特 集

優秀環境装置／日本産業機械工業会会長賞

次世代型流動床式ガス化燃焼炉
株式会社神鋼環境ソリューション
環境エンジニアリング事業本部 環境プラント事業部
プロポーザル部 設備改善推進室課長

砂田 浩志

１．はじめに可能となる高温高圧ボイラの採用（４MPa×400℃⇒

都市ごみ処理施設は、ますます地産地消型の再生可能６MPa×450℃）を目標とした。特に６MPa×450℃のエネルギー供給施設として位置付けられ、なお一層高温高圧ボイラは、国内で先駆けて採用する技術である。

省エネルギー技術、高効率発電技術が求められている。

本稿では、「次世代型流動床式ガス化燃焼炉」の特長と本装置を導入した施設の運転状況について報告する。

この発電高効率化のニーズを受けて、流動層独特の燃焼特性を最大限に発揮して高効率発電が実現可能な２．装置説明「次世代型流動床式ガス化燃焼炉」の開発に取り組むこととなった。具体的には、ボイラ効率向上による発電効率当社が開発した流動床式ガス化燃焼炉のフローシート向上と各種送風機動力の削減によって送電量の最大化がを図１に示す。この装置は当社がこれまで培ってきた可能となる低空気比燃焼化（空気比1.5～1.6⇒1.3）と、技術と新規開発技術の融合などにより、高効率発電に蒸気タービン効率の向上によって発電効率の更なる向上が加えて、省エネ化に関する技術も備えたものであり、（２）廃棄物の燃料化（３）高温高圧ボイラ（循環破砕システム）
排ガス循環ファン蒸気

蒸気タービン発電機

場内利用
売

押込送風機

低圧蒸気

排気

電

場外熱供給

バグフィルタ

ごみ投入ホッパ
ごみクレーン

エコノマイザ

廃熱
ボイラ
二次送風機

触媒反応塔

ごみ破砕機
アルカリ反応剤

ごみ
投入扉

受入
ごみ
ピット

貯留
ごみピット

活性炭

給じんコンベヤ

次世代型
流動床炉

給じん装置

煙

アンモニア水

誘引送風機

ごみピット

砂貯留槽

（１）緩慢燃焼と旋回燃焼による高度燃焼技術

図１ 流動床式ガス化燃焼炉フローシート

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INDUSTRIAL MACHINERY 2022.10

突特集：優秀環境装置／日本産業機械工業会会長賞

大きく以下の３点の主な特徴がある。

炉規模（処理規模）が大きくなるにつれ、その給じんの⑴

緩慢燃焼と旋回燃焼による高度燃焼技術（ガス化燃焼）変動の影響は小さくなるものの、中小型炉では破砕⑵

廃棄物の燃料化（循環破砕システム）システムを導入した方が、発電量制御、低空気比燃焼⑶高温高圧ボイラ（６MPa×450℃）などを実現しやすい。
廃棄物処理施設を廃棄物発電所と位置づけ、これまで緩慢燃焼と旋回燃焼による高度燃焼技術（ガス化燃焼）の破砕システムよりも更にごみを“燃料化”するため、流動床式ガス化溶融炉におけるガス化炉では、かつて「循環破砕システム」を開発した（図３）。循環破砕構造指針記載の流動床式焼却炉の450kg/m ・hのシステムは、通常の二軸破砕機の排出側に可動式の倍以上の炉床負荷を採用している。本技術を採用する閉止板（循環ダンパ）を設けた構造である。循環ダンパ

ことで、砂層の流動化空気量（燃焼空気量）を最小化を閉止した状態のままで廃棄物を投入することで、することができ、ろ液注水等を用いることなく砂層従来１回破砕だったものが、ダンパを開放するまでは温度を500～600℃の低温で緩慢燃焼することが繰り返し循環破砕することができる。これにより、よりできる（図２）。すなわち、ろ液注水による熱損失を良質な“燃料”を生成することができる。一例だが、抑制しつつ、緩慢燃焼運転を行うことにより、エネルギー体積累積で見ると、従来型では細かく破砕されるものが回収向上と安定燃焼の両立が実現できる。また、砂層の約50％に留まるのに対し、循環型破砕機では約80％と流動化空気量の低減により、送風機の機器コストの大きく改善される。

⑴

2技術である。

ごみを複数回破砕

二次空気に関しては、当社で培ってきた技術を採用破砕しており、旋回方式の吹込みを行っている。これに完全燃焼が可能となる。
⑵

循環用ダンパ

長尺物、異物を粉砕

より、効果的な撹拌・混合を行うことで、生成ガスの廃棄物の燃料化（循環破砕システム）

ごみを良質な燃料へ

流動床炉は、発電量制御に優れている等の利点がある一方、給じん（ごみの投入量、ごみ質）の変動がSpecial feature低減、消費電力削減につながり、省エネ化にも寄与する

排出

図３ 循環破砕システム

燃焼変動に大きな影響を与えるという特性がある。

燃焼空気量最小化

砂層小径化

緩慢燃焼

空気空気
従来型

新型

ごみ質
変動吸収

図２ 新型流動床の砂層における緩慢燃焼

産業機械 2022.1049

⑶高温高圧ボイラ（６MPa×450℃）
廃棄物発電の高効率化にはボイラ蒸気条件の高温３．性能高圧化が効果的であるが、排ガス中の腐食成分による「次世代型流動床式ガス化燃焼炉」を採用した第１号機過熱器管の腐食が問題となる。日本国内においてはの施設である「はつかいちエネルギークリーンセンター」

