バイオマス燃料分析サービス
焼速度が早いことがわかるため、石炭・バイオマ

概要

ス混焼による燃焼性向上が期待できると考えられ地球温暖化などに代表される昨今の環境問題にる。また、水分は高く、灰分は低い傾向にあるが、対応するため、火力発電分野において「バイオマ先述の通りバイオマスは膨大な種類が存在するたス燃料」の利用が広がっている。実際の運用には、め、燃料としての性能評価を行うためには各種分燃焼灰のトラブル、貯蔵の安定性、自然発熱性、析が必要となる。

さ

熱分解残渣の閉塞性などさまざまな課題が挙がっ

2. 各種分析ている。これら課題を解決するために、バイオマ
2.1 灰組成分析

ス燃料の性状を把握する必要があり、分析により得られた性状データを用いて評価・予測を行うこ

炉内灰汚れ（スラッギング、ファウリング）の一因とが、設備の安定運用につながる。特に、バイオと考えられるアルカリ金属系の情報は、灰を分析や しマスは松、杉、竹など木質系のものもあれば、椰子することにより得られる。バイオマスでは特にカリ

けいふん

殻、鶏糞など多岐にわたり、その種類によって性ウム濃度が高いことが知られているため、分析試状が大きく異なるため、事前の評価検討が非常に料とする灰の作成温度が重要となる。一例として、重要である。本稿では、バイオマス燃料の性状を表 1 に示すバイオマス 3 種（バイオマス A、B およ把握するための各種分析方法の一例を紹介する。

び C）について、検討を行った結果を紹介する。

1. はじめに

表1

バイオマス 3 種の概要

地球温暖化問題に際して、主な原因の一つが二酸化炭素排出によるものである。石炭火力発電所
でも、これまでの石炭燃焼から、バイオマス燃焼（専焼・混焼）へと運用の改革が進められており、これによる二酸化炭素の排出量削減をねらっている。
バイオマスは石炭とは性状が大きく異なり、水灰組成分析を行う上で、石炭は 815℃での灰化分、灰分、揮発分の工業分析項目のみならず、発となるが、バイオマスの場合はこの限りではな

熱量、構成元素や灰の化学組成など、おおよそ石い。

炭とは異なる特徴をもっている。通常、石炭燃料バイオマスは基本的に生物由来であるため、特（1）の場合は、日本工業規格 によって規格化されたにカリウムが多く含まれているものが多い。カリ手法による分析で評価を行っているが、バイオマウムは低融点化合物を形成するため、灰化温度にス燃料では明確な手順などが規格化されていない。

よってはその後の組成分析に影響をおよぼす。

石炭とバイオマスを比較すると、バイオマスは3 種類のバイオマスを各温度で灰化させた際の灰中 K2O 濃度を図 1 に示す。

発熱量が低く、揮発分は多い。この性質から、燃—35—

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石炭灰では、溶融の過程において軟化、半球状態が確認できるが、バイオマスの場合では、これらの形状が確認できないだけではなく、融点から 20℃上昇という短い温度領域で溶け流れた。また、バイオマスでは図 4 で示すように、発生したガスによるものと考えられる膨張状態が見られるものもある（試図1

験前のテストピースサイズは図内マス目 6 × 6 程度）。

灰化温度と K2O 濃度との関係

この結果から、バイオマス A および C では灰化温度が高くなるにつれて、カリウム濃度が下がることがわかる。これは、高温により低融点のカリウム化合物が揮散したためである。よって、灰の化学組成を評価するためには、バイオマスの灰化処理は比較的低温度で実施する必要がある。

図42.2 灰溶融性試験

膨張したバイオマス灰

加えて、図 5 に示すように、1500℃付近となっ当社では高温加熱顕微鏡を用いた、溶融性評価ても溶流せず、テストピースの形を完全に崩さなを行っている。高温加熱顕微鏡は DIN51730 規格

