＜巻頭言＞

安全・安心な社会を目指して

淑徳大学
教

人文学部
授

北

野

大

Masaru Kitano

20世紀は安全を求めた世紀であったが，21世紀は安全・安心の世紀にすることが，第２期科学技術基本計画にも謳われている。安全はその時点，時点の自然科学に裏づけられた客観的事実，安心は自らの理解と納得に基づく主観的事実といえる。ちなみに安全の英訳は safety であるが安心に対しては適切な単語がなく，sense of security と訳している。安全を安心につなげるためには，信頼があり，安全×信頼＝安心と表される。いくら安全を主張しても信頼がなければ安心に繋がらない。
信頼性確保の一つの手段がリスクコミュニケーションである。
明治大学の向殿政男名誉教授の推進する学問に「安全学」がある。「安全学」であって「安全科学」，「安全工学」でないことに注意をされたい。「安全学」とは安全にかかわる技術的側面，人間的側面及び環境的側面を統合的に学問化するものであり，その前提として「機械は故障する」，「人は過ちを犯す」という考え方を持つ。
機械の故障に対してはそもそも安全を目標とするフェールセーフの考え方がある。一方，信頼性を高めるフォールトトレランスという考え方もある。現在，世界の原子力発電所は後者の考え方で設計されているが，３年前の福島第一原子力発電所の大事故を考えると，当然ながらフォールトト
レランスの限界が見える。
「人は過ちを犯す」という考え方の対策には，本質的安全設計という考え方が大切である。まず，第１段階として危険源を可能な限りなくすこと，それでも残るリスクには第２段階として防御措置を講ずること，そして最後の第３段階が人間による注意である。
それではどこまで安全にすればよいのか？私は経営者の皆さんに次のような質問をしている。
「現在，社員の皆さんにお願いしている仕事を，同じ条件（勤務時間，待遇，安全対策など）で，あなたの息子さんや娘さんにやらせますか？」
自信を持ってイエスと答える経営者がほとんどあってほしいが，現実はいかがであろうか。
良い会社とは，顧客から愛され，社員から愛され，ステークホルダーから愛され，そして地域社会から愛される会社であるという。社員から愛されるために何が必要か。経営者の判断に任せるが，大学人の端くれとして，私は淑徳大学の学生を常に自分の息子，娘と思って教育・指導している。経営者にあっては社員を自分の家族の一員のように遇することもその一つの要素になろう。
地域社会から愛される会社になるために，環境対策，特に排水管理も同様である。「その排水を下流で取水し，水道水として自分の家族が飲むとしたら，安心してその排水を流せますか？」という問いに対し，たとえば WET（全排水毒性）のデータにより，多くの経営者から Yes! という返事が返ってくることを期待している。

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報1

神戸市東灘処理場 再生可能エネルギ生産・革新的技術
実証研究（B-DASH プロジェクト）―第３報―
Demonstration Research on Renewable Energy Production and Innovative
Technologies at Higashinada Treatment Plant in Kobe City（B-DASH Project），
third report

川嶋 淳＊
Jun Kawashima

宮本博司＊
Hiroshi Miyamoto

豊久志朗＊＊
Shiro Toyohisa

B-DASH（Breakthrough by Dynamic Approach in Sewage High technology）プロジェクトとは，国土交通省が主導する下水道革新的技術実証事業であり，下水道事業におけるコスト縮減や再生可能
エネルギ創出等を実現し，併せて，本邦企業による水ビジネスの海外展開を支援するための革新的技術について，実規模レベルのプラントを設置して実証を行うことを目的とした研究である。
2011年度および2012年度は国土技術政策総合研究所の委託研究として実証研究を行い，革新的技術により下水汚泥のエネルギ利用の高効率化を図るとともに，建設・維持管理コストおよび温室効
果ガス排出量の削減が可能であることを実証した。本稿では，2013年度に実施した継続研究において得られた実証研究結果について報告する。
B-DASH Project led by MLIT is the research, using commercial-scale sewage treatment plant, aiming todemonstrate the innovative technologies which can substantially reduce sewage service costs, create
renewable energy and support Japanese enterprises’overseas water business expansion.
The research in FY 2011 and FY 2012 was conducted as contract research from NILIM, and the result
which can increase energy recovery rate from sewage sludge and can reduce the capital and operating
cost and greenhouse gas emission by innovative technology, was obtained.
This paper reports the demonstration study results obtained in the continuous research carried out in FY 2013.

Key Words：
汚

泥

消

化

Sludge digestion

メ

タ

ン

発

酵

Methane fermentation

バ

イ

オ

マ

ス

Biomass

バ

イ

オ

ガ

ス

Biogas製

Upgrading精【セールスポイント】

・下水道への受入れに好適な地域バイオマスの受入れ：
食品製造系バイオマス，木質系バイオマスと下水汚泥との共処理消化によるバイオガス発生量増大

2

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

・高機能鋼板製消化槽：
内部可視化により消化性能維持が可能で，インペラ式かくはん機の採用により低動力化と堆積物排出促進運転を実現
・高効率ヒートポンプ：
下水処理水からの回収熱による消化槽加温によりバイオガス有効利用率アップ
・新型バイオガス精製・貯留・圧送システム：
従来型よりコンパクト化・低動力化された新型バイオガス精製・貯留・圧送システムで，高効率な脱硫装置として適用可能

まえがき

1.

案し，下水道革新的技術実証事業（B-DASH プロジ示す。

ェクト）に採択された神戸市東灘処理場を実証フィ①

神鋼環境ソリューション・神戸市共同研究体が提実証技術の概要

今回実証を行ったシステムの全体構成図を図１に地域バイオマス受入・混合調整設備

ールドとする題記実証研究を，2011年度および2012

下水道への受入れの好適性が確認できた地域バイ

度は国土技術政策総合研究所の委託研究として実施

オマスを受入れ，必要に応じて前処理を行った後にした。地域バイオマス受入・混合調整設備，高機能

下水汚泥と混合調整する設備であり，後段の消化槽

鋼板製消化槽，高効率ヒートポンプおよび新型バイ

からのバイオガス発生量を増加させることができる。

オガス精製 ･ 貯留 ･ 圧送システムからなる革新的技②

高機能鋼板製消化槽（220 m3）

術は，従来技術に対して建設コスト，維持管理コス

消化槽を鋼板製にすることによって，従来のコントおよびライフサイクルコストの縮減が可能であクリート製消化槽と比較して建設コストの縮減・建り，温室効果ガス排出量を大幅に削減できることを

設工期の短縮が可能である。実証試験では，バイオ

１，
２）

実証した

。

マス投入による消化への影響調査，インペラ式かく2013年度は神鋼環境ソリューション・神戸市共同

はん機低動力運転，堆積物可視化と排出促進運転に

研究体の自主研究として継続研究を行った。既設卵

ついて検証した。

形消化槽へのバイオマス投入，鋼板製消化槽のイン③

ペラ式かくはん機低動力運転等について検証した。
当該研究結果を報告する。

温するための温水を供給できるため，バイオガスの

図１Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

高効率ヒートポンプ
下水処理場内の未利用熱を回収し，消化槽等を加システム全体構成図

神鋼環境ソリューション技報

3

2.

有効利用量を増加させるとともに，エネルギ使用量2. 1を削減することができる。
④

実証研究結果実証施設概要新型バイオガス精製・貯留・圧送システム

神戸市東灘処理場内に設置している実証施設の主

バイオガスからメタン濃度97 ％以上の高品位ガ

仕様を表１に示す。下水への好適性が確認された地スを取出すことができる新型バイオガス精製装置

域バイオマスは，既設卵形消化槽（有効容量10 000と，円筒形中圧ガスホルダからなるシステムである。

m3）にも投入している。
2. 2

表１

実証結果

2. 2. 1

実証施設主仕様

下水道への受入れに好適な地域バイオマスの選定①地域バイオマス受入・混合調整設備

地域バイオマスの下水道への好適性は，発生量，食品製造系バイオマ
ス受入能力

鋼板製消化槽
既設消化槽

0.7 t-wet/d
11 t-wet/d

ハンドリング，排出元へのヒアリング・目視による

木質系バイオマス受
入能力

鋼板製消化槽
既設消化槽

0.25 t-wet/d
4 t-wet/d断する。ラボスケールのメタン発酵実験に基づくガ②高機能鋼板製消化槽

鋼板製全溶接円筒形
有効容量 220 m3×１基③高効率ヒートポンプ

電動スクリューチラー
加熱能力 266.4 kW ×１基

異物等の確認，組成分析，ガス発生量を総合して判ス発生予測値と，鋼板製消化槽および既設卵形消化槽でのガス発生量には大きな差は認められず，地域
バイオマスの組成が判明すれば，精度の良いガス発
生量予測が可能であると考えられた。既設卵形消化槽におけるガス発生量測定値と推定値を表２に示④新型バイオガス精製・貯留・圧送システム
新型バイオガス精製装置

高圧水吸収法処理能力 300 m3N/h ×１基

中圧ガスホルダ

円筒形
貯蔵能力 約500 m3N ×３基
表２す。測定値／推定値の誤差は10 ％以内であった。
2. 2. 2

既設消化槽への地域バイオマス投入

好適性が確認された地域バイオマス（食品製造系
および木質系）を下水汚泥と混合調整後，既設卵形

地域バイオマス投入によるバイオガス増量効果（鋼板製消化槽）
下水汚泥のみ（既設１・２号）

期

2013年度間

4/1～3/31

4/1～3/31

系

0

3.1

木
質
系
（主として広葉樹間伐材）

0

1.7

食

品

製

造

初

沈

汚

泥

59.7

53.5

余

剰

汚

泥

0

0.1

濃縮余 剰 汚泥

40.3

41.7

下水汚 泥 中の初沈／余剰割合―▲3.6 ％※

0.80

0.83

ラボ実験による推定値

537

543

測

値

492

493

測 定 値 ／ 推 定 値

0.92

0.91

測

値

12.37

12.93

合

―

５％

下 水 汚 泥VS 混合比（％）

VS 投入負荷（kg-VS/m3/d）
投入 VS 当たりガス発生量［m3N/t-VS］

ガス発生倍率［m3N/m3］※

4

食品製造系 + 木質系
バイオマス混合（既設３号）

増

定
定
加

割

下水汚泥中の初沈汚泥割合：53.5／（53.5＋0.1＋41.7）×100＝56.1 ％59.7 ％（下水汚泥のみの初沈汚泥割合）－56.1 ％＝3.6 ％

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

消 化 槽（10 000 m3） に 投 入 し， 滞 留 日 数 約30日，る 動 力 投 入 密 度3.05 W/m3（ か く は ん 機 回 転 数21

約41 ℃で中温消化を行った。東灘処理場の３基のmin-1）から動力を抑えた運転条件に変更し，動力

卵形消化槽のうち，１基（３号）に地域バイオマス

投入密度0.49 W/m3（かくはん機回転数 3 min-1）にを投入し，他の２基（１，２号）との消化状況を比よる長期運転で消化に与える影響を検証した。

較した。

2013年11月から投入汚泥を下水汚泥のみ（初沈汚2013年度の地域バイオマス投入実績（4/1～3/31）

泥および濃縮余剰汚泥）に変更し，約４カ月間の低は，食品製造系581 t（投入原料中の VS 混合比3.1

動力運転を行った結果，運転期間中の投入 VS 当た％），木質系86 t（同1.7 ％）であった。地域バイオりのガス発生量は平均555 m3N/t-VS であった（図マスを投入した３号では，投入下水汚泥中の初沈汚２）。下水汚泥単独の投入 VS 当たりのガス発生量

