成果報告書詳細
管理番号20110000001783
タイトル平成19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 食品工場における多種バイオマスの最適な複合利用による熱供給事業
公開日2012/1/11
報告書年度2007 - 2010
委託先名森永乳業株式会社 株式会社エネルギーアドバンス
プロジェクト番号P07018
部署名新エネルギー部
和文要約1. 背景と目的
 高含水率である乳製品と低含水率であるコーヒーかすの両方を排出する飲料工場は全国に多数あり、そこでは含水率が異なる複数のバイオマスが発生する。これまで含水率に応じて、バイオマスごとに個別のシステム検討はされていたものの、性状の異なる複数バイオマス原料の複合システムの検討はあまりされていない。そこで、本共同研究では、含水率に応じてメタン発酵とバイオマスボイラの2つのシステムの組み合わせによってエネルギー転換し、蒸気として生産プロセスで有効利用するシステムを実証することを目的とした。高含水率の原料はメタン発酵設備にてメタンガス化し、低含水率原料は乾燥後、バイオマスボイラにて燃焼させることにより蒸気エネルギーに変換する。乾燥に利用する蒸気は、バイオマスボイラからの発生蒸気でまかない、余剰蒸気を工場内の生産プロセスにて利用する。
2. 実証設備概要
 高含水率系の原料であるコーヒー牛乳、ヨーグルト、流動食、脱水ケーキは、メタン発酵によりエネルギー変換する。本メタン発酵装置においては、高効率、省スペース化のため、膜型のメタン発酵方式を採用した。メタン発酵により得られるバイオガスは後述するバイオマスボイラのガス燃料として用い、消化液は脱水し、発酵ケーキは後述する乾燥機に搬送し、乾燥後バイオマスボイラの燃料として有効に利用する。脱水後の消化液については、既設の排水処理設備に送り適切な処理を行う。低含水率系の原料であるコーヒーかす、発酵ケーキはバイオマスボイラによりエネルギー変換する。原料は乾燥した後、バイオマスボイラに送られる。乾燥設備として、蒸気間接加熱式乾燥機を採用した。バイオマスボイラには、水管式蒸気ボイラを採用した。バイオマスボイラにより得られる蒸気は既設蒸気ヘッダに結びこむことにより、工場の生産ラインで有効に利用する。また、このバイオマスボイラの燃料としてコーヒーかす、発酵ケーキ以外に前述のメタン発酵システムで得られたバイオガスも有効に利用する。
3. 実証試験の成果
 メタン発酵システムでは、生産プロセスから排出される原料を全量受入れ、実証試験を実施した。性能試験において、定格運転時の性能測定を行った結果、設計上のCODcr分解率である70%を維持できることを確認した。生産プロセスから排出される原料を全量受入れ、連続試験を実施した結果、安定かつ良好な発酵状態を長期間維持することができた。
 バイオマスボイラでも、同様に生産プロセスから排出される原料を全量受入れ、実証試験を実施した。性能試験において、定格運転時の性能測定を行った結果、設計上の換算蒸気発生量3t/hを達成する能力を有していることを確認した。長時間運転を継続できる運転管理方法を決定するとともに、炉内の燃焼制御法を確立した。安定した蒸気生産を長期間維持し、生産プロセスへの蒸気供給を行い、工場内でのCO2排出の削減に寄与した。
 最終的に、エネルギー収支と経済性の評価を行い、以下の効果を示した。実証試験結果をもとに、エネルギー収支の計算を行い、本システムが、省エネ性、CO2削減効果を有することを示した。約2年間の実証試験を行ったが、バイオマスボイラでの運転条件の改善、メタン発酵の加温に廃温水を使用する等の効果により、ユーティリー使用量の削減が図れた。経済性評価を実施し、本システムが、一定の条件下で経済性を有していることを示した。
英文要約Title: Field Test of Heat Supply Utilizing Numerous Biomasses in Beverage Industries (FY2008-FY2010) Final Report
1. Background and Objectives
There are many beverage plants around Japan which discharge feedstocks with different levels of water content. This joint research was conducted to test the conversion of multiple types of biomass into energy in the form of steam in the combined system consisted of a methane fermentation facility and a biomass boiler, each treating different type of biomass.
The feedstocks with higher moisture content are converted into methane gas in the fermentation facility, and the feedstocks with lower moisture content are dried and burned in a biomass boiler. The steam used in the drier is generated by the biomass boiler and the excess steam is used for production at the plant.
2. Outline of the Field Test Equipment
The high moisture content feedstocks, milk, coffee, yogurt, liquid food and dewatered sludge are converted into energy through methane fermentation. The fermentation facility uses a highly efficient space saving membrane-type method. The obtained biogas is used as fuel for the biomass boiler. The digestion liquid is dewatered, and the fermented sludge is dried and used as fuel in the biomass boiler. The dewatered digestion liquid is processed at the existing wastewater treatment facilities.
The coffee grounds and the fermented sludge, which have low moisture content, are dried and then converted into energy in the biomass boiler. The system uses indirect steam drying equipment as the dryer and a water tube steam boiler as the biomass boiler. The steam generated by the boiler is fed into the steam header for use in the plant’s production line.
3. Field Test Results
The methane fermentation system field tests used the entire volume of feedstocks discharged from the production process. Maintenance of the design CODCr digestion rate of 70% was confirmed during operation at rated capacity. The system maintained stable and good fermentation conditions over a long and continuous operation.
Similarly, field tests were conducted on the biomass boiler using the entire volume of feedstocks discharged from the production. The design steam generation of 3 tons per hour was confirmed during operation at rated capacity. The management methods for long-term operations were established as well as the combustion control methods for the boiler. The system maintained stable long-term steam production and contributed to reduction of the plant’s CO2 emissions.
Finally, energy balance and the economics evaluations were conducted with the following conclusions. The energy balance evaluation indicates that the system achieves energy conservation and CO2 reduction effects. Over approximately two years of testing, utility use was reduced by efforts that include improvement of boiler operating conditions and use of the waste warm water as heat source for methane fermentation. The economic evaluation for the combined methane fermentation and biomass boiler system indicate that the system is economical under certain conditions.
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