitution ratio of wood by 10%, compared with wood by 3% at the maximum in co-pulverization wood and coal, requiring some additional equipments.
Hereafter, to confirm co-pulverizing characteristics of CCB and coal under the results from the basic grindability test, its proving investigations would be pursued, aiming at the market of pulverized coal fired boilers easily to accept without any additional equipment for introduction of CCB.
4) Development of CCB co-firing with coals has been aiming at the following market of ordinary lumpy coal fired boilers and pulverized coal fired boilers, and stressed on its combustion characteristics related to saving energy, including reduction of CO2 emission and suppression of air pollution in raw coal combustions.
(1) Co-firing properties of CCB for ordinary coal fired boilers
Its properties of CCB was evaluated by combustion test of coal blended CCB by 20%, in comparison with coal and CCB alone combustions. The existing coal stove with grate used here is a small-size manual combustor suitable to preliminary investigations of combustion process by traveling-grate type coal fired boiler.
Heat generation ratio (unit calorific value) by CCB combustion, compared with coal alone, was 110% in CCB alone and 104% in coal blended CCB by 20%, respectively. Its effectiveness was remarkable in the case of co-firing by the latter, in spite of substituting wood with low calorific value by 5% in coal blending. Reduction, on of CO2 emission (by IPCC) in this case, is calculated as around one ton per one ton of co-firing CCB. And also such co-firing properties of CCB were fundamentally confirmed on suppression of air pollutant emissions (dust, SOx, NOx). These characteristics are quite important for CCB added values.
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