泥の VS 比率が56.1 ％と１，２号より3.6 ％低いにも一般値は500～600 m3N/t-VS であり ３），消化運転状かかわらず，ガス発生倍率に 5 ％程度の増加が認め

況は良好と判断した。

られ，また，既設の下水処理に支障を与えないこと

2. 2. 4も確認できた（表２）。
2. 2. 3

鋼板製消化槽堆積物排出運転

鋼板製消化槽内の堆積物排出手段として，インペラ式かくはん機の逆転運転とポンプ引抜きを組合わ

鋼板製消化槽インペラ式かくはん機低動力

せた方法の効果が確認されており４），今回の実証試

運転
鋼板製消化槽に設置したインペラ式かくはん機験において再検証した。堆積物量の測定は，槽壁面

は，従来の消化槽かくはん機（ドラフトチューブ式

からは超音波による高さ測定を行い，その他測定点

スクリューかくはん機等）と比較して，低動力の運（槽半径方向に２点）では槽上部フランジから探触転が可能である。2013年度は，当初の運転条件であ子を用いて堆積物高さを測定した。鋼板製消化槽内
堆積物量の推移を図３に示

原料供給量（WG）

20す。2012年11月から堆積物

049:P3（3PLQ1）

動力投入密度1612

ポンプ引抜きなしの運転を継続したところ，槽内堆積8

物は増加傾向を示し，2014

4

年２月に堆積物／槽容量は

0
111

122

12

35

22

投入 96 当りガス発生量（P31W96）

日付
濃縮余剰汚泥1200

1.46 ％に達した（堆積物許容上限は５％）。この時点

初沈汚泥

でかくはん機逆転運転とポ

1000

ンプ引抜きを組合わせた運800転を行ったところ，堆積物

600
400

の排出促進効果が確認でき200た（図４）。堆積物量の可

0
111

122

12

22

35

日付

図２

視化技術と排出促進運転を組合わせることで，堆積物を蓄積させない運転が可能

鋼板製消化槽運転状況になると考えられる。
165堆積物許容上限
５％

2
1

1
08
06
04

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

図４

神鋼環境ソリューション技報

10

10
2014年

5

2013年

3

10

0

10

7

鋼板製消化槽堆積物量の推移

5
1

図３

2014年

3

9
1

11
9

9
9

0

10

7
1

5

11
3

1
9

11
9

9
9

2013年

1
9

0

0
2012年

排出促進
運転実施

02

11
9

3

12

9
9

4

14

堆積物／槽容量［％］

堆積物／槽容量［％］6

堆積物排出促進運転結果
5

新型バイオガス精製装置連続運転における性能検証
新型バイオガス精製装置の連続運転の結果，精製バイオガス組成は管理基準値を満たす安定運転が確
認 さ れ た（CH4：97 vol ％ 以 上，O2：4 vol ％ 未 満，
H2S：0.1 ppm 以下）。精製ガス流量当りの消費電力を図５に示す。精製ガス流量が60 m3N/h の低負荷運
転 に お い て， 連 続 運 転（2013年 度 ） は 間 欠 運 転

精製バイオガス量あたりの消費電力（N:KP31）

2. 2. 514

\ 290[085 08461

12
10
08
06
04

\ 611[047
52 05879

02
00

60

（2012年度）に比べ，消費電力を19 ％低減できた。

む
①

す

び

連続運転

90
120
150
精製バイオガス流量（P31K）

180

連続運転（2013年度 913920，920924，102107，12161224，
16130）
間欠運転（2012年度 91131 約 7K 回）

地域バイオマス組成が判明すれば，消化ガス発

生量が精度良く予測できることが確認できた。
既設10 000 m3 卵形消化槽への2013年度地域バ

②

間欠運転

図５ 新型バイオガス精製装置
間欠・連続運転時の精製ガス流量あたりの消費電力

イオマス投入実績は，食品製造系581 t，木質系
86 t で，下水汚泥のみを投入した消化槽より初沈
汚泥の VS 投入比率が3.6 ％低いにもかかわらず，
ガス発生倍率で５％の増加が確認できた。
③

鋼板製消化槽のインペラ式かくはん機低動力運

転（0.49 W/m3）で良好な消化が確認できた。
④

インペラ式かくはん機の逆転運転＋ポンプ引抜きによる堆積物排出促進効果が確認できた。

⑤

新型バイオガス精製装置連続運転の結果，間欠運転より低動力での運転が可能であり，精製バイ
オガス流量60 m3N/h の低負荷では消費電力を19 ％＊技術開発センター 水・汚泥技術開発部 汚泥処理室

6低減できた。
［参考文献］
１）豊久・宮本・川嶋，第49回下水道研究発表会講演集，pp.160-162，（2012）．
２）瀧村・豊久・宮本・藤井，第50回下水道研究発表会
講演集，pp.250-252，（2013）．
３）社団法人日本下水道協会，下水道施設計画・設計指針と解説 後編 2009年版
４）財団法人下水道新技術推進機構，鋼板製消化タンク
技術マニュアル，―2013年３月―＊＊

技術開発センター 水・汚泥技術開発部

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

稲美町向け遠方監視システムの更新
Replace of Remote Monitoring System in Inami-cho―農業集落排水処理場へのウォーターアイ導入―

松本直隆＊
Naotaka Matsumoto

田中秀和＊＊
Hidekazu Tanaka

櫻井 聡＊
Satoshi Sakurai

2013年度，当社は，稲美町向け農業集落排水事業遠方監視システム更新案件を受注，施工完了した。更新後の監視システムとして，ウォーターアイ（WaterEye®）を導入した。本稿では，ウォー
ターアイのシステム概要と受注に向けた取組み，施工状況について，紹介する。
Fiscal 2013, we received an order as renovate of remote monitoring system in Inami-cho（Hyogo prefect.）,®
we completed construction. WaterEye was introduced as an renovate system. This report introduces theoverview of“WaterEye”system and the efforts to order, construction situation.

Key Words：
遠隔監視システム

Remote Monitoring System

クラウドサービス

Cloud Service

ウォーターアイ

WaterEye【セールスポイント】
ウォーターアイは，インターネットを活用することで，いつでもどこでも設備の状況を確認することができ，維持管理業務を効率化することが可能なシステムである。データは，セキュリテ
ィ対策が施されたデータセンターにて保管される。データセンターは西日本，東日本の２箇所に設けられ，万一の災害時にもデータが消失すること無く，安心して使用頂ける。

まえがきは，前述の問題を解決できる。設備のデータは，デ従来の監視装置では，処理場等の現場，又は，庁ータセンターに設置されたサーバに送信され，蓄舎に設置され，設備に異常が発生した場合は，電話

積，管理される。ユーザは，インターネットを介しにて通知が行われる。この場合，現場，又は庁舎のてサーバにアクセスすることで，設備の状況をいつ監視装置がある場所に行かなければ，設備の状況がでもどこでも確認することができる。設備異常が発分からない。そのため，軽微な警報であっても，維生した場合は，現場に行く前に設備の状況を確認，持管理担当者が現場に急行し，対応することとな

対応の判断ができ，維持管理業務の負荷を軽減でき

り，維持管理業務に手間がかかる。また，現場の監る。また，データは，サーバにて保管されるため，視装置が故障すると，蓄積していたデータが消失

ユーザがデータの消失を懸念する必要がなくなる。

し，復旧にも時間がかかる。更新の際は，個別にシ

そして，現場機器の故障や更新の際は，データをサステム構築を行うため，費用が掛かる。

ーバに送る機器を交換するのみで済むため，復旧ま近年，注目を集めているクラウド型のシステムでVol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

での時間を短縮，更新費用の低減が可能である。

神鋼環境ソリューション技報7上記のことから，クラウド型のシステムが採用さ

機能紹介

1. 2

れる案件が増えている。ウォーターアイは，クラウウォーターアイの機能を表１に示す。

ド型のシステムであり，提案活動を行ってきた。

ユーザは，専用ソフトをインストールすることな

1.

1. 1

ウォーターアイの概要

く，標準の Web ブラウザにて各画面を参照するこ

システム概要とが可能。図２に画面の一例を示す。

ウォーターアイは，インターネットを活用した遠隔監視システムである。監視対象設備の情報は，ネ

2.

案件概要

稲美町における監視装置更新案件の概要を記す。

ットワークを介してサーバに送信され，蓄積，管理本案件は，農業集落排水処理設備８カ所と付随すされる。ユーザは，インターネット経由でサーバにる中継ポンプ場36カ所について，遠方監視装置の更アクセスすることで，場所と時間を選ばず，設備の新を行うものであった。特記仕様書には，処理施設状況を確認できる。構成図を図１に示す。

の監視を Web にて行うことが記載されていた。まサーバに収集データ
が蓄積，分析されるȇȸǿǻȳǿȸ
ファイヤーウォールにより，不正なアクセスをブロック

警報通知
警報発生時は，メールにて通報䜲䞁䝍䞊䝛䝑䝖

൦ϼྸᚨͳインターネット経由で収集データ送信
モデム
ルータなど
PLCなど
入力機器

PLC より設備のデータを収集，データ収集 /
サーバへ送信
送信用 PC

項目

ホーム
データ一覧表示フローシート時系列データ一覧表示
トレンドグラフ表示
カメラ監視
レポート作成マイグラフ／マイレポート作成
帳票
タイムチャート機能
警報一覧
手入力機能
各種解析機能連絡メモ
8※ADSL，ISDN，光回線，
CATV，FOMA 回線など，各種回線に対応可能

データ参照
帳票ダウンロード
標準の WEB ブラウザにて
データの参照が可能

図１

ウォーターアイ構成図

表１

ウォーターアイ機能
機

能

概

要

オプションで地図の表示，発生中の警報情報を表示することが可能。
各センサーの値を一覧表示する。
設備の簡易フロー画面を表示する。
指定期間のセンサーの値をリスト表示する。
指定したセンサー，期間のグラフを表示する。
設備に設置したカメラの画像を表示する。
指定したセンサー，期間のレポートファイルをダウンロードする。
あらかじめ登録した設定にてグラフ，レポート作成する。
日報，月報，年報を作成，ダウンロードする。
運転状況をタイムチャートで表示する。
警報の発生と復旧状況を一覧する。
設備の目視確認値などを手入力する。
蓄積したデータを解析し，ユーザにフィードバックする。
連絡メモを登録，確認する。

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

ホーム画面（地図）フローシート画面

トレンドグラフ

帳票（日報，月報，年報）

図２ウォーターアイ画面例

た，データ送信方式は携帯パケット方式，データ保存として２拠点サーバ方式が指定されていた。

3. 1

提案活動

稲美町には，電話回線を介した遠方監視装置が導携帯パケット方式とは，NTT ドコモの提供する入されていたが，老朽化に伴い，故障や不調が発生

FOMA 回線など，携帯電話通信網によって，設備するようになっていた。それを受け，2011年ごろよのデータをサーバに送信するというものである。携り，更新の提案などを行ってきた。提案活動を始め

帯電話通信網を利用するためには通信圏内である必

た当時は，クラウド型システムについて，あまり浸要があるが，電話回線や光回線などの有線通信と比透しておらず，データを外部機関で保管することに較して，断線などの障害発生からの復旧時間が短い

抵抗を受けることが多くあり，従来方式を要望されという特徴がある。

るユーザも多く見受けられた。

２拠点サーバ方式とは，データを蓄積，管理する

そのような中，ウォーターアイの使用感を知ってサーバを２拠点に設けるものである。２つのサーバ頂く目的で，2011年に草谷クリーンセンター，2012

は，データを同期することで，万一，災害などで１

年に相野クリーンセンターにおいて，ウォーターア

拠点が損壊した場合も，他方に切替えることで，早イのデモ機を設置した。デモ機使用時に要望を受け期サービス再開の実現とデータ消失を防止する。

た内容については，対応を検討し，機能改善を図っウォーターアイは，上記に対応可能なシステムであり，2013年９月に入札にて受注，2014年３月に施工を完了した。

3.

