住友重機械技報 188
No.

巻頭言

2015

無限の知恵で，資源の有限性を克服し，持続可能な社会づくりを髙石祐次

省エネルギー・環境保全特集
論文・報告 CFBボイラにおける低品位炭利用技術

渡邊建聖

1

小型CFBボイラのコンセプトと納入実績

藤井大也

５

CFBボイラにおけるファウリング評価

柴田竜徳

９

野際公宏

13

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置（低圧損型）松﨑祐子

17新しいベルトプレス脱水システム

柄澤俊康

21

テーパーインペラ式撹拌機 Ⅱ

村田圭三

25

坂本広地

29

伊藤一芳

35

溶融塩中の高温腐食摩耗に関する研究

三津石大貴

吉田和樹

高速凝集沈殿装置 スミシックナーZ（Zone Separator Model） 三井昌文

技 術 解 説 2016年電力自由化に伴う新電力会社向け小規模火力設備
新製品紹介 破砕・脱水機構付き垂直スクリュ式除塵機スパイラルカッター

阿川隆一

鈴木

茂

37

新製品紹介
新型0.9～3.5ｔエンジン式フォークリフトQuaPro

38

Sumitomo Heavy Industries
Technical Review

No.

For a better sustainable society, overcoming the limit of resources
with limitless wisdom

188

2015

Yuji TAKAISHI

Special Issue for Energy Saving and Environmental Protection
T / P APERS

Low Rank Coal Utilization Technology in CFB Boiler

Takemi WATANABE

Design Concept and Delivery Experience of Small Scale CFB Boiler
Hirotada FUJII

Fouling Evaluation for CFB Boiler
Tatsunori SHIBATA

Research on High Temperature Erosion-Corrosion Failure in Molten Salt
Daiki MITSUISHI, Kazuki YOSHIDA, Ryuichi AGAWA, Kimihiro NOGIWA

Ultra-Fine Bubble Membrane Tube Diffuser System (Low Pressure-Loss Type)Yuko MATSUZAKINew Dewatering System with Belt Press
Toshiyasu KARASAWA

Tapered-Impeller Type Mixer Ⅱ
Keizo MURATA

High-Performance Sludge Blanket Clarifier-SUMI-THICKENER Z
Masafumi MITHUI, Shigeru SUZUKI, Kouchi SAKAMOTO

New CFB Applications to New Power Companies for
T/INVITATIONS 2016 Japanese Power System Revolution
NEW PRODUCTS

Kazuyoshi ITO

Vertical Screw-Type Screening Equipment with Crushing/Dehydrating Mechanism
Spiral Cutter

1
５
９
13
17
21
25
29
35
37

NEW PRODUCTS
New 0.9〜3.5 t I.C.E. Forklift Truck QuaPro38

省エネルギー・環境保全特集の発行に当たって無限の知恵で，資源の有限性を克服し，持続可能な社会づくりを代表取締役
専務執行役員髙石祐次

学生時代に読んだ，ローマクラブの「成長の限界」（1972年）が発表されてから四十余年。
この間，資源の有限性がもたらすリスクを高める要因として，新興国の経済発展と人口爆発が現実のものとなりました。一方，利用可能な資源の多様化・腑存量拡大と省エネルギー
および再資源化に関する技術革新によって，成長の限界のハードルは確実に下げられました。「成長の限界」は，発表当時から批判も多かった報告でしたが，世界とりわけ先進国に対して，資源の有限性に関する警鐘を鳴らし，産官学が，今日に至る技術革新に真剣に取り組む契機となったという点では，極めて価値ある報告だったと考えます。
他方，環境保全に関しては，当時から懸念の声はあったものの，現実のものではなかった原子力発電に伴う環境負荷リスクが，三大事故（スリーマイル島，チェルノブイリ，福島）によって顕在化したほか，地球温暖化の抑制・防止も，人類にとって喫緊の課題となっています。
当社グループでは「顧客に一流商品を提供し続け，互いに謙虚に学びあう企業」という使命の上に立って，環境負荷を低減し，地球環境保全に貢献する技術・商品開発に取り組んでいます。
今回の特集では，当社グループの商品から，省エネルギー，環境保全および再資源化に貢献できる技術・商品を選定しました。間伐材などの未利用バイオマス燃料の収集規模に適した小型CFBボイラ，幅広い種類の再生可能エネルギーの利用可能性を高めるCFBボイ
ラ技術，下水処理プロセスにおける省エネルギーと再資源化を実現する技術などを含む開発成果をご紹介させていただきます。
人類が豊かさを追い求める限り，避けて通れない制約である「資源の有限性の壁」をブレー
クスルーするための技術開発は，今後，ますます重要性を増していきます。当社グループでは，無限の知恵で，省エネルギー，環境負荷軽減に寄与する技術・商品の開発を進め，資源の有限性の壁をブレークスルーし，持続可能な社会づくりに貢献し続ける所存です。
今後とも，皆様のご指導，ご鞭撻を賜りますよう，よろしくお願い申し上げます。

省エネルギー・環境保全特集 論文・報告

CFB ボイラにおける低品位炭利用技術

CFBボイラにおける低品位炭利用技術
Low Rank Coal Utilization Technology in CFB Boiler
●渡

邊

建

聖＊

Takemi WATANABE

図１

CFBボイラCFB boiler

近年，これまでほとんど利用されていなかった泥炭，褐炭および亜瀝青炭などの低品位炭の利用方法に注目が集まっている。低品位炭とは，エネルギー密度の低い石炭である。換言すると，水分や灰分が多いことから利用できる正味の熱量が低い石炭である。また，腐食や伝熱管への灰付着（ファウリング）に関係する成分を有するものもある。
当社の主力製品である循環流動層（Circulating Fluidized
Bed CFB）
ボイラは，多燃料種が使用できることと，低エミッションであることを特長としている。前述のとおり低品位炭は，一般的な石炭とは異なる特徴を有していることから，CFBボイラで直接燃焼による高効率利用をするには，その特徴を十分に把握することが重要である。
本報では，低品位炭の代表的な特徴と，当社所有の
CFBパイロット試験機での燃焼試験や商用プラントでの運転状況を概説し，CFBボイラでの直接燃焼利用技術に

In the last few years, the effective utilization of low
rank coal such as peat, lignite, and sub-bituminous
coal has been drawing attention. Low rank coal is
the one with low energy density. In other words, insuch coal, the actual amount of heat is low becauseof its high moisture and ash content. Besides, there
are types of coal that contain constituents related
to corrosion or a fly ash deposition on the heat tube
(fouling). Circulating Fluidized Bed (CFB) boiler, a main
product of Sumitomo Heavy Industries, Ltd., is featuring
the capability of using various types of fuels and low
carbon dioxide emission. Low rank coal having different
characteristics in comparison with generally used coalas mentioned earlier, it is important to fully understandit for a high-efficiency utilization of such coal in a direct
fired system of the CFB boiler. This paper reports
utilization technology of the direct fired system of the
CFB boiler, describing the typical characteristics of
low rank coal and the combustion test done by a pilot
test facility of CFB SHI possesses and the operating
situations of the boilers in some commercial plants.

ついて報告する。

１

1

まえがき

ASEAN諸国にて石炭を利用した火力発電量が増加してきている。これに伴い，これまでほとんど利用されていなかった

石炭は世界的に広く分布しており，原油・天然ガスなどと泥炭，褐炭および亜瀝青炭などの低品位炭のエネルギー源と比較すると地政学的リスクの少ない燃料である。また埋蔵しての利用方法に注目が集まっている。低品位炭は原油や天量も豊富であり，価格も安価で安定している燃料である。近然ガスと比較すると，固形燃料であることやエネルギー密度

年，世界的なエネルギー需要の増加に伴って，特に中国やが低いことから輸送しにくく，輸出は輸送可能な範囲にとど＊エネルギー環境事業部

住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告表１

低品位炭主要成分
Components of low rank coal単位

低品位炭 A 低品位炭 B 低品位炭 C

豪州一般炭
（比較用）

高位発熱量

MJ/kg
（気乾）

25.16

22.9

16.4

29.5

低位発熱量

MJ/kg
（到着）

15.2

18.1

15.4

25.5

全水分

wt%
（到着）

37.5

22.1

14.4

10.5

灰分

wt％
（到着）

0.54

4.28

30.3

12.5

硫黄分

wt%
（到着）

0.03

0.5

5.12

0.45

燃料比

─

1.04

1.15

1.1

2.2

14

3 760

─

─

（乾燥）
全アルカリ含有量 mg/kg

表２

CFB ボイラにおける低品位炭利用技術

CFBパイロット試験機主要仕様
Main specifications of the CFB pilot test plant
仕様

火炉内径

600 mm

火炉高さ

20 m

熱出力

1 MW

図２

まることから利用可能な地域が限定的であった。

CFBパイロット試験機
CFB pilot test plant

部の燃焼温度が870 ℃程度の低温燃焼であるにもかかわらず ，

低品位炭とはエネルギー密度が低い石炭であり，換言する

高い燃焼効率が得られるという特長を有している。また，低と，水分や灰分が多いことから利用できる正味の熱量が低い

温燃焼であるがゆえにサーマルNOx（NOx：窒素酸化物）の発石炭である。さらには，これら低品位炭のなかには腐食成分

生を十分に抑制することができる。さらには，火炉内の運転を多く含有する炭種もあり，有効利用するにはその特徴を十温度が石灰石を用いた脱硫に適していることから，ボイラ外分に把握することが重要である。代表的な低品位炭であるイ部に脱硫設備を設けなくても簡易な石灰石吹込み設備のみでンドネシア産の褐炭や亜瀝青炭には，全水分が40 %を超える

脱硫が行える。セパレータを出た排ガスは後部煙道へ流入し ，炭種もあることから，発電用プラントの熱源として適用する

同煙道内に設置された過熱器，節炭器および空気予熱器と熱場合には，いかに安定燃焼させるかがプラントの安定運用に交換をしてボイラ系外へ排出される。

直結する。
当社では多燃料種を使用でき，低エミッションであること

３

低品位炭の特徴と使用時の注意点を特長とするCFBボイラプラントを製造している。低品位炭

表１に，３種類の一般的な低品位炭の主要成分を示す。

をCFBボイラの直接燃焼によって有効利用すべく，低品位炭

低品位炭Aは，インドネシアの一般的な亜瀝青炭であり，の燃焼特性を各種試験によって把握し，試験結果を商用機設

水分が多いことと灰分が少ないことを特徴とする。水分が多計へ反映させた結果，CFBボイラでの高効率直接燃焼技術をいことから，取り出せる正味のエネルギー（低位発熱量）は確立することができた。本報では，低品位炭の主要な特徴を

15 MJ/kg程度であり，熱量的には木屑などのバイオマス燃料

整理し，CFBパイロット試験機での評価や商用機での運転と同等となる。さらに，この水分量の変動が発熱量および排結果について報告する。

ガス発生量に多大な変動を引き起こす原因となる。発熱量の２

CFB ボイラの特長

変動は，CFBボイラの火炉内燃焼温度や蒸気発生量の変動を引き起こす要因となる。また，排ガス量の変動は，過熱器収図１に，当社の主力製品であるCFBボイラを示す。

熱やボイラ出口ガス温度の変動を招く要因となる。排ガス量

CFBボイラ本体は，火炉，セパレータおよび後部煙道の大の増加は，ボイラ効率の低下だけでなく，火炉内ガス流速増きく３つに分けられる。火炉は，燃料の燃焼熱を利用して蒸加によるCFBボイラ内部の摩耗を促進する一因となる。

気を発生させる機能を有している。CFBボイラの火炉内には，CFBボイラには，おおむね20 mm以下まで破砕した石炭を伝熱媒体となる循環材と呼ぶ大量の粒子が循環および流動し一時貯炭する石炭バンカが併設されている。石炭バンカに蓄ており，循環材が保有する熱量によってボイラ給水を蒸発さえられた石炭は，プラントの運転負荷に見合った量がコンベせている。火炉上部まで飛散した循環材は，セパレータ内部

アなどを介してボイラ内に供給される。水分が多い場合は，での遠心力によって排ガスから分離され，分離された循環材

バンカや石炭搬送機器内部への石炭微粉による固着や閉塞がは火炉下部へ再度供給される。循環材中の未燃分は，セパレ生じることも考えられる。石炭搬送システムの不具合は，プータで回収されて再度火炉内へ供給されることにより，炉内

ラントの安定稼働に直結するので，付着・固着に対しては設での滞留時間を十分に得ることができる。これにより火炉内備上の対策が必要となる。
住友重機械技報 No.188 20152

論文・報告図３

インドネシア低品位炭
Indonesian low rank coal

図４

パーム椰子殻Palm kernel shell

低品位炭Bは，ナトリウムやカリウムなどのアルカリ分を

露点を上昇させる一因となるので，空気予熱器の低温腐食を多量に含む亜瀝青炭である。アルカリ分が多い場合，ボイラ

考慮した排ガス温度や，空気予熱器入口の空気温度を設計段

内での燃焼時に低融点物質を生成し，伝熱管表面でのファウ

階から織り込んでいる。

リングなどの伝熱阻害トラブルや腐食を引き起こすリスクが4.2 CFBパイロット試験による燃焼特性の把握ある。CFBボイラに持ち込まれたアルカリ分は循環材中に濃当社ではCFBパイロット試験機を有しており
（図２）
，設計

縮することから，循環材中のアルカリ濃度をコントロールで段階では実際に使用する石炭を用いた燃焼試験を実施していきるシステムが必要である。具体的には炉外に燃焼灰を排出る。表２に，試験機の主要仕様を示す⑴。

する設備，アルカリ分の希釈を目的として硅砂などのフレッ
シュな循環材を供給する設備が必要となる。
低品位炭Cは，灰分と硫黄分が高い石炭である。燃焼時に発生する燃焼灰や硫黄酸化物（SOx）が多くなるという特徴を

CFBパイロット試験での燃焼試験では，低品位炭燃焼時の火炉内温度分布，NOxおよびSOxなどの排ガス成分を調べる
ことはもとより，過熱器材質に与える腐食や摩耗の影響，循
環材粒子の特性などを詳細に調べることができる。

有する。このことから，CFBボイラから燃焼灰を抜き出す設

CFBボイラでは，伝熱媒体として火炉内に一定量の循環材

備の容量，排ガス中のSOx除去設備やSOxによる低温腐食なが必要である。一般炭などの灰分が10 %を超える石炭では，どへの対策が必要となる。

石炭灰によって自動的に循環材量が確保できるが，インドネ

なお，一般的に低品位炭は炭化度が低いことが多く，これ

シア産の低品位炭のように灰分が数 ％の石炭では，循環材確らの石炭の特徴として，空気と接触すると表面で酸化反応が保が困難になる場合がある。さらに石炭などに付着した異物起こり，発生した酸化熱によって自然発火する可能性があるが火炉内に持ち込まれる場合や，循環材として適さない粒度ことが知られている。石炭の貯炭および搬送システムにおい帯の燃焼灰が生成される場合は，火炉底から循環材（燃焼灰）ては，酸化熱を蓄熱しにくい状況や消火設備などに十分に注を抜き出す必要が生じ，火炉内の循環材量の確保が困難にな意を払うことが非常に重要である。

る。不足する循環材量は，一般的には硅砂などを補給するこ

４

CFB ボイラ設計時の考慮

4.1 石炭成分の変動に対する対策とで必要循環材量が確保できるが硅砂などの準備が必要となり経済的ではない。そこで，いったん抜き出した循環材のうち利用できる粒度帯を再度火炉内に戻すシステムが必要とな３章で取り上げたとおり，水分の変動は発熱量変動およびる。CFBパイロット試験機での燃焼試験では，循環材の粒度

排ガス量変動を引き起こすことから，結果として各種主要プ

分布や石炭灰による循環材発生量を把握できることから，硅

ロセスの変動やボイラ効率の低下というリスクがあり，プラ

砂の補給量や循環材抜出し量の経済運転点を評価することがントの安定運転に影響を及ぼす可能性がある。したがって，できる。

CFBボイラの設計において水分の変動に関連する事象への対策が重要になる。

本燃焼試験で得られたすべての運転データを解析・検討することで，不確かな部分やラボベースの分析では測定できな

基本的に，設計段階で定期的に複数の石炭サンプリングをい特徴を明確にすることができる。当社製CFBボイラは本燃行い，成分を分析することで大まかな変動幅は把握でき，想焼試験の結果を実設計に反映させ，優れた性能を発揮するボ

定されるプロセス変動として設計に織り込むことができる。

イラとして顧客へ提供することができる。

一方，当社製CFBボイラでは，短期的な石炭成分の変動や炭種変更など運用上の変動に対して複雑な操作は不要である。
ボイラプロセスの変化から石炭発熱量を自動的に補正し，ボイラ各所に供給される燃焼空気量も自動で調整され，適正な燃焼状態を維持できるようになっている。
また，排ガス中に水分が増加することはボイラ出口での酸3

CFB ボイラにおける低品位炭利用技術

５

商用プラントでの実績

商用プラントでの低品位炭適用例として，２例を紹介する。
5.1 インドネシア産低品位炭の適用例
当社はシンガポールの大手電力会社であるTuas Power Ltd.
傘下のTP Utility Pte. Ltd.向けに２設備のCFBボイラ（蒸発住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告図５

CFB ボイラにおける低品位炭利用技術

ベトナム低品位炭焚きCFBボイラ
CFB boiler for Vietnamese low rank coal

量450 t/h，10.5 MPa，510 ℃）を納入した。

前述のとおり，CFBボイラ内部では，燃料灰などによって本プラントではインドネシア低品位炭（表１ 低品位炭A相生成される循環材が炉内の伝熱媒体としての役割を担ってい当）を専焼できるだけでなく，トロピカルバイオマス（パーム

る。高灰分の石炭を使用する場合，循環材が過剰になること椰子殻）や木屑系のバイオマス燃料を熱負荷で20 %混焼できがあり，ボイラの収熱性能が設計値から乖離することがある。

る設備となっている。低品位炭とトロピカルバイオマスを混乖離の度合いが大きい場合は炉内の燃焼温度，燃焼効率，環焼するボイラとしては世界最大規模である。図３，図４に燃境値および蒸気温度維持に影響を及ぼす可能性がある。本プ

料の写真を示す。

ラントでは，当初より高灰分を想定した伝熱面積の設計にて

本プラントにて使用するインドネシア低品位炭は，燃焼速度が速く燃料中灰分が少ないという特徴があり，これらにより火炉内部で温度分布の偏りが生じる懸念があった。また，
石炭やバイオマス中の異物混入量ならびに異物除去システム

優れた性能を発揮できている。

６（1）低品位炭は成分や発熱量だけでなく，燃焼特性においても特徴的な性質を示す石炭である。

の容量設計の最適値が不明であった。パイロット試験機での燃焼試験結果からこの不明点を確認するとともに，得られたむすび（2）CFBボイラは，一般炭は言うまでもなく，これまで利

結果を伝熱面積の設計や異物除去システムに反映したことで ，用されずにいた褐炭や亜瀝青炭などの低品位炭を直接燃

安定した運用が可能となった。

焼によって有効利用できるボイラである。

5.2 ベトナム産低品位炭の適用例（3）当社製CFBボイラは，商用プラントの運転実績やCFB

当社は2005年にベトナム石炭公社（Vinacoal）
向けに２設備パイロット試験機での燃焼試験を含む各種試験結果を設のCFBボイラを納入した（図５）。本プラントで使用した石炭計へ反映しており，低品位炭の特徴を十分に把握した適は表１の低品位炭Cに相当する。この石炭の特徴として，高切な設計がなされている。このことは，商用プラントの灰分・高硫黄含有率があげられる。微粉炭焚きボイラは燃焼

運転実績からも裏付けられている。

温度が灰の融点以上となることから，溶融した石炭灰が火炉（4）今後も確かな性能を発揮できるCFBボイラを顧客に提供していく所存である。

伝熱面に付着・凝固する現象（スラッギング）が発生する。低品位炭Cのような高灰分の石炭を微粉炭焚きボイラで使用す
ると，顕著なスラッギングが発生するという不具合が生じる（参考文献）

ことから，微粉炭ボイラには適用できない。一方，燃焼温度(1)が灰の融点以下であるCFBボイラではこのような不具合は生じない⑵。
また，石炭中の硫黄分が多いことから排ガス中のSOxは数藤井大也, 渡邊建聖, 中谷好宏, 小型CFBボイラ開発の完了, 住友重機

械技報, no.177, 2011, p.4.
(2)

Takemi Watanabe, Kazuyoshi Ito, Yoshihiro Nakatani, Industrial

solution for utilizing renewable fuels with CFB technology, Renewable
Energy World Asia 2010, 2010, p.15.

