特特集集

優秀環境装置／日本産業機械工業会会長賞

新型汚泥焼却設備（OdySSEA（オデッセア））JFEエンジニアリング株式会社
環境本部 開発センター

日本下水道事業団
技術開発室

馬場 圭

総括主任研究員

川崎市上下水道局
下水道部 下水道計画課（技術開発担当）

新川 祐二

担当係長

成島 正昭

１．はじめにわが国の地球温暖化対策は、2016年５月に「地球温暖化が実施する下水道革新的技術実証事業（B−DASHプロ対策計画」が策定され、中期目標の達成に向けて取り組む

ジェクト※１）の採択を受け、2017、2018年度に、焼却ことが基本方針として示された。2021年３月には「地球廃熱の回収による高効率発電技術、及びN2OとNOxを温暖化対策の推進に関する法律」が改正され、2050年同時削減する局所撹拌空気吹込み（二段燃焼）技術にカーボンニュートラルを基本理念として法に位置づけるついての性能確認と技術確立を行った。

ことが定められた。下水道事業においては、脱炭素社会への※１：‌国土交通省が実施する下水道革新的技術実証事業（Breakthrough貢献のあり方検討小委員会にて、下水道が有するポテン

by Dynamic Approach in Sewage High Technology

シャルの最大活用、温室効果ガスの積極的な削減、地域内外・分野連携の拡大・徹底が方針として示されている。
下水汚泥焼却設備は消費エネルギーが大きく、排ガス中Project）であり、国土技術政策総合研究所の委託研究として実施

２．開発装置の概要には温室効果ガスである一酸化二窒素（N 2Oと記載）

本設備の概略フローを図１に示す。既設の下水汚泥焼却及び大気汚染物質である窒素酸化物（NOxと記載）が多く設備に廃熱ボイラと蒸気タービン発電機を設置して発電含まれるため、温室効果ガス削減とともに、大気保全のを行うもので、既設の従来型焼却設備の排ガスを廃熱観点からNOxの削減も求められている。

ボイラに引き込み、廃熱を回収した後に既設の排ガス

これらの背景より、下水汚泥焼却設備における未利用廃熱の有効活用と温室効果ガス（N2O、二酸化炭素（CO2処理設備に戻すフローとなっている。
蒸気タービン発電機には復水式蒸気タービンを採用している。と記載））、
大気汚染物質（NOx）の同時削減は大きな課題

また、焼却炉本体には、燃焼空気の一部を分岐してであり、その解決のために、JFEエンジニアリング株式

フリーボード（FBと記載）部に吹き込む局所撹拌空気会社、日本下水道事業団、川崎市上下水道局は、国土交通省

吹込み設備を設置してN2O、NOxを同時に削減する。

産業機械 2022.10

43廃熱ボイラ

復水式タービン（蒸気）（排ガス）/ 既設ダクト

（排ガス）
新設ダクト

高効率発電技術

発電

※1へ

下水処理水

（復水）
復水器

フリーN2O、NOx排出抑制

ボード

焼却炉

（燃焼空気）

空気予熱器

※1より

局所撹拌空気吹込み技術
白煙防止予熱器
（不用）

集塵装置
排煙処理塔

白煙防止
熱交換器

煙突

図１ 本設備の概略フロー⑴

高効率発電技術
下水汚泥焼却における発電技術の比較を図２に示す。

設置可能であるため、新設のみならず既設焼却炉へのこ れ ま で、 国 内 下 水 汚 泥 焼 却 炉 の 大 半 を 占 め る

追加設置が可能である。

Special feature

約200wet−t/日（約52DS−t/日）以下の焼却炉では、得られる余剰熱量が少なく、発電効率を可能とするタービンの導入が困難であるという課題があった。この課題解決のため、JFEエンジニアリング株式会社は、脱水汚泥約60～300wet−t/日（約15.6～78DS−t/日）
においても、高効率発電を可能とする小型復水式蒸気タービンを新たに設計・開発した（写真１）。
さらに、豊富な下水処理水を復水器の冷却水として活用し、タービン入口と出口のエネルギー差（温度差、圧力差）を増加させることで発電効率の最大化を図った。
なお、発電設備は排ガスダクトを切り回すことで
写真１ 小型復水式蒸気タービン