2013年２月には，兵庫県土地改良連合会が主催で，農業集落排水事業における監視システム説明会

受注への取組みが開かれた。兵庫県内の多数の自治体が参加される案件受注への取組みとして，提案活動，および，機能改善などを行ってきた。以下に主なものを記す。
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）てきた。

中，当社ウォーターアイもプレゼンテーションに参加した。

神鋼環境ソリューション技報

9

3. 2

サーバ２拠点化

式 会 社 製 の 情 報 通 信 端 末 装 置「MPT800」（以下

ウォーターアイは，関西地域のデータセンターに

MPT800と記載）を採用した。MPT800の採用に当サーバを設置し，サービスの提供を行っていた。したっては，主に以下の２点について対応を行った。

かし，2011年に発生した東日本大震災を受け，サー①専用ネットワークの導入

バを複数の拠点に設けることが望まれるようになっ

MPT800は，サーバと双方向に接続可能である必

た。サーバが１拠点のみに設置の場合，災害などで要がある。インターネットを介して他の機器に接続設備が損壊すると，蓄積されたデータが全て失わするには，IP アドレスを指定して接続する。IP ア

れ，監視サービスの復旧にも多くの時間がかかるか

ドレスとは，インターネット上の住所のようなもの

らである。

である。

そのため，2013年，東日本地域に新しくサーバを

従来のウォーターアイでは，現場に設置された機設置し，関西地域に設置のサーバと VPN で通信す

器の IP アドレスは不定であるため，サーバから現る仕組みを構築した。図３にサーバ２拠点のシステ

場機器にアクセスすることができない。現場機器のム構成を示す。一方のサーバが運用系となり，設備

IP アドレスを特定できるようにするには，月額費からのデータ受信，管理，ユーザからのアクセス要用が追加で必要となり，運用費用が高くなる。

求に応答する。他方は，待機系となり，運用系のデそのため，エヌ・ティ・ティ・コミュニケーショータを同期する。このようにすることで，万一，運ンズ株式会社が提供する VPN サービスを導入した。

用系が使用不能になった場合も，データの消失を最

このサービスを利用することで，独自のネットワー

小限に抑え，短時間にサービスを再開する事が可能

クが構築でき，現場機器の IP アドレスが特定可能となる。また，拠点間は，VPN によって，安全にになるため，MPT800とサーバが相互に接続可能に通信を行うことが可能。

なる。月額費用についても，パケット使用量が少な

3. 3

中継ポンプ場監視システムの構築

ければ，費用を抑えて利用が可能。また，ネットワ

従来のウォーターアイでは，水処理設備にパソコ

ークは，インターネットに接続されていないため，ンを設置し，インターネット経由でデータをサーバ

外部からのアクセスを防ぐことができ，安全な通信に送信していた。中継ポンプ場は，路上に設置されを行うことができる。

ているため，夏場の気温上昇を考慮すると，パソコ②専用プロトコル対応通信ソフトの開発

ンでは，耐久性が懸念された。そのため，中継ポン

MPT800との通信は，専用のプロトコルによってプ場向けの監視通報装置として，愛知時計電機株行われる。そのため，MPT800と専用プロトコルに࠰‫ݰ‬λȇȸǿǻȳǿȸᲢᙱଐஜᲣȇȸǿǻȳǿȸ
ᲢிଐஜᲣ

データ
同期

警報通知

モバイル
端末

࠻ᑀᲦਗໜƳƲ

データ参照
帳票ダウンロード

PLC

FA
FOMA
パソコン モデム

FOMA
モデム

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ϼྸ‫ئ‬

ɶዒȝȳȗ‫ئ‬
᳇᳊‫ئ‬

᳇᳊‫ئ‬

ϼྸ‫ئ‬

図３
10

通報
装置

サーバ２拠点システム構成

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）ǵȸȐǷǹȆȠನሰ
通信用
ソフトウェアインターネットユーザ‫ݦ‬ဇᡫ̮

ＶＰＮサービス

MPT800ɶዒȝȳȗ‫ئ‬Ტሖ৑Უ

MPT800

図４

MPT800

中継ポンプ場監視システム構成図

更新前

モニタ

更新後

監視用
パソコン

)20$ モデム

周辺機器
データ収集 送信用パソコン
836

836

図５

更新前

施工写真（処理場）

受話器

更新後
既設
通報装置

図６
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）)20$ モデム
新規
通報装置

施工写真（中継ポンプ場）

神鋼環境ソリューション技報

11

て通信し，情報を取得するためのソフトウェアを開発し，導入した。従来のパソコンを現場に設置する

4.

4. 1

施工状況
処理場

場合では汎用的な通信方式を使用しているため，パ処理場では，既設監視用パソコン，および周辺機

ケット使用量が多くなる傾向があった。専用プロト器の撤去，ウォーターアイ用機器の設置・試運転を

コルにて通信を行うことで，従来の方式と比較して行った。既設の監視装置と比較して，非常に省スペ

パケット使用量を低減することが可能となった。

ースで設置が可能。図５に施工前後の状況を示す。

上記の対応により，現場に設置する機器の耐久性

4. 2

中継ポンプ場を改善し，通信費を低減させた監視システムを実現

中継ポンプ場では，既設通報装置の撤去，ウォーした。図４に中継ポンプ場監視システムの構成図を

ターアイ用機器の設置・試運転を行った。図６に施示す。

工前後の状況を示す。

通信費が低減されたことにより，低価格で定額制の監視サービスを提供することが可能となった。稲

む

す

び

処理場８カ所，中継ポンプ場36カ所の監視装置更美町の既設監視装置は，電話回線を介したものであ

新を完了した。稲美町と2014年４月よりウォーター

り，毎月の通信料金が変動していたため，運用費用

アイ監視サービス利用契約約款に基づいて正式にサについて見通しが悪かった。稲美町からは，「ウォービス提供の契約を行い，運用中である。最後に，ーターアイ導入により，中継ポンプ場の監視におい本稿の作成に当たり，ご協力を頂いた稲美町の関係て，運用費用を低減できた上，予算化しやすくなっ者の方々に深く感謝の意を表する。

た。」とコメントを頂いている。
＊

神鋼環境メンテナンス㈱ 水処理本部 技術部 電気計装グループ

12＊＊

神鋼環境メンテナンス㈱ 水処理本部 第一営業部 第一営業室

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

燕・弥彦総合事務組合環境センターにおける基幹的改良工事
Improvement Work at Tsubame-Yahiko MSW Incineration Plant

砂田浩志＊
Hiroshi Sunada

松本忠雄＊＊
Tadao Matsumoto

土井健太郎＊＊＊
Kentaro Doi

曲健太郎＊＊＊＊
Kentaro Magari

岩本益幸＊＊＊＊＊
Masuyuki Iwamoto

燕・弥彦総合事務組合環境センターは稼働後15年以上経過しており，施設の延命化と CO2 排出量削減を目的として，基幹的改良工事を行った。本施設では，各設備のインバータ化や炉床負荷増
加による押込空気量の削減などを行うことで，消費電力の削減を図り，CO2 排出量を7.8 ％削減することができた。また性能改善を目的に，給じんシステムの改良によるごみの定量供給や，レーザ式 O2 計を用いた燃焼制御性の向上を図り，安定した操業を継続している。
Improvement work was completed at Tsubame-Yahiko MSW ﬂuidized-bed incinerator. The work was designed to improve the aged facility after 15 years of operation period and to reduce CO2 emissions. The
power consumption was reduced through shifting facility equipments to inverter type and reducing primary air by improved furnace bed load. As a result, CO2 emission was reduced by 7.8 ％ . By improved refuse feeder which supplies waste stably and combustion air system using laser gas analyzer, it keeps stable operation.

Key Words：
流 動 床 焼 却 炉

Fluidized-Bed Incinerator

基幹的改良工事

Improvement Work

CO2

削

減

CO2 Reduction【セールスポイント】
基幹的改良工事によって，施設の延命化，CO2 削減に加え，排ガス性状などさらなる性能改善が可能となる。

まえがきの基幹的改良を伴う延命化対策を行う必要があっ2010年度から「循環型社会形成推進交付金」の交た。

付対象事業に基幹的設備改良事業が加わったことそこで，構造指針撤廃後の新たな基準に基づいてで，老朽化したごみ処理施設の延命化工事の需要が建設した流動床式焼却炉１） や，最新の流動床式ガ増加している。

ス化溶融炉で採用した技術２） を適用した基幹的改

燕・弥彦総合事務組合環境センターは，1996年３

良工事を実施し，施設の延命化，CO2 排出量削減に月に竣工した准連式流動床式都市ごみ処理施設であ加えて，さらなる性能改善を図った。本工事は，る。定期的に点検，補修整備を実施しているもの「循環型社会形成推進交付金」を活用して実施し，の，竣工後15年以上が経過しており，各設備機器の交付対象外の延命化工事も含め，同組合が所有する

経年劣化が進んでいる状況であった。今後長期にわ

他施設の延命化工事と工事期間を調整しながら2010

たり施設を安定かつ経済的に稼働させるため，施設年度から５カ年事業として実施してきた。２系列のVol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報

13うち１系列を稼働させた状態で片系列ずつ改修工事

る。バグフィルタ入口から活性炭を混合した消石灰を行った。共通系設備の改修には，工事期間中のごを投入することにより，脱塩・脱硫するとともに，み処理に支障がないよう，他施設とごみ処理計画を

排ガス中のダイオキシンを除去し，バグフィルタで調整した。

排ガスに随伴されるダストを除塵する。

1.

施設概要

建設時は准連炉であったが，延命化にあたり安定

燕・弥彦総合事務組合環境センターの施設概要を

運転を実現するため全連炉へ変更している。図中に

表１に，改良後のプロセスフローの概略を図１に示

丸数字で示した番号は次項改良項目に対応している。

す。給じん装置で供給されたごみは，流動床式焼却2.

