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特集論文

リサイクル燃料焚き高温高圧流動床ボイラの実缶運転状況
Operation Results of High Temperature andPressure Fluidized Bed Boiler with Recycled
Waste Fuels
寺 澤 良 則＊1

白 幡 竹 彦＊2

高 橋 英 二＊3

永 冨

横 式 龍 夫＊5

山 崎

Yoshinori Terasawa

学＊4

Manabu Nagatomi

Takehiko Shirahata

Eiji Takahashi

Tatsuo Yokoshiki

Ryo Yamazaki

亮＊6

本設備は，化石燃料の代替としてカットタイヤ，木質燃料，スラッジ，RPF 等のリサイクル燃料を用いた環境適合性に優れた気泡型流動床ボイラで，化石燃料使用量を削減するとともに，CO2 排出量を低減させ，高温高圧蒸気を発生させることが可能である．タイヤ中に含まれるスチールワイヤを炉底で堆積すること無く流動床炉から安定に連続排出でき，更に，M-STAR （Mitsubishi Multi-Stage Air Re-firingMethod）燃焼方式(1)（弊社特許）により多種燃料の混焼においても NOx 低減とダイオキシン類低減を同時に達成できる．現在，カットタイヤを燃料とした２缶のリサイクル燃料焚き流動床ボイラが名古屋パル
プ（株），三菱製紙（株）にて商用運転中である．

1．はじめ

表１に
品名

地球温暖化防止のため温室効果ガス（CO2 等）の削減が促進されている中，国内の廃タイヤの発生量は，

成分

各種燃料性状名古屋パルプ（株） 三菱製紙（株） 比較参考

カット
タイヤ

木質燃料

RPF

木質燃料

PS

石炭

23.3

2.41

13.2

58.4

9.00

水分（％）

0.56

灰分（％）

2.46

1.91

4.73

1.34

44.1

13.85

可燃分（％） 97.54

98.09

95.27

98.66

55.986.15

木質バイオマス（木屑，間伐材，建築廃木材等）は合炭素（％）

81.3

48.9

63.1

43.025.071.0

計約 800 万 t ／年の潜在供給能力があると言われてお水素（％）

7.47

6.34

9.64

6.51

3.52

4.56

り(3)，これらを化石燃料の代替とすれば燃費を削減で窒素（％）

0.37

0.69

0.74

0.21

0.93

1.72

きると同時に CO2 排出量を低減できる．一方，タイヤ

全硫黄（％）

1.72

0.06

0.07

0.09

0.15

0.52

中にはスチールワイヤ（以降ワイヤ）が 10 〜 20 ％程

全塩素（％）

0.14

0.15

0.23

0.41

0.18

−度含まれ，タイヤを流動床で安定燃焼させるためには酸素他（％）

6.54

41.95

21.49

48.44

26.12

8.35

流動層内でワイヤが堆積すること無く安定して炉外へ

総発熱量 （kJ/kg） 38 720 19 420

29 60019 0108 6 2028 870

真発熱量 （kJ/kg） 37 050 18 000

27 42017 5407 830

28 1102003 年度で１億 300 万本（重量約 103 万 t）で，このうち熱・発電利用は 44 ％（45 万 1000t）である(2)．また，連続排出しながらタイヤを燃焼させ，更に，多種燃料使用時においても安定燃焼をさせる必要がある．その特記・水分は到着ベース，他は全乾ベース
・灰分，可燃分は 800 ℃×２h

ため弊社ではこれまで環境装置分野で培ってきた廃棄物流動焼却技術と原動機での高温高圧流動床ボイラ技術を融合し，これらの課題を解決する弊社独自のリサ

炭の 28 870 kJ/kg に比較して 30 ％程度高く，安価でイクル燃料焚き高温高圧流動床ボイラを開発した．本あり，石炭代替燃料として好適である．一方，硫黄報では名古屋パルプ（株），三菱製紙（株）へ納入した含有量は 1.72 ％と重油なみで腐食面での配慮が必