約31約16約14約8150

効率（kW/t- 蒸気）効率（kW/GJ -入熱量）

本技術：高効率小型復水式タービン（約150 kW~1500 kW）

小型化に対応スクリュ式 + バイナリ

80

背圧式タービン

7040

スクリュ式
80〜200〜60〔16〕500〜1,000〜

100〔26〕200〔52〕

図２ 発電技術の比較

44

INDUSTRIAL MACHINERY 2022.10

1,500〜

発電出力（kW）

300 汚泥焼却量（wet-t/日）〔78〕 〔汚泥焼却量（ds-t/日）〕

特集：優秀環境装置／日本産業機械工業会会長賞⑵

局所撹拌空気吹込み技術
N2O削減技術として、燃焼空気の一部を分岐してFB部に効率的に吹き込む、局所撹拌空気吹込み技術を導入してN2O、NOx排出量同時削減を実現した。局所

フリーボード部

撹拌空気吹込み技術の概略図を図３に、設置状況を写真２に示す。
本技術は炉付近の限られたスペース（2.5×2.0m

局所撹拌
局所撹拌
砂層部程度）に設置可能であるため、低コストであるとともに、既設焼却炉付帯機器との干渉が少なく追加設置が容易である。
これらの独自性を有する本技術を適用することで、

風平面図

箱燃焼空気立面図

図３ 局所撹拌空気吹込み技術概要

CO2 の約300倍の影響力を持つ温室効果ガスであるN2Oの削減が可能である。

３．開発経緯⑴

開発の目標

Special feature

広く国内外への普及を図ることを目的に、以下を目標として本設備を開発した。
・‌脱水汚泥60～300wet−t/日の中大規模焼却炉に適用できる、高効率発電を可能とする小型復水式蒸気タービン技術を開発すること
・‌局所撹拌空気吹込み技術は局所撹拌空気吹込みがない場合に比べN2OとNOxを同時に50％以上削減でき、N2Oは他の多段吹込燃焼式流動床炉等以下に削減できること
・‌既設焼却設備への追加設置が容易であること
写真２ 局所撹拌空気吹込み技術設置状況⑵

開発経緯
2010年度・ ・・・・・・・・・・局所撹拌空気吹込み技術の実験室規模の基礎研究開始
2013年度・ ・・・・・・・・・・高効率発電技術の実験室規模の基礎研究開始
2013～2016年度・ ・・・JFEエンジニアリング株式会社と川崎市上下水道局による局所撹拌空気吹込みに関する共同研究を実施し技術を構築
2015～2016年度・・・・日本下水道事業団とJFEエンジニアリング株式会社の共同研究「焼却発電設備の導入促進に向けた技術開発」としてフィージビリティースタディーを実施し、技術を構築
2017～2018年度・ ・・・国土交通省が実施する下水道革新的技術実証事業（B−DASHプロジェクト）に採択。川崎市
入江崎総合スラッジセンター（３系）に高効率発電技術及び局所撹拌空気吹込み技術を適用した実施設（150 wet−t/日）を設置し運転
2019年度～ ・・・・・・・・・B−DASHプロジェクト実証研究完了後、自主研究を実施し、現在まで継続中

産業機械 2022.10

45

⑵

４．性能
⑴

局所撹拌空気吹込み技術
2018年度、B−DASHプロジェクトを実施した３系

高効率発電技術

焼却設備において、局所撹拌空気吹込みを実施する

各季節の定格負荷（150wet−t/日）における高効率ことにより、N2O排出係数及びNOx排出濃度を同時に発電技術運転結果を表１に示す。

50％以上低減させることが可能であること、N2O排出

冬季は焼却炉の安定運転ができず、炉内温度上昇に係数は、多段吹込燃焼式流動床炉等のN2O削減技術と熱量を要したため、低い発電量となっている。なお、同程度（0.263 kg−N2O/wet−t）※２以下に低減できる

焼却炉の安定運転ができなかった冬季を除き、春季、ことを確認した。

夏季、秋季は低含水汚泥での運転結果を併記した。

2021年度に、実証結果を基に構築した制御システム

焼却炉の安定運転ができなかった冬季を除き、季節を組込んだ局所撹拌空気吹込み技術を、隣接する焼却ごとの含水率等の汚泥性状の変化に伴い、焼却炉への設備に水平展開した。実証焼却炉と導入した隣接焼却炉投入熱量が変化し、投入熱量に応じた発電量が得られ、は同型である。