千 ppmとなり，大気汚染防止の観点から排ガスをそのまま大気中に排出することができない。同プラントでは，SOxの低減対策として火炉内に石灰石を直接噴霧する簡易な設備のみ有している。炉内に吹き込んだ石灰石は排ガス中SOxと反応して硫酸カルシウムを生成（脱硫反応）
することで，SOxが排ガス中から除去される仕組みである。
住友重機械技報 No.188 20154

省エネルギー・環境保全特集 論文・報告

小型 CFB ボイラのコンセプトと納入実績

小型CFBボイラのコンセプトと納入実績
Design Concept and Delivery Experience of Small Scale CFB Boiler
●藤

井

大

Hirotada FUJII也＊

小型CFBボイラを適用した発電設備鳥瞰図
Overview of power plant with small scale CFB boiler

バイオマス燃料は，カーボンニュートラルな燃料であることから二酸化炭素の排出を抑制できるが，広域的に大規模な収集をすることが困難であり，林地残材などとして未利用のまま散在しているのが現状である。
当社は，2011年にCFBボイラの優れた機能を損なわずに，林地残材などの収集規模に適した小型の循環流動
層（Circulating Fluidized Bed

CFB）
ボイラを開発し，

これまでに４設備を納入した。小型CFBボイラは，モ
ジュール化設計を採用したことで，ボイラ本体の建設現場までの輸送や建設時の組立て作業が容易となり，受注から納入まで14カ月以下という短納期を実現した。小型
CFBボイラの初号機は，再生可能エネルギーの固定価格
買取制度
（FIT）
の認定を受けて，環境負荷に配慮した発電事業に貢献している。
本報では，小型CFBボイラの開発コンセプト（短納期 ，
モジュール設計）
および林地残材などのバイオマス燃料の有効利用について報告する。

１

まえがき

エネルギーの利用に伴う環境問題，特に地球温暖化問題への対応が世界的に求められている。そのなかでも二酸化炭素の排出削減が課題の一つであり，カーボンニュートラルの特5＊エネルギー環境事業部

Biomass fuels are carbon-neutral and therefore they
can restrict carbon dioxide emission. The current
situation is, however, that a large part of them is left
unutilized, and sparsely scattered over a wide area as
forest residues because of their difficulty to be collected
extensively. In 2011, Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
(SHI) developed a small scale Circulating Fluidized Bed(CFB) boiler without sacrificing the superior functionsof the original CFB. The small type is suitable for the
scale of collection amount of forest residues, andfour of them have been delivered up to this time. The
modular design adopted to the small scale CFB boiler
has made it easier to transport their main body to a
construction site, and to assemble their parts. Moreover,this design has realized a quick-delivery that takes 14months or less from an order intake to its delivery. The
first model of the small scale CFB boiler approved by
Feed-in Tariff (FIT) is contributing to power generationthat is environment-friendly. This paper describes thedevelopment concepts of the small scale CFB boiler,
such as quick delivery or module design, and an
efficient use of biomass fuels, including forest residues.

性を有するバイオマス燃料の活用に注目が集まっている。しかしながら，バイオマス燃料は石炭などの化石燃料と比較して広域的に大規模な収集が困難であることから，未利用のま
ま散在している。
代表的な未利用バイオマス燃料として，日本では林地残材，住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告表１

小型 CFB ボイラのコンセプトと納入実績

小型CFBボイラの基本仕様
Main specifications of small scale CFB boiler

１．ボイラ基本仕様

２．ボイラ設計

蒸発量25 t/h

主蒸気圧力

5.4 MPa

主蒸気温度

453 ℃

火炉

水冷壁＋キックアウト構造

サイクロン

水冷壁＋耐火構造

火炉底

ステップグリッド , アローヘッド
石炭〜バイオマス

３．適用燃料

４．排ガス環境対策

図１

SOｘ

炉内脱硫，湿式脱硫 など

NOｘ

低温燃焼＋２段燃焼，無触媒脱硝 など

煤塵

バグフィルタ など

小型CFBボイラ鳥瞰図Overview of small scale CFB boiler

海外では林地残材に加えてパーム椰子殻などの農産物由来バに多く含まれるアルカリ成分の管理には注意が必要であイオマスなどがあげられる。

る。

当社が開発した小型CFBボイラは，多燃料種を高効率で燃焼できるとともに環境負荷が低いというCFBボイラの優れた機能を損なわずに，林地残材などの収集規模に適した出力を実現した。
本報では，日本で有効利用が進みつつある林地残材の特徴
および小型CFBボイラに適用した実例を紹介する。

２

林地残材の特徴

このような林地残材の特徴に対しては，基本的には燃料成分の管理が重要となる。
CFBボイラは，火炉内部に燃焼灰，硅砂や石灰石などを主体とする伝熱媒体（循環材）
が循環・流動しており，これらは熱保有量が多いことからバイオマス燃料の不安定な水分含有量や発熱量に対しても燃焼状態に大きな変動を伴わず運転できるというメリットを有している。
また，CFBボイラの火炉内は800 ℃台の低温燃焼をしてい林地残材の主だった特徴として，次の２点があげられる。

るが，バイオマス燃料に多く含まれる傾向があるナトリウム（1）水分含有率

やカリウムなどのアルカリ成分は，炉内温度よりも低い融点

林地残材中に含まれる水分は，建築廃材などの一般的を有する低融点物質を生成する一因となる。この低融点物質

な木屑燃料と比較して多く，季節を問わず不安定である。

は，伝熱管への灰付着（ファウリング）の原因となるほか，循

燃料中水分が不安定である場合，利用できる正味の発熱

環材同士を結合して粗大な粒子を作ることがあり，適切な循

量も不安定となる。

環・流動を阻害する要因となる。

結果として，炉内の燃焼温度および蒸発量が安定しに小型CFBボイラは，適切な主蒸気温度を選定することでフくく排ガス量が過剰になる。排ガス量が過剰になると，ァウリング発生リスクを低減させるとともに，運転中の硅砂

ボイラ効率の低下や炉内の摩耗を助長するリスクが高ま補給などによって循環材中のアルカリ分濃度管理や適性な循ることから，水分管理には注意が必要である。

環材粒度分布を維持できるシステムとなっている。

（2）腐食成分
塩素の含有は少ないが，腐食やデポジット生成の要因となるアルカリ成分が多い。
燃料中のアルカリ含有率が高い場合は，デポジット生
成や腐食などを促進するリスクがある。特に，樹皮部分

３小型 CFB ボイラの開発コンセプトと基本仕様

小型CFBボイラの鳥瞰図を図１に，基本仕様を表１に示す⑴ 。
3.1 開発コンセプト
小型CFBの開発コンセプトは次の３点である。
住友重機械技報 No.188 20156

論文・報告表２

納入実績（建設中設備含む）
Delivery record of small scale CFB boiler (Units under construction included)

蒸発量

タービン入口主蒸気

発電量

圧力

温度

給水温度
燃料種

状況
（2015 年４月１日時点）

t/h

MWe

MPa

℃

℃

A社

25

5.7

5.0

450

130

木質バイオマス

稼働中

B社

28

130

木質バイオマス・石炭

稼働中

C社

25

5.7

5.0

450

130

木質バイオマス

稼働中

D社

25

5.75

5.0

450

130

木質バイオマス

稼働中

E社

25

5.75

5.0

450

130

木質バイオマス

（建設中）

F社

25

5.75

5.0

450

130

木質バイオマス

（建設中）

G社

25

5.75

5.0

450

130

木質バイオマス

（建設中）

H社

25

5.75

5.0

450

130

木質バイオマス

（建設中）

I社

25

5.75

5.0

450

130

木質バイオマス（建設中）

ボイラ設備のみ納入① 間伐材に代表される林地残材のように広域に少量ずつ散在している燃料を利用する。
② 多種燃料を高効率で利用できるCFBボイラの燃焼技術を適用する。
③ ボイラ本体をモジュール構造設計にすることで短納期および製造品質を確保する。
林地残材は広域にわたって少量ずつ散在していることから，

４実績

4.1 納入実績
表２に，納入実績と建設中の設備を示す。
これまで４設備の稼働を実現し，５設備は建設中の段階にある。CFBの燃焼技術を活用して林地残材，建築廃材および輸入バイオマスなどの木質バイオマスや石炭といった多種燃

収集可能な量が限られており，この量に見合ったボイラサイ料に対応している。

ズの選定が経済的にもボイラ性能上も重要となる。

4.2 稼働状況

また，小規模バイオマス発電所の建設立地には，収集が比2012年７月に小型CFBボイラの初号機が商業運転を開始

較的容易な地域が選定されることが多く，必ずしも都市近くした。同プラントは林地残材を利用した発電設備であり，再の輸送インフラ基盤が整った地域とは限らない。林地残材を生可能エネルギーのFIT制度の認定を受けた。

利用する発電所などは内陸の山間部に建設されることもある

また，2012年11月に納入した設備では，木質バイオマス燃ことから，ボイラ本体の建設現場までの輸送を簡素化するこ料だけでなく石炭も混焼できることを実証した。これまでにとは，短納期を実現するうえで重要な要素となる。
当社では，ボイラ本体をモジュール設計とすることで輸送の問題を解決するとともに，工場で製作されたボイラ本体の主要部材を，現場にて最小の工数で組立てることができるよ

納入した設備では蒸気条件，窒素酸化物（NOx），硫黄酸化物（SOx）などにおいて環境値を含む所定の性能条件を満足する結果が得られた。
2015年４月の時点ではいずれの設備でも安定した稼働が続うに設計を行った。結果として，モジュール設計は製品品質いている。

の確保と同時に，納期の短縮にも貢献できた。

4.3 モジュール設計の効果

当社では，ボイラ設備単体だけでなく，タービンや発電機

小型CFBボイラ本体は，製作工場でモジュールごとに分割などを備えた発電設備としても提供することができる。ボイ

し，そのまま輸送して建設現場で組み立てることが可能なモラの蒸気条件の選定は，バイオマス燃料の特性，安定的に見ジュール設計を採用したことで，目標どおりの短納期（発注込まれる燃料収集量，燃料に含まれる腐食成分などを考慮しから14カ月以内）で稼働できる発電設備であることを実証して蒸発量25 t/h，主蒸気温度453 ℃，主蒸気圧力5.4 MPaとした。同時に，建設現場での溶接などの組立て工数を低減する

た。

⑴。
ことで製造品質の確保につながった（図２）

3.2 基本仕様
蒸発量はこれまで当社が納入してきた事例と比較すると小規模の25 t/h設計であるが，CFBボイラの優れた機能を損なわずにサイズダウンすることができた。
7

小型 CFB ボイラのコンセプトと納入実績

５

むすび（1）当社が開発した小型CFBボイラでは，設計コンセプトどおりの短納期（発注から14カ月以内）が実証できた。
住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告①第一節架構⑤第二節架構

図２

建方

建方

②火炉下部
灰ホッパー

仮吊り

⑥コンベクション
据付け

小型 CFB ボイラのコンセプトと納入実績③ECO 搬入
据付け④ループシール
火炉上部 据付け⑦サイクロン
ドラム 据付け⑧ホットガスダクト
据付け

小型CFBボイラの建設工法
Construction flow of small scale CFB boiler（2）小型CFBボイラを利用した発電設備は，日本国内の林
地残材を有効活用する手段の一つとして効果的であることが実証された。
（3）今後も既納設備の運転状況を把握していくことを継続しつつ，製品の品質を上げていき，環境負荷の低いエネ
ルギーを生み出す設備として顧客へ提供していく所存である。
（参考文献）(1)

藤井大也, 渡邊建聖, 中谷好宏, 小型CFBボイラ開発の完了, 住友重機

械技報, No.177, 2011, p.4.

住友重機械技報 No.188 20158

省エネルギー・環境保全特集 論文・報告

CFB ボイラにおけるファウリング評価

CFBボイラにおけるファウリング評価
Fouling Evaluation for CFB Boiler
●柴

田

竜

徳＊

Tatsunori SHIBATA

デポジット評価試験装置
Overview of deposit simulator
test equipment

再生可能エネルギーは，CO2排出量の少ないクリーンなエネルギーとして発電目的での利用が期待されており，その利用環境は再生可能エネルギーの固定価格買取制度（FIT）導入などの取組みにより整備されつつある。
当社は，循環流動層（Circulating Fluidized Bed CFB ）ボイラにおける燃料適用枠の拡大に取り組み，再生可能エネルギーについても，林地残材やパーム椰子殻（PKS）などのバイオマスの適用実績がある。
バイオマスのなかには，含有成分により深刻なボイラ
運転上の問題を発生させ得るものがある。問題の一つである伝熱管の灰付着（ファウリング）について，当社とAmec Foster Wheeler社は共同でファウリングモデル「FoulEst」を開発してきた。また当社では，過熱器付着灰

Renewable energy is expected to be a form of clean
energy available for power generation with less carbon
dioxide emission. The environment for the usage of
renewables has improved by making efforts to introduce
Feed-in Tariff (FIT) for the energy. Sumitomo Heavy
Industries, Ltd. (SHI) has been working to expand
applications of various renewal energies to Circulating
Fluidized Bed (CFB) boiler, and successfully usedsuch biomass as forest residues, and Palm Kernel
Shell (PKS). Some of biomass fuels could cause
serious problems in operating a boiler because of theirconstituents. To deal with one of the issues, which is a
fly ash deposition on the heat exchanger tube (fouling),
SHI has collaborated with Amec Foster Wheeler todevelop a fouling model“FoulEst”. Moreover, SHI has
been conducting a quantitative evaluation on fouling byusing test equipment for fly ash on the superheater.

（デポジット）
評価試験装置を用いて定量的なファウリン
グの評価を行っている。

１

9

まえがき

究機関および民間企業によって行われてきた。その結果，再生可能エネルギーの利用環境が着実に整備されつつある。

太陽光や風力，バイオマスなどの再生可能エネルギーは，当社の主力製品の一つであるCFBボイラは，幅広い種類の化石燃料よりもCO2排出量の少ないエネルギーとして，地球燃料が適用可能であるという特性を生かし，これまでに石炭

温暖化や省資源の観点から発電目的での利用拡大が地球規模以外にも再生プラスチック燃料（RPF）や廃タイヤ（TDF），

で求められている。

スラッジなどを燃料とした数多くの発電プラントへの納入実

このような要求に対し，FIT制度の導入を筆頭に再生可能績がある。再生可能エネルギーについては，林地残材や建築

エネルギーの普及に向けた取組みが各国の政府や自治体，研廃材，パーム椰子殻といったバイオマスの適用実績がある。

＊エネルギー環境事業部

住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告表１
１. Loading of fly ash particles generated fromfuel, make-up, material and additives into
the backpath.
２. Deposition of the generated fly ash onto thesurfaces in the convective backpath.
３. Natural shedding and soot blowing efficiency.

１

２

３

図１

ファウリングモデルの範囲
Scope of fouling model

バイオマスのなかには，NaやK，Clといった元素を多く含

CFB ボイラにおけるファウリング評価

実機CFBボイラ（CFB１およびCFB２）の燃料分析値
Analysis data of fuels for commercial CFB boilers（CFB１ and CFB２）

Item

Unit

CFB１

CFB２

Coal

Sunﬂower

Wood

PKS
23.0

Moisture%, as received

10.6

6.1

53.3

Ash

%, as received

23.4

4.0

0.9

3.5

Volatile%, as received

24.6

70.0

38.0

57.3

L.H.V.

MJ/kg, as received

19.33

17.39

7.44

14.33

S

mg/kg, dry

12 200

1 700

190

300

Cl

mg/kg, dry

4 500

1 000

100

300

P

mg/kg, dry

569

1 300

130

300

Na

mg/kg, dry

5 592

110

110

93

Na, pH３sol.

mg/kg, dry

2 400

18

50

32

K

mg/kg, dry

5 703

12 600950

1 400

K, pH３sol.

mg/kg, dry

230

10 300

750

1 200

Ca

mg/kg, dry

5 066

5 700

2 800

5 100

Ca, pH１sol.

mg/kg, dry

4 900

5 700

2 800

5 100

Mg

mg/kg, dry

4 375

2 400

310

540

Fe

mg/kg, dry

12 022

440

530

560

Al

mg/kg, dry

40 280

490

340

1 100

Si

mg/kg, dry

62 0004 3 00

3 300

1 100

ASH：過熱器表面積（m2）

むものが存在し，CFBボイラにおける炉内循環材による凝集

t：時間
（day）

塊
（アグロメレーション）の生成や火炉水管および過熱器の腐食，過熱器表面へのファウリングのようなボイラ運転上の問（t/day）
FAgen：フライアッシュ発生重量
fimp：フライアッシュ付着係数（ - ）題が危惧され，本報177号⑵にあるように，各種試験装置に（day−1）kshed：デポジット剥離頻度

よる検証評価試験を実施してきた。

（t）mshed：剥離デポジット重量

ボイラ運転上の問題のうちファウリングについては，燃料

α：デポジット剥離過程における次数（現状α=１）（ -）や添加剤の組成および設計データなどからファウリングの定量化を主目的として， Amec Foster Wheeler社と共同で2012

式（1）中のFAgenは，火炉から後部煙道へ飛散する燃料や炉

年よりファウリングモデル「FoulEst」の開発を行ってきた。

内循環材，添加剤由来のフライアッシュ粒子発生重量を意味

FoulEstモデルは，実機CFBボイラおよび後述するデポジッ

する。またFAgenは，ボイラの形状，火炉および後部煙道におト評価試験装置から得られたデータをもとに開発された。

ける温度分布，ガス流速を含むボイラ設計上のパラメータだ

本報では，FoulEstモデルの紹介やデポジット評価試験装けでなく，燃料，炉内循環材，添加物の種類および供給量な置によるファウリング評価試験，FoulEstモデル予測値と実どから算出される。その際，さまざまな試験装置や実機CFB機CFBボイラ測定値との比較検証結果について報告する。

ボイラでの測定結果にもとづき経験的に得られたフライアッ

２

シュ発生係数も関係する。フライアッシュ発生係数は，デポ

FoulEst

ジット中に多く含まれる元素（Na，Mg，Al，Si，P，S，Cl ，

FoulEstモデルとは，図１に示すようにCFBボイラの後部

K，Ca，Ti，Fe，Zn，Pb）
についてそれぞれ存在し，火炉に煙道に設置されている過熱器におけるデポジットのファウリ供給された燃料，炉内循環材，添加剤中の各元素がフライア