ボイラの計画概要と運転実績について報告する．

要で，更に，タイヤ中には 10-20 ％のワイヤが含有され，これらが流動床内に堆積して流動不良が発生

2．リサイクル燃料の特徴することによる流動床燃焼阻害を防止することが重表１に各種燃料性状を示す．

要となる．また，図１に示したように，乗用車タイ
ヤは 16 分割（200 mm 程度），大型タイヤは 32 分割（1）カットタイヤ
カットタイヤの総発熱量は，38 720 kJ/kg と一般
技術本部横浜研究所環境装置研究室主席
横浜製作所原動機技術部ボイラ設計課主席＊3
横浜製作所原動機技術部プラント設計課長（330 mm 程度）の大きさがあり，これらの比較的
横浜製作所原動機技術部ボイラ設計課
原動機事業本部ボイラ技術部ボイラ技術二課長＊6
原動機事業本部ボイラ技術部ボイラ技術二課

＊1

＊4

＊2＊5

168
スチールコード

表２

スチールコード
納入先項

目

約 200 mm

ビードワイヤ

約 330 mm

名古屋パルプ（株）向三菱製紙（株）向117.577

主蒸気圧力 （MPag）

12.65（過熱器出口）

10.20（過熱器出口）

主蒸気温度541（過熱器出口）

515（過熱器出口）

木質燃料，カットタイヤ,RPF, 灯油（起動用，助燃用）

木質燃料，カットタイヤ,スラッジ他可燃物,AC ブレンド油（起動用，助燃用）

主蒸気流量
ビードワイヤ

ボイラ計画主要目

燃

図１ カットタイヤ外観

乗用車タイヤは 16 分割され大きさ約 200 mm，大型タイヤは 32 分割され大きさは約
330 mm（左：乗用車タイヤ，右：トラックタイヤ）
．

（t/h）

（℃）

料

二次過熱器
一次過熱器

節炭器

図２ 木質燃料（木屑チップ）外観

投入サイズは長辺にて 50 mm 以下程度である．
蒸発器（層内） 層内伝熱管配置部分

三次過熱器（層内）

大きな物を流動層内で安定燃焼させることが必要となる．
（2）木質燃料（木屑チップ）

図３

ボイラ組立図より高温高圧条件では流動層内に耐火材で保護された過熱器（最終過熱器）が設置されている（名古屋パルプ
（株）
向の例）．

水分は 10-20 ％と比較的少なく総発熱量は19 000 kJ/kg と高く，灰分は１-２％と少なく燃焼性示した．また，図４にプラント全体系統図の一例を示は良好である．投入サイズは図２に示したように長した．ここで，名古屋パルプ（株）向は，気泡型流動辺にて 50mm 以下程度である．一方，木屑チップ

床ボイラとして国内最高クラスの高温高圧蒸気条件中にも石，金属片（針金，釘，鉄片）等の異物が混（12.65 MPag × 541 ℃）を適用することにより高い発入しており，これらに対しても流動層内での堆積防電効率を実現している．また，三菱製紙（株）向ボイ止策が必要である．

ラは，カットタイヤを主燃料として用いておりタイヤ（3）その他
RPF（Refuse Paper & Plastic Fuel）は廃プラス

は全体燃料入熱の約 75 ％を占めている．ともに環境に優しい発電設備である．

チックと産業系古紙類を原料とした固形燃料で水分より高温高圧条件では流動層内に図５で示した耐火は２-３％と低く，総発熱量は 29 600 kJ/kg と石炭材で保護された層内過熱器（最終過熱器）を設置する並みでカットタイヤの次に高カロリー燃料となってことにより硫黄分に起因する腐食及び砂による摩耗のいる．PS（ペーパースラッジ）は，総発熱量が軽減を図り，高効率熱回収を可能としている（弊社特8 620 kJ/kg とほかの燃料と比較して最も低く，水許）．また，図６に示した階段状炉底傾斜構造を採用

分 58.4 ％，灰分 44.1 ％と水分，灰分とも高く難燃し，ベッドドレン抜出し部近傍での空気供給を調整す性である．

ることでワイヤ排出を円滑に行うことが可能となる．

3．システムの特徴
表２にボイラ計画主要目を，図３にボイラ組立図を流動層から排出されたワイヤほかの不燃物は図７で示したベッドアッシュ処理系統に添ってワイヤは磁選機で砂から分離回収され，その後不燃物は振動篩にて分169
ボイラ

一次空気予熱機器

二次空気予熱機器

バグフィルタ

U-AA
燃料投入
シュート

誘引通風機サイクロン

L-AA
OFA

GR（ガス再循環）系統

ベットアッシュ
クーラ

蒸気式
空気予熱器

二次空気通風機

吸込サイレンサ

灰搬送
ブロワ

一次空気 吸込蒸気式 吸込通風機
空気予熱器 サイレンサ

脱硫装置
フライ
アッシュサイロ回収系統

図４ プラント全体系統図

三菱製紙（株）向設備の一例 名古屋パルプ（株）向ではカットタイヤ焼却量が少なく後段の排ガス（SOx）処理は乾式処理方式（バグフィルターによる乾式脱硫方式）となっている．