安定した発電運転が可能であることを確認した。なお、

前記隣接焼却設備における2021年７月から９月

低含水汚泥での試験を実施した期間において、焼却までの運転結果を図４に示す。調査期間において汚泥設備消費電力と発電設備消費電力の合計値を発電出力が投入量は焼却設備の定格負荷量である150（wet−t/日）で上回る電力自立を確認した。

おおむね運転しており、調査期間中の平均N 2O排出

Special feature

なお、実証設備の焼却炉は補助燃料を使用せず自燃して係数は0.185（kg−N2O/wet−t）であった。また、汚泥おり、投入熱量に補助燃料由来の熱量は含まれていない。

投入量が少ない（120（wet−t/日）程度以下）条件を

表１ 季節ごとの高効率発電技術運転結果（ 太字下線 部は電力自立）

春季

夏季

秋季

冬季

定格

低含水

定格

低含水

定格

低含水

定格

焼却量（wet−t/日）

150138150136151140154

含水率（％）

74.7

71.6

72.9

72.2

75.6

73.1

75.0

投入熱量（GJ/h）※114.9

17.8

16.6

18.8

14.8

15.8

15.4

発電出力（kW）

420690605

730

448683385※2消費電力（kW）

529559552563567569560※１：脱水汚泥（焼却炉投入汚泥）の熱量※２：焼却炉の安定運転ができず、炉内温度上昇に熱量を要したために、低い発電量となっている

投入汚泥量

2N2O 排出係数1801.81601.61401.41201.21001.08060

高温（850℃）焼却 N2O 排出係数：0.645

調査期間0.6

平均 N2O 排出係数
0.185

40

多段焼却等 N2O 排出係数：0.263

200
7 月 14 日

7 月 27 日

8月9日

8 月 22 日

9月4日

図４ ２系での連続運転結果

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INDUSTRIAL MACHINERY 2022.10

0.40.20
7月1日

0.8

9 月 17 日

9 月 30 日

N2O 排出係数（kg-N2O/wet-t）

投入汚泥量（wet-t/ 日）200

特集：優秀環境装置／日本産業機械工業会会長賞

除外した場合は0.195（kg−N2O/wet−t）であり、多段吹込６．将来性燃焼式流動床炉等のN2O排出係数0.263（kg−N2O/wet−t）※２と同等以下になることを確認した。

カーボンニュートラルに向け温室効果ガス削減の必要性は高く、汚泥焼却炉での廃熱利用技術の適用は５．導入効果重点施策（「下水道事業におけるエネルギー効率に優れた本設備を導入した場合の温室効果ガス排出量削減効果技術の導入について」国水下事第38号通知（通知年度：の試算条件を表２に、従来の流動床式焼却設備を従来2017年））となっている。国内既設焼却炉の内、高効率技術として比較した結果を図５に示す。ここで、従来技術発電技術は58％（150基）に、局所撹拌空気吹込み技術はは高温焼却（850℃）対応焼却炉のN2O排出係数0.64581％（208基）に適用可能である。

kg−N2O/wet−t※２

よって、適用範囲が広く、かつ環境課題、施策に合致を用いた。

した本設備導入の可能性は高く普及が期待される。

本設備を導入することで、温室効果ガス排出量は局所

また、カーボンニュートラルは国内のみならず世界に撹拌により52％、高効率発電により18％、合計70％のおいて重要な課題であり、海外への展開も期待される。

削減が期待できることが示された。
※２：‌下水道における地球温暖化対策マニュアル～下水道部門における温室効果ガス排出抑制等の指針～ 2016年３月 環境省・国土交通省

項目
含水率

※有機分

※

内容％

74.0％

86.4

kJ/kg−DS

19,890

処理規模

wet−t/日

150

炉形式

−

流動床式焼却炉

高位発熱量※

Special feature

表２ 試算条件※数値は実証フィールドにおける分析結果の平均値

GHG 排出量（t-CO 2/ 年）

12,00011425

10,000

局所撹拌による削減
52%

70% 削減

8,000

5509

6,000
3467

4,000

2042

2,0000高効率発電による削減
18%

従来技術

革新的技術
革新的技術
（GHG 排出量） （GHG 排出量収支）
GHG 排出量GHG 削減量（発電由来）

図５ 温室効果ガス削減効果

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