ング速度の予測値を算出するモデルのことである。FoulEst

ッシュ，エアロゾル（排ガス中の液体または固体の微粒子），モデルでは，以下の手順でファウリング速度が算出される。

気体として火炉から後部煙道へ飛散する割合を示している。

① フライアッシュ（燃焼飛灰）
発生量および灰組成の算出

燃料や炉内循環材，添加剤の組成および供給量を入力し，② 後部煙道中過熱器表面上へのデポジット付着速度の算

フライアッシュ発生係数による各元素の分配計算を行うこと

出③で，火炉から後部煙道へ飛散するフライアッシュの組成およスートブロー（伝熱面に付着したフライアッシュなどの除塵）または自然剥離によるデポジット剥離速度の算
出びその発生重量FAgenが算出される。
後部煙道へ飛散したフライアッシュ（およびエアロゾル，
気体）のうち一部は，過熱器表面に付着しデポジットを形成

ファウリング速度は，②および③にて算出されたデポジッ

する。その付着量は，経験的に得られたフライアッシュ付着

ト付着速度とデポジット剥離速度の差として得られ，式（1）係数 fimpにより算出される。フライアッシュ付着係数は，後にもとづく。

部煙道へ飛散したフライアッシュのうち，元素ごとの過熱⎝

ト付着速度は，式（2）に示すようにフライアッシュ発生重量⎛⎜

器表面への付着割合を意味する。FoulEstにおけるデポジッ

⎝

−

⎛

⎜

＝

×

α

………………………
（1）（t）
mdeposit：過熱器へのデポジット付着重量

FAgenとフライアッシュ付着係数 fimpを掛けることで各元素について計算され，各元素のデポジット付着速度を合計するこ
住友重機械技報 No.188 201510

論文・報告LPG
Air

CFB ボイラにおけるファウリング評価

55 %Coal＋45 %Sunﬂower

Ash hopper

80 %Wood＋20 %PKS

Analyzed sample from CFB１

Model

40

Model

60

35

Air

Analyzed sample from CFB２

50

30Heater

40

25
20

30

15

20

10
10

５
０

IDF

2

3

Ash

図３
図２

C
C l
O

3

Stack

2

０

N
a2
O
K
2O
C
aO
M
gO
A
l2O
Fe 3
2O
3
Si
O
P2 2
O
T 5
iO
2
SO

ProbesC
C l
O

Sight glass

N
a2
O
K
2O
C
aO
M
gO
A
l2O
Fe 3
2O
3
Si
O
P2 2
O
T 5
iO
2
SO

Bag house

デポジット評価試験装置フロー図
Flow diagram of deposit simulator test equipment

CFB１およびCFB２におけるフライアッシュ組成の予測値と分析値の比較
Comparison between estimated and analyzed fly ash compositions in CFB１ and CFB２とで，全体のデポジット付着速度が算出される。
デポジット付着速度（t day）＝

される。また，炉内には表面温度を制御した過熱器模擬の空（t day）
× （ ）
………
（2）

スートブローによる強制剥離や重力などを原因とする自然剥離といったデポジットの剥離現象について，現在の FoulEst

冷式プローブを設置し，のぞき窓よりプローブ表面へのデポ
ジット付着状況を観察することが可能である。
デポジット評価試験では，CFB１およびCFB２より採取したフライアッシュを用いた。

モデルでは両方の現象を区別せずひとくくりにしている。デプローブは炉内ガス温度が750 ℃および650 ℃に制御されポジット剥離速度は，燃料の組合せごとに得られるデポジッ

た箇所にそれぞれ設置され，すべてのプローブ温度は480 ℃

ト剥離係数を用いて計算される。FoulEstにおけるデポジッに制御された。今回実施したデポジット評価試験において，ト剥離速度は，式（3）に示すように，粗い粒子と細かい粒子

炉内設置時間の異なるプローブがガス温度750 ℃の箇 所にてのデポジット剥離速度を合計することで算出される。

３本（炉内設置時間 34，66，100時間），ガス温度650℃の箇所
にて３本（炉内設置時間34，66，100時間）
それぞれ得られた 。

デポジット剥離速度（t day）＝＋（t day）
×（t day）×（ ）（ ）…………………………………
（3）

これらのプローブ試験片には，すべて同じ材質（10CrMo9-10 ）を用いた。
試験中のプローブは，のぞき窓より12時間ごとに写真撮影（t /day）
DRcoarse：粗粒子付着速度をし，試験後にプローブを炉内から抜き出した後，今度は試

fshed_coarse：粗粒子デポジット剥離係数（ - ）験片とガス流れの衝突面を０°として，そこから試験片の円（t /day）
DRfine：細粒子付着速度

周方向に対して90°ごとに写真撮影を行った。また，試験片

fshed_fine：細粒子デポジット剥離係数（ - ）に付着したデポジットの重量測定および成分分析についても
実施した。

式
（1）
から算出されるファウリング速度は，式（2）で算出されるデポジット付着速度と式（3）で算出されるデポジット剥離速度との差を過熱器表面積で除することでも表すことができる。

検証および試験結果

CFB１およびCFB２について，FoulEstモデルにより算出されたフライアッシュ組成の予測値と実際に採取されたフラ

本報では，石炭（coal）
55 %とヒマワリ残渣（sunflower）
45 %イアッシュ組成の分析値を比較したところ，値は良好に一致

混焼の実機CFBボイラ（CFB１）
および木質燃料（wood）
80 %と

した
（図３）
。また，フライアッシュ組成に加えて，FoulEstモ

パーム椰子殻20 %混焼の実機CFBボイラ（CFB２）
にて得られ

デルを用いてフライアッシュ発生量の予測も行った。CFB２たデータを用いて，FoulEstモデルとの比較検証を行う。表 １の運転にて実際に行った３種類の混焼条件（木質燃料80%とに，CFB１およびCFB２の燃料分析値を示す。

農業系バイオマス20 %)について，火炉投入固体（燃料灰，炉３11

４

デポジット評価試験

内循環材，添加剤）に対する発生フライアッシュの重量割合
をFoulEstモデルにより計算した。算出された予測値と各混

CFBボイラにおけるバイオマス燃料の燃焼によるファウ

焼条件の運転データから得られた測定値を比較すると，フラリングを定量的に評価すべく，デポジット評価試験装置によイアッシュ発生量の予測値と測定値は，強い相関があるようる試験（デポジット評価試験）を実施した。図２に，デポジッ

に見える
（図４）
。

ト評価試験装置のフロー図を示す。装置は高さ4.9 m，内径

今回実施したデポジット評価試験について，CFB１のフラ78.1 mmの円筒縦型電気炉と炉の上端に設置されたLPGバー

イアッシュを用いた試験をRun１，CFB２のフライアッシュ

ナおよびフライアッシュ供給用のテーブルフィーダから構成を用いた試験をRun２とする。両者の試験条件は，試験に用住友重機械技報 No.188 2015

Weight of deposited ash（g）

FA generation（% of solids input）

Measured（%）

30

20
20% Sunflower
10

０
０

図４

20% Straw
15% PKS＋５%
Olive＊

12
10
８
６
４
２
０

34

＊＋80% Wood
10

Model（%）

2030

CFB２におけるフライアッシュ
発生量の予測値と測定値の比較
Comparison between estimated andmeasured fly ash (FA) generation in CFB２

66
100
Run１（h）

34

66
100
Run２（h）

CFB ボイラにおけるファウリング評価

Fouling rate（% input solids）

論文・報告

3.0E-03
2.5E-032.0E-03
1.5E-03
1.0E-035.0E-04
0.0E-03

CFB１ 650 CFB２ 650 CFB１ 750 CFB２ 750

図５

デポジット評価試験におけるプローブ
表面へのデポジット付着重量
Measured weight of deposited ash onto
probes during deposit evaluation test

100%Coal

Coal＋ 100%Wood Wood＋PKS
Sunﬂower

CFB１

図６

CFB２

FoulEstモデルにより算出されたファウリング速度の予測値
Fouling rate estimated by FoulEst model

いたフライアッシュの組成を除きすべて同じとした。Run１を加えることでファウリング速度が増加し，石炭よりも木質

では，プローブとガス流れの衝突面およびその180°反対面

燃料と農業系バイオマスを混合させることで，よりファウリにデポジットが多く付着し，Run２では，プローブとガス流ング速度が大きくなることが分かる。FoulEstモデルによりれの衝突面に最も多く付着していた。得られたデポジットは算出されたファウリング速度の傾向は，バイオマスを燃料とすべて軟らかく，試験片から指で容易に取り除くことが可能した実機CFBボイラでのファウリング傾向と一致している。

であった。図５に，プローブ表面に付着したデポジットの重量を示す。Run２におけるプローブ表面へのデポジット付着
重量はRun１と比較して，ガス温度750℃においてより多く

５

むすび（1）当社は，CFBボイラにおける後部煙道に配置された
過熱器表面へのファウリング速度の定量化を目的に，のデポジットが付着する傾向を示した。

Amec Foster Wheeler社と共同でファウリングモデル

石炭とヒマワリ残渣の混焼により得られたCFB１のフライ「FoulEst」を開発した。

アッシュは，石炭由来のアルミノケイ酸塩を最も多く含んで
おり，ファウリングが少ない傾向を説明できる。木質燃料と（2）FoulEstモデルは，燃料や添加剤の組成およびCFBボ

パーム椰子殻の混焼により得られたCFB２のフライアッシュ

イラの設計データなどを用いて，フライアッシュやデポを含んでいるが，酸化アルミ
は，多くの二酸化ケイ素（SiO2）

ジットの発生量および組成を求め，最終的にファウリン

に対するSiO2の含有量の比率が高いことから，
ニウム（Al2O3）

グ速度を算出する。

アルミノケイ酸塩の含有量が少ないことが示唆される。また（3）FoulEstモデルにより算出されたフライアッシュおよ

これらのフライアッシュには，CaやK，Clのようなファウリ

びデポジットの発生量や組成は，実機CFBボイラから得ング成長に大きく関わる元素が多く含まれていた。

られた測定値と良好に一致しており，ファウリング速度

試験機炉内に100時間設置されたプローブから採取したデは，バイオマスを燃料とした実機CFBボイラにおける実ポジットは，試験片由来とされるFeを多く含んでいること

際のファウリング傾向をよく示していた。

から，試験片の腐食による影響が考えられる。特にガス温度（4）デポジット評価試験を用いれば，実機CFBボイラから

750 ℃の位置に設置されたプローブの腐食は顕著であり，剥採取したフライアッシュのファウリング傾向の評価が可離した試験片を分析するとKおよびClが多く検出された。異能である。デポジット評価試験により，石炭由来のアルなるガス温度（650 ℃および750 ℃）にて設置されたプローブ

ミノケイ酸塩を多く含むフライアッシュは，バイオマスから得られたデポジットは，全体的に似た組成であった。ま由来のフライアッシュと比べファウリングが少ない傾向

た，これらのデポジットは試験に用いたフライアッシュとほを示した。

とんど同じ組成であったが，ガス温度750 ℃に設置されたプ（5）FoulEstモデルのさらなる改善案として，フライアッ

ローブのデポジットは，Cl含有量が少し多かった。

シュの発生およびデポジット付着における熱力学計算のRun１とRun２とで比較すると，Run２にて用いたプローブ

応用，また，デポジットの自然剥離とスートブローによの腐食が顕著であった。ただし，実機CFBボイラ（CFB１，

る強制剥離とを分けて考えることなどがあげられる。

CFB２）では，過熱器の材質や曝露温度の適切な選択により過熱器の腐食を軽微な状態にとどめられている。
デポジット評価試験から得られた結果は，フライアッシュ
付着係数に反映させることでFoulEstモデルに適用された 。
図６に，FoulEstモデルにより算出されたCFB１およびCFB２についての相対的なファウリング速度（火炉投入固体（参考文献）(1) Vesna Barišic, Tatsunori Shibata, Edgardo Coda Zabetta, Modelingof fouling in CFB boilers, Proceedings of the 11th international
conference on fluidized bed technology, 2014, p.383〜388.
(2)

山下智生, 柴田竜徳, CFBボイラ燃焼技術開発, 住友重機械技報,

no.177, 2011, p.5〜8.

に対する付着デポジットの重量割合）を示す。FoulEstモデル
による計算により，石炭または木質燃料に農業系バイオマス
住友重機械技報 No.188 201512

省エネルギー・環境保全特集 論文・報告

溶融塩中の高温腐食摩耗に関する研究

溶融塩中の高温腐食摩耗に関する研究
Research on High Temperature Erosion-Corrosion Failure in Molten Salt
●三津石
Daiki

大

貴＊

MITSUISHI吉田和Kazuki YOSHIDA

樹＊＊

阿

川

隆

Ryuichi AGAWA

一＊＊

野

際

公

宏＊

Kimihiro NOGIWA

粒子供給部〜20 kg

粒子加熱部〜800 ℃

ガス加熱部〜800 ℃

粒子加速部

15〜30 m/s

溶融塩蒸発部試験片

図１

高温腐食摩耗装置
High temperature erosion-corrosion test equipment

近年，循環流動層（Circulating Fluidized Bed

CFB）

ボイラにおいて，ランニングコスト削減などを目的にバイオマス燃料の使用割合が増加する傾向にある。一方で，バイオマス燃料使用比率が高い場合，燃料中に含まれる塩化ナトリウム（NaCl）
や塩化カリウム（KCl）などの溶融塩の影響により，火炉管の損耗速度が増加する可能性が知られている。そのような溶融塩環境中においてもプラントのさらなる安定運転を実現すべく，炉内環境に応じた材料選定技術の開発が求められている。しかしながら，バイオマス燃料を使用したCFBボイラ環境中での損耗現象の詳細は明らかになっておらず，材料選定を目的とす
る加速試験方法はいまだ確立されていない。
本研究では，今後さらに増加するバイオマス利用CFB
ボイラ火炉管用材料の選定を可能にすべくCFBボイラ環
境を模擬した加速試験方法の確立に取り組んだ。具体的にはボイラ内の環境因子が個別で制御可能な溶融塩雰囲
気中高温腐食摩耗試験装置を製作し，損耗に対する各因子の影響度を調査した。

１13衝突角度可変温度 300 ℃

まえがき

In recent years, while there are an increasing number of the
Circulating Fluidized Bed (CFB) boilers utilizing biomass
fuel for the purpose of reduction of its running costs, it has
become known that a higher percentage of biomass in thefuel could accelerate the pace of erosion-corrosion of theirboiler tube because of molten salt such as NaCl and KCL
contained in the fuel. To realize more stable operation of
the plant despite such an adverse condition, it is required
to develop a technology to determine the proper tube
material. However, the mechanism of the erosion-corrosionin the CFB boiler still remains unclear, and, therefore,
the method of the accelerated test with the aim of theselection of the material has not been established. This
paper describes how Sumitomo Heavy Industries (SHI)
was working to establish the method of the accelerated
test by simulating the conditions in the CFB boilers in orderto determine the suitable material for the furnace of the
CFB boilers utilizing biomass fuel, of which demand would
be increasing in the future. To be specific, SHI produced
a test device for a high temperature erosion-corrosion in
the molten salt atmosphere, which is capable of controllingeach factor of the in-boiler environment independently, andthus of investigating levels of influence of each factor.

である。また，循環粒子や未燃燃料は，サイクロンで排ガス中から分離され，再び火炉内に戻ることから火炉内で長い滞

近年，低品位炭やバイオマス燃料を利用することが可能な留時間が得られ，着火点が高い燃料なども利用できるという発電プラントとしてCFBボイラが注目されている。CFBボ

メリットがある。ただし，その循環粒子の使用により火炉内

イラは，炉内に燃料灰，硅砂および石灰石などを主体とした炉壁に敷設された熱交換用の水冷管（火炉管）の摩耗損耗を考大きな熱容量を保持している循環粒子が流動状態で大量に存慮する必要があり，あらかじめ想定される損耗量を見込んで在しており，水分などを含んだ発熱量の低い燃料も利用可能

火炉管の肉厚設計を行い，定期点検時に減肉分を補修するこ＊技術本部＊＊エネルギー環境事業部

住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告試験条件
Test conditions

表１

WT

脆性材料
延性材料

損耗率

θ

試験因子

単位

試験条件

粒子速度

m/s

15, 20, 25, 30

粒子総量

kg

9.0, 13.5, 18.0

溶融塩濃度

mg/m3

０〜300

粒子衝突角度

度

粒子種類

75

90

５

粒子速度と損耗量の関係
KCl濃度 ０mg/m3 平均
KCl濃度 100 mg/m3 平均
KCl濃度 200 mg/m3 平均

４
３
２
１
０
０

図３

５

10

15
20
25
粒子速度
（m/s）

30

35

10
９
８
７
６
５
４
３
２
１
０
０

アルミナ

SiC

KClコーティング粒子

粒子硬度（HV硬度）

1 000

1 500

3 000

1 100

粒子密度

g/cm3

2.65

3.95

3.21

2.65

ガス雰囲気

衝突角度と損耗量⑶Impact angle and amount of wear６

摩耗量（mm3/kg）

30
4560
衝突角度（θ/度）

摩耗体積
（mm3）

図２

15

30
硅砂

KCl腐食

大気 , 窒素 , 大気＋窒素中で KCl 蒸発させる

HCl腐食

KCl 蒸発なしで同等濃度の HCl ガス中

砂総量と損耗量の関係

６

KCl濃度 ０mg/m3 平均
KCl濃度 100 mg/m3 平均
KCl濃度 200 mg/m3 平均

５
摩耗量（mm3/kg）

０

溶融塩中の高温腐食摩耗に関する研究

KCl 濃度と損耗量の関係
粒子速度 20 m/s
粒子速度 30 m/s

４
３
２
１

4.5

９
13.5
砂総量（kg）

18

22.5

０
０

50

100 150 200 250
KCl濃度（mg・m−３）

300 350

高温腐食摩耗試験結果
High temperature erosion-corrosion test resultsとなどで対応する。
CFBボイラは石炭焚きが主流であったが，近年，運転コストを低減すべく，建築廃材などのバイオマス燃料の使用割合が増加してきている。一般に，バイオマス燃料の使用が増加

象（エロージョン）と高温における腐食現象（コロージョン）を模擬すべく次の損耗理論にもとづき装置を製作した。
2.1.1 エロージョン
粒子衝突による損耗すなわちエロージョン現象については ，すると，石炭燃料使用と比較して火炉管損耗速度が増加する

（1）
および式
（2）
に示すモデルを提案している。
Bitter⑵らが式ことが知られており，バイオマス燃料使用に当たっては，火このモデルは基本的に広く受け入れられており，粒子が衝突

炉管のメンテナンス費用の低減や，運転中の火炉管の異常損したときの運動エネルギーによって材料が塑性変形する損耗

耗による計画外停止の防止に十分な配慮が必要である。

量WDと粒子の水平方向速度成分により材料表面が切削される

バイオマス燃料使用時のCFB部材の損耗速度増加には，燃料中に含まれるNaCl，KClなどの溶融塩成分が影響している

損耗量WCとの和WTを全体の損耗量とする考え方である。

と考えられる⑴。しかしながら，そのような溶融塩存在下に＝おいて火炉管用金属材料が損耗する仕組みにはいまだ不明な

0.5 （ sinα− ）……………………………………
（2）＝
ε

点も多い。さらに，今後，多様な燃料の使用も想定されるこ＋………………………………………………
（1）
2とから，それに対応すべく系統的な材料選定手法を確立して

：粒子総量

：粒子速度

おくべきと考えられる。そこで，CFBボイラ環境を模擬し，ε：材料因子：材料因子

α：粒子衝突角度

溶融塩雰囲気中での高温腐食摩耗現象（エロージョン・コロ

このモデルによれば，粒子衝突によるエロージョン損耗量ージョン）を再現できる試験装置（図１）を開発し，これまで

は，材料に衝突した粒子総量M，粒子速度Vの２乗に比例し ，検証評価試験を実施してきた。本報では，開発した装置を用

材料の硬さに影響される。また，損耗する材料が延性材料といて，火炉環境中で火炉管損耗加速に影響を与える因子と損脆性材料で，それぞれ衝突角度に対して図２に示すような損耗現象の関係を調査した結果について報告する。