炉で完全燃焼する。焼却炉から発生する排ガスは，

改良内容の特徴

各設備のインバータ化や炉床負荷増加による押込

ガス冷却室にて水噴霧により冷却された後，白煙防

空気量の削減などを行うことで，消費電力の削減を

止用空気加熱器，および空気予熱器にて熱回収され図り，CO2 削減の最大化を推し進めた。また給じんの安定化や燃焼制御の高度化による安定燃焼を図り，排ガス性状の改善を行った。主要な改良工事は以下のとおりである。
①

受入供給設備
ごみクレーンを回生機能付インバータ制御とする

ことで，巻下げ時の回生エネルギーを活用できるよ
うにした。

表１

写真１

処理方式
処理規模
排ガス冷却方式
排ガス処理方式

設備全体写真

図１
14

施設概要

流動床式焼却炉
58.5 ton/24 h ×２炉
水噴射式
消石灰，活性炭吹込＋バグフィルタ

プロセスフロー

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

②

給じん設備

⑥

灰出し設備

ごみの定量供給性のさらなる向上による安定燃焼

不燃物搬送装置，およびダスト搬送装置をインバ実現と排ガス量変動の低減により消費電力を抑制す

ータ化し，稼働系列数に応じた速度制御を行った。

るため，従来の粗破砕式給じん設備から，流動床式

これにより消費電力の削減に加え，摩耗速度も抑制

ガス化溶融炉で採用している給じんシステムに準じできるため機器の長寿命化が期待できる。

て，二軸破砕機＋エプロン型給じんコンベヤ＋ロー⑦

タリーバルブに変更した。
③

計装設備
DCS の老朽化に加えて，給じん設備などの機器

燃焼設備類の追加・改良により運転方案・制御方法の変更が燃焼空気量制御に用いている O2 濃度計を従来の生じるため，EI 統合新型 DCS を用いた制御システ

ジルコニア式から応答性の速いレーザ式に変更する

ム３）に更新した。

ことで，低空気比運転を可能とした。

3.

炉は構造指針に基づき炉床負荷450 kg/m2h で設計していたが，炉床面積を縮小し炉床負荷を600 kg/
2

性能試験

性能試験は２炉同時運転で２日間行った。炉内温度を図２に示す。砂層温度は600 ℃程度，焼却炉出m h まで増加させることで，砂層の流動に必要な空口温度は870 ℃程度と安定して運転することができ

塔速度を維持しながら押込空気量を削減することがた。

できた。押込空気比の削減と砂層の低温化により，焼却炉出口 O2 濃度，煙突 CO 濃度を図３に示す。

砂層部での緩慢燃焼が行えるため，給じん量やごみ

焼却炉出口 O2 濃度を7.0 wet％（総空気比約1.8）に質の変動を受けにくくなり，さらに安定した燃焼状なるよう制御したものである。煙突 CO 濃度（O2態を実現した。

12 ％換算，４時間平均値）は最大で 4 ppm と低く，④安定した燃焼状態が維持できることが分かった。

燃焼ガス冷却設備
ガス冷却室の蒸発効率を向上させ運転を安定化さ改良工事による CO2 削減効果を表２に示す。改せるため，ガス冷却室の噴霧ノズルを二流体式に変良前の運転データから算出した年間の CO2 排出量

更し，ガス冷却室入口に整流チャンバを設置した。

が1 417 t-CO2 /年 に 対 し， 改 良 後 の CO2 排 出 量 は⑤

1 306 t-CO2 /年と CO2 削減率は7.8 ％であり，交付要

通風設備
上述した押込空気量の削減に加えて，押込送風機

をインバータ化することで，消費電力を削減した。

件の３％を満たすことが確認できた。
改良前で特に削減効果の大きい押込空気量，および押込送風機使用電力を図４に示す。炉
床負荷を増加させたことにより，炉床面積を縮小し押込空気量を27 ％削減する

900
800
700

ことができた。この押込空気量の削減，焼却炉出口温度

および押込送風機のインバータ化によって押込送風機の動力は59 ％削減でき，

砂層温度

CO2 排出量削減の主要因の一つである。

600
500
22060000

4.

220180000

焼却炉出口 22 濃度（ZHW％）

図２22160000

221180000

22260000

焼却炉炉内温度

25

100

20

80

15

60

10

40

5

20

0
22060000

220180000

図３

22160000

221180000

給じん設備，および燃焼管理方法の改良を実施し，安定燃焼を実現することがの運転を行った。

022260000

炉内 O2 濃度，煙突 CO 濃度Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

低空気比運転できたため，通常運転よりも低空気比で煙突 &2 濃度４時間平均値（SSP#22＝12％）

焼却炉出口温度（℃）

1000

神鋼環境ソリューション技報

表２

CO2 削減効果
改良前
改良後（2010年２月）（2014年２月）

年間 CO2 排出量（t-CO2/年）
CO2 削減率（％）

1 417

1 306
7.8
15

4000

80

3000

60

2000

40

1000

20

0

改良前

図４

0

改良後

50

煙突 &2 濃度４時間平均値（SSP#22−12％）

100

使用電力（N:）

押込空気量（1P3K）

5000

40
30
20
10
0

10

12

14

16

18

20

空気比（−）

押込送風機の動力削減効果
図５

炉内 O2 濃度，煙突 CO 濃度

表３ダイオキシン類濃度測定結果

空気比と煙突 CO 濃度との関係を図５に示す。給じんシステムの改良によるごみの定量供給性の向上，およびレーザ式 O2 計を用いた燃焼制御性の向上により，空気比1.4程度の運転時でも CO を抑制

排ガス DXNs 濃度
焼却飛灰 DXNs 濃度

0.10 ng-TEQ/m3N
0.15 ng-TEQ/g

した運転が安定して行えることが分かった。
また空気比1.5で運転した際の排ガスおよび焼却
飛灰のダイオキシン類濃度を表３に示す。安定燃

メニューをとりそろえ，老朽化したごみ処理施設の焼，およびバグフィルタ入口温度の安定化が寄与し

ライフサイクルコストの低減や CO2 排出量の削減のているものと思われる。

実現に貢献していく所存である。

押込送風機の動力削減に加え，低空気比運転によ

最後に，基幹的改良工事にあたり多大なご協力をる二次空気量および排ガス量の削減に伴い，二次送

いただきました燕・弥彦総合事務組合の方々に深く風機，誘引送風機の消費電力は低減される。空気比

感謝申し上げるとともに，現地操業に携わる運転員

を1.8から1.4とすることで，二次送風機は 9 ％，誘引各位にも謝意を表します。

送風機は 4 ％電力量を削減できることがわかった。

む

す

び

燕・弥彦総合事務組合環境センターでは，基幹的改良工事として給じん設備や焼却設備などの改良，補修を行うことで，CO2 排出量を7.8 ％削減することが確認できた。また良好な燃焼状態，排ガス性状も確認することができ，安定した操業を継続している。
類似の施設においてもニーズに応じた改良，補修＊［参考文献］
１）小倉賢蔵ほか：高炉床負荷型流動床式焼却炉の運転実績，日本機械学会第13回環境工学総合シンポジウム
2003講演論文集，pp.121-124（2003）２）砂田浩志ほか：ガス化溶融炉におけるレーザ式ガス分析計を用いた燃焼制御の高度化，学会誌「EICA」，
Vol.16，No.2-3，pp.6-11（2011）３）下梨孝ほか：本格稼働を始めた EI 統合新型 DCS，
月間計装，Vol.56，No.10，pp.7-12（2013）＊＊＊＊＊
環境プラント事業部 技術統括部
環境プラント事業部 操業技術部 第二技術室
環境プラント事業部 操業技術部 第一技術室＊＊＊＊＊
土建・計電装技術センター 計電装技術部
環境プラント事業部 監理部 監理室

＊＊＊＊

16

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

中規模高効率発電の流動床式ガス化溶融施設の完成（芳賀地区エコステーション）
Introduction of the Latest MSW Gasification and Melting Plant

上古閑久欣＊
Hisayoshi Kamikoga

岡村宏志＊＊
Hiroshi Okamura

西野 直＊
Tadashi Nishino

芳賀地区エコステーションは2014年３月に竣工した。熱回収施設は都市ごみに加え，し尿・下水
汚泥，および併設するリサイクル施設から発生する残渣といった多様な種類のごみを受入れている。ごみ質の低下による助燃量の増加を抑制するため汚泥乾燥設備や酸素富化装置を採用している。また，排水膜処理設備をはじめ，高温高圧ボイラ，溶融炉ボイラ化といった技術を採用することで高効率発電システムを確立している。本施設は当社の技術力を総合した最新の施設である。
Haga Area Eco-Station has been established in March 2014. This plant deals with various kind of waste
such as the debris of resources processed in the recycle facility and sludge of human waste and sewage in
addition to municipal solid waste. In this plant the sludge dryer and the oxygen enricher are utilized inorder to reduce auxiliary fuel consumption in accordance with reduction of waste calorie. In addition tothese, with the techniques which are the membrane ﬁltration system for facility drainage, the high temperature and high pressure boiler, the melting furnace which has partially heat recovery function like a boiler
and so on, this plant has achieved high resource recovery ratio, and is the latest facility that Kobelco-eco
Solution Ltd has accumulated its technologies.

Key Words：
都

市

ご

み

Municipal solid waste（MSW）

ガ ス 化 溶 融 炉

Gasiﬁcation and melting furnace ﬁnal landﬁll site

高High resource recovery ratio

効

率

発

電

多様な種類のごみ

Various kind of waste【セールスポイント】
都市ごみを処理する中規模のガス化溶融施設において，汚泥，リサイクル残渣等の多様な種類のごみを受入れている。ごみ質の低下に対応するために汚泥乾燥設備や酸素富化装置を採用し助燃量を削減している。生活排水を含めた完全クローズドシステムを採用していながら，排水膜処
理設備等の導入により循環型社会形成推進交付金における高効率ごみ発電施設の1/2交付金要件である発電効率14 ％に対して15.3 ％まで発電効率を高めている。

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報

17

まえがき

いる。本稿では，熱回収施設で採用した特長的な設

茂木町，市貝町および芳賀町の１市４町（栃木県）

混焼状況について報告する。

から発生する一般廃棄物を処理する広域ごみ処理施

1.