層内上部管寄せバケットコンベヤ
管第２段磁選機層内管第３段磁選機
耐火材

振動ふるい
ワイヤ
ワイヤ

キャスタ及びスタッドで管外面を摩耗から保護
層内下部管寄せ流動床ボイラ
流動材投入コンベヤ

図５ 層内過熱器管構造概要

耐火材で保護された層内過熱器を設置することにより摩耗・腐食防止を図っている．

アッシュクーラ（スクリューコンベヤ）

アッシュクーラ（スクリューコンベヤ）
第１段磁選機
ワイヤ

ワイヤ
ワイヤ

流動材搬送コンベヤベッドドレン

階段状炉底傾斜図６ 階段状炉底傾斜構造

スチールワイヤを堆積することなく炉外へ排出するために炉底を傾斜させている．

離され系外へ排出・回収される．

第１段磁選機アッシュクーラ（スクリューコンベヤ）

図７ ベッドアッシュ処理系統図

炉底から排出された
砂とワイヤを含む不燃物は水冷式コンベアで冷却され，ワイヤは磁選機で，不燃物は振動篩で砂と分離され砂は炉内へ戻る．

カットタイヤ，木質燃料，RPF の混焼（名古屋パル

さらに，M-STAR 燃焼方式によりフリーボード部

プ（株）向）では，燃料の供給安定化により蒸発流量，で３段に設置されたポートから供給される２次空気量

蒸気温度とも安定傾向が認められ ，流動層平均温を最適化することで多種燃料混焼においても低 NOx，

度 842 ℃で，排ガス濃度は，NOx 濃度 146 ppm，媒低ダイオキシンを同時に達成できる．

じん濃度２ mg/ m 3N（ともに @O 2 ６％ dry），SOx 濃4．運転状

況4．1燃焼安定性度 122 ppm（@ 実 O2dry），CO 濃度 74 ppm（O2 12 ％dry）と保証値を満足できた．また，カットタイヤ，木質燃料，PS の混焼（三菱製紙（株）向）においても同

図８に性能試験時各部温度，ボイラ蒸発量，排ガス様に安定燃焼が達成でき，流動層平均温度 821 ℃で濃度経時変化を示した．また，表３に性能試験結果を

NOx 濃度 66 ppm，媒じん濃度 0.9 mg/m 3N，CO 濃度示した．

50 ppm，ダイオキシン類濃度 0.098 ng-TEQ/m3N 以下
三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）

O24NOx（＠O2 6％）

CO（＠O212 ％）20

主蒸気流量（t/h）

150.0
木質燃料

主蒸気流量

120.0

定格蒸気量117.5 t/h
主蒸気圧力90.060.01510

定格蒸気圧力12.65 MPag30.00.020RPF015カットタイヤ
2340時間（h）

流動層温度
8800

定格蒸気温度 515 ℃
6

主蒸気温度

600
O2400
200

4NOx（＠O212 ％）CO（＠O212 ％）200150.0

15PS（バルブスラッジ）

120.0
主蒸気流量

90.0
60.0
30.0

木質燃料
09

定格蒸気圧力10.20 MPag
カットタイヤ

0.0

12

主蒸気圧力

1

定格蒸気量77 t/h

632340炉出口 O2 濃度（％）

6

10

1 000

主蒸気圧力（MPag）/燃料供給量（t/h）

主蒸気温度

各部温度（℃）/NOx, CO（ppm）

8定格蒸気温度 541℃

主蒸気流量（t/h）

流動層温度

炉出口 O2 濃度（％）

10

1 000
900
800
700
600
500
400
300
200
1000

主蒸気圧力（MPag）/燃料供給量（t/h）

各部温度 /NOx, CO（℃/ppm）

170時間（h）

図８ 各部温度，ボイラ蒸発量，排ガス濃度経時変化

カットタイヤ，木質燃料，RPF またカットタイヤ，木質燃料，PS のいずれの混焼においても安定燃焼が達成でき性能保証値を満足した（左側：名古屋パルプ（株）向，右側：三菱製紙（株）向）．