耗量変化を示す⑶。したがって，エロージョンに関しては粒２

高温エロージョン・コロージョン試験装置

2.1 火炉におけるエロージョン・コロージョン影響因子
高温エロージョン・コロージョン試験装置は，CFBボイラ
内環境を模擬可能であり，さらに損耗に影響を与える因子を子総量の制御，粒子速度の制御，衝突角度の制御が重要になる。特に粒子速度に関しては多くの場合，ガス流速などで代用することが多いが，本装置の開発に当たっては，実際の速度を把握することに留意した。
2.1.2 コロージョン抽出および制御して損耗現象を加速できる装置でなければな

金属材料の腐食による損耗すなわちコロージョン現象につらない。CFBボイラの火炉管損耗には種々の因子が複合的にいては，高温酸化に溶融塩の影響が加わった腐食が考えられ作用するが，その損耗形態はエロージョン・コロージョンでる。単純な高温酸化による材料の損耗は酸素が金属表面と反ある。したがって，実機環境における循環粒子による摩耗現

応し金属が酸化し，酸化膜が成長することで損耗が進む。そ住友重機械技報 No.188 201514

論文・報告

1.2

0.8

1.0
損耗量
（g）

損耗量
（g）

1.0

0.6

0.8

0.4

0.2

0.2
500

1 000

1 500 2 000 2 500
粒子硬度 / HV硬さ

3 000

０
０

3 500

粒子硬度と損耗量の関係
Relationship between hardness of particle and wear amount図５

硅砂KClコーティング粒子
アルミナ粒子
SIC粒子

0.6

0.4

０
０

図４

1.2

硅砂
KClコーティング粒子
アルミナ粒子SIC粒子

溶融塩中の高温腐食摩耗に関する研究

１２
３
粒子密度（g・cm−３）４５粒子密度と損耗量の関係
Relationship between density of particle and wear amountの際，酸化膜の成長速度Zは一般に式（3）に示す放物線則にうにして，ある濃度の溶融塩蒸気と混合された加速粒子は，よく従うことが知られている。

試験炉部分に設置されたノズルから噴出され，試験片に衝突＝

2

× × ………………………………………………
（3）

し，試験片を損耗させる。試験片の損耗量は試験前後の重量＝ ０exp⎛ −⎝変化から求めた。なお，試験片に衝突した粒子は，試験装置：酸化速度定数⎛⎝

2＝下の捕集缶に回収される。

32：活性化エネルギー

：ガス定数

ρ

O2

試験片設置台座は角度が可変であり，粒子衝突角度を変更できるようになっている。また，試験片冷却機能を設けてお：時間

しかしながら，溶融塩がこれに関与した場合，CFBボイラ
内部では溶融塩と火炉管材料との間で式
（4）
～
（7）
の反応⑷が
あることが知られており，酸化のみならず塩化現象も考慮しり，実機の火炉管と同じ表面温度にすることが可能である。

３

溶融塩雰囲気中における損耗試験

3.1 試験方法
開発した試験装置を用いて，粒子速度，粒子総量，溶融塩

なければならない。

濃度，衝突角度，粒子種類（粒子硬度），ガス雰囲気組成が火
２

＋

2→ 2

2 ＋2O2 →2 ＋ 2＋
2←

3＋

3

4＋

（4）
2 …………………………………

炉管材料の損耗に及ぼす影響を調査した。表１に，試験条件

4＋3

（5）
2 …………………………………

を示す。

2

3 3＋

（6）
2 …………………………

粒子速度は15～30 m/s，粒子総量は９～18 kg，溶融塩に……………………………………………
（7）

はKClを使用し０～300 mg/m3の範囲で制御した。衝突角度

3 4→ 2は30°に固定し，衝突粒子には平均粒子径を200μmにそろえ
これらの反応式から，コロージョンは溶融塩の挙動が材料た硬度の異なる硅砂，アルミナ粒子，SiC粒子を使用した。

損耗に対して大きな影響を持つことが分かる。そこでコロー

また，硅砂表面にKClをコーティングした粒子も使用した。

ジョンに関しては特にガス中の溶融塩濃度の制御に留意した 。

KClコーティング粒子を使用した理由は，溶融塩雰囲気中で次に，開発した評価試験装置の概要について述べる。

と溶融塩成分であるKCl
摩耗試験を行った際に，硅砂
（SiO2）

2.2 試験装置の概要

との間で式
（8）
の反応⑸が起こり，粒子硬度が変化することがエロージョンとコロージョンの理論にもとづき，高温において溶融塩雰囲気を制御しながら，粒子衝突による損耗現象を模擬することが可能な装置を製作した。すなわち，粒子総

３2＋２＋ 2 ＝ 2・３

2 ＋２……………………
（8）

量，粒子速度，粒子衝突角度，粒子温度，溶融塩濃度，雰囲

ガス雰囲気組成は，空気とN2の混合割合を変えた雰囲気中

気温度およびガス雰囲気などを制御して損耗評価可能な装置

で溶融塩を蒸発させて摩耗試験を行った。さらに式（8）からを実現した。

HClが存在する可能性も考慮して，KClを蒸発させた場合と図１に，装置の外観および装置の構成概要を示す。開発し同じ当量になるように溶融塩を蒸発させずHClガスを混合した試験装置は粒子供給部，粒子加速部，粒子加熱部，溶融塩た雰囲気においても摩耗試験を行った。試験片材質には火炉

蒸発部および試験炉部分で構成されている。

管相当材の炭素鋼を使用した。

本装置においては，粒子総量の制御を正確に行うべくスクリューフィーダで粒子を供給する。その後，粒子加熱部にお15考えられたからである。

3.2 試験結果
3.2.1 損耗量に及ぼす粒子速度，粒子総量および溶融塩濃度

いて粒子を加速し，加熱する。必要とする速度および温度ま

図３に，溶融塩雰囲気中で硅砂を衝突させ，粒子速度，粒で粒子を加速し，加熱するのに十分な滞留時間を取得すべく

子総量，溶融塩濃度を変化させたときの損耗量変化を示す。

粒子加熱部配管部はらせん構造とした。また，溶融塩濃度は損耗量の増加は，粒子総量に比例し，粒子速度の２乗に比例

溶融塩蒸発部において溶融塩試薬を入れたるつぼを加熱し，している。この結果はエロージョンモデル式と同じ傾向であ

溶融塩蒸気量と粒子混合気体量を調整して制御する。このよる。また，溶融塩濃度に比例して損耗量が増加することを新
住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告

0.35

0.50
0.40

損耗量（g）

0.35

空気
N2＋空気
N2
HCl

0.30

損耗量（g）

0.45

0.30
0.25
0.20
0.15

炭素鋼
ステンレス系材料
NiCr系溶射材

0.25
0.20
0.15
0.10

0.10

0.05

0.05
０
０

100

200

300

０
０

400

ガス雰囲気と損耗量の関係
Relationship between molten salt concentration or KCl vapor
concentration and wear amount

100

200

300

400

KCl濃度
（mg・m−３）

KCl濃度orHCl濃度（mg・m−３）

図６

溶融塩中の高温腐食摩耗に関する研究

図７

試験片材質と溶融塩濃度と損耗量の関係
Relationship between molten salt concentration and wear
amount for SS400, SUS310 and plasma sprayed material

たに確認できた。これらの結果は，燃料に含まれる溶融塩成

テンレス系材料が同程度で，溶射材が高い値を示しているが，分が多くなるに従って実機CFBボイラの火炉管損耗速度が増

溶融塩濃度に比例して炭素鋼の損耗量が増加している。ステ加する傾向に一致する。

ンレス系材料の損耗量も増加しているが，その増加傾向は少3.2.2 損耗量に影響を及ぼす粒子種類ない。溶射材に関してはさらに溶融塩濃度に対して変化が少

図４に，粒子速度，粒子総量，溶融塩濃度は同条件にし，ない。すなわち，耐腐食系材料であるステンレス系材料や溶硬度の異なる粒子およびKClを表面にコーティングした硅砂

射材では高濃度の溶融塩環境における損耗量が少ないと言え粒子を使用して，粒子硬度を変化させたときの損耗量変化をる。この結果は3.2.3においてガス組成を変化させた試験結果示す。

から推定した材料と溶融塩が直接的に関与し腐食反応が起こ

硅砂より硬いアルミナ粒子やSiC粒子を用いた試験でも粒ることで損耗に影響を与えているとの仮説と合致している。

子硬度と損耗量に明瞭な関係はなく，溶融塩コーティング粒

今後も，このような損耗量相対比較データを系統的に収集子を使用した損耗試験では，硅砂を使用したときの損耗量とすることで，実機CFBボイラのさまざまな炉内溶融塩濃度にほとんど変化がなく，粒子硬度と損耗量に明瞭な関係を見出

対して，最適な材料を選択することが可能となる。

せなかった。そこで損耗量と粒子密度の関係を調べると，粒子密度が大きくなるに従って損耗量も増加していた
（図５）
。

５

むすび

試験では，各粒子の平均粒子径を一定にそろえているので，（1）溶融塩雰囲気中での高温腐食摩耗試験を目的とした装粒子密度が大きい粒子ほど衝突の運動エネルギーが大きい。

置を開発した。この試験装置は，損耗に関係する粒子条

このことから，使用した粒子の材質の範囲では，損耗に対す件および腐食条件などの試験因子を制御することが可能

る影響は硬度よりも運動エネルギーの方が大きいと考えられであり，CFBボイラ炉内環境を模擬した損耗試験を行う
ことができる。

る。
3.2.3 損耗量に影響を及ぼすガス組成（2）火炉管材料の損耗量は，開発した評価装置により溶融

図６に，粒子速度，粒子総量は同条件で，硅砂を衝突させ塩濃度，粒子速度の２乗および粒子総量に比例して増加た場合にガス雰囲気組成を変化させたときの損耗量結果を示することが確認でき，損耗の原因となる因子の特定と損す。溶融塩存在下では，ガス組成が空気やN2またはその混合

耗現象との因果関係を明らかにした。

状態のいずれの場合でも損耗量は増加傾向にある。一方，（3）試験装置を用いて代表的火炉管候補材料の溶融塩濃度

HClガスを混合させた雰囲気では損耗量がほとんど変化してと損耗量の相対比較図を作成した。これよりステンレスいないことが分かる。

系材料や溶射系材料は，従来の火炉管材料と比較して溶

この試験結果から，HClは損耗量に影響を与えないことが

融塩濃度が損耗に及ぼす影響が少ないことが確認できた。

分かった。また，溶融塩が存在すれば酸素分圧によらず損耗（4）溶融塩雰囲気中での損耗加速については，溶融塩と火量が同傾向で増加していることから，火炉管材料と溶融塩が炉管材料で直接腐食反応が起こっていると推察され，今直接的に関与する腐食反応が起こっていると推察される。

後詳細に調査する予定である。

４

試験片材質と溶融塩濃度の損耗量相対比較試験結果

前述のように本試験装置で火炉管材料損耗に対する試験因子の影響が評価できることが分かった。そこで，いくつかの火炉管候補材の溶融塩雰囲気での損耗量の相対比較を行った 。

（参考文献）(1)

Andreas.W.Rau, CFB Refractory Improvements for Biomass Co-

Firing, Power engineering, vol.114, no.7, 2010, p.36.
(2)

J.G.A Bitter, A study of erosion phenomena part I, Wear6.1, 1963,
p.5-21.

具体的には調査してきた炭素鋼に加え，ステンレス系材料お(3) Bharat Bhushan, Introduction to Tribology, Wiley, 2002, p.371.

よびNiCr系溶射材について，溶融塩濃度に対する損耗量変(4)化を測定した。図７に，結果を示す。
損耗量は，溶融塩低濃度側では炭素鋼（火炉管相当材）とス

K.K.Parthiban, Chlorine induced high temperature superheater

corrosion in biomass power plants, Venus Energy Audit System, p.20.
(5)Rademakers, P, Review on corrosion in waste incinerators, andpossible effect of bromine., TNO Industrial Technology, 2002, p.18-25.
住友重機械技報 No.188 201516

省エネルギー・環境保全特集 論文・報告

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置（低圧損型）

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置（低圧損型）
Ultra-Fine Bubble Membrane Tube Diffuser System (Low Pressure-Loss Type)
●松

﨑

祐

子＊

Yuko MATSUZAKI

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置
Ultra-Fine Bubble Membrane tube diffuser system

排水処理プロセスでは，生物処理を行う反応タンクに空気を送るブロワで多くの電力を消費する。この電力消費量を削減すべく，酸素移動効率の高いメンブレン式散気装置が採用されてきたが，従来のセラミック散気装置に比べて圧力損失が高いという問題があった。
本報では，高い酸素移動効率を維持しつつ，セラミッ
ク散気装置と同等の圧力損失を達成した低圧損型メンブ
レンパイプ式超微細気泡散気装置の概要と導入事例を報告する。
本装置を導入した国内２箇所の下水処理場において，セラミック散気装置に比べ40～50 %の空気量削減を達成したほか，安定運転を継続できたことを確認した。

１

まえがき

に設けた孔から気泡を発生するメンブレン式と呼ばれる散気装置である。メンブレン式散気装置は効率が高い一方，初期排水処理においては，好気性微生物に酸素を供給し，微生の圧力損失もやや高く，一般的なセラミック製の散気装置と物の働きにより排水中の有機物を分解する処理方法が広く用併用する場合，設置高さを上げ，散気水深分の圧力を下げていられている。この酸素供給を目的として反応タンクに空気バランスを取っていた。しかし，全面エアレーション式の設を送るブロワでは，多量のエネルギーを消費する。その電力

備では，設置高さを上げて底部流速の確保が困難になった場

消費量削減に大きく寄与する技術の一つが超微細気泡散気装合，散気方式を効率の劣る旋回流式へ変更する必要があるな

置である。非常に微細な気泡の発生により酸素を効率的に水ど，高い効率を十分に生かせないという問題があった。

に溶解させ，従来の散気装置に比べて送風量を大幅に削減す

そこで，10年以上の運転実績を有するミクラス（メンブレ

ることで，電力消費量および温室効果ガス排出量の削減に貢

ンパイプ式超微細気泡散気装置）の低圧損型を新たに商品化献できる。

した。従来型の特長はそのままに，セラミック製散気装置と超微細気泡散気装置のなかで一般的なものは，ゴム製の膜
17Air blowers used for aeration consume a large amountof power in the wastewater treatment process. Although
an Ultra-Fine Bubble Membrane Diffuser with highoxygen transfer efficiency has been adopted to reduce
the power consumption, the problem of higher pressure
loss in comparison with the conventional ceramic diffuserremained. This paper reports a general description of an
Ultra-Fine Bubble Membrane Tube Diffuser System (Lowpressure-loss type) that has realized the same level ofpressure loss as that of the ceramic one, while keeping
the high oxygen transfer efficiency, and also describes
some installation cases of the system. It was confirmedthat two domestic wastewater treatment plants, in which
the system was installed, achieved 40 - 50 % reduction of
the airflow in comparison with the ceramic diffuser andwere able to keep stable operation of the system without
increase of the pressure loss.

＊住友重機械エンバイロメント株式会社

同等の圧力損失を実現している。
住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告●散気時

D-1000タイプ

散

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置（低圧損型）

超微細気泡

気

部

スリット開

取

付

部

空気分配溝

ヘッダ管

本体
（ポリプロピレン）

散

●停止時

気

部

ヘッダ管
（ステンレス）
メンブレン（特殊シリコンゴム）

本体
バンド メンブレン スリット閉

外径(mm)

全長(m)

散気部長さ(m)

重量(kg)

66

1.2

1.0

1.70

D-1500

66

1.7

1.5

2.25

D-2000

66

2.2

2.0

2.75

図２

散気装置仕様Specifications of diffuser

本報では，低圧損型ミクラスの概要と導入事例を報告する。

２

散気原理
Principle of foaming
45
40
35
30
25
20
15
10
５
０

酸素移動効率（%）

図１

型式
D-1000装置の概要

全面エアレーション式
標準槽旋回流式
０２2.1 適用範囲
反応タンク用散気装置として，新設，増設，改築および更

４

６

８

10

散気長さ通気量（Sm3/m/h）

図３

新などに適用する。散気方式は，全面エアレーション式，標酸素移動効率特性（清水，散気水深5ｍ）
Measurements of oxygen transfer efficiency in freshwater

準槽旋回流式，深槽旋回流式のいずれにも適用可能である。
2.2 散気設備の全体構成
ブロワにより吸引されてフィルタを通った空気は，空気管圧が高くなるとメンブレンが膨張してスリットが開き，そこから超微細気泡が発生する。

を経て反応タンクに送られ，ライザ管およびヘッダ管を通り，水中への酸素移動効率が高くなる理由として，気泡が超微散気装置から超微細気泡として散気される。気泡が水中に滞細化することで大きな比表面積が確保され，気泡の水中滞留

留することで酸素が供給されるとともに，気泡の上昇によっ時間が長くなることがあげられる。

て水槽内の撹拌を行うことができる。

2.5 運転方法

2.3 超微細気泡散気装置の概要
図１に，ミクラスの主な仕様を示す。基本寸法や構造・材
質は，従来型も低圧損型も共通である。
本散気装置は，ポリプロピレン製の円筒本体の中央に取付け部，両側に散気部を有している。散気部は，本体に特殊シ本散気装置は，散気停止時の目詰まりが生じにくく運転可
能な通気量の範囲が広いので，間欠運転や負荷変動に合わせた運転なども容易に行うことができる。

３

特長

リコンゴム製の円筒状メンブレンをかぶせ，その両端をバン

低圧損型ミクラスは，気泡を発生するスリットの形状を工ドで締め付けた構造である。メンブレンには超微細気泡を発夫することで，従来型の特長を継承しつつ低圧損化を実現し生するスリットが多数設けられている。

ている。

取付け部にある固定金具をヘッダ管の取付け用接続穴に差し込み１点で固定するので，取付けは簡単で，継手や散気装置用架台などは不要である。

3.1 高い酸素溶解性能
生物処理に必要な酸素を効率的に水中に溶解させることでブロワから供給する空気量を削減でき，ランニングコストの装置本体を円筒中空構造にすることで，散気時に生じる装削減と地球温暖化防止に貢献できる。図３に，低圧損型の酸置への浮力を最小にし，振動などを防止するとともに撹拌時

素移動効率特性を示す。清水，散気水深５ mにおける酸素移の流れの抵抗を抑制する効果がある。

動効率は全面エアレーション式で30 %前後，標準槽旋回流式

2.4 散気原理⑴にで25 %前後と，セラミック散気板（旋回流式で14～16 % ）

図２に示すように，空気が供給されていないときにはメン
ブレンが水圧により円筒状本体に密着する。それに伴い，ス
リットが閉じることで汚水がメンブレン内側に浸入しにくく ，
目詰まりリスクが低減される。
一方，空気が散気装置中央部のヘッダ管から散気装置に供給されると，装置に設けられた空気分配溝によってメンブレ
ン先端まで均一に分配される。本体とメンブレンの間の空気比べて大幅に向上している。
3.2 長期の安定運転
高温空気や排水中の油分などによる材質劣化リスクを最小化した高耐久性の特殊シリコンゴム製メンブレンを採用している。さらに，発泡部をスリット構造として，微生物などによる目詰まりリスクを軽減している。
図４に，従来型ミクラスの海外および国内下水処理場にお住友重機械技報 No.188 2015