芳賀地区エコステーションは，真岡市，益子町，

備，施設の稼働状況および汚泥・リサイクル残渣の設として，2014年３月に竣工して以来，順調な運転

芳賀地区エコステーションの施設概要

本施設は熱回収施設（143 t/d：71.5 t/24 h ×２炉）

を継続している。本施設の熱回収施設では，都市ごとリサイクル施設（19 t/5 h：もえないごみ・粗大みに加えて，併設するリサイクル施設から発生する

ごみ14 t/5 h，缶類3 t/5 h，ペットボトル2 t/5 h）か

不燃残渣，可燃残渣の全量およびし尿汚泥，下水汚らなる広域ごみ処理施設である。熱回収施設概要を泥といった多様な種類のごみを受入れている。生活

表１に，熱回収施設フローを図１に示す。

排水も含めた完全排水クローズドシステムや白煙防熱回収施設では可燃ごみ，し尿汚泥および下水汚止装置を採用しながら，設備の工夫により循環型社

泥に加え，併設するリサイクル施設で発生する可燃会形成推進交付金における高効率ごみ発電施設の残渣，不燃残渣を全量受入れている。このような多1/2交付金要件である発電効率14 ％以上を達成して様な種類のごみを処理するにあたり，汚泥を混焼し

表１

熱回収施設概要

施設名称

芳賀地区エコステーション

熱回収施設

処理能力
処理対象物
受入供給設備
ガス化溶融設備
燃焼ガス冷却設備
排ガス処理設備
排水処理設備
発 電 量

143 t/d（71.5 t/d ×２炉）
可燃ごみ，リサイクル施設からの可燃残渣・不燃残渣，し尿汚泥，下水汚泥，し渣
ピットアンドクレーン方式（ダブルピット）
流動床式ガス化炉＋旋回流溶融炉方式
廃熱ボイラ＋水噴霧方式
無触媒脱硝＋バグフィルタ＋触媒反応塔
凝集沈殿・砂ろ過＋膜処理設備（排水クローズド）
1 970 kW

ごみ・汚泥の流れ

蒸気タービン・発電機

ガスの流れ

電力

空気の流れ
灰の流れ
水の流れ

煙煙
突突

押込空気用
空気予熱器

蒸気

復水

蒸気の流れ

蒸気

薬品の流れ

蒸気

砂の流れ
鉄の流れ
アルミの流れ
受入ごみ
投入ホッパ

廃熱
ボイラ

給じん
装置

破砕ごみ
投入ホッパ

噴霧水

※1

給じんコンベヤ

不燃物の流れエコノマイザ

※3

二次空気用
空気予熱器

復水

白煙防止用
送風機

白煙防止用
空気加熱器

復水

※2

スラグの流れ

溶融炉

ガス化炉

触
媒
反
応
塔

バグフィルタ

減温塔

ごみ
破砕機

飛灰搬送コンベヤ（1）

※2

アンモニア

砂貯留槽
（1）
押込
二次
送風機 送風機

ごみクレーン

冷却水

飛灰搬送コンベヤ（3）

冷却水

復水

不燃物排出装置

プラットホーム

蒸気
排ガス再加熱器

破砕ごみ
ピット

ごみ計量機
ダンピング
ボックス

砂循環
エレベータ

不燃物搬送
コンベヤ

受入ごみピット

飛灰搬送コンベヤ（2）スラグ冷却装置

誘引送風機
飛灰貯留槽

プラットホーム

受入ごみピット

不燃物処理
粉砕物

し尿汚泥及び下水汚泥

汚泥圧送ポンプ

水

アルミ
スラグ処理 （スラグ磨砕機）

鉄分

汚泥乾燥機用
集じん装置

飛灰処理物
固化物
バンカ

鉄分
アルミ
コンテナ コンテナ

汚泥圧送ポンプ

飛灰処理 （混練機）

スラグ

アルミ

溶融不適物
バンカ

※1

蒸気

重金属安定化剤

鉄・アルミ選別 （磁選機・アルミ選別機）
鉄分

※3

溶融不適物
汚泥貯留
ホッパ

溶融
不適物

不燃物

スラグヤード

汚泥乾燥機
汚泥乾燥機用
熱交換器
復水

汚泥乾燥機用
ブロワ
受入ごみ
ピット

図１
18

熱回収施設フロー神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

表２
施設名称

リサイクル施設概要

芳賀地区エコステーション

リサイクル施設19 t/5 h（もえないごみ・粗大ごみ14 t/5 h，缶類3 t/5 h，ペットボトル2 t/5 h）
可燃性粗大ごみ，不燃性粗大ごみ，不燃ごみ，スチール缶，アルミ缶，ペットボトル
ヤード受入方式
低速回転破砕機＋高速回転破砕機（不燃・粗大ごみ），切断式破砕機（可燃粗大ごみ）
破砕物用鉄精選機，缶磁選機，アルミ選別機，ペットボトル手選別コンベヤ

処理能力
処理対象物
受入供給設備
破砕設備
選別設備

No.1 破砕物搬送コンベヤ

H26年3月上旬撮影予定

もえないごみ・粗大ごみの流れ

破砕物用
磁選機

H26年3月上旬撮影予定

缶類の流れ
ペットボトルの流れ

No.2 破砕物
搬送コンベヤ
処理不適物

不燃ごみ・粗大ごみ供給コンベヤ
プラットホーム

事前選別

不適物の流れ低速回転破砕物
搬送コンベヤ

低速回転
破砕機

不燃ごみ・粗大ごみ
投入ホッパ

もえないごみ粗大ごみ

鉄の流れ

ストックヤードへ

高速回転
破砕機

残渣バンカ

粗大ごみ受入ヤード

鉄バンカ
熱回収施設
ごみピット

事前選別

切断物搬送コンベヤ

可燃性粗大ごみ

切断式破砕機

熱回収施設
受入ごみピット
切断物コンテナ

ごみ計量機▲スチール缶圧縮成型品
缶類手選別コンベヤ

缶類磁選機

缶類供給コンベヤ

ストックヤード

アルミ選別機鉄分

中間計量台
プラットホーム

缶

類

処理不適物

スチール缶
ホッパ

缶類
投入ホッパ

アルミ缶
ホッパ

▲アルミ缶圧縮成型品
ストックヤードへ

金属圧縮機

缶類受入ヤード

プラットホーム

ペットボトル

処理不適物
ビン類（無色・茶色・その他）

ペットボトル
手選別コンベヤ

ペットボトル
供給コンベヤ

ア ル ミ

紙

類

衣類・布類

処理不適物

▲ペットボトル圧縮梱包品

ペットボトル
投入ホッパ

スチール缶
ストックヤードへ
ペットボトル
圧縮梱包機

ペットボトル
受入ヤード

アルミ缶
ペットボトル
蛍光管・その他

図２

リサイクル施設フローてもごみ質が低下しないように汚泥乾燥設備を設置

み，可燃性粗大ごみ，缶類およびペットボトルを受しており，仮にごみ質が低下しても助燃が必要ない

入れている。不燃ごみ・粗大ごみは２種類の破砕機

ように，酸素富化装置を設けている。排ガス処理設

で細かく破砕された後，磁選機で鉄のみ回収し，残備では，無触媒脱硝と触媒反応塔を併用すること

渣は熱回収施設でガス化・溶融処理される。

で，触媒の容量を約25 ％削減するとともに，操業

2.

後の触媒交換量を低減し，ライフサイクルコストの

2. 1

特長的な設備の説明
汚泥乾燥設備概要

ミニマム化を図っている。また，発電量の最大化の表３に各汚泥と可燃ごみの組成分析結果を示す。

ため，溶融炉のボイラ化および高度排水処理（膜処

汚泥は80 ％以上が水分のため非常に発熱量が低く，理）等を採用し，発電効率を定格15.3 ％まで高めてそのまま可燃ごみと混合した場合，ごみ質を低下さいる。また，ガス化炉から排出される不燃物・がれ

せ助燃量が増加する恐れがある。本施設では，汚泥き類は鉄類・アルミ類を選別した後，粉砕して溶融混焼によるごみ質の低下を防ぐため，汚泥乾燥設備することにより最終処分量の低減を図っている。

（定格10 t/d）を設置している。図３に汚泥乾燥設備

次にリサイクル施設概要を表２にリサイクル施設
フローを図２に示す。

泥は，汚泥貯留ホッパに受入れ，汚泥乾燥機へ圧送

リサイクル施設では，不燃性粗大ごみ・不燃ご
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）の概略フローを示す。搬入されたし尿汚泥，下水汚された後，乾燥処理され受入ごみピットへ投入され

神鋼環境ソリューション技報

19

表３

水分
灰分
可燃分

三成分

見掛け比重
低位発熱量（湿ベース）
炭素 C
水素 H
窒素 N
酸素 O
硫黄 S
塩素 Cl

可燃分中
元素組成

各汚泥と可燃ごみの組成分析結果
し尿汚泥

下水汚泥

乾燥汚泥

可燃ごみ

［％］
［％］
［％］

82.2
5.2
12.7

85.0
3.8
11.2

7.4
25.4
67.3

39.5
6.8
53.7

［t/m3］［kJ/kg］

0.7
324

0.8
50

0.8
12 500

0.1
9 118

［％］
［％］
［％］
［％］
［％］
［％］

52.60
8.44
7.71
29.92
1.42
0.16

52.15
8.57
8.26
29.37
1.72
0.09

－
－
－
－
－
－

56.39
9.69
0.86
32.44
0.08
0.55

汚泥
汚泥貯留ホッパ
廃熱ボイラへ

汚泥圧送ポンプ
蒸気式熱交換器
大気

集じん装置

低圧蒸気

汚泥乾燥機
汚泥搬送コンベヤ
受入ごみピット

図３

表４

①

写真１

汚泥乾燥設備概略フロー

乾燥汚泥

膜処理による排水処理の実績
2014年４月

2014年５月

2014年６月

3

RO 膜透過水量［m ］（プラント用水受水槽へ） ［％］

513.4
67.5

508.9
68.3

665.6
68.8

②

RO 膜濃縮水量（再利用水槽へ）

［m3］
［％］

247.5
32.5

236.2
31.7

301.7
31.2

③

排水発生量
（①＋②）

［m3］
［％］

760.9
100

745.1
100

967.4
100

―

減温塔噴霧水流量（再利用水）

［m3］

613.5

407.9

479.3

る。汚泥乾燥機は低圧蒸気を利用した間接式乾燥機

2. 2

排水膜処理設備を採用しており，乾燥排ガス（キャリアガス＋蒸発

本施設では，従来の凝集沈殿＋砂ろ過装置に加水分）は廃熱ボイラへ吹込み燃焼脱臭している。汚え，マイクロフィルタ（MF 膜）と逆浸透膜（RO

泥の含水率を約６％まで乾燥することで湿ベースの膜）で構成される排水膜処理設備を導入している。

発熱量が可燃ごみよりも高くなる。また，乾燥する

図４に排水膜処理設備のフローと水バランスを示ことで約６分の１まで減容化され，乾燥前は粘土状

す。表４に示すように，完全排水クローズドシステであった汚泥が数 mm の粒状（写真１）となり，ハムのもと，排水を高度処理することで，排水の約７ンドリングもしやすくなり，ピット内でのごみとの割をプラント用水として再利用している。その結混合撹拌も容易となる。

果，減温塔で処理する排水を減らすことができるため，減温塔入口，すなわちエコノマイザ出口排ガス

20

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

温度を下げることができ，ボイラでの収熱を増やし

排水用ろ過装置
処理水

ている。

3.

