成果報告書詳細
管理番号20090000001139
タイトル平成17年度-平成19年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発/バイオマスエネルギー高効率転換技術開発(転換要素技術開発)/加圧流動床ボイラ(PFBC)における下水汚泥混焼技術の研究開発
公開日2010/2/10
報告書年度2005 - 2007
委託先名中国電力株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー技術開発部 バイオマスグループ
和文要約件名:平成17年度-平成19年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発/バイオマスエネルギー高効率転換技術開発(転換要素技術開発)「加圧流動床ボイラ(PFBC)における下水汚泥混焼技術の研究開発」
本研究では下水汚泥中の含有水分を浸出させてスラリー化し,加圧流動床ボイラ(以下,PFBC)の燃料である石炭・水ペースト(以下,CWP)と混合させて燃焼・熱回収を行う技術を開発する。研究開発目標として,1.下水汚泥含有水分の80%以上をCWP製造水へ代替すること2.発電プラント下水汚泥混焼率0.5%以上(カロリーベース)での安定運転とした。研究内容として,下水汚泥が含有する水分を効率的に浸出させるスラリー化技術を確立する為,スラリー化メカニズムについての研究を行った。スラリー化は温度/圧力によって進行し,汚泥中の凝集剤や微生物が分解され水分が浸出する事によりスラリー化する。しかし,スラリー化の度合い(粘度)は処理温度が高いほど低下するが,浸出する水分量や粒度分布には大きな違いが無かった。そこで,浸出した水分について分析を行った結果,水分中の分子量が処理温度の上昇に伴い低下した,これにより水分浸出と処理温度による分子量の低下がスラリー粘度低下の要因である事が判明した。また,処理温度および処理時間からスラリー粘度低下に与える影響度を数式にて表現できるSeverityを用い,スラリー粘度との相関関係を導き出す事で下水汚泥スラリー製造における粘度予測が可能となった。更に,PFBC燃料に適した下水汚泥スラリーとCWPの調製技術を確立する為,下水汚泥スラリー製造条件の最適化や調製条件・調製方法についての研究を行った。開発設置した下水汚泥スラリー化装置のパイロット設備では,220℃・60minの製造条件において粘度7mPa・s程度の下水汚泥スラリーを製造出来た。下水汚泥スラリーの製造エネルギー評価では汚泥を乾燥させて燃料化する従来の方式に比べて製造エネルギーが小さい事がわかった。これらを踏まえて,PFBCシミュレーション解析,石炭灰,排ガス等への事前影響調査を行った後,4回のPFBC混焼試験(最大混焼率0.5%(カロリーベース))を実施し,燃焼による設備面に対する影響や石炭灰性状,灰ガス性状等の環境面に対する評価においていずれも大きな問題となる項目がない事を確認した。また,下水汚泥含有水分のCWP製造水へ代替は92.3%となり,プラントの安定運転と併せて当初の研究目標を達成出来た。また,下水汚泥1tあたり約0.1tの石炭使用量の低減,約0.3tのCO2が削減できる結果となりバイオマス燃料としての有用性も確認出来た。実用化に向けての課題として以下の3点が顕在化した。1.大容量の下水汚泥スラリー製造装置の技術開発2.下水汚泥の運搬費低減のため,下水処理場に近い場所での実用先の開拓,自治体と連携した事業形態の実現3.下水汚泥の取扱いにおける「廃棄物の処理および清掃に関する法律」への適用である。以上のことより,事業用発電ボイラでの下水汚泥混焼技術の確立と併せて,下水汚泥スラリー粘度10mPa・s以下という低粘度下水汚泥スラリー製造技術を開発した。この技術により製造された下水汚泥スラリーは,配管輸送を可能とする粘度であり,現在研究が進んでいる石炭ガス化技術への適用や,将来下水処理場を中核とした近接企業間でのバイオマス燃料供給モデルの構築など,様々なエネルギー利用ニーズに対応する事が出来るものであると言える。
英文要約Title:New Energy Technology Development Project/High Efficiency Bioenergy Conversion Project (Development of Elemental Technologies for Bioenergy Conversion)/R&D of Sewage Sludge Co-firing Technology for Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler (FY2005-FY2007) Final Report
This R&D develops the technology for combustion and heat recovery by converting sludge into slurry and mixing it with coal water paste (CWP) as the fuel for PFBC. Its goal is to achieve stable operation by keeping utilization factor of sludge moisture above 80% and mixed fuel burning ratio (calorie-based) above 0.5%. In order to establish the slurrying technology for efficient leaching of sludge moisture, we made a study of slurrying mechanism. Slurrying takes place and proceeds with temperature/pressure as a result of decomposition of coagulant/microbe in sludge and leaching of moisture content. When processing temperature rises, the degree of slurrying (slurry viscosity) drops. However, there was no big difference in the quantity of leached moisture and the distribution of particles. We analyzed the leached moisture and found that the molecular weight decreased with the rise of processing temperature and its decrease caused the drop of slurry viscosity. Besides, we figured out the correlation with slurry viosity by using severity that can express in formula the impacts of processing temperature/time on the decrease of slurry viscosity. In this way, it is likely to estimate the viscosity in the process of conversion of sludge into slurry. In order to integrate the slurry and CWP fabrication technology applicable to PFBC, we tried to optimize the conditions and methods for fabrication. We succeeded in making slurry of 7mPa.s viscosity with pilot test equipment under the condition of 220 deg C/60 minutes. In addition, we made PFBC simulation analysis and evaluated the impacts on coal ash, flue gas, etc. After that, we conducted PFBC co-firing test for four times with maximum mixed fuel burning ratio (calorie-based) at 0.5%, and no substantial problems were found in terms of impacts of firing on equipment and properties of coal ash, flue gas, etc. The utilization factor of sludge moisture reached 92.3% and stable plant operation was secured. Therefore, the original R&D target was accomplished. Besides, approximately 0.1t of coal consumption and 0.3t of CO2 was reduced for 1t of sludge. Thus, its utility as biomass fuel was also certified. In consideration of application, the following three problems became evident. They are, respectively, 1.Development of fabrication system to convert large amount of sludge into slurry; 2.Cooperation with local communities for application; and 3.Compliance with "Law on Waste Treatment and Cleaning" in handling sludge. We developed the technology for conversion of sludge into slurry with its viscosity below 10mPa.s to enhance sludge co-firing technology for PFBC. Owing to this technology, the slurry viscosity becomes low enough to allow transportation by pipelines. In future, this slurry is expected to meet various energy needs such as application in coal gasification, construction of biomass fuel supply model, etc.
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