18

12

※配管などの圧損含む

10
８
６
２

K処理場
H処理場
Wilhelmshaven

０
０

１

４

２

H浄化センター
M浄化センター
Hannover
３

４

５

N処理場
Mainz

S水再生センター
Lingen

６

８

７

９

10

散気装置圧力損失※（kPa）

散気装置圧力損失※
（kPa）

論文・報告

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置（低圧損型）

６※配管などの圧損含む

５
４
３
２
１
０
０

0.5

運転時間（年）
図６

散気筒
ミクラス（低圧損型）

80
60

約50 %
削減

40
20

日平均送風量（m3/min）

送風量（×103m3/日）

100

空気量削減効果（Ｇ処理場）
Reduction of air volume for aeration by ultra-fine bubble diffuser（G WWTP）

3.0

2.5

圧力損失特性（G処理場）
Interannual trend in pressure loss
（G WWTP）

50

ミクラス（低圧損型）

40

散気板

30

約40 %
削減

20
10

図７

空気量削減効果（T処理場）
Reduction of air volume for aeration by ultra-fine bubble diffuser（T WWTP）

ける圧力損失の経年変化を示す。圧力損失は，材質劣化や目散気水深約4.1 mの全面エアレーション式で，メンブレン

詰まりが進行すると大幅に増減すると予想されるが，いずれ式散気装置において一般的に行われる圧損上昇予防操作⑵の処理場でも長期にわたって安定している。運転条件はそれは実施せずに運転している。

ぞれ異なるが，目詰まりなどなく運転を継続していると判断（2）水処理状況できる。低圧損型ミクラスも材質や基本的なスリット構造は

本散気装置への更新前後で処理水質を確認した。平均同じであり，長期の安定運転が期待できる。

BOD（生物化学的酸素要求量）
除去率は2010年度で95.3 %，3.3本散気装置に更新後の2011年５月から2012年２月までで槽内の確実な撹拌散気装置には，活性汚泥に酸素を供給するだけでなく，反96.4 %であり，既設と同等以上の安定した処理が可能で

応タンク内を混合撹拌する機能が求められる。本散気装置は，本体が円筒形状で流れを阻害しないことから，深槽式反応タ

あった。
（3）空気量削減効果

ンクなど，限られたスペースに高密度に散気装置を設置した

図５に，送風量の推移を示す。日平均送風量は，既設場合でも，槽内を効率的に撹拌できる。風量制御範囲が広く

散気筒では夏季で約8 000 m3/日，冬季で約5 000 m3/日で高風量での運転もできるので，処理方式に合わせた設計で効あった。本散気装置への切替え後は，夏季で約4 000 m3/

率的な散気・撹拌が可能である。

日，冬季で約2 000 m3/日となり，本散気装置により年間3.4の必要空気量を約50 %削減できたことが分かる。既設ブ

更新コストの大幅低減

ロワを75 kWから45 kWに更新することで，大幅な電力

散気装置の更新時には本体をそのまま使用し，メンブレン

消費量の削減を実現した。

のみを交換できる。低圧損型では，他散気装置からの更新でも，既設装置と同水深に設置することでライザ管を最大限流（4）安定運転性
図６に，通気量５～６ m3/ｍ/ｈにおける圧力損失の経用でき，低コストでの更新および長寿命化が可能である。
また，高い酸素移動効率により必要空気量が減少すること

時変化を示す。運転開始から2.5年後までの圧力損失はから，送風機の更新時には小型化や台数削減による大幅なコ

3.3 kPa前後で，圧損上昇予防操作を実施しない長期間のスト低減を実現できる。

運転においても，散気筒の初期圧力損失⑴と同レベルで４低圧損型の導入事例

国内の公共下水処理場２箇所で，低圧損型ミクラスの空気量削減効果および安定運転性を長期的に調査した。
4.1

安定していることを確認した。
4.2

T処理場

（1）設備概要
表２に，T処理場の設備概要を示す。本散気装置が設

G処理場置されたのは１系６池，２系６池から構成される標準活（1）設備概要

性汚泥法の施設で，処理方式は２段のステップ流入式多表１に，G処理場の設備概要を示す。G処理場は標準

段硝化脱窒法である。本散気装置は１系の２池に設置し，活性汚泥法の設備で，反応タンクは現有２池のうち１池

既設のセラミック散気板と並列で，2013年２月から運転のみ稼働している。2011年５月より，既設のセラミックを行っている。

散気筒から本散気装置での運転に切り替えた。本設備は，
19

2.0

０
２/27４/28６/27８/26 10/25 12/24 ２/22４/23６/22８/21 10/20 12/19 ２/17

０
４月 ５月 ６月 ７月 ８月 ９月 10月 11月 12月 １月 ２月 ３月

図５

1.5
運転時間
（年）

圧力損失の経年変化（従来型ミクラス）
Interannual trend in pressure loss
(membrane tube diffuser, conventional type)

図４

1.0

散気水深は既設散気板と同じ４ mで，散気方式はいず
住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告Ｇ処理場の設備概要
Outline of G WWTP

６
散気装置圧力損失※
（kPa）

表１

メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置（低圧損型）

3

流入水量
（日最大）

13 290 m /日

水処理方法

標準活性汚泥法

池形状

7.85
（W）
×49.9
（L）
×4.7
（H）
m

散気装置型式

ミクラス（低圧損型）

散気方式

全面エアレーション式

散気水深約4.1 m

設置状況※配管などの圧損含む

５
４
３
２
１
０
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

運転時間
（年）

図８

表２

圧力損失特性（Ｔ処理場）
Interannual trend in pressure loss
（T WWTP）

Ｔ処理場の設備概要
Outline of T WWTP
約 7 800 m3/日/池

流入水量
（日最大）

ステップ流入式多段硝化脱窒法（２段）

水処理方法

5.4
（W）
×107
（L）
×5.2（H）m

池形状
散気装置型式

ミクラス（低圧損型）

散気板

散気方式

旋回流式

散気水深

４m

設置状況

れも標準槽旋回流式である。本設備でも圧損上昇予防操作は実施していない。

行いながら40～50 %の空気量削減を達成した。
（3）特殊シリコンゴムの採用と目詰まりしにくいスリット（2）水処理状況

構造により，材質劣化や目詰まりを最小化し，長期の安本散気装置に更新後，１年間の処理水質を調査した。

定運転を実現した。

本散気装置でのBOD除去率は94 %以上，窒素除去率は

ミクラスは，高い省エネルギー効果と耐久性が評価され，55 %以上で，処理水質は既設散気板と同等であった。

近年採用が増加している。公共下水では大都市も含め全国で（3）空気量削減効果

80件以上の実績があるほか，民間排水処理向けでも実績を

図７に，日平均送風量の推移を示す。並列運転で同じ伸ばしている。更新対応性が高い低圧損型ミクラスを商品化

水量を処理しているが，本散気装置への送風量は既設散したことで，さらに幅広いニーズに対応可能となった。本体

気板より少なく，平均40 %という高い空気量削減効果が形状も，従来のヘッダ管１点取付けタイプだけでなく，ねじ得られた。残りの10水路も本散気装置に更新することで，込みで取り付けられるタイプをラインナップに加え，セラミ

ブロワの運転台数を減らすことができ，38 %の電力消費

ック散気筒のヘッダ管を流用した長寿命化への対応も進めて量削減効果および年間約３千万円の電力費削減が期待でいる。

きると試算された。
（4）圧力損失
図８に，通気量約３ m3/ｍ/ｈにおける圧力損失の経時

なお，本散気装置は公益財団法人日本下水道新技術機構の建設技術審査証明（下水道技術）を取得している信頼性の高い装置である。

変化を示す。約２年間，圧損上昇予防操作を行わずに運今後も本散気装置を展開し，排水処理分野における地球温転を行ったが目詰まりなどの傾向はなく，圧力損失は安暖化対策の推進，ライフサイクルコストの削減に貢献してい定していた。既設散気板と同じ散気水深，同じ空気源でく所存である。

安定して運転できることを確認した。

５

むすび（1）低圧損型ミクラスの酸素移動効率（清水，散気水深５ｍ）
は，全面エアレーション式において30 %前後，標準槽旋（参考文献）(1)

日本下水道協会, 下水道施設計画・設計指針と解説 後編 2009年度

版, 2009, p.93～105.
(2)

財団法人下水道新技術推進機構, メンブレンパネル式散気装置技術マニュアル, 2005, p.39.

回流式において25 %前後で，超微細気泡散気装置の高い効率とセラミック散気装置に並ぶ低圧損を両立している。
（2）実処理場において，既設散気装置と同等以上の処理を「ミクラス※ MICRAS」は、住友重機械エンバイロメント株式会社の登録商標です。

住友重機械技報 No.188 201520

省エネルギー・環境保全特集 論文・報告

新しいベルトプレス脱水システム

新しいベルトプレス脱水システム
New Dewatering System with Belt Press
●柄

澤

俊

康＊

Toshiyasu KARASAWA

図１

ベルトプレス脱水機
Belt press type dewatering device

地球全体が温暖化している証拠がさまざまな気候指標から得られており，地球温暖化対策はますます重要になっている。また，世界の経済成長と人口増加に伴い資源やエネルギーの枯渇が懸念されている。このような状況のなか，持続可能な環境を維持するには低炭素社会の実
現や循環型社会への転換が必要である。下水道はこれま
で水の循環と環境保全の役割を担っていたが，近年は下水道にて発生するバイオマスの有効利用も求められている。
下水道では消化槽によりメタンガスを回収し，エネル
ギーとして有効利用を行っているが，発生する消化汚泥の脱水性の悪さが消化槽設備導入を妨げる理由の一つとなっている。
難脱水性汚泥である消化汚泥に対して，ベルトプレス
脱水機を用いた住友重機機械エンバイロメント株式会社（SHI-EV）
独自の脱水システムにて実証試験を行った。当システムの低含水率化を確認したので本報にて報告する。

１

まえがき

統計によると，年間230万tを超える汚泥が排出されている。
このような大量の下水汚泥からエネルギーを回収する方法

地球温暖化対策が求められて久しいが，エネルギー消費型として，一般的には嫌気性消化プロセスが使用されている。

の設備である下水道の分野でも省エネルギー化が求められて嫌気性消化プロセスでは，多種類の嫌気性細菌により下水汚いる。

泥中の有機物が分解されメタンガスが発生する。そのメタン

また，下水道は大きなエネルギーポテンシャルも有しており，下水汚泥を資源・エネルギーとして活用することによる循環型社会への貢献が期待されている。平成24年度の下水道
21

As various climate indices indicate that the entire globe
is getting warmer, it is becoming ever more importantto take countermeasures against the global warming.
At the same time, concerns about the depletion of
resources and energy are also widespread due to thegrowth of the world economy and population. Under
these circumstances, it is necessary to realize a lowcarbon society and to shift to a recycling-oriented society
so that a sustainable environment can be maintained.
It is also required to effectively use biomass created in
the sewerage system, which has been playing a role tocirculate water and maintain the environment. Althoughmethane gas that a digestion tank produces in thesewerage system is recovered for efficient use as fuel,a poor dewaterability of digested sludge is one of thereasons to hinder the adoption of digester equipment.
SHI Environment has developed its own system adopting
a belt press type dewatering device, and we used thatsystem to conduct a demonstration test to digested
sludge that is less dewaterable. This paper reports thatthe test result confirmed that our system achieved ahigher reduction of the water content of the sludge.

＊住友重機械エンバイロメント株式会社

ガスを回収し，消化ガス発電や燃料電池，最近では水素燃料などに有効利用している。
一方，消化汚泥は脱水しにくく，脱水後の汚泥量は消化し
住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告新しいベルトプレス脱水システム

雑用水混和槽
新型ベルトプレス脱水機
高分子溶解槽

薬注
ポンプ
ろ液
脱水ケーキ
油圧ユニット

LV
M

雑用水

ベヤ

ン
トコ

ベル

M

P
汚泥貯留槽

図２

汚泥供給
ポンプ

高圧洗浄
ポンプ

洗浄水槽

既設コンベヤ脱水システムフロー
Flow of dewatering system

ない場合と比べてもほとんど変わらない。このことから，多3.2 ベルトプレス脱水機

額の設備費をかけて汚泥消化設備を設置するメリットを得に

図３に，ベルトプレス脱水機の脱水工程を示す。ベルトプ

くく，消化槽プロセス自体の採用が見送られるという問題がレス脱水機は，無終端のろ布を連続で移動しながら重力ろ過 ，あった。

低圧脱水，中圧脱水，高圧脱水を経て脱水ケーキとして排出

本報では，難脱水性汚泥である消化汚泥を比較的安定的にされる。その後，ろ布は高圧水により洗浄され，再び重力ろ処理できるベルトプレスについて，新しい構造を持つベルト

過工程から繰り返す。次に各工程ごとの脱水の仕組みを詳細

プレス脱水機をSHI-EV独自の脱水システムに組み込んで，に説明する。

実証試験を行い性能を確認したので報告する。

3.2.1 重力ろ過部

２

ベルトプレス脱水機の概要

本報で報告するベルトプレス脱水機は，図１に示すように

本脱水機の最大の特長は最上段に重力ろ過部分を設け，機器全長を重力ろ過部としたことである。長い重力ろ過部に鋤を効率良く配置することで，凝集汚泥中の水を十分切ること

密閉タイプとしてユニット化されている。脱水機内部の構造が可能になり汚泥濃度を高くすることができる。

は，一般的なベルトプレス脱水機と同様に２枚の無終端ろ布

3.2.2 垂直くさび部と複数のローラで構成されており，脱水部分では２枚のろ布

垂直くさび部は，重力ろ過により濃縮された汚泥を２枚のが重なった状態でローラを巻き込むように組み込まれている。

ろ布の間に供給する部分で，自重による濃縮効果と汚泥の均２枚のろ布の間に汚泥を挟み込みローラ間を移動させること等供給を期待した機構である。ベルトプレス脱水機は，ベル

で，汚泥にせん断力と圧縮力を加え脱水する。

ト幅方向に均一に圧力がかかるので，汚泥が均一に投入され３

脱水システムの脱水原理

図２に，ベルトプレス脱水機を使用した脱水システムのフていない場合，汚泥が少ない部分には圧力がかかりにくく脱水が不十分となってしまう。ベルト幅方向に均一に汚泥を投入することは安定した処理を行う上で重要な要件となっていローを示す。

るが，垂直くさび部を設けることにより均等分配を実現して

3.1 凝集混和槽

いる。

ベルトプレス脱水機は，凝集汚泥をろ布で挟み込みローラ

3.2.3 低圧脱水部

間を移動させることで脱水するもので，処理可能な汚泥量やベルトプレス脱水機は，ろ布に張力を加えた状態で複数の脱水ケーキ含水率は，凝集汚泥の性状に大きく左右される。

ローラ間をS字に移動することで圧縮力が加わり，２枚のろ

このことからベルトプレス脱水システムで重要なことは，い布間に保持された汚泥が脱水される。圧縮力はローラ径に反かに強い凝集汚泥を作れるかということだと言える。凝集混

比例し，ローラ径が大きいと圧縮力は小さくなる。汚泥中の和槽は，汚泥と高分子凝集剤との完全混合と，生成した凝集

水分が多い場合は流動性が高く，高い圧力で脱水すると横方汚泥を壊さず排出するという相反する機能を同時に求められ向に広がることになる。実機ではベルトの側面から汚泥が漏ている。新しいベルトプレス脱水システムは，凝集混和槽のれるサイドリーク現象が発生する。これを防ぐには，初めは滞留時間，撹拌強度を自在に設定でき，汚泥性状に合わせたできるだけ小さな圧力でゆっくり絞り，水分が抜けていくに最適な運転条件を選定することで脱水機の性能を最大限に発

つれ徐々に圧力を増加させ脱水する必要がある。重力ろ過直揮できるシステムとなっている。

後の汚泥は，水分が多いことから小さな圧力でゆっくり脱水
することが求められており，低圧脱水部では大口径のローラ
住友重機械技報 No.188 201522

論文・報告表１
脱臭カバー

１. 重力ろ過部

脱水機仕様
Specifications of belt press

項

目

型

２. 垂直くさび部

新しいベルトプレス脱水システム

仕様

ベルトプレスろ過機式

ベルト巾

800 mm（有効巾 650 mm）

薬

１液調質

注

高分子凝集剤

ろ布走行用

電動機出力

2.2 kW

油圧ユニット0.37 kW電

源

400 V×60 Hz×３ φ

数

量

１台

６. ろ布洗浄部
６. ろ布洗浄部
３. 低圧脱水部

５. 高圧脱水部

図３

４. 中圧脱水部

汚泥性状
Sludge properties

汚泥種類

蒸発残留物
（TS）

浮遊物質
（SS）

繊維状物
強熱減量
（VTS） （100メッシュ）

消化汚泥

1.63%

1.24%

71.5%

8.8%

110

130

脱水機脱水工程
Dewatering process of belt press

85

85

83

83

81

含水率（%）

含水率（%）

表２

79
77
75
73
71
1.3

81
79
77
75
73
71

1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

40

50

60

図４

薬注率と含水率
Dosing rate and moisture content

80

90

100

120

図５

ろ過速度と含水率
Throughput and moisture contentを採用し，低圧でゆっくり脱水している。また，このローラける構造となっており，ローラ設置の自由度が高く，特徴的は外面をパンチングメタルとし，内外に脱水ろ液が抜ける構な脱水ローラの高密度配置を実現している。また，側板がケ造となっている。ローラ内部に抜けたろ液が再度脱水汚泥にーシングの役割も担っており，密閉型となっている。

接触しないように，大ローラ最下部に滞留することのない仕4.2 軸受組みを採用している。
3.2.4 中圧脱水部
中圧脱水部では，低圧脱水部を経てある程度の圧力でも広がりにくくなっている汚泥を，中間径のローラを使用し，中圧でサイドリークさせることなく脱水を行っている。
3.2.5 高圧脱水部
高圧脱水部では，最小径のローラを使用し，高圧で脱水を行っている。従来のベルトプレス脱水機と比較するとかなり多数のローラを配置し，何度もローラを通すことでせん断と圧縮を繰り返し，効果的な脱水を可能とした。
3.2.6 ろ布洗浄部
脱水された汚泥は，スクレーパによりろ布から掻き落とされ排出される。ろ布洗浄部では，ろ布の目詰まりを解消すべく高圧水により洗浄している。連続洗浄することでベルトプレス脱水機の連続運転が可能になる。

４

ベルトプレス脱水機の構造

4.1 フレーム

2370

ろ過速度（kgDS/m/h）

薬注率
（%）

ケーシング内に軸受を配置していることから，ベアリングの保護を強化すべく，三重シール構造で内部にグリースを充填したオリジナルの軸受を採用している。
4.3 駆動装置
ギヤボックスを介し，１つの駆動装置で２枚のろ布を同時に駆動させる仕組みとしている。完全にシンクロすることにより，汚泥移送時にせん断力が発生せず確実な移送が可能となる。

５

脱水機運転状況

5.1 脱水設備仕様
表１に，脱水設備仕様を示す。
5.2 対象汚泥
表２に，対象汚泥の分析結果を示す。
5.3 運転結果
5.3.1 薬注率変化試験
薬注率変化試験では処理量3.5 m3/hを条件とし，薬注率と含水率の関係を確認した。

フレームは，厚板にローラや受け樋などの構成要素を取り

図４に，その結果を示す。薬注率1.5 ％から2.3 %までは薬付ける厚板構造となっている。従来型は形鋼の組合わせでロ

注率を高くするほど含水率が低減し，薬注率2.3 %以上で含水ーラを配置していたが，本機は厚板側面に直接軸受を取り付率がほぼ横ばいになることを確認した。従来のベルトプレス
住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告ランニングコスト
（千円）