い状態で最高試験温度に達するバイオマスもあっに則っており、温度変化による形状変化を CCDた。このように、バイオマス灰は軟化形状や半球カメラに記録している。これにより、JIS における形状が見られない場合がある。また、溶け始めか溶融性指標（軟化：テストピースの先端または縁ら溶融までの時間が短い傾向にある点、石炭灰とが丸くなり角が無くなる温度、半球：テストピー比較すると、低温域での挙動（収縮・膨張など）がスの高さが底部の半分に等しくなる温度）のみな特徴的である点にも注目する必要がある。

らず、温度上昇に伴う収縮・膨張などの情報も併せて取得することができる。600℃で灰化したバイ
オマス灰の溶融温度近傍の外観変化を図 2、石炭灰の溶融温度近傍の外観変化を図 3 に示す。

図5
図2

バイオマス灰の溶融観察

1500℃付近でのバイオマス灰の様子

2.3 貯蔵に関わる分析
バイオマス燃料のうち、幅広く用いられている形状に「ペレット」がある。ペレットは微粉砕したバイオマスを圧縮形成したものである。かさ密度

図3

石炭灰の溶融観察が大きいためエネルギー密度も大きい点、ミルで—36—容易に微粉化できるなど運用面で有利な点が多い。しかし、微粉を固めている構成上、外部から受ける力によって「崩れる」ため、強度の把握が重要である。当社では、受ける力の形態を想定し、「機械的耐久性（一定量の回転衝撃を与えた後に壊れなかった質量割合）」や「粉化度（一定量のペレットを袋に入れ、200cm の高さから 4 回落とした時図6作成した熱分解残渣に粉になる割合）」の分析を実施している。その他にも、限られたスペースで貯蔵できる量を把握するために「安息角（ペレットが形成する山の斜面と水平面とのなす角度）」の分析も実施している。
2.4 自然発熱性貯蔵時の状態を模擬的に再現し、その状態での

図7

蓄熱・放熱バランスから、自然発熱性を評価する各試料の「膠着度（硬さ）」評価試験として「ワイヤーバスケット試験」がある。

運用方法によって、発生しやすいトラブル形態も一定粒度に調整したバイオマスをワイヤーで作っ異なる。今後、火力発電へのバイオマス運用が増たバスケット（サイズ：30cm 角など）に充填し、乾えるにつれて、分析を行うバイオマスの種類、分燥機内に静置した状態を熱電対およびガス分析計

析項目などもますます増えることが予想されるで計測する。これにより、温度、ガス成分情報かが、本稿を最適な分析・評価を実施するための知ら自然発火性の傾向を把握することができる。

見に役立ていただければ幸いである。

2.5 熱分解残渣の閉塞性（熱分解残渣の硬さ評価）

文責
計測事業部

ガス化発電方式向けの分析として、熱分解残渣

化学・環境部

福浦グループ
長島 陽一の評価がある。バイオマス燃料によるガス化炉の閉塞は還元性雰囲気下での加熱固着によるもので計測事業部

あり、当社では JIS M 8812 揮発分測定方法および

次長膠着度測定法を用いて評価検討を行っている。本計測事業部

化学・環境部

福浦グループ
永瀬 成世

化学・環境部

福浦グループ高野

方法では、各種バイオマスから容易に熱分解残渣

卓（2）（図 6）を作成でき、熱分解残渣の硬さ（膠着度 ）参考文献評価（図 7）が可能である。

（1） JIS M 8812:2014：石炭類及びコークス類－工3. まとめ業分析方法、日本規格協会「バイオマス」と一括りに言われるが、石炭と同（2） 茂田潤一、知恵賢二郎：石炭焚ボイラにおけ様に種類は非常に多いものである。また、バーる燃焼灰の付着挙動、IIC REVIEW、No.55、ナー燃焼方式、流動層燃焼方式、ガス化方式など

2016/04、pp.21-29—37—

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