４MPa×400℃クラスの蒸気条件が標準となっており、の性能を説明する。当施設は、６MPa×450℃の高温当社においても同様の蒸気条件（４MPa×400℃）を高圧ボイラの他に、低温エコノマイザ、低温触媒の採用採用した発電施設を複数納入している。その腐食状況など高効率発電に取り組んでいる。

を確認したところ、５年以上経過後も過熱器管の減肉加えて、従来の廃棄物発電施設では利用が難しいとはほとんどなく、当社流動床炉では従来材の過熱器管をされていた「タービン排熱」の有効活用を行っている。

そのまま使い、適切な温度域に配置する設計によって、これまで大気放出されていたタービン排熱から温水を過熱器の腐食が効果的に抑えられるという優れた特長

間接的に熱回収し、隣接する広島ガス廿日市工場へのを有することが分かった。

熱供給事業を行っており、エネルギー回収が非常に優れそこで蒸気条件の更なる高温高圧化が可能であると考え、蒸気条件450℃を想定した２年間にわたる暴露た施設である。当施設の操業状況について、⑴焼却運転、⑵発電・熱供給状況に分け説明する。

試験を実施した。暴露試験の結果、腐食メカニズムを解明することができ、従来材をそのまま使い、過熱

⑴

焼却運転

Special feature

器管を最適化な排ガス温度下に配置することで、過熱焼却運転結果として、表１に引渡性能試験時の排ガス器管表面の付着灰を溶融させず、腐食減肉を低減する

測定結果を示す。空気比約1.3の低空気比運転で安定ことが可能であることが分かった。

した排ガス性状を確認することができた。竣工後もこの知見を基に設計した６MPa×450℃の高温同様の排ガス性状で安定した運転を継続している。

高圧ボイラを「はつかいちエネルギークリーンセンター」

また耐久性については、６MPa×450℃の高温高圧にて国内で先駆けて採用した。2019年３月竣工後のボイラについては上記のとおり、従来と同等の耐久性３次過熱器管（蒸気温度450℃部）の減肉量は、１号系、を確認している。循環破砕システムについては、破砕２号系ともに平均減肉速度は0.1mm/年程度であり、時間が多くなる分破砕刃の摩耗は増えるものの、容易過去の暴露試験と同様の減肉挙動であることを確認に肉盛り補修できる構造であり、LCCを考慮した設計している。としている。

本蒸気条件の高温高圧化の効果として、一つの試算結果ではあるが、蒸気条件４MPa×400℃と比べて、発電量が10％以上増加する試算を得ており、高効率発電化には有効な手段である。

減肉量（mm）

１0.75

１号系

0.5

２号系

0.25
0-0.25

０100

200

300

400500

曝露日数（日）図４ 実稼働中炉における３次過熱器管の減肉挙動

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INDUSTRIAL MACHINERY 2022.10600

表１ 各排ガス測定結果
項目

基準値

1号系

2号系

煙突ばいじん濃度（g/m3N）

0.005以下

0.001未満

0.001未満

煙突SOx濃度（ppm）

10以下

0.7未満

0.7未満

煙突HCl濃度（ppm）

10以下

43

煙突NOx濃度（ppm）

20以下

99

煙突CO濃度（ppm）

30以下

44未満

煙突DXNs濃度（ng-TEQ/m3N）

0.01以下0.000120.00065

煙突Hg濃度（μg/m3N）－0.710.60

炉出口空気比－1.261.29

特集：優秀環境装置／日本産業機械工業会会長賞⑵発電・熱供給
本施設では全炉停止期間以外はほぼ熱供給を行って４．おわりにいるが、発電と熱供給はトレードオフの関係にある

今後日本では人口減少により、自治体の財政はますますため、発電効率の向上のみを追求するのではなく、厳しくなり、また2050年に向けて脱炭素社会、カーボン発電と熱供給の最適なバランスを考慮しながら運転をニュートラルを目指す中、一般ごみ、下水汚泥、産業行っている。一般的に発電効率を高めるためには、廃棄物等の垣根を越えた合理的・効率的な廃棄物処理

タービン排気圧をできるだけ下げた運転が有効であるが、システムの検討が進むものと考えられる。一方、流動

本施設では温水利用先に供給する温水温度を要求レベル

床炉は、汚泥等の低カロリー物からプラスチック等のに維持するために、タービン排気圧を上げて調整し、高カロリー物まで幅広い対象物を処理可能である特長を発電と低温排熱をあわせたエネルギー利用率を最大化持ち、様々な雑多なものを同時に処理できる。

するよう運転を行っている。

当社は今後も本装置の改良・改善を行い、更なるエネ

上記のとおりタービン排気圧を上げた運転を行ってルギー回収の最大化を追求していくことで、合理的・いるが、６MPa×450℃の高温高圧ボイラの採用により効率的な廃棄物処理システムの一員として役割を担い、2020年度平均で19.2％と高い発電効率（１炉運転時）カーボンニュートラル社会に貢献していく所存である。

を実現した。また2020年度の発電効率は16.1％（２炉運転時）、熱利用効率は25.6％、合わせたエネル
ギー効率は41.7％と非常に高いエネルギー利用をSpecial feature実現できている（図５）。この売電及び熱供給による年間CO2削減量は、6,924t−CO2及び7,235 t−CO2で合計14,159 t−CO2となり、計画値の9,700 t−CO2の約1.5倍となっている。なお、本施設では、送電量制限のため２炉運転時は発電量を抑えた運転を行っているが、制限がない場合は、更にエネルギー効率を高めることが可能である。

エネルギー効率（％）

60
熱供給効率50

発電効率403020100

１炉運転

２炉運転

20年度平均図５ エネルギー効率実績

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