表３名古屋パルプ（株）向納入先
項

ボイラ性能試験結果

目（以上 @O2 12 ％ dry）
，SOx 濃度 35 ppm（@ 実 O2dry）と保証値を満足できた．

三菱製紙（株）向計画値

試験結果

計画値

試験結果

4．2 ワイヤ排出性蒸発量

（t/h）

117.5

117.5

77.0

79.5

図９にワイヤ排出性確認試験での排出ワイヤ量経時

NOx 濃度（ppm）

150

1468066変化を示した．初期調整時ではタイヤ供給量の変化に

煤じん （mg/m3N）

502100.9

SOx 濃度（ppm）

14012210035

ダイオキシン類（ng-TEQ/m3N）−−0.098

0.098以下

CO 濃度

1007410050NOx, 煤じんは O2 6 % dry
換算値また，CO はO2 12 % dry 換算値

ヤ供給量が安定すると供にワイヤ排出量はほぼ一定となっておりワイヤを円滑に排出できることを確認した．

NOx, 煤じん，ダイオキ
シン，CO はO2 12 ％ dry
換算値

また，その後の開放点検でも炉底でワイヤ堆積は認められなかった．

ワイヤ排出度（−）

条件調整運転時

タイヤ供給目標 3.8 t/h

1.64.81.2

3.60.82.40.4：ワイヤ排出量1.2（ワイヤ排出量／定常平均ワイヤ排出量）：タイヤ供給量 ワイヤ排出度＝024364860
72001224
条件調整運転時

タイヤ供給目標 2.4 t/h

1.5

3120.5：ワイヤ排出量：タイヤ供給量

1
ワイヤ排出度＝（ワイヤ排出量／定常平均ワイヤ排出量）

00

図９タイヤ供給量（t/h）

621224364860

タイヤ排出度（t/h）

考ワイヤ排出度（−）

備（ppm）

したがってワイヤ排出量の変化が認められるが，タイ

72

84時

間（h）

96

108120132

1440156

ワイヤ排出量経時変化
いずれの混焼条件においても安定してスチールワイヤが排出できることを確認した（下図：名古屋パルプ（株）向，上図：三菱製紙（株）向）．

171

表４
納入先

磁選機ワイヤ回収率出したと考えられる．

名古屋パルプ（株）向三菱製紙（株）向

上流側磁選機回収率（％）

87.8

84.9

下流側磁選機回収率（％）

6.9

9.1

トータル回収率

94.7

94.0

下流側磁選機は２台でトータル回収率はその出口での値

下流側磁選機は１台

項

備

目

（％）

考

5．まとめ

気泡型流動床ボイラとして国内最高クラスの高温高圧蒸気条件の採用による高効率発電，またカットタイ
ヤ，木屑チップ，RPF，PS の多種リサイクル燃料混焼において弊社独自の高温高圧流動床ボイラ技術の環境/エネルギーへの適合性を確認した．今後とも地球温暖化防止や限りあるエネルギー資源の有効活用という観点からお客様のニーズを把握して環境適合性に優れた製品を提供する所存である．

（a）

（b）

図 10 磁選機回収ワイヤ外観（a）上流側磁選機では長辺 60mmL 程度のワイヤ回収されるのに対して，（b）下流側磁選機では２ mm 程度の粉化したワイヤが多い．

4．3

参 考 文 献（1）荒川善久ほか，ダイオキシン規制に適合した製紙
スラッジだき流動床ボイラの計画と運転実績，三菱重工技報 Vol.38 No.2（2000）p.80（2）日本廃タイヤリサイクル協同組合，2003 年度日米のタイヤリサイクル状況（3）横式龍夫ほか，リサイクル燃料焚き高温高圧流動床ボイラの運転実績，ボイラ神奈川第 162 号

ワイヤ回収性能

表４にベッドアッシュ処理系統に設置した磁選機でのワイヤ回収率を示した．
表４からわかるように，いずれもワイヤ回収率は

寺澤良則

白幡竹彦

高橋英二

永冨学

横式龍夫

山崎亮

94 ％以上と排出ワイヤのほとんどが回収できている．
図 10 に上流と下流側の磁選機回収ワイヤの外観を示した．下流側での回収ワイヤは上流側に比べて細かく，下流側磁選機で未回収の約６％のワイヤは流動層内で酸化し，さらに微細化され，燃焼排ガスに同伴排

三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）