20P3K

3. 10) 原水槽

運転実績

熱回収施設処理実績

図５に４月以降の熱回収施設の処理実績を示す。
2014年４月以降，ごみの搬入量に応じた操業計画を

20P K
3

たて，ピット残量を管理しており，焼却負荷率がほ0) 膜

ぼ定格となるように１炉運転，２炉運転を実施して20P3Kいる。
3. 2

52 原水槽

４月～６月の汚泥の処理実績として，表５に汚泥

返流水
35P3K取水量
55P3K

汚泥処理実績

混焼状況，表６にごみ種別搬入実績を示す。本施設にひと月に受け入れる汚泥は200 t 程度で，１系列

52 膜

運転のときの汚泥混焼率は約10 ％程度となるが，濃縮水
06P3K

透過水
14P3K（補給）

プラント用水受水槽

この混焼率においても汚泥を乾燥させることにより助燃量を削減し，安定した自己熱溶融での運転が可

再利用水槽能となっている。
散水利用，ボイラ原水他

図４

図６に汚泥乾燥設備の処理実績を示す。汚泥の受減温塔噴霧水入は平日のみのため週末は汚泥乾燥設備を停止する

排水膜処理設備フローと水バランス

表５2014年４月

2014年５月

2014年６月

1 481
1 585
3 066

2 002
0
2 002

1 055
1 523
2 578

１ 号 系 ［t］
２ 号 系 ［t］
合
計 ［t］

焼 却 量

218
191
208
35
31
34
5.7～9.0（平均7.4） 5.2～7.8（平均6.3） 4.3～6.7（平均5.7）
8.6
9.7
6.8

［t］
［t］
［％］
［％］

汚泥処理量
乾燥汚泥発生量
乾燥汚泥含水率
汚泥混焼率

汚泥混焼率

1400
１号系

２号系

ごみピット残量

1200
1000

100

800

80

600

60

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

630

627

624

621

618

615

69

612

66

63

531

528

525

522

519

516

513

57

図５

510

54

51

428

425

422

419

0
416

0
413

200

47

20

410

400

44

40

41

焼却量（WG）

120

ごみピット残量（W）

140

熱回収施設の処理実績

神鋼環境ソリューション技報

21

ことが多くなるが，安定して処理ができていることて JIS A 5032に適合し，現在アスファルト舗装用のがわかる。

混合材として有効利用されている。

3. 3

熱回収施設の性能評価

表７に煙突の排ガス測定結果を示す。全項目につ

む

す

び

芳賀地区エコステーションは，可燃ごみの他，しいて排ガス基準値を十分下回っていることがわか

尿汚泥，下水汚泥およびリサイクル残渣といった多る。表８にスラグの各種試験測定結果を示す。スラ

様な種類のごみを受入れ，安定した操業を継続して

グは重金属の溶出と含有量，各種物理性状ともすべいる。また，高度排水処理（膜処理）の採用などで

表６

ごみ種別搬入実績
2014年４月

2014年５月

2014年６月［t］

2 045.4

2 241.0

2 210.2

し尿汚泥
下水汚泥
農集汚泥
合
計

［t］
［t］
［t］
［t］

119.8
97.0
0.6
217.3

110.1
80.1
3.4
193.6

116.7
96.8
1.0
214.4

し
渣
可燃残渣（リサイクル）
不燃残渣（リサイクル）
合
計

［t］
［t］
［t］
［t］

―※
82.6
161.7
2 507.0

10.4
61.2
163.9
2 670.2

8.5
58.3
140.4
2 631.7

可燃ごみ

汚

泥

※ 4 月搬入のし渣は可燃ごみに含む

20
農集汚泥

下水汚泥

し尿汚泥

汚泥処理量

14

乾燥汚泥発生量

1216

受入量（WG）

14

10

12
8

10
8

6

6

処理量（WG）

18

4

4
2

2
0
4月1日

0
4月8日

4月15日 4月22日 4月29日

5月6日

5月13日 5月20日 5月27日

図６

汚泥処理の実績

表７［g/m3N］
ばいじん
NOx
［ppm］
HCl
［ppm］
SOx
［ppm］
CO（4 hr 平均） ［ppm］
DXNs［ng-TEQ/m3N］
22

6月3日

6月10日 6月17日 6月24日

煙突の排ガス測定結果

１号系
（１回目）

１号系
（２回目）

２号系
（１回目）

２号系
（２回目）

基準値

＜0.000850
44＜520.00019＜0.000852
36＜4
2
0.0036＜0.000832
40＜4
10.0016＜0.00084143＜4
20.0014

0.02
70
50
30
30
0.1

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

表８項

溶融スラグの各種試験測定結果
目

基 準 値

測定結果

溶出試験

カドミウム
鉛
六価クロム
ひ
素
総 水 銀
セ レ ン
ふ っ 素
ほ う 素

mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

0.01以下0.01以下0.05以下0.01以下0.0005以下
0.01以下0.8以下
1以下＜0.001＜0.001＜0.005＜0.001＜0.0005＜0.001
＜0.08
＜0.1

含有量試験

カドミウム
鉛
六価クロム
ひ
素
総 水 銀
セ レ ン
ふ っ 素
ほ う 素

mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg

150以下
150以下
250以下
150以下
15以下
150以下
4000以下4000以下

＜5
22
＜5
＜5
＜0.05
＜5
＜100
129

ng-TEQ/g―

0.000226

※１

良

100
85～100
0～10

100
99
3

2.45以上
3.0以下

2.96
0.3

45.0以下
2.0以下
0.5以下
1.0以下
0.04以下
2以下
2.5以上
3.0以下
10以下
53以上
7.0以下
無害であること

26.5
＜0.1
＜0.1
0.5
＜0.01
0
2.95
0.32750.475
56.825
1.875
無害

100
95～10085～100
60～95
30～70
10～45
5～20
※２

100
100
99
77
40
17
7
2.6

ダイオキシン類
外観（目視観察）粒 度（FM-2.5）（ふるいを通る物の
JIS A 5032
質量百分率）

4.75 mm2.36 mm
75 μm
g/cm3
％

表乾密度
吸 水 率

JIS A 5031

酸化カルシウム（CaO として）％
全 硫 黄（S として）％
三酸化硫黄（SO3として）％
金 属 鉄（Fe として）％
塩 化 物 量（NaCl として）
％
膨 張 率
％
絶乾密度
g/cm3
吸 水 率
安 定 性
粒形判定実積率
微粒分率
アルカリシリカ反応

粒 度（MS2.5）（ふるいを通る物の質量百分率）

※１
※２

10 mm
5 mm
2.5 mm
1.2 mm
0.6 mm
0.3 mm0.15 mm
粗粒率

溶融スラグは堅硬で，かつ，異物，針状固化物，扁平又は鋭利な破片などを使用上有害な量を含まないこと。
購入契約時に定められた粗粒率と比べ，±0.20以上変化してはならない。

発電効率15.3 ％を達成している。今後も本事業の目

最後に，本発表にあたりご協力を頂きました芳賀的である自然環境・地域社会と共生する安全・安心

地区エコステーションの方々および関係各位に深くで経済的なごみの再生の実現に向け，流動床式ガス

感謝の意を表します。

化溶融施設の安定した運転を継続していきたい。
＊

環境プラント事業部 操業技術部 第一技術室

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）＊＊株式会社 芳賀環境サービス

神鋼環境ソリューション技報23西秋川衛生組合ごみ処理施設 掘り起こしごみ処理による最終処分場再生と高効率発電への取組み
Nishiakigawa MSW to Energy Plant Final Disposal Site Reproduction by
Digging-up Refuse Disposal and the Action for High Efficiency Power Generation

黒瀬卓治＊
Takuji Kurose

藤田 淳＊＊Jun Fujita

技術士（衛生工学部門）

水岡 翔＊＊
Sho Mizuoka

山本芳宏＊＊＊
Yoshihiro Yamamoto

技術士（衛生工学部門）

大久保順二＊＊＊＊
Junji Okubo

西秋川衛生組合ごみ処理施設は2014年３月に竣工し，当社として初めてとなる最終処分場の掘り
起こしごみ処理を開始した。また，排水膜処理設備をはじめ当社の技術力を総合し高効率発電システムを確立した。
Nishiakigawa MSW to energy plant was completed in March 2014, and started treatment digging-up refuse from the ﬁnal disposal site. This is our ﬁrst plant to contribute the extension of longevity for ﬁnal
disposal site. Incorporating all the technical skills and capabilities of our company, such as membrane
ﬁltration process equipment, were combined, and the high-efﬁciency-power-generation system was established.

Key Words：
都市

みMunicipal solid waste（MSW）

ガ ス 化 溶 融 炉

Gasiﬁcation and melting furnace

最Final disposal site

終

ご
処

分

場

掘り起こしごみ処理

Digging-up refuse disposal

高電High efﬁciency power generation

理

Membrane ﬁltration

効

膜

率
処

発

【セールスポイント】
都市ごみを処理するガス化溶融施設に，最終処分場から掘り起こしたごみを搬入し，都市ごみと混合わせて処理を行い，最終処分場の延命化を進めている。
排水膜処理設備を導入した高効率発電システムを確立した。

まえがき

約２割を占める。組合では既設ごみ焼却施設（昭和当社は2000年10月に国内初の都市ごみ向け流動床

53年竣工）の老朽化が進んだことから，安全・安定

式ガス化溶融施設を竣工させて以来，現在までに計した適性処理を継続し，資源化率と熱回収率の向上

13施設を納入し，安定稼働を継続している。西秋川を実現するごみ焼却施設を新設する必要があった。

衛生組合は，東京都西部に位置する，あきる野市，

また，最終処分場の残余容量がひっ迫していること

日の出町，檜原村，奥多摩町の４市町村から発生すから，新施設には，掘り起こしごみ処理による処分

るごみ処理を担っており，その収集面積は東京都の場延命化が要求された。発注形態は施設の建設およ24

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）び20年 間 の 運 営 を 一 括 し て 発 注 す る DBO 方 式

燃炭素を旋回流溶融炉により約1 250 ℃の高温で完（Design-Build-Operate）であり，総合評価一般競争

全燃焼させるとともに，同伴された飛灰は溶融しス

入札の結果，当社を含むグループが落札することとラグとして回収する。一方，排ガスは，テールエンなった。本稿では，平成26年３月に竣工した本施設

ド型ボイラにて4MPaG ×350 ℃の蒸気として廃熱の稼働状況と最終処分場再生状況および高効率発電を回収したのち，バグフィルタ，触媒反応塔を経てへの取組みについて報告する。

煙突から排出する。この回収した蒸気により定格

1. 西秋川衛生組合ごみ処理施設の施設概要

1 900 kW の蒸気タービン発電機にて発電を行って

1. 1

プロセス概要西秋川衛生組合ごみ処理施設の施設概要を表１に，施設フローを図１に示す。

いる。また，ガス化炉から抜出した鉄とアルミは，
未酸化状態で有価資源として回収している。
本施設では，平成21年公布の高効率ごみ発電施設

本施設は，可燃ごみのほか，不燃粗大ごみ処理設

整備マニュアルに示されたいくつかの技術を組合わ

備から発生する破砕ごみ，最終処分場の掘り起こし

せ，発電効率を高めている。さらに膜処理技術を用

ごみ等を受入れている。最終処分場から掘り起こさいて場内で発生する排水を適正処理・再利用するこ

れたごみは，全ごみ量に対して約10 ％であり，ごとで排ガス系内で蒸発処理する排水の量を大幅に削みピット内で撹拌する。ごみは破砕した後，流動床減でき，ボイラでの蒸気発生量を最大として，交付式ガス化炉に投入し，発生した熱分解ガスおよび未金条件の発電効率14 ％に対し，15.7 ％の発電効率

表１

施設概要

施設名称

西秋川衛生組合ごみ処理施設

処理能力
処理対象物
受入供給設備
ガス化溶融設備
燃焼ガス冷却設備
排ガス処理設備
排水処理設備
発 電 量

117 t/d（58.5 t/d ×２炉）
可燃ごみ，不燃ごみ，粗大ごみ，リサイクルセンターからの残渣，最終処分場の掘起こしごみ
ピットアンドクレーン方式（ダブルピット）
流動床式ガス化炉＋旋回流溶融炉方式
廃熱ボイラ＋水噴霧方式
バグフィルタ＋触媒反応塔
凝集沈殿＋膜処理設備（排水クローズド）
1 900 kW

図１Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）西秋川衛生組合ごみ処理施設の施設フロー

神鋼環境ソリューション技報25

を達成している。

リサイクル

運転体制

1. 2

熱回収施設
（ガス化溶融炉）

溶融スラグ

本施設の運営は，当社および神鋼環境メンテナン

灰土砂類

ス㈱と，建設工事における JV パートナーの出資に可燃物より設立した特別目的会社「㈱たかお環境サービス」
が行っている。運転体制を計画するにあたり，過去の納入施設の運転状況を調査し，運転における作業

溶融飛灰
第２御前石最終処分場

負荷が高い作業項目を重点的に設備改善・自動化を行うことで，最少人数での運転を達成している。

2.