100
98
SS回収率
（%）

96
94
92
90
88
86

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

160
155
150

本脱水機
従来型

145
140
135
130
1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0

ランニングコスト（千円）

ろ過速度とSS回収率
Throughput and SS recovery rate

2.4 2.5

図８

薬注率と１日当たりのランニングコスト
Dosing rate and running cost per day

表３

ランニングコスト算出条件
Calculation conditions of running cost

140
120
100
80

薬品代
処分代

60
40

汚泥量

20
０

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

薬注率
（%）

図７

2.1 2.2 2.3

薬注率（%）

ろ過速度（kgDS/m/h）

図６新しいベルトプレス脱水システム

100 m3/日

汚泥濃度

1.6 %

高分子

850 円/kg

処分費16 円/kg

薬注率と薬品代, 処分代
Dosing rate and polymer, disposal cost

では薬注率を増加しても含水率はほとんど変わらないことが従来は，脱水機の運転コストを下げるべく薬注率を極力抑多かったが，本機では含水率は大きく低減した。その原因は，

えて運転することが求められてきた。これは，薬注率を増や脱水に寄与するローラの本数の違いが大きいと推測される。

すことによる含水率低減効果がほとんど得られず，薬品代を従来機では絞りきる前に排出されることからすぐに含水率の上回る処分費の低減が難しかったからと考えられる。本報で限界となったが，本機では何度も繰り返し脱水するので含水示したように，薬注率を増すことによりランニングコストが率の低減が可能になったと考えられる。

最適となる運転ポイントがあることは，これまで考えられな

5.3.2 処理量変化試験

かった結果であり，本脱水システムの大きな成果である。

薬注率変化試験における含水率低減の限界値（2.3%）について，処理量と含水率の関係を確認した。
図５に，結果を示す。ろ過速度50～60 kgDS/m/hで含水6.2 維持管理性実証試験により，高薬注率で維持管理性も向上することを確認した。

率約76 %を確認した。下水道事業団標準仕様書に記載され・汚泥濃度変動に強くなる。

ている数値（消化汚泥濃度1.5 %の時の含水率82 %，ろ過速度・凝集汚泥が強固になり，ろ液が清澄になる。ろ液の再利

70 kgDS/m/h）と比較すると，含水率は同じろ過速度では約５ポイント低減し，試験時最大ろ過速度では125 kgDS/m/h

用による洗浄水量削減につながる。
・脱水ケーキが強固になり，剥離性も向上することでSSで78.4 %となり，ろ過速度は約1.8倍，含水率は3.6ポイント低減した。
また，この時の浮遊物質（SS）の回収率は90 %以上となることを確認した（図６）。

６

脱水性能向上の効果

6.1 ランニングコスト
表３に，ランニングコスト算出に使用した汚泥条件，コスト条件を示す。脱水ケーキは場外処分とした。図４に示した
薬注率と含水率の関係から薬注率ごとの１日当たりの脱水ケ回収率が向上し，水処理の負荷低減につながる。
・脱水機内部の汚れが減少する。

７

むすび

ベルトプレス脱水機を採用した脱水システムにより次のことを確認した。
（1）消化汚泥に対し，従来型と比較し含水率の５ポイント低減が可能である。
（2）これまでより高い薬注率で，ランニングコストが最適になる。

ーキ量および薬品使用量を計算し，あらかじめ設定した価格（3）高薬注率運転により，維持管理性も向上する。

により薬品代と処分費を算出した（図７）。

今後も引き続きさまざまな消化汚泥について実証試験を行

図８に，薬品代と処分費を合計したランニングコストと薬注率の関係を示す。薬注率が1.5〜2.3 %の間では，薬注率がい，本脱水システムの優位性を確認し，循環型社会構築に貢献する所存である。

増えるほどランニングコストが低減する結果となった。ただし，薬注率2.3 %以上で含水率の低減効果もなくなることから，
ランニングコストが最低となる薬注率があることを確認した 。
住友重機械技報 No.188 201524

省エネルギー・環境保全特集 論文・報告

テーパーインペラ式撹拌機Ⅱ

テーパーインペラ式撹拌機Ⅱ
Tapered-Impeller Type Mixer Ⅱ
●村

田

圭

Keizo MURATA

三＊

テーパーインペラ式撹拌機Ⅱ
Tapered-impeller type mixer Ⅱ

近年の下水処理プロセスにおいては，有機物だけでなく窒素やリンを処理対象とした高度処理プロセスの導入が推進されている。従来，嫌気・無酸素槽の撹拌機としては水中撹拌機が多く採用されているが，必要とされる動力が大きく，保守・点検作業の負担も大きいなどの問題が指摘され，駆動部を水槽上部に設置した省エネルギ
ー型反応タンク撹拌機の適用事例も増加してきている。
住友重機械エンバイロメント株式会社（SHI-EV）
はテーパーインペラ式撹拌機を商品化しているが，今回，独自に改良を加え，さらに性能を向上させたテーパーイン
ペラ式撹拌機Ⅱを開発した。実施設におけるテーパーイ
ンペラ式撹拌機Ⅱの深槽反応タンク撹拌特性評価を行い，良好な結果を得たので報告する。

１

25

まえがき

In recent years, it has been promoted to introduce
the advanced sewage treatment process that deals
with nitrogen and phosphorus, along with the organic
substances, as processing objects. A submerged
stirrer has been employed for the anaerobic/anoxictank operation. However, since that stirrer requires
large operational power and a lot of maintenance andinspection work, an energy-saving reaction tank agitator,of which the driving unit can be set above the tank,is increasingly being adopted. Tapered-Impeller type
Mixer being put into the market at the moment, we havedeveloped Tapered-Impeller type MixerⅡ with enhanced
performance by making the original improvements on
the former. This paper reports the positive results fromthe characteristic evaluation of the agitation functionalityof Tapered-Impeller type MixerⅡ working in the deep
reaction tank.

拌機としては，嫌気・好気兼用槽や好気槽としても使用できる水中撹拌機が多く採用されている。しかし，撹拌に必要な

近年の下水処理プロセスにおいては，東京湾などの閉鎖性

動力が大きく，駆動部を含めた装置本体が水中に設置されて水域を中心に発生する赤潮の原因となる富栄養化を防止すべいることから保守・点検作業の負担が大きいなどの問題が指く，高度処理プロセスの導入が推進され，水質汚濁物質であ摘されている。これにより，近年では駆動部を水槽上部に設る有機物のほかに窒素やリンを処理対象としている。下水高

置し，水中部にはシャフトとインペラのみを配置した省エネ度処理プロセスの反応タンクでは，散気装置などにより汚水

ルギー型反応タンク撹拌機の適用事例も増加してきている。

中に酸素を溶解させ，微生物（活性汚泥）の働きで有機物を分SHI-EVは，汚泥消化槽で多くの実績を有するインペラ式

解する好気槽と，酸素が溶け込まない状態で汚泥を混合撹拌

撹拌機を反応タンク用に改良して，省エネルギー，省メンテさせる嫌気・無酸素槽を組み合わせることにより，効率的にナンスおよび更新が容易であることを商品コンセプトとした

窒素・リンの除去を行っている。従来，嫌気・無酸素槽の撹

テーパーインペラ式撹拌機を商品化してきた。さらに今回，＊住友重機械エンバイロメント株式会社

住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告

⎧
⎨
⎩

電動機
減速機
架台

駆動装置
設置場所
撹拌動力密度駆動方式

スラブ上
標準槽 １ W/m3 以下
深 槽 １ W/m3 以下
電動機＋減速機

10

図１

−20

許容値12
（kgf/mm ）

応力
（MPa）

−30
−40
−50
−60
−70
−80
−90
−100

CH８ CH７CH６

CH５
CH６
CH７
CH８

CH５

ひずみゲージ貼付位置

インペラ応力測定値と解析値の比較
Comparison of impeller stress measurement andanalysis value

処理場 湖南中部浄化センター ５-２系列
処理方式 凝集剤添加ステップ流入式多段硝化脱窒法
計画処理水量 6 500m3/d・系列

測定値
計算値

12
疲労限度
（kgf/mm2）

SUS304
2.2 m
２枚 ×１段
14 〜 50 r/min（定速回転）
水面から 1.5 m

図２

2

解析値
（スラスト荷重＋ラジアル荷重）０装置の構造
Construction of device

14

解析値（スラスト荷重）−10撹拌軸
材質 SUS304
寸法 φ50 〜 75 mm
インペラ
材質
インペラ径
インペラ数
回転数
設置高さ

測定値

テーパーインペラ式撹拌機Ⅱ

B
C
D

10
８

A

E

６
４
２
０
10

20

30

40

50

回転数
（r/min）

図３

回転数と主軸応力の関係
Relationship between rotational speed
and shaft stress

図４

試験場所撹拌機配置図および測定点
Stirrer arrangement diagram and measuring point at test location

独自に改良を加え省エネルギー性を向上させたテーパーイン（1）従来機の傾斜角を見直し，平板折曲げ形状から曲面円弧形状へ変更ペラ式撹拌機Ⅱを開発した。インペラ設置位置を見直したこ→抵抗力の低減により低動力化を実現した。

とにより施工性も容易になり，今後増加すると考えられる更新需要への対応性が向上した。

２

装置概要

2.1 テーパーインペラ式撹拌機Ⅱの構造（2）インペラを主軸に対して左右対称から非対称へ変更→揚力向上により撹拌性能が向上した。
2.2.2 インペラ設置高さの最適化（1）池底からインペラ径程度上側に設置していたものを水

図１に，テーパーインペラ式撹拌機Ⅱの構造を示す。従来

面から1.5 m の深さに設置することに変更

機同様に駆動装置，主軸（SUS304），およびインペラ（ SUS304）→インペラ設置位置の曖昧さをなくした。

から構成されている。

→主軸の短軸化により軸のたわみ量を極小化し，減速

従来機は，槽底部（池底からインペラ径程度）をインペラ設機にかかる曲げモーメントを軽減すると同時に，材置基準位置としていたが，本機ではインペラ形状を最適化す

料費および据付け工数（軸継手）の減少により，コスることで，より強力な下向流を作り出すことが可能となり，トを削減することができた。

インペラ設置基準位置は水面下1.5 mとした。インペラからの下向流は，勢いを保ったまま底部に到達することで汚泥の堆積を防止するとともに，底部から側壁への流れを生み出す。

３

開発設計

3.1 詳細設計

側壁近くでは上昇流，槽水面近くでは主軸への集中流，主軸

撹拌性能に関するインペラの形状および設置高さの最適化

近くでは下向流となり，槽全体として強い循環流を作り出し

は，流体解析シミュレーション（ANSYS FLUENT）
を用いて

ている。

決定した。また，流体解析シミュレーションからインペラに

2.2 テーパーインペラ式撹拌機Ⅱの特長

かかる圧力を算出して得られる荷重，モーメントおよびプロ

本機は，従来のテーパーインペラ式撹拌機について次に示す改良を行い，撹拌性能の向上と低動力化を実現した。
2.2.1 インペラ形状の最適化

トタイプ試験機運転時のひずみ測定値を入力条件として，駆動部，インペラおよび主軸の設計を行った。
インペラ強度解析に対しては，有限要素法解析シミュレー
住友重機械技報 No.188 201526

論文・報告試験設備概要Test equipment overview

表２

試験対象水槽
系

５-２系列

列

第７槽

第７槽

8.7
（W）
×9.0
（L）
×8.85
（H）
m
（693 m3）

同左

設置位置

水深1.5 m

水深7.0 m形

テーパーインペラ式
低動力撹拌機Ⅱ

テーパーインペラ式
低動力撹拌機

槽形状

式

試験項目
Test items
項

比較対象水槽５-１系列

槽内MLSSの変動幅が平均値±10 %以内

動力

槽内撹拌が十分な条件での撹拌動力密度

水処理性能

水質

水質が比較対象系列と同等

1.5 kW（VVVF）

2.2 kW

0.35

2 200 mm

2 600 mm

0.30

回転数

10〜30 r/min

14 r/min

機
器
8 850

0.25
0.20

14 r/min21 r/min25 r/min
30 r/min

0.15
0.10
0.05
０
０

1 800

8 850
7 350

8 700

8 700

図５

2 600

ション
（SOLIDWORKS Simulation）
を用いて適切な板厚や構成要素の検討を行った。

底部流速が0.1 m/s以上

MLSS

インペラ径

2 200

流速

省エネルギー性

電動機容量

概略図

評価項目・方法

目

撹拌性能

底部流速
（m/s）

表１

テーパーインペラ式撹拌機Ⅱ

４

1.0

2.0
3.0
4.0
インペラ中心からの距離（m）

5.0

6.0

インペラ中心からの距離と底部流速
Distance from the impeller center and bottom flow rate

実施設での撹拌性検証

3.2 設計検証

4.1 試験条件

3.2.1 検証方法

4.1.1 試験実施場所

実際の運転中にインペラおよび主軸にかかる力が不明確で検証は，滋賀県琵琶湖流域下水道湖南中部浄化センターのあることから実機と同スケールの試験機を製作し，運転中の５系水処理設備５ - ２系列反応タンク第７槽（後脱窒槽）（図

ひずみ測定から曲げ応力と軸力を求め，計算値との比較検証

４）を試験対象水槽とし，既設のテーパーインペラ式撹拌機を行った。

が設置してある５-１系列反応タンク第７槽（後脱窒槽）を比主軸，インペラにひずみゲージを貼付し，６
（W）
×６
（L）
×

較対象水槽とした。

5.5（H）mの大型水槽に設置して回転数を変化させながら撹拌

4.1.2 試験設備の概要

運転し，応力測定を行った。

表１に，試験対象設備と比較対象設備の概要を示す。両水

3.2.2 検証結果

槽とも同形状で，縦横比１：1.03，水深8.85 m，容量693 m3（1）インペラの深槽式反応タンクである。

図２に，解析値と試験測定値の比較結果を示す。図中の応力値は，プラス側で引張り応力（インペラ下向きにかかる力），マイナス側で圧縮応力（インペラ上向きにかかる力）を示す。インペラにかかる応力は回転数とともに増加する傾向であったが，図２は仕様最高回転数である50 r/min時の結果である。インペラ中央部のCH７，
CH８の圧縮応力が大きいことからインペラ上向きにかかる力が支配的であることが分かる。総じて試験測定値

撹拌機の仕様の相違点は次のとおりである。
（1）インペラ設置高さ
比較対象機が水深７ mであるのに対し、試験対象機の水深は1.5 mとした。
（2）インペラ径
比較対象機が2 600 mmであるのに対し、試験対象機は2 200 mmとした。
（3）電動機容量および回転数

は解析値よりも安全側の値を示し，インペラとボスの接比較対象機が定格2.2 kW・14 r/minであるのに対し、合部近傍のCH５，CH６では試験測定値が解析値を上回

試験対象機は定格1.5 kWとし，回転数を変えた測定がでる場合があったが，許容値（138MPa）に対して十分小さな値であり，実際上の問題はないと考えられる。
（2）主軸
図３に，回転数と疲労限度の関係を示す。主軸にかかきるようにVVVF仕様にして10～30 r/minとした。
4.1.3 試験項目
今回の検証試験は2015年３月から実施しており，2016年３月まで継続予定である。

る応力は回転数とともに増加することが確認でき，測定

表２に，当初の性能試験で確認した項目を示す。回転数

値は計算値より安全側の値を示した。総じて計算値と測を変化させ，流速およびMLSS（Mixed Liquor Suspended

定値が良好に一致したが，50 r/min時に乖離が大きくな

Solids 反応タンク内の浮遊物質濃度）を測定して撹拌性能評った。これは，たわみ測定時に主軸だけでなく架台のた価を行った。また，槽内撹拌が十分な条件での撹拌動力密度

わみも加算している可能性が考えられる。

（水槽１m 3当たりの撹拌所要動力）から省エネルギー性を，最適条件設定後の運転における水質分析結果から水処理性能

27

住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告テーパーインペラ式撹拌機Ⅱ

0.7

6.0

14 r/min

5.0

21 r/min25 r/min

4.0

30 r/min

3.0
2.0

0.8

0.5
0.6

0.4
0.3

0.4

0.2

0.3
0.2

0.1

1.0
０
０

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

０

6 000

０

５

MLSS
（mg/L）

図６

MLSS濃度分布特性
MLSS concentration characteristicsを評価した。

1015

撹拌動力密度（W/m3）

測定箇所：B

7.0

1.0

0.6

モータ入力動力（kW）

底部からの高さ
（m）

8.0

０

21
20

25

30

35

回転数
（r/min）

図７

回転数と動力Rotational speed and power

条件と設定し、本条件下での試験対象水槽と比較対象水槽のなお，流速とMLSSの測定ポイントは図４に示すA～E点

第６～８槽の硝酸性窒素濃度を定期的に分析した。両水槽とである。測定高さは水槽底部から0.1 m，１ m，３ m，５ m，もほぼ同等の脱窒性能であることが確認できた。

７ m，8.5 mの６点とした。底部流速の評価はA，B，D点で，4.3 施工性高さに対するMLSS分布の評価はB，C点で実施した。

今回の試験対象設備は，既設の比較対象機を一時撤去し，4.2 試験結果

架台を流用して駆動部，インペラおよび主軸を入れ替えて試4.2.1 流速特性

験を実施している。施工に際しては水を抜くことなく短時間

図５に，インペラ中心からの距離と底部流速の関係を示す。

で交換作業を実施することができた。本機は施工性が容易でいずれの測定点でも回転数の増加に伴い，底部流速が増加し，あり，今後増加が見込まれる更新需要への対応性が高いこと

インペラ中心からの距離が遠くなるにつれて流速が低下するを示している。

傾向が確認された。インペラ中心からの距離が最も遠く，汚泥の堆積が心配される底部隅（D点）の流速が，汚泥が堆積し５

むすび

実施設の深槽反応タンクにテーパーインペラ式撹拌機Ⅱをない目安の流速とされる0.1 m/s以上を満足する条件は，インペラ回転数が21 r/min以上であることが示された。

適用し，撹拌性能，省エネルギー性および水処理性能を評価

4.2.2 MLSS濃度特性した。

図６に，測定点Bの底部からの高さに対するMLSS濃度特（1）底部流速が0.1 m/sを満足し，かつ槽内MLSS分布を均性を示す。回転数14 r/minでは底部のMLSS濃度が高くなっ一に維持できる撹拌条件では，撹拌動力密度が0.3 W/m3ていることから，撹拌が十分でなく槽底部に汚泥が濃縮されであり，従来のテーパーインペラ式撹拌機の1/5程度でていることが分かる。一方，回転数21 r/min以上では槽底部あった。

から表層部までほぼ一定のMLSS濃度になり，平均値からの（2）省エネルギー運転となる最適運転条件において，水処

変動幅も±３ %以内の範囲に収まっている。測定点Cにおい理性能は従来のテーパーインペラ式撹拌機と同等である。

ても同様の結果であることから，21 r/min以上の回転数で槽（3）インペラ設置高さの最適化を行い，水を抜くことなく容易に施工できることを確認した。

内の撹拌が十分に行えることが示された。
4.2.3 動力特性

本報で示した試験結果は，滋賀県との共同研究成果の一部

図７に，本機の回転数に対するモータ入力動力特性を示す。

をまとめたものである。本共同研究は2016年３月まで実施す

動力は，回転数の３乗に比例するという一般的な特性を示しる予定であり，今後も知見が得られるよう新しい試験条件のた。

検討などを進めていく所存である。共同研究実施に当たりさ

これまでの結果から，21 r/minでインペラを回転させるこ

まざまなアドバイスや協力を得た，滋賀県琵琶湖環境部下水とによって，底部流速が0.1 m/s以上を満足し，槽内のMLSS

道課，滋賀県南部流域下水道事務所ならびに日本メンテナス

分布も均一に撹拌されることが明らかになった。このときのエンジニヤリング株式会社の皆様に心から感謝申し上げる。

撹拌動力密度は0.3 W/m であった。
3

比較対象水槽のテーパーインペラ式撹拌機の撹拌動力密度は1.5 W/m 程度であり，また従来から多く採用されている水3

中撹拌機は約10 W/m であることから，大幅な動力削減効果
3を確認できた⑴⑵。

（参考文献）(1)

鈴木茂,テーパーインペラ式撹拌機,住友重機械技報 , no.177, 2011,p.17～22.

