成果報告書詳細
管理番号20150000000529
タイトル平成25年度-平成26年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業 (実用化技術開発) 省エネルギー型下水汚泥・し尿汚泥固形燃料化システムの開発
公開日2015/12/19
報告書年度2013 - 2014
委託先名株式会社タスク東海 株式会社ドゥ・メンテックス
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成25年度-平成26年度成果報告書 「バイオマスエネルギー技術研究開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(実用化技術開発) 省エネルギー型下水汚泥・し尿汚泥固形燃料化システムの開発」に関する研究

1.し尿・下水汚泥の固形燃料の高性能化
4つの機能性向上(乾燥促進・燃料性能・灰分調整・成分調整)を目的としたバインダー配合の検討により、コーヒーかす主体の食品廃棄物からなるバインター配合を決定。

2.自然乾燥の基礎検討
乾燥基礎試験用装置2台を使用した乾燥基礎試験により、乾燥環境の変化に伴う乾燥速度の検討より、温湿度・風量・日射量の乾燥への影響を把握。自然乾燥方式における水分蒸発エネルギーは、日射エネルギーと温度エネルギー及び風による拡散エネルギーより供給される。  
              
3.ハウス内自然乾燥試験による最適乾燥条件の検証
実用化検討の為、ハウス内に幅1.2mのロータリー攪拌機を設置し、試験期間中、乾燥環境が冬から秋にかけて計19回にわたり試験をおこない、リターン比率1:0.5-1:1,設置厚み10cm,撹拌回数5-10回,の条件において、目標(夏場2-3日、冬場7日以内で20%以下)をクリアー。また、官能試験・大腸菌測定により安全性を確認。この結果に基づき、大型化に向けた設備レイアウトを決定した。

4.通気乾燥試験による最適乾燥条件の検証
省スペースな場所に設置できるコンパクトな「強制通気乾燥試験機」を開発した。結果、現仕様において、熱量70,000kcal/h、風量100m3/minを与えることにより、100kg、含水率50%の混合試料は1時間で含水率20%になることがわかった。これらを用いた経済収支比較として、現汎用機においては乾燥工程で8.4円/Kg、燃焼行程も含めると28円/Kgの汚泥処理コストが必要とされている中で、乾燥工程では18.4円/Kgではあるが、粒状固形燃料燃焼ボイラーと組み合わせることで、燃焼行程にて28円/Kg以下に抑えることが可能である。

5.粒状固形燃料燃焼システムの開発
粒状固形燃料の燃焼試験を実施し、自燃により連続燃焼40Kg/hが可能であることを確認した。また熱交換器(温水)を設置して同様の試験を開始し、自燃及び温水が12℃から70℃に上昇して熱回収を確認した。熱回収率は約16%程度である。この時排出した焼却灰の成分分析・溶出試験をおこない灰の安全性を確認した。
英文要約Title: Development of an energy saving system which produces solid fuel from raw sludge including human waste. (FY2013-FY2015) Final Report.

1. Improving the Performance of Solid Fuel derived from Human Excrement and Sewage Sludge
To make functional improvements in binder blending by the promotion of drying, improving fuel performance, and adjusting the ash content and other components, we decided to make a binder blend from food waste comprising primarily coffee grounds.
2 .Fundamental Examination of Natural Drying
To examine the drying speed and the associated changes in the drying environment, we performed basic drying tests using two devices to gain an understanding of the impact of temperature, humidity, air flow, and sunlight on drying. The moisture evaporation energy of the natural drying method is supplied by solar energy, temperature energy, and diffusion energy from the wind.
3. Examination of Optimum Drying Conditions through In-House Natural Drying Tests
To examine the practical applications in drying environments ranging from winter to fall, we installed a rotary agitator with a width of 1.2 m inside a house. Moreover, we conducted 19 tests during the testing period. Our aim of reducing moisture content to 20% or less within 2 to 3 days in summer and within 7 days in winter was achieved The required conditions were a return ratio of 1:0.5 to 1:1, an installation thickness of 10 cm, and 5 to 10 agitations. Safety levels were also confirmed using sensory tests and measurements of E. coli bacteria. Based on these results, we developed an equipment layout for a larger-scale operation.
4. Verification of Optimum Drying Conditions through Ventilation Drying Tests
We have developed a compact ventilation drying system for installation in small spaces, known as continuous drum-type “forced ventilation drying tester.” As a result, with the current specifications we were able to reduce the moisture content of a 100-kg mixed sample from 50% to 20% in 1 h by applying a calorific value of 70,000 kcal/h and an air flow volume of 100 m3/min. We compared the economic balance between our developed system and equipment in general use and found that the current general purpose equipment for sludge treatment costs 28 yen/kg, when the 8.4 yen/kg drying process and combustion process costs are included. However, although the drying step costs 18.4 yen/kg, if the equipment includes a granular solid fuel combustion boiler, the cost of the combustion step can be reduced up to 28 yen/kg.
5. Development of a Granular Solid Fuel Combustion System
We conducted combustion tests of granular solid fuel and confirmed that a continuous combustion rate of 40 kg/h is possible by self-sustained combustion. And we installed a heat exchanger (heated water) and began conducting tests similar to those described above. Through these tests, we achieved self-sustained combustion and thermal recovery with the heated water rising from 12 °C to 70 °C. The thermal recovery rate was approximately 16%.
We also analyzed the components of the discharged incinerated ash, conducted elution tests, and confirmed the safety of the ash.
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