2. 1

分級・選別設備

最終処分場延命化

振動スクリーン 手選

掘起こしごみ

最終処分場再生事業概要

西秋川衛生組合が管理する最終処分場は遮水シー

可燃物

ト施工工法による管理型処分場であり，埋立て面積
10 100 m2，埋立て容量87 000 m3である。浸出水は生物学的脱窒素法＋低負荷活性汚泥法＋凝集沈殿法

⎛大型⎞
⎝異物⎠

灰土砂類
掘起こし部分＋急速濾過＋活性炭吸着法にて処理されている。
最終処分場再生事業は，既に埋立てられたごみを掘り起こし，新しく整備した熱回収施設で処理し，最終処分場の延命化を図る事業である。なお，本事

溶融飛灰
の埋立

既埋立ごみ

業は西秋川衛生組合から委託された神鋼環境メンテ
ナンス㈱が運営している。
2. 1. 1

図２

再生事業の全体像

再生事業の全体像

図２に再生事業の全体像を示す。掘起したごみは分級・選別設備に投入し，振動スクリーン（目開き
50 mm）を用いて「灰土砂類」（ふるい下）を選別する。また，ふるい上は手選別にて大型異物（金属・レンガ等）を除去した後ビニール・プラスチッ
クを主成分とする「可燃物」として，いずれも熱回収施設へ搬送する。写真１に最終処分場前処理設備の外観を示す。熱回収施設では，別々に搬入された「可燃物」と「灰土砂類」を，他のごみと十分に混合した後，炉へ投入する。掘り起こしごみの外観を
写真２に示す。
2. 1. 2

写真１

年間掘り起こし処理量

最終処分場前処理設備の外観

最終処分場から熱回収施設に搬入する掘り起こし
ごみは，熱回収施設での年間ごみ処理量の10％として計画しており，その容積は次のとおりとなる。
熱回収施設のごみ処理計画

31 513 t/年

掘り起こしごみかさ比重1.18 t/m3
31 513 t/年×10 ％÷1.18≒2 700 m3/年
2. 1. 3

年間埋立量

年間埋立て量は熱回収施設で新たに発生する溶融
飛灰量に約10 ％の覆土を見込み，次のとおりとなる。
溶融飛灰の発生量1 411 t/年
溶融飛灰かさ比重1.00 t/m3
1 411 t/年×1.00×110 ％≒1 650 m3/年
26

神鋼環境ソリューション技報

写真２

掘り起こしごみ
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

2. 1. 4埋立容積の増加量

作業区域を分割している。最終処分場は谷間に設置

上記の年間掘り起こし処理量および年間埋立量より最終処分場容量の増加量は次のとおりとなる。
3

3

3

2 700 m /年－1 650 m /年＝1 050 m /年

され，階段状に埋立てられているため，掘り起こし
および埋立計画を策定するに当たっては，遮水シー
トの位置・レベルと土質的安定性を十分に考慮してしたがって今回の再生事業において，掘り起こし
3計画する必要があった。

を行っている間は，この1 050 m /年が新たに埋立容掘り起こし計画の概略としては，選別・分級ヤー量として確保され，最終処分場の延命化が図れるこ

ドを E エリアに設置し，B → C → D エリアの順にとになる。図３に再生事業のマテリアルバランスを掘り起こしていく。一方，埋立て計画は，当初は未示す。

埋立エリアである A エリアに埋立て，その後，掘旧炉によるごみ処理方法のままで埋立てを行った

起された後を追うように，B → C → D エリアの順

場合，最終処分場が平成29年度中に満杯となってしに溶融飛灰を埋立てる計画としている。再生事業全まう状況が，この再生事業を行うことで平成55年度ま

体期間の最終処分場の容量変化を図５に示す。埋立で埋立てを継続でき，約26年延命される計画となる。

て総容積87 000 m3 の内，37 000 m3 は，構造上残置

2. 1. 5

し，残りの50 000 m3 の内，2013年現在で25 900 m3

掘り起こしと埋立計画

最終処分場は図４のように A ～ E の５エリアにまでは埋立てが完了している。この25 900 m3 の埋立てごみを年間2 700 m3 ずつ掘り起こし，9.6年で処都市ごみ理を完了する。溶融飛灰と覆土は年間1 650 m3 発生

熱回収施設

31513W年

し，確保した50 000 m3 のエリアに31年間かけて埋立て，平成55年に満杯になる計画である。

堀起こしごみ2700P3年

処理飛灰＋覆土
1650P3年

最終処分場

掘り起こしごみの組成

最終処分場に埋立てられているものは，旧炉のス
む）ならびに旧粗大ごみ処理施設および不燃処理・再生事業のマテリアルバランス

図４Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

2. 2. 1

トーカ炉から排出された焼却灰（飛灰処理物を含（▲1050P3年）

図３

掘り起こしごみの処理実績

2. 2

資源化施設の不燃系残渣である。掘り起こしごみの最終処分場平面エリア分け計画図

神鋼環境ソリューション技報

27

年
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
事業年度 +25 +26 +27 +28 +29 +30 +31 +32 +33 +34 +35 +36 +37 +38 +39 +40 +41 +42 +43 +44 +45 +46 +47 +48 +49 +50 +51 +52 +53 +54 +55
期

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

▽最終埋立レベル（*+＝2339＝50000P3）

100％

75％

溶融飛灰のみ埋立時期（＋1650P3年）

従来通りの埋立の場合（約＋4500P3年）

新規埋立線
3▽工事開始レベル（*+＝22559＝25900P3）（＋1050P 年）
50％

25％
掘り起こし線（−2700P3年）
0％
埋立容量

 △掘り起こし完了点（*+＝2169＝0P3）

掘り起こしエリア

%

埋立エリア

&
$

'

%

&

図５

掘り起しごみの性状

項

目

測定日時

単

位

―

―

％

％

サンプル１
サンプル２
サンプル３
平
均

―
―
―
―

―
―
―
―

８月20日
10：45

50 mm 以下
50～100 mm
100 mm 以上
合計
平均（＊1）

平成20年度報 告 書

平成24年度
測定結果

可 燃 分

低位発熱量

％

％

kJ/kg

28.2
27.7
25.9
27.3

63.0
64.8
65.0
64.3

8.8
7.5
9.1
8.5

―
―
―
―

95.7
2.2
2.1
100.0
―

24.8
18.7
―
―
24.7

65.3
60.6
―
―
65.2

9.9
20.7
―
―
10.1

920
5 600
―
―
1 025

８月20日
11：20

50 mm 以下
50～100 mm
100 mm 以上
合計
平均（＊1）

90.6
8.8
0.6
100.0
―

24.6
22.7
―
―
24.4

60.8
48.1
―
―
59.7

14.6
29.2
―
―
15.9

2 840
5 620
―
―
3 086

８月20日
11：50

50 mm 以下
50～100 mm
100 mm 以上
合計
平均（＊1）

94.5
4.1
1.4
100.0
―

30.0
26.5
―
―
29.9

59.6
56.0
―
―
59.4

10.4
17.5
―
―
10.7

600
3 960
―
―
740

―

―

26.3

61.4

12.2

1 617

平

均

度

*+ 233 まで

再生事業全体期間の最終処分場の容量変化
表２

粒*+ 228 まで

'

重量比率

水

分

灰

分

＊

（ 1：100 mm 以上を除く）

性状を表２に示す。掘り起こしごみの３成分の平均定結果となった。

は，平成20年度では水分27.3 ％・灰分64.3 ％・可燃

また，粒度ごとの性状としては，50 mm 以上の分8.5 ％であった。平成24年度に実施設計にあたりごみが全体の５―10 ％程度あり，不燃残渣由来のサンプリングした結果，水分26.3 ％・灰分61.4 ％・ビニール類が含まれているため掘り起こしごみなが可燃分12.2 ％となり，平成20年度とほぼ類似した測ら3 960―5 620 kJ/kg の発熱量がある。一方50 mm

28

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

以下のごみは灰土砂類が主成分であるため発熱量がととしている。

600―2 840 kJ/kg と低い。前処理設備としては，大2. 2. 2

ガス化溶融炉での挙動

塊物など処理不適物の手選除去が必要であるため50ガス化炉に投入された灰分は，図６に示すフロー

mm のふるい設備を設け，ふるい上は処理不適物をで回収されマテリアルリサイクルされる。ガス化炉

手選除去した後可燃コンテナへ，ふるい下は灰土砂へ投入された細かな灰分は排ガスに同伴され溶融炉コンテナへ貯留し，ともに熱回収施設に搬入するこにてスラグとなる。大きな灰分は流動砂とともに炉下から抜出され，砂を分級したのち鉄とアルミを回収し，残った不燃物は粉砕機にて細かくし溶融炉へ

細かな灰・土砂など
必要なものだけを溶融処理

溶融炉

都市ごみ
堀起こしごみ供給しスラグとなる。鉄，アルミ，スラグはそれぞれ有価物としてリサイクルされる。

ボイラへ

表３

浮力により有価物を分級処分場の覆土は流動媒体
として利用

可燃物

スラグ

図６

不燃物

ごみ処理量

t

12 041（A）掘り起しごみ受入量（可 燃 物）（灰土砂類）

t
t

27
1 448

50 mm オーバ
50 mm 以下

t
m3

1 475
1 250

比重1.18 t/m3

（B）溶融飛灰搬出量

t
m3

777
777

比重1.00 t/m3

（C）最終処分場減量（A－B）

m3

473

計

鉄・アルミ

ガス化溶融炉での分級フロー
表４

備

基 準 値

測定結果

溶出試験

カドミウム
鉛
六価クロム
ひ
素
総 水 銀
セ レ ン
ふ っ 素
ほ う 素

mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

0.01以下0.01以下0.05以下0.01以下0.0005以下
0.01以下0.8以下
1以下＜0.001＜0.001＜0.005＜0.001＜0.0005＜0.001
＜0.08
＜0.1