(2)

林奈央, 鈴木茂, テーパーインペラ式撹拌機の深槽反応タンクへの適用, 第47回下水道研究発表会講演集, 2010, p.471〜473.

4.2.4 水質特性
これまでの結果から、21 r/minを試験対象水槽の最適運転
住友重機械技報 No.188 201528

省エネルギー・環境保全特集 論文・報告

高速凝集沈殿装置 スミシックナー Z

高速凝集沈殿装置 スミシックナーZ（Zone Separator Model）
High-Performance Sludge Blanket Clarifier-SUMI-THICKENER Z
●三

井

昌

Masafumi MITHUI

文＊

鈴

木

茂＊

Shigeru SUZUKI

坂

本

広

地＊

Kouchi SAKAMOTO

スミシックナーZ（Zone separator model）
SUMI-THICKENER Z（Zone Separator Model）

凝集沈殿は，水処理プロセスのなかで最も広く用いられている重要な処理方法の一つである。近年，一般的に用いられてきた凝集沈殿方式よりも高い水面積負荷での処理が可能な，小型の高速凝集沈殿方式を採用するケースが増えている。
住友重機械エンバイロメント株式会社（SHI-EV）
は，多くの実績を持つスミシックナーの構造と技術を基礎として，高速凝集沈殿方式のなかでも，より清澄な処理水が得られるスラッジブランケット式凝集沈殿装置 スミ
シックナーZ（Zone Separator Model）
を開発した。
製鉄工程の循環水を処理対象として性能を確認し，水面積負荷38～52 m 3 /m 2 /h ，無機凝集剤（PAC）添加率
１～５ mg/L，高分子凝集剤添加率0.3 mg/Lで処理水の
懸濁物質
（SS）
濃度は10 mg/L程度と，従来よりも高い水
面積負荷，少ない薬品添加量で，良好な処理水質を達成
した。

１

29

まえがき

Coagulation-sedimentation is one of water treatment
methods which are most important and widely used in thetreatment process. In recent years，however, a spacesaving and high-speed coagulation-sedimentation isincreasingly adopted, which can make the treatment withhigher surface loading rate than the conventional one.
Based on the unique structural features and technologies
of SUMI-THICKENER，which various water treatment
plants employed, we developed a sludge-blanket-type
coagulator,“ SUMI - THICKENER Z - Zone Separator
MODEL”that has realized the clearer treated water.
We evaluated the performance of SUMI -THICKENER Z
to treat circulating water for an iron manufacturing, andit was found that the new model produced a treatedwater of a better quality with higher surface loading rateand lower dosing rate than the conventional coagulationsedimentation unit : Suspended solid (SS) concentrationof the treated water was around 10 mg/L at the surface
loading rate of 38～52 m3/m2/hr, the poly aluminum
chloride (PAC) dosing rate of 1～5mg/L and the organic
polymer dosing rate of 0.3mg/L.

おいては，処理水基準値以下に処理することに加え，安価で低ランニングコストで管理が容易なことが望まれる。

凝集沈殿処理は，薬剤などの添加により排水中のSSを凝

近年このような要望に応えるべく，従来から一般的に用い集させ，生成した凝集フロックを固液分離する，最も広く用られてきた凝集沈殿方式よりも高い水面積負荷での処理が可いられている重要な水処理プロセスの一つである。

能な，小型の高速凝集沈殿方式を採用するケースが増えてい廃水中の有害物質の除去や回収を行い，所定の許容限界水る。スラッジブランケット式凝集沈殿は，高速凝集沈殿方式

質以下に処理することを目的とする環境保全処理プロセスにのなかでもより清澄な処理水が得られ，ろ過器の代用として＊住友重機械エンバイロメント株式会社

住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告通常の凝集沈殿運転

高速凝集沈殿装置 スミシックナー Z

スラッジブランケット運転

センターウェル

凝集剤

凝集剤

処理水

センターウェル

処理水

処理対象

処理対象
清澄ゾーン

清澄ゾーン
分離ゾーン

スラッジブランケット

分離ゾーン

図１

濃縮ゾーン

濃縮ゾーン

余剰スラッジ

余剰スラッジ

通常の凝集沈殿運転とスラッジブランケット運転
Commonly used coagulation-sedimentation and sludge-blanket clarification

ケットに放出され通過する過程で，微細なフロックが既成のスラッジブランケットあり

フロックに衝突吸合されて一体化し，大きく成長することでスラッジブランケットなし（従来の凝集沈殿）

沈降速度が速まることから従来の凝集沈殿処理と比較して大処理水SS濃度（mg/L）

100

幅に高い水面積負荷での固液分離が可能となる。成長したフ80

ロックは，スラッジブランケットと清澄ゾーンの間の境界面

60で固液分離され，清澄ゾーンを通過して処理水として排出される。

40

このように，沈殿槽内での既成フロックへの衝突吸合と，

20００固液分離の２つの工程を経る点が一般的な運転方法と異なる⑴
５

10

15
3

20

2

水面積負荷
（m /m /h）
処理対象

カオリンスラリー（SS濃度 1 000 mg/L）
100 mg/L
PAC添加率
ポリマー添加率 1.0 mg/L

（図１ 右）。

３

スラッジブランケット運転の効果

図２に，濁度成分の標準物質である無機SSのカオリンと水を混合したスラリー（カオリンスラリー）を対象として，ス
ラッジブランケットを形成した場合と，形成しなかった場合

図２の処理水質を比較した結果を示す。

スラッジブランケット運転の効果
Effect of sludge-blanket clarification

カオリンスラリーのSS濃度は1 000 mg/L，無機凝集剤添加
率は100mg-PAC/L-原水，ポリマー添加率は1.0 mg-粉体/L原水とした。
スラッジブランケットを形成しない従来の凝集沈殿処理の用いるなど従来の凝集沈殿処理では達成できなかったレベル

場合，水面積負荷を大きくするにつれて処理水SS濃度が高の処理が可能である⑴⑵。

くなったのに対し，スラッジブランケットを形成した場合，本報では，多くの実績を持つスミシックナー の構造と技⑶

術を基礎として開発したスラッジブランケット式凝集沈殿装
置スミシックナーZ（Zone Separator Model）
を紹介する。

２

スラッジブランケット運転とは

水面積負荷を大きくしても処理水SS濃度は20 mg/L以下でほとんど変化しなかった。
これは，通常の凝集沈殿処理では，凝集フロックに微小なものが存在していることによる。処理水の清澄性を高めるに
は，凝集剤の添加量を増やしフロックを大きくすることで，通常の凝集沈殿処理では，センターウェルから放出された

分離限界以下の微小フロックを減少させる必要がある（図３

流入水が分離ゾーンで固液分離され，清澄ゾーンを通過して左）。しかし，スラッジブランケット運転では，微小なフロ処理水として排出される。つまり，沈殿槽内では固液分離工

ックが捕捉されるとともにフロック径が均一化されることで，

程のみが行われる（図１ 左）。

薬品の添加量を増やすことなく微小フロックを減少させ，清スラッジブランケット運転では，流入水がスラッジブラン

澄な処理水を得ることが可能である（図３ 右）。
住友重機械技報 No.188 201530

論文・報告高速凝集沈殿装置 スミシックナー Z

通常の凝集沈殿運転

スラッジブランケット運転

分離限界

分離限界

図３

フロック数

フロック均一化（薬注なし）

フロック数

凝集剤
添加量増加

フロック径

フロック径

凝集剤の添加量を増やし, 微小フロックを減少させる。

凝集剤の添加量を増やさず均一化することで微小フロックを減少させる。

微小フロックを減少させる方法
Method to reduce small size flocs

このように，スラッジブランケット運転を行うことで，①のほかのゾーンと区画されて独立したゾーンとなっており，

高い水面積負荷で，②清澄な処理水が得られ，③薬品添加率

凝集フロックが上昇流と均衡した状態で流動し，保持されてを少なくできるといった効果が期待できる。

いる。

４

スミシックナーからスミシックナー Z への改良

SHI-EVの主力商品であるスミシックナーは，回転するデンケットを通過する間に，既成の凝集フロックと接触して捕集され，大きく成長する。

ィストリビュータを備え，流入水を均一に分散し，従来の凝成長したフロックは，スラッジブランケットの界面付近で集沈殿装置の問題点であった不均等な上昇流の発生を防止す

固液分離され，分離水は清澄ゾーンを通過して処理水としてることで高負荷化を実現した装置で，1983年以来220基以上排出される。分離された余剰なスラッジは，スラッジブランの納入実績を重ねている。

ケットゾーンから越流して，スラッジ下降ゾーンを通って濃これらの実績のなかには，スラッジブランケットを形成し固液分離効果を高めた運転を行っているものもあるが，スラッジブランケットゾーンと濃縮ゾーンが区画されていないことから，次の①，②のような問題が起こる可能性があり，処理対象や運転条件が限定されていた。
① スラッジブランケット界面のコントロール
界面高さのコントロールを濃縮スラッジの引抜きにより行った場合や，流入水量が変化した場合には界面高さが大きく変化し，処理水質が安定しない。
② スラッジ引抜きラインの閉塞
スラッジの滞留時間が長いことにより濃縮されすぎ，引抜きラインが閉塞してしまう。
スミシックナーZは，スミシックナーの構造と技術を基礎

縮ゾーンに流入し，濃縮後に槽外へ排出される。

６

スミシックナー Z の特長

6.1 回転するディストリビュータ
スラッジブランケットを流動させる方法として，機械的に撹拌する方法と，流入水の流速を利用して撹拌する方法がある。
機械的に撹拌する方法では，流入水が１箇所から供給されたり，中心部と周辺部で撹拌強度が異なったりするので，均等な流動状態を作ることが難しい。
本装置では，スミシックナーの技術を用い，回転するディ
ストリビュータで流入水を均等分散するとともに，ディスト
リビュータからの吐出流によりスラッジブランケットを均等として，このような問題を解消し，スラッジブランケット運に流動させている。

転を容易に実現可能な構造に改良した装置である。

6.2 スラッジブランケットゾーンの機能独立

５

スミシックナー Z の概要

スミシックナーでは，スラッジブランケット界面の安定維持が難しいケースがあった。本装置では，スラッジブランケ

図４に，装置概要を示す。流入水は，フィードパイプを通ットゾーンが，濃縮ゾーンと中間底板により区画されている

り，回転するディストリビュータによりスラッジブランケッ

ことから，スラッジの引抜きや流量変動時のスラッジの収縮

トゾーンに分散供給される。

と膨張などの影響を受けにくい。また，常に安定運転に必要

スラッジブランケットゾーンは，中間底板と側板によりそ
31

流入水中の未凝集の粒子や微小フロックは，スラッジブラ

な量のスラッジが保持されていることにより，短時間での立住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告高速凝集沈殿装置 スミシックナー Z

清澄ゾーン

処理水
流入水
スラッジブランケット
ゾーン

下降ゾーン
ディストリ
ビュータ

濃縮ゾーン
引抜きスラッジ

図４

スミシックナーZの概要
Schematic representation of SUMI-THICKENER Z

図５

実証試験機
Pilot plant of SUMI-THICKENER Z

ち上げが可能である。

・水面積負荷6.3 スラッジブランケット界面の制御

・無機凝集剤

界面高さを界面計と濃縮スラッジの引抜きによりコントロ

添加率 １～５ mg - PAC/L - 流入水・高分子凝集剤 添加率 0.3 mg - 粉体/L - 流入水

ールすると，従来はスラッジの引抜き量と界面高さの変化の・pH調整剤

バランスが合わず，界面のコントロールが不安定になり，処

・運転時間

添加なし
（pH 6.3～9.0）
８～９ h/日（運転終了後，設備の稼働を完全に停止）

理水質が安定しない場合があった。
本装置では，スラッジブランケットの安定維持を目的とし

38～52 m3/m2/h

7.1 立ち上げ時の処理状況て，余剰なスラッジを越流させ，界面を一定に維持する構造

完全に設備を停止した状態から立ち上げた場合，運転開始とした。これにより，スラッジブランケットが膨張傾向の場

直後の処理水SS濃度は40 mg/L程度と高めだが，10分程度で合は，スラッジが越流して界面が一定に維持される。収縮傾20 mg/L前後，30分程度で10 mg/L前後と，短時間で定常運向の場合でも，スラッジブランケットが中間底板により区画転時相当の清澄な処理水が得られた。

されているので過剰な収縮を抑えることができる。

この理由としてスラッジブランケットゾーンに安定運転に

また，界面計とスラッジの引抜きによるコントロールを併必要な量のスラッジがあらかじめ保持されていたことにより，用し制御を２重化することで，さらに安全な界面制御を行う

速い立ち上げが可能であったことが考えられる。なお，段階ことが可能である。

的に負荷を上昇させることで，より清澄な処理水質を維持し，6.4 濃縮ゾーンのバッファ機能

立ち上げることが可能である。

濃縮ゾーンには，スラッジを濃縮するだけではなく，流量変動などがあった場合に，スラッジブランケットから越流した余剰なスラッジを吸収すべくバッファ機能も備えている。

7.2 定常運転時の処理状況
定常運転時の処理水SS濃度は，ほぼ10 mg/L以下を維持しており，安定して清澄な処理水が得られた。

濃縮ゾーンの容量が小さいと，スラッジブランケットの界薬品添加率は，PAC添加率１mg/L，ポリマー添加率0.3 mg/L

面変動を吸収する効果も小さいことから，従来のスラッジブ

で安定運転が可能であった。従来は，PAC添加率30～50mg/L，

ランケット式凝集沈殿装置の問題点を改善できない。本装置

ポリマー添加率１ mg/L前後が一般的な処理条件であったのでは，十分な容量の濃縮ゾーンをスラッジブランケットゾー

に対し，大幅に少ない薬品添加率で安定した運転を行うこと

ンの下方に設けており，従来のスラッジブランケット式凝集ができた。

沈殿装置と比較して水量変動に強い。

7.3 負荷変動時の処理状況

７

図７に，水面積負荷を20～45 m 3/m 2/hの範囲で急激に変処理性能動させた場合の試験結果を示す。処理水SS濃度は一時的に製鉄工程の循環水を処理対象として，実証試験機（図５）を20 mg/L程度まで高くなる場合があるが，５分程度の短時間用いて運転を行った結果を図６に示す。運転条件は次のとおで約10 mg/Lになり，水量が大きく変動した場合でも安定しりである。

た処理が可能であることを確認できた。

・処理水量68～92 m /h
3

なお，負荷を段階的に変動させるなど変動幅を抑えること
住友重機械技報 No.188 201532

論文・報告処理水SS濃度（mg/L）

50

高速凝集沈殿装置 スミシックナー Z

運転停止後の
立上げ

40
30

定常運転
20
10
０

０

１

２

３

４

５

６

７

８

９

10

運転時間（h）

図６

実証試験結果（立上げと定常運転）
Result of pilot testing (Performance in steady-state including start-up)

水面積負荷（m 3/m 2/h）
処理水SS濃度（mg/L）

70

水面積負荷

60

処理水SS濃度

50
40
30
20
10
０
０

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

経過時間（h）

図７

実証試験結果（負荷変動）
Result of pilot testing (Response to load change)

で，より清澄な処理水質を維持することが可能である。

８

スミシックナー Z 導入のメリット

９

実設備の検討SHI-EVでは，設計段階においてCAEを活用し，従来の設

本装置は従来の凝集沈殿装置と比較して，①処理水の清澄計手法よりも短期間で信頼性の高い設計体制を整えている。

性，②省スペース，③設備費および薬品使用量の抑制といっ

CAEツールとして，主に３次元CADによる空間設計およびたメリットがある。これらのメリットは，次のようなニーズ

３次元CADデータを利用した有限要素解析（FEA）による構に対し効果が期待できる。

造解析を用いている。

・凝集沈殿処理だけで清澄な処理水にしたい。

スミシックナーZは，水槽内部に回転するディストリビュ

・狭小なスペースに設備を設置したい。

ータや，スラッジブランケットを安定維持する底板およびレ・ユニット機種を適用して，現地工事を少なくしたい。

ーキなどを備えている。従来の沈殿槽に比べて槽内部の機械

・杭や基礎工事を少なくして工事費を抑えたい。

要素が多いことから，立体的な空間検討と複雑な材料力学・・薬品使用量およびランニングコストを抑えたい。

構造力学的な検討が求められる。

・ろ過器の代用として用い，ろ材の交換などメンテナンスの負担を軽減したい。

FEAを用いることで，従来の設計の妥当性を確認できるとともに，従来の手法では検証が困難だった複雑な部位につい

従来型凝集沈殿設備＋砂ろ過設備の２段処理から凝集沈殿ても，構造部材に生じる応力分布などを子細にモデル化し検設備のみとする計画では，本装置のメリットを最も生かすこ

証することが可能である。現在，スミシックナーの設計ノウとができると思われる。

ハウと，CAEを活用した検討を併用し，より高品質な製品を顧客に提供することができるよう設計を進めている。図８に，33

住友重機械技報 No.188 2015

論文・報告

中間底板
（上面）

図８

中間底板
（下面）

高速凝集沈殿装置 スミシックナー Z

ディストリビュータ

有限要素解析
（FEA）の一例
Example of a study on structure with aid of FEA(m/sec)
0.20
0.18
0.16
0.14
0.12
0.10
0.08

スラッジブランケット界面

0.06
0.04
0.02

中間底板

０

図９

流体シミュレーションの一例
Example of flow simulation

FEA構造解析結果の一例を示す。
また，スラッジブランケット式凝集沈殿では，スラッジのュレーションを活用した設計を行うことで，より信頼性の高い製品の提供に努めていく所存である。

流動状態を適正に維持することが重要である。SHI-EVではディストリビュータからの流入水の分散供給をはじめ，槽内（参考文献）の流動状態について流体シミュレーションを行い，適正な流(1)

動状態を作り出すべく検討を行っている。図９に，流体シミュレーションの結果の一例を示す。ディストリビュータ付近には流速が速い部分があるが，スラッジブランケットゾーン
内で流速が均一化されるよう設計を行っている。

10

むすび

穂積準, 丹保憲仁, 接触高速凝集沈殿池の合理的設計
（その１）
−固液

分離過程の評価−, 工業用水, no.192, 1974, p.17〜29．
(2)

三井昌文, 仁村一彦, 鹿子嶋守, 安部俊彦, スラッジブランケット式凝集沈殿装置, 第16回水環境学会シンポジウム講演集, 2013, p.264〜265 ．
(3)

田中孝一, 高速凝集沈殿装置スミシックナーの海外向けアプリケー

ション, 住友重機械技報, no.179, 2012, p.33〜34．
※「スミシックナー」は、住友重機械エンバイロメント株式会社の登録商標です。

（1）スミシックナーZは，多くの実績を持つスミシックナ
ーの構造と技術を基礎として開発した商品である。
（2）スラッジブランケット運転を行うことにより，これまでの凝集沈殿処理では成し得なかった水面積負荷と薬品添加率で，清澄な処理水質を達成することが可能である。
今後は上水用，３次処理用，工場排水の凝集沈殿用など，さらに適用範囲の拡大を進めることで，顧客のさまざまなニーズに応えられるものと考えている。また，CAEや流体シミ
住友重機械技報 No.188 201534

省エネルギー・環境保全特集 技術解説

2016 年電力自由化に伴う新電力会社向け小規模火力設備

2016年電力自由化に伴う新電力会社向け小規模火力設備
New CFB Applications to New Power Companies for 2016 Japanese Power System Revolution
●伊

