成果報告書詳細
管理番号20110000001287
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 新エネルギー技術フィールドテスト事業 地域バイオマス熱利用フィールドテスト事業 木質繊維断熱材製造工場におけるバーク熱利用フィールドテスト事業
公開日2011/8/25
報告書年度2008 - 2010
委託先名株式会社木の繊維
プロジェクト番号P07018
部署名新エネルギー部
和文要約木質繊維断熱材ボードを生産する工場の製造工程で使用するプロセス蒸気の熱源として木質バイオマス燃料である樹皮(以下、バーク)を燃料とするバークボイラーを導入し、さらに排熱を用いてバークを乾燥させるなど、熱効率の向上を図りながらバイオマスをエネルギーとして運用する実証評価を行った。本共同研究では、蒸気供給の他、排熱を回収・利用する設備によりバークの熱エネルギーとしての有効利用方法を確立することを目的とした。ボイラーからの排ガスは燃料乾燥の熱源としてロータリーキルン式乾燥装置を用いバーク燃料の含水率の低減を図り、含水率を低減したバークは、凍結防止対策設備で貯蔵され、ストーカー式ボイラーに供給する方式とした。ボイラーで生成した蒸気は木質繊維断熱材工場のプロセス蒸気の熱源として利用され、熱交換後のドレイン水は、バークの凍結防止対策設備の熱源として有効利用する。エネルギー利用効率の最大化を図るとともに、ボイラーの運転ノウハウを検証した。下記の通り、バーク燃料活用における一定の成果と運転に関する知見を得ることができた。(1)バイオマスの収集・運搬:道産トドマツ・カラマツバークの総発熱量は産地によらず気乾ベースで19MJ/kgを越え、灰分は1.7~3.0%と比較的低い含有率であった。また、バーク含水率は年間平均66~71%程度と比較的高値であり、夏期に比べて冬期に含水率が有意に高値であった。(2)エネルギー変換設備(バイオマス(バーク)専焼ストーカー式ボイラー):ボイラー立ち上げ時に乾燥度の高い燃料を使用することによって炉内温度を速やかに上昇させ、安定燃焼後に比較的高含水率バークが投入されても一定の水準でボイラーシステム効率を維持できるといったバーク燃料活用の運用技術についての知見を得ることができた。バーク燃料を活用しても、一般的にボイラーシステム効率との相関性が認められている稼働時間、炉内温度や空気比(酸素濃度)との相関性が明らかとなり、バークを活用したバイオマスボイラーにおいても高効率運転のための指標を明確化することができる。ボイラーシステム効率は目標値の56%に概ね到達し、ボイラー最高効率は70%程度を実証した。本実証データから、ボイラー稼働率33%、ボイラーシステム効率60%以上などの条件下では、8年以内で重油ボイラーとのイニシャルコスト差額分を償却できる経済性評価を得た。(3)エネルギー利用設備:1)ロータリーキルン式乾燥装置:ボイラー排熱を乾燥装置に利用することによってバーク含水率を低減した。排熱利用効率は計測したデータでは最大50%以上、平均でも20%程度(システム効率換算2~8%)に到達し、比較的高含水率バークでは目標にしていた30%程度以上の含水率低減効果が得られ、ボイラー立ち上げ時の必要量を処理できることが実証された。2)凍結防止対策設備:工場製造工程から排出された高温の蒸気ドレインを不凍液に熱交換し、バーク下部に設置した加温板パネルに流すことによりバークの冬期凍結防止を試みた。冬期では、加温板表面温度は最低20℃、最大50℃を計測し、堆積バーク温度は40℃以上上昇しており、確実に凍結防止を図ることが実証され、排熱利用効率は75%程度(システム換算効率2.3%)に到達した。乾燥装置および凍結防止対策設備によって、エネルギー効率が最大で4~10%向上することが確認された。(4)残渣・副産物の利用:発生する飛灰や燃焼灰の溶出試験を行ったところ、測定値はすべて有害性の基準値以下であり、土壌改良剤などの用途として民間事業者が全量無償での引き取りを行っている。
英文要約Title: Cooperative Study Field Test Projects for New Energy Technology, Field Test Projects for Regional Biomass Heat Utilization, and Field Test Projects for Wood Bark Heat Utilization at Factory Producing the Thermal Insulation Material Made from Wood Fiber (FY2008-FY2010) Final Report
The purpose of this study is to establish the use of wood bark in the field of thermal energy as the heat source of the factory which has been producing the thermal insulation material made from wood fiber. A proof examination was performed to use wood bark for the fuel of biomass steam boiler which was installed in the factory. Furthermore, it was tried that the boiler exhaust heat and the factory one were used for drying and for antifreeze of the wood bark in the winter respectively, and especially those operations were significant to improve heat utilization efficiency. The data which influenced on boiler running to realize maximization of the energy use were recorded and the optimum operating condition of boiler was examined. Therefore, many results were gotten in the fuel use of wood bark fuel and in the running of biomass boiler. They were shown below. (1) Characteristics of wood bark: The total calorific values of larch and fir of Hokkaido were beyond 19MJ/kg on the dry basis and the trees included 3.0% of ash content. In addition, their water contents of their bark were relatively high and the annual averages of 66%-71% were higher in winter than in summer. (2) Energy conversion facilities (moving bed biomass combustion boiler): The boiler efficiency arrived at 56% as the targeted value, and reached to 70% at the best. It was understood that when the boiler was started up, by using dry fuel the temperature in the furnace could be raised immediately and the time before the boiler running steady could be shortened. After the boiler running steady, the boiler efficiency could be maintained at a constant even if wood bark with high water content was provided into the boiler. It was revealed that the boiler efficiency was associated with operating time, furnace temperature, and air ratio. Thereby, indexes to operate the bark boiler in high efficiency could be clarified. (3) The facilities for reusing exhaust heat: 1) Drying equipment of wood bark: The proof examination to dry the bark was performed with drying equipment which utilized the exhaust gas of boiler as a heat source of the dryer. As a whole, values of water content of bark were reduced by more than 30% before drying, and the heat quantity for drying the bark was estimated as 2~8% of whole system. 2) The equipment for antifreeze of wood bark: A proof examination was performed for antifreeze of bark in winter by leading nonfreezing fluid, which received heat from the factory exhaust heat, to the floor of bark yard. It was demonstrated that the bark on the equipment was kept more than 40 degrees Celsius and the bark didn’t freeze. The heat quantity for antifreeze of the bark was estimated as 2~3% of whole system. (4) The use of residual materials: The quantity of toxic component in the ash, which was discharged from the boiler, was less than the standard value. The ash was received without charge by a private company to be used as a soil conditioner.
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