藤

一

Kazuyoshi ITO

芳＊

国内FIT向け
小型CFBボイラ

図１

１

自家発供用向け
新エネルギー対応CFBボイラ

CFBボイラCFB boilers for each business model

はじめに

国内の電力価格の適正化および広域電源供給による電源のる地球温暖化に影響を及ぼすCO2発生の問題である。そして ，
今後注目されるのは，CO2の抑制であることは言うまでもない。

安定化を目的とした「電力システム改革」の第２段階として，

このCO2の発生を抑制することにおいて有効な方法は，バ2016年には一般家庭も電力小売りの対象となる全面自由化がイオマス燃料の有効利用である。バイオマスの利用について閣議決定された。

は，再生可能エネルギーの固定価格買取制度
（FIT）
も活用で

これにより，大手電力会社とは別に小規模点在電源を主軸とした新電力会社の設立が進んでいる。電力価格の適正化要求においては，入手が容易でエネルギー単価の安い石炭が最も有効となるが，その一方で石炭利用にはCO2発生を助長するという問題が存在する。

き，CO2削減による社会貢献についての法制度も整い始めている。

３

CFB ボイラのバイオマス利用モデル

当社では，2002年の電気事業者による新エネルギー等の利大手電力会社は，石炭ガス化複合発電（IGCC）
や，将来的には用に関する特別措置法（RPS法）の制定を契機に，CFB技術

超々臨界圧火力発電（USC）に二酸化炭素の回収・貯蔵（CCS）を軸として，建設廃材，廃タイヤ，排プラスチックおよびバを利用し，CO2発生抑制もしくは削減を計画しているが，点ーク類を高効率利用する発電設備を納入している。

在電源の小規模火力設備にそれらの技術は適応しにくい。

2011年のFIT制度以降，2016年の電力小売りの全面自由化

当社では，複数の燃料を混合燃焼することで実績のある循

に向けた事業計画では，ユーザ，使用燃料において多様化が環流動層（CFB）ボイラ技術を利用し，IGCCと同等のCO2発進んでいる。そのニーズに応え，実績にもとづいた信頼性の生原単位を実現する発電設備を供給する。

高い設備を提供し，CO2の削減に貢献することが産業界に求

２

新電力市場要求

められている。
表１に，現在のFIT制度および新電力市場に対するバイオ新電力の市場供給に要求されているのは，低価格電源の供マス利用モデルを示す。林地残材バイオマスから海外輸入バ

給と環境負荷低減の２点であり，低価格実現の鍵となるのはイオマス利用まで，発電規模により計画が異なっている。

安価な燃料をより高効率で利用することである。

35

電力小売り事業向け
バイオマス混焼再熱CFBボイラ

特に，発電端出力100～200 MW級の発電設備において高効

また，環境負荷低減においては大きく２つの課題がある。

率の発電設備が要求されており，国内では当社のみが納入実

Local emission と言うべき大気汚染防止法で規制されている

績を持つ再熱式CFBボイラが高バイオマス混焼を実現してい発電所が地元に与える環境負荷と，Global emissionとも言える。

＊エネルギー環境事業部

住友重機械技報 No.188 2015

技術解説

表１

2016 年電力自由化に伴う新電力会社向け小規模火力設備

バイオマス利用モデルと対応するCFBボイラ
Models of biomass fuel utilization and adequate CFB boiler
事業計画別
ビジネスモデル

国内林野 FIT

自家発供用（余剰売電）

電力小売事業（FIT活用）

発電規模

５〜６ MW

10〜100 MW

100〜200 MW

燃料

バイオマス専焼

多種燃料混焼石炭・バイオマス混焼

主バイオマス燃料

林地残材

建設廃材・未利用

海外バイオマスTDF/RPF/ 廃プラスチック

バイオマスペレット

石炭

石炭

その他

ボイラ型式

モジュール型
小型 CFB ボイラ

新エネルギー燃料対応型
CFB ボイラ

バイオマス対応
再熱型 CFB ボイラ

送電端効率
（代表）
低位発熱量ベース

20〜22 %

33〜35 %

38〜40 %

特長

短納期

腐食・異物対応

高効率・再燃サイクル（g-CO2/kWh）バイオマス30 %混焼
CO2発生 700 g以下実現

1 000

800
695
600

米, 英，カナダの
EPS値 420〜454 g

864

810

400
476

200

図２

石炭火力
（平均）

USC

IGCC

IGFC

石油火力
（平均）

375

LNG火力 LNG火力（汽力） （複合平均）

発電燃料におけるkWh当たりのCO2発生量
Typical CO2 generation by different fuels

バイオマス混焼率においては，大型発電所設備の目標レベルと同じIGCCと同等のCO2発生量（図２ 資源エネルギー庁を達成すべく30 %以上の混焼を設計ベの資料⑴をもとに加筆）ースにしたモデル（図１）を提案し提供している。

４

おわりに

（1）電力自由化に向けた小規模火力発電設備には，これまでの環境規制に加え，地球温暖化対策としてのCO2削減要求が予想される。
（2）当社は，民間でもできるCO2削減および社会貢献を目
指し，実績にもとづいた発電設備を顧客に提供していく所存である。
（参考文献）(1)

資源エネルギー庁, 我が国の石炭政策について, 2013, p.30.

住友重機械技報 No.188 201536

省エネルギー・環境保全特集 新製品

破砕・脱水機構付き垂直スクリュ式除塵機スパイラルカッター

破砕・脱水機構付き垂直スクリュ式除塵機スパイラルカッター
Vertical Screw-Type Screening Equipment with Crushing/Dehydrating Mechanism Spiral Cutter

本設備は，下水処理場の沈砂池に使用される破砕・脱水機
構付きの除塵機である。
現在中継ポンプ場において，水路内に破砕機を設置して汚水中のし渣を水中で破砕処理し，汚水とともに流下させる破主要仕様
処理水量 ０～80.0 m3/min
電動機

破砕機本体 2.2～3.7 kW

砕流下方式が標準的に採用されている。また，下水処理場のスクリーン 0.4 kW

沈砂池においては，後段設備の損傷を防止する目的や水処理

垂直搬出機 1.5 kWの障害となる浮遊物を除去するという観点から，除塵機によりし渣を掻き揚げる除塵方式が一般的に採用されている。

特長

しかし，除塵方式ではし渣と一緒に汚物も掻き揚げること（1）本設備１台で流入汚水中のし渣の捕捉，破砕，搬送，になり，高負荷運転，維持管理作業の軽減および衛生面改善

脱水および排出を行うことから，従来の処理方式に比べの観点から，できるだけし渣の有機分だけは汚物とともに流機器点数が少なくなり，維持管理費の削減が可能となっ下させたいというニーズが高まっている。

た。

また，人口減少による流入汚水量の低下などにより，下水（2）搬出機は垂直搬送タイプで，スクリーン付き破砕機と処理場の沈砂池で発生するし渣量が当初計画と比べ大幅に減組み合わせても流れ方向の設備寸法が小さいので，省ス

少している。また，除塵→掻揚げ→搬送→洗浄→脱水→貯留

ペース化が可能となり，改築時にも躯体の改造なしに使で行う従来の除塵方式からなる現有のし渣処理設備が十分に用することができる。

活用されないという問題があり，維持管理費の負担を削減す（3）スクリーンで捕捉したし渣が汚水中で破砕され，し渣

べく，よりスリムなし渣処理方式への変更が望まれている。

中の有機成分は流下する。これにより，臭気の発生を抑そこで，これらの問題の解決を目的として，スクリーン付

制させる効果があり，作業環境を改善することができる。

き破砕機に除塵・脱水機構付き垂直搬出機を組み合わせた「スパイラルカッター」を開発した。
スパイラルカッターは，スクリーン付き破砕機の破砕機後※「スパイラルカッター」は、住友重機械エンバイロメント株式会社の登録商標です。

段に垂直搬出機を組み合わせたもので，スクリーン部においてし渣の捕捉および掻寄せ，破砕機で破砕，垂直搬出機では搬送，脱水，排出を行う。し渣を汚水中で破砕することにより，有機分を汚水とともに流下させることが可能となる。汚水はスクリーン部を通過して流下する。
37（住友重機械エンバイロメント株式会社 牧 和久）

住友重機械技報 No.188 2015

新製品紹介新型 0.9 ～ 3.5 t エンジン式フォークリフト QuaPro

新型0.9～3.5ｔエンジン式フォークリフトQuaPro
New 0.9〜3.5 t I.C.E. Forklift Truck QuaPro

上昇速度
（負荷時）

675 mm/s

ーゼルエンジン排出ガス規制の新基準への対応を機に，新型

牽引力

21 600 N

クリーンディーゼルエンジンの搭載および新油圧ステアリン

エンジン 型式

新型0.9～3.5ｔエンジン式フォークリフトQuaProは，ディグシステムの採用のほか，外観に一部変更を加えた。
近年は環境性能や経済性が重要視され，バッテリ車へ移行

リフトが依然として主力となって使用されている。

2 434 cc

定格出力

43 kW/2 400 r/min

最大トルク 199 N・m /1 500 r/min

する動きがあるが，屋外での作業や長時間の連続作業，機動力を重視する作業現場などにおいては，エンジン式フォーク

V2403

総排気量

特

長

ディーゼルエンジンに対する排出ガス規制値は順次強化さ（1）ディーゼルエンジンには，電子制御式コモンレール燃れており，対応は必須である。本車両は，トップクラスの低料噴射システム，クールドEGR（排気再循環），インター燃費および低排出ガスを実現した新型クリーンディーゼルエ

クーラ付きターボおよび後処理装置にDOC（ディーゼルンジンを搭載することにより，特定特殊自動車排出ガス規制

酸化触媒）を採用した。高い燃焼効率で低燃費と低排出ガ

2014年基準に適合させた。排気後処理装置は，DPFを使用

スを両立したほか，DPFレスにより後処理装置をメンテしない方式を採用することで，車両を止めて行うDPF特有のナンスフリーとした。

再生処置の必要がなく，定期的な清掃や交換などのメンテナ（2）全油圧式ステアリングシステムにロードセンシング式

ンスも不要で，使用上の煩わしさや余分な費用が発生しないを採用した。エネルギーロスを抑えるとともに，エンジ仕様とした。

ンアイドリング状態での荷役作業性を向上させた。

油圧システムでは，ステアリング操作に応じて必要なオイ（3）カウンタウェイトの意匠を変更し，風穴を左右振り分

ル流量を調整して供給するロードセンシング式パワーステア

け形状にすることで，後進時にオペレータが熱風をかぶリングを採用することで，エンジンへの余分な負荷を削減し ，る不快さを低減した。さらに，ラジエータを通過した冷低燃費化に貢献した。

却風が効率良く車体外へ排出されるようにカウンタウェ
イトの内部形状にも変更を加え，冷却性能を高めた。

主要仕様（4）エンジンの電子制御化を利用し，高精度に走行速度を型式

11FD25PAXIII24D

定格荷重

2 500 kg

揚高

3 000 mm

走行速度
（無負荷時）

19.5 km/h制御できるスピードリミットオプションを装備した。
※「QUAPRO」は，住友ナコ マテリアル ハンドリング株式会社の登録商標です。
（住友ナコ マテリアル ハンドリング株式会社 加藤恭正）

住友重機械技報 No.188 201538

住友重機械技報第188 号発行に当たり

住友重機械技報第188 号をお届け致します。

本誌は，当社が常々ご指導いただいている方々へ，最近の新製品，新技術をご紹介申し上げ，
より一層のご理解とご協力をいただくよう編集したものです。
本誌の内容につきましては，さらに充実するよう努めたいと考えますが，なにとぞご意見キ

賜りたく，今後ともよろしくご支援下さるよう，お願い申し上げます。

リ

なお，貴組織名，ご担当部署などについては，変更がございましたら裏面の用紙にご記入
トのうえ，FA X でお知らせいただきたくお願い申し上げます。また，読後感や不備な点を簡単

リに裏面用紙にご記入願えれば幸いに存じます。

線

2015 年８月〒 141-6025 東京都品川区大崎 2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
住友重機械工業株式会社
技術本部

技報編集事務局

（宛先）

（発信元）
貴組織名
担当部署
氏
名
TEL No.
FAX No.

住友重機械工業㈱技術本部 技報編集事務局 行
FAX 横須賀 046 − 869 − 2358

住友重機械技報第188号の送付先の確認と読後感などの件
送付先
変（旧送付先）（新送付先）

送付番号

送付番号

組織名称

組織名称

担当部署

担当部署

所 在 地

所 在 地

更

キ

〒

〒

リ

新

ト

規

新しい部署ができた場合ご記入下さい。

リ

組織名称
送

線

担当部署

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所 在 地

先

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1 ．本号で，一番関心を持たれた記事は。

後 感 に

2 ．本号を読まれたご感想をお知らせ下さい。
（○印でご記入下さい。
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興味深かったつ い て

その理由をお聞かせ下さい。

2

特に興味なし部

主要営業品目
変減速機，インバータ● 機械式減速機：［同心軸］サイクロ減速機，サイクロギヤモータ
アルタックス，精密制御用サイクロ減速機，コンパワー遊星歯車
減速機，［平行軸］パラマックス減速機，ヘリカルバディボックス，
プレストギヤモータ，［直交軸］パラマックス減速機，ハイポニッ
ク減速機，アステロ直交ギヤヘッド，ベベルバディボックス，ライタックス減速機，HEDCON ウォーム減速機，小形ウォーム減速機 ● 変速機：［機械式変速機］バイエル無段変速機，バイエル ･
サイクロ可変減速機，［電気式変速機］インバータ，インバータ搭
載ギヤモータ，サーボドライブ，DC ドライブ
サイクロ，アルタックス，コンパワー，パラマックス，バディボックス，プレスト，
ハイポニック減速機，
アステロ，
ライタックス，HEDCON，
バイエルおよびバイエル・
サイクロは，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

プラスチック加工機械● プラスチック加工機械：射出成形機，射出吹込成形機，ディスク
フィルム製
成形機，
セラミックス成形機 ● フィルム加工機：押出機，造装置，ラミネート装置 ● IC 封止プレス ● ガラスプレス ● 成形システム ･ 金型：射出成形用金型，PET システム，
インジェクションブロー成形システム，
インモールドラベリング成形システム
レーザ加工システム● レーザドリル装置と加工システム●レーザアニーリング装置●

YAG レーザ

半導体・液晶関連機器● イオン注入装置● 成膜装置：（太陽電池，タッチパネル，
有機EL用）プラズマ薄膜形成システム ● 精密位置決め装置 XY ステージ● モーションコーポネント● ライン駆動用制御システム● マ
イクロマシン ● レーザアニーリング装置 ● ウエハ研削装置

物流・パーキングシステム● 自動倉庫システム● 高速自動仕分システム
テム ● 無人搬送システム ● 機械式駐車場●

FMS/FA シス

金属加工機械
● 鍛圧機械：フォージングプレス，
油圧プレス，
フォージングロール，
クーラント処理装置 ● SPS（放電プ
超高圧発生装置 ● 工作機械，
ラズマ焼結機）
運搬荷役機械
連続式アンローダ，港湾荷役クレーン（コンテナクレーン，タイヤマ
ウント式ジブクレーン，
タイヤマウント式 LLC），
トランスファクレ
ーン，
ジブクレーン，
ゴライアスクレーン，
天井クレーン，製鋼クレーン，
自動クレーン，
ヤード機器（スタッカ，
リクレーマ，
スタッカ／リクレーマ），
シップローダ，ベルトコンベアおよびコンベアシステム，
リフ
ティングマグネット装置，コークス炉移動機械
船舶海洋● 船舶：油槽船，撒積運搬船，
鉱石運搬船，
鉱油兼用船，
コンテナ船，
自動車運搬船，
その他海洋構造物
インフラ整備関連● 海洋 ･ 港湾構造物：沈埋函，
ケーソン
化学機械，プラント● 一般プラント：紙・パルプ製造装置，
化学装置，原子力装置 ● 発
塔，
槽，
熱交換
電設備：循環流動層ボイラ ● 圧力容器：リアクタ，
スーパーブレ器 ● 撹拌混合システム：マックスブレンド撹拌槽，ンド（同心 2 軸型撹拌槽），
バイボラック（横型２軸反応装置）
マックスブレンドおよびバイボラックは，住友重機械プロセス機器株式会社の登録
商標です。

環境施設
● 環境 ･ エネルギー関連プラント：循環流動層（CFB）
ボイラ，ロー
タリーキルン式産業廃棄物処理施設 ● 大気関連プラント：電気集塵装置，灰処理装置，
乾式脱硫 ･ 脱硝装置 ● 水関連プラント：上水処理施設，下水処理施設，浸出水処理施設 ● 産業廃水処理装置

建設機械，フォークリフト
油圧式ショベル，
移動式環境保全およびリサイクル機械，
杭打機，
道路
舗装機械，
フォークリフト加速器，医療機器，精密機器，極低温機器，超電導磁石● イオン加速器：サイクロトロン，
ライナック，シンクロトロン ● 電
子線照射装置 ● 医療機器：PET診断用サイクロトロン ･CYPRIS，
標 識 化 合 物 合 成 装 置，陽 子線 治 療 システム ● 冷 凍 機： パ ル
ス チ ュ ー ブ 冷 凍 機，
4KGM 冷 凍 機，スターリン グ 冷 凍 機，
，MRI
用 冷 凍 機，， クライオポ ン プ ● 人 工 衛 星 搭 載 観 測 装 置 冷 却 シ
ス テ ム ● 超 電 導 磁 石： ヘ リ ウ ム フ リ ー 超 電 導 マ グ ネ ッ ト

その他
航空用機器，
精密鋳鍛造品，
防衛装備品（各種機関銃，機関砲およびシ
ステム）

タービン，ポンプ
蒸気タービン，
プロセスポンプ

CYPRIS は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

※文章中のソフトウェア等の商標表示は，省略しております。

事業所
本
社
関西支社
中部支社
九州支社
田無製造所
千葉製造所
横須賀製造所
名古屋製造所
岡山製造所
愛媛製造所
新居浜工場
西条工場

〒 141-6025〒 530-0005〒 461-0005〒 810-0801〒 188-8585〒 263-0001〒 237-8555〒 474-8501〒 713-8501

技術研究所 〒 237-8555 神奈川県横須賀市夏島町19番地
技術研究所 〒 188-8585 東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号

東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
大阪市北区中之島 2丁目3番33号（大阪三井物産ビル）
名古屋市東区東桜1丁目10番24号（栄大野ビル）
福岡市博多区中洲5丁目6番20号（明治安田生命福岡ビル）
東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号
千葉市稲毛区長沼原町731番 1号
神奈川県横須賀市夏島町19番地
愛知県大府市朝日町6丁目1番地
岡山県倉敷市玉島乙島新湊 8230番地（田 無）

技術研究所 〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号（新居浜）

本号に関するお問い合わせは，技術本部技報編集事務局
（電話番号
は下記）
宛お願い致します。

〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号〒 799-1393 愛媛県西条市今在家1501番地

住友重機械工業株式会社のホームページ http://www.shi.co.jp/

技報編集委員
委

員

下園 一治
石田 浩修
平田
徹
井上 千晶
秋山 年春
長部 洋介
浅井 一浩
雨宮 徳一
諏訪 義和
鈴木雄一郎

小松 幹生
天野 光昭
岡林 明伸
村田 圭三
渡邊 建聖
小林 裕二
坂根
剛
石倉 武久
長坂 勇希
岩本 和也
事 務 局 技術本部
編集協力 （株）千代田プランニング委住 友 重 機 械 技 報

員

第188号

非売品

2015 年８月10日印刷
発

発

行

８月20日発行

行

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人

冨田

良幸
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