含有量試験

カドミウム
鉛
六価クロム
ひ
素
総 水 銀
セ レ ン
ふ っ 素
ほ う 素

mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg

150以下
150以下
250以下
150以下
15以下
150以下
4000以下4000以下

＜1.0
44
＜10
＜10
＜1.0
＜1.0
＜100
87

ng-TEQ/g

１以下

１回目 0.000022
２回目 0（ゼロ）※１－4.75 mm2.36 mm75 μm

10085～100
0～10

100
99
4

g/cm3
％

2.45以上
3.0以下

2.8
0.36

外

観（目視観察）粒度（FM-2.5）
JIS A（ふるいを通る物の質量百率）
5032
表乾密度
吸 水 率

考

スラグの測定結果

目

ダイオキシン類

※１

2014年
4－8月

目

大きな不燃物・土砂・灰は粉砕し
溶融炉へ

土砂・灰

項

単位

項

ガス化炉

鉄・アルミ

掘り起こしごみの処理実績（2014年４―８月）

溶融スラグは堅硬で，かつ，異物，針状固化物，扁平又は鋭利な破片などを使用上有害な量を含まないこと。

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報29

2. 2. 3

処理実績の発電効率を達成している。表６にマニュアル記載

表３に2014年４―８月の処理実績を示す。最終処
3の技術との対応表を示す。施設設計条件であるプラ分場からは1 250 m の掘り起こしごみが搬出され，ント排水クローズド（場外へプラント排水を排水す

3

処理飛灰の搬入量は777 m であり，その差473 m のることができない）のため採用できない，低温エコ

埋立容積が確保できたことになる。

ノマイザ，水冷式復水器を除き全ての要素技術を採

2. 2. 4用し高効率発電を達成している。さらに「高効率乾3

スラグおよび処理飛灰の性状

掘り起こしごみを処理することによるスラグ中重式排ガス処理」および「排水膜処理設備」を独自の金属類の含有量や，処理飛灰からの重金属類の溶出技術として採用し，最大限発電することができる施への影響を確認した。表４にスラグの分析結果を示設としている。

す。重金属類の含有量試験，溶出量試験を含んだJIS A 5032「一般廃棄物，下水汚泥又はそれらの焼却灰を溶融固化した道路用溶融スラグ」および JIS
A 5031「一般廃棄物，下水汚泥又はそれらの焼却灰を溶融固化したコンクリート用溶融スラグ骨材」に示される基準を全て満たすことを確認した。
写真３にスラグの出滓状況を示す。最終処分場の掘り起こしごみを混焼した状態でも，スラグの出滓
は良好な状態を保っている。
表５に処理飛灰の性状を示す。こちらも全ての基準値を下回っており，安定して掘り起こしごみを処
理できることが確認できた。

3.

3. 1

高効率発電への取組み

写真３

スラグの出滓状況

表５

処理飛灰の測定結果

目

基準値

測定結果

mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

検出されないこと0.005以下
0.3以下
0.3以下
1.5以下
0.3以下
0.3以下

不検出
0.001
0.04
＜0.01
0.14
＜0.01
0.03

ng-TEQ/g

3以下

0.53 ※

高効率発電マニュアルへの対応

本施設では，平成21年３月に環境省から公布され項る「低空気比燃焼」，「低温触媒脱硝」，「高効率乾式

アルキル水銀化合物
総水銀
カドミウム
鉛
六価クロム
砒素
セレン

排ガス処理」，「白防条件の設定なし」，「高温高圧ボ
イラ」および「抽気復水タービン」を組合わせ発電
効率を高めている。さらに当社水環境事業部の膜処理技術を採用し，排水を適正処理・再利用すること
２）
で排ガス系内での排水噴霧量を大幅に削減できた。

これにより，ボイラでの蒸気発生量を増加させることで，交付金条件の発電効率14 ％に対し，15.7 ％表６

溶 出 試 験た高効率ごみ発電施設整備マニュアルに示されていダイオキシン類※４回分析の平均値

高効率ごみ発電施設整備マニュアルへの対応状況

発電効率向上に係る技術的要素・施策

採用状況

熱回収能力の強化

低温エコノマイザ
低空気比燃焼

―
○

不採用※１
採用

蒸気の効率的利用

低温触媒脱硝高効率乾式排ガス処理
白煙防止条件の設定なし，あるいは，白煙防止装置の運用停止
排水クローズドシステムの導入なし

○
○
○

採用
採用（乾式重曹噴霧）採用（白煙防止条件の設定なし）

―

不採用※１

高温高圧ボイラ
抽気復水タービン
水冷式復水器○○―採用（350 ℃，4MPa）
採用
不採用※１

蒸気タービンシステムの効率向上※施設建設条件が排水クローズドシステムのため採用できない。

30

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

表７排ガス基準値と測定結果（O2―12 ％換算値）
１号系

２号系

（１回目）

（２回目）

（１回目）

（２回目）

＜0.002
18
4.8
＜0.5
1
0.00039＜0.002
19
4.0
＜0.5
1
0.00005＜0.002
15
9.0
0.79
2
0.00004＜0.002
16
7.5
＜0.5
3
0.000041

3［g/m N］
ばいじん
［ppm］
NOx
［ppm］
HCl
［ppm］
SOx
［ppm］
CO（4h 平均）
［ng-TEQ/m3N］
DXNs
200

薬剤供給量（NJK）+&O62[ 濃度 2−12％（SSP）

基準値＜0.005
＜40
＜10
＜5
＜30
＜0.01

排水用ろ過装置
処理水
20P3K0) 原水槽150

20P3Kナトリウム系薬剤供給量0) 膜
20P3K

10052 原水槽5052 膜

煙突 +&, 濃度

透過水14P3K

煙突 62[ 濃度
00
622

623

624

625

626

627

628

プラント用水受水槽
629

プラント用水，ボイラ原水他

図７ 重曹の供給量および煙突の HC1/SOx の連続チャート

3. 1. 1

図８

3. 1. 2

高効率乾式排ガス処理

（補給）

濃縮水
06P3K
再利用水槽
減温塔噴霧水排水処理設備フローと水バランス

排水膜処理設備

高効率乾式排ガス処理は，塩化水素の公害防止基

本施設では，従来の凝集沈殿＋砂ろ過装置に加準値が，例えば20 ppm 以下など厳しい場合，従来

え，マイクロフィルタ（MF 膜）と逆浸透膜（ROは苛性ソーダによる湿式排ガス処理が用いられるこ膜）で構成される膜処理設備を導入し，排水を高度とが一般的であった。これに対し，高反応性消石灰処理するため，排水の約７割をプラント用水としてやナトリウム系薬剤等の高効率脱塩薬剤を採用する

再利用している。その結果，減温塔で噴霧し処理す

乾式排ガス処理は，排ガス再加熱用蒸気使用量を削る排水を減らし，エコノマイザ出口排ガス温度を下減し，発電用に供することができるため発電効率のげることで，ボイラでの収熱を増やすことができ１）向上を図る技術である 。本施設ではナトリウム系

る。図８に排水処理設備フローと水バランスを示

薬剤の重曹を用いた高効率乾式排ガス処理により，す。膜処理設備にて2.0 m3/h 処理し，そのうち70 ％排 ガ ス 再 加 熱 蒸 気 を 削 減 し， 塩 化 水 素 規 制 値10ppm，硫黄酸化物規制値５ppm を達成している。
図７にバグフィルタにおける重曹の供給量，煙突の塩化水素および硫黄酸化物濃度の連続チャートを示す。塩化水素，硫黄酸化物とも常時規制値を下回っており，安定して処理できていることがわかる。
重曹の供給量は煙突における塩化水素濃度によりフィードバック制御され，当量比に換算して1.4程
度噴霧されている。
表７に排ガス基準値と測定結果を示す。HCl につ
いては従来，湿式排ガス処理でしかクリアできなかった10 ppm 以下を，重曹を用いた高効率乾式排ガ
ス処理でクリアしている。その他の項目についても排ガス基準値を安定してクリアできている。
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

写真４

神鋼環境ソリューション技報

排水膜処理設備外観図
31

ピット残量（W）

月 ４月
５月 ６月 ７月 ８月 ９月 10月 11月 12月 １月 ２月 ３月日 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30
2000
1500
1000
500
0

定期点検期間（６月に定期点検を実施し，売電単価が高い夏期に２炉運転期間を多くとる。）

１号系
２号系
季節区分

中間期

夏期

中間期

冬期

中間期

図９ 操業計画の一例の1.4 m3/h はプラント用水として再利用され，残り3の0.6 m /h が減温塔で排ガス中に噴霧される。また，

Producer and Supplier）に提示し，最大の売電収入を得られる PPS と売買契約を結んでいる。

プラント用水として再利用されるため上水の使用量

二つめに，売電単価の高い夏季に売電量を増やすも削減することが出来る。写真４に排水膜処理設備

ために，図９の一年間の操業計画の一例に示すようの外観を示す。

に，６月に２炉停止を伴う定期点検を行い，７月か

3. 2

売電収入増加に向けた取組み

ら２炉運転を行う運転計画としている。

運営事業においては，売電収入の2/3は運営会社

最後に，再生可能エネルギによる発電の固定価格である㈱たかお環境サービス，1/3は西秋川衛生組

買取制度（FIT）に申請し，さらなる売電単価の上合の収入になる契約形態となっている。売電収入を昇を見込んでいる。また地域の製材業から発生す

増やすには，3.1で述べたように高効率発電の技術

る，木材チップや製材端材を木質バイオマス燃料とにより最適な発電システムを採用することの他，次して積極的に受入れることで，ごみ発電よりもさらのような取組みを行っている。

に高い単価での売却を目指してスキームを構築中で

3. 2. 1

ある。

省エネ対策

本施設では消費電力を低減させるため，大型ファン（押込送風機，二次送風機，誘引送風機）や空気

む

す

び

当社として初めてとなる，最終処分場再生事業を圧縮機などのインバータ対象機器を拡大し，換気設開始した。掘り起こしごみを都市ごみと混合し，ガ備の操業炉数による発停システムを取入れている。

ス化溶融炉にて，安全に処理するとともに，鉄，ア

運営においてはこれらの設備の省エネ効果等を確認

ルミ，スラグとしてマテリアルリサイクルするシス

すると同時に，無駄な電力の削減に取組んでいる。

テムが順調に稼動を開始した。処理に伴う環境基準

3. 2. 2は満足し，最終処分場の残余年数も計画通り延長し売電量の最大化売電量最大化の結果，本施設の売電電力は，１炉ている。また，排水膜処理設備をはじめ，当社の技

運転では0―200 kW，２炉運転では800―1 000 kW

術力を結集し，高効率発電システムを確立した。今であり，運転炉数に限らずおおむね売電が可能であ後は20年間の運営事業期間中も安全・安定運転を継る。今後は売電単価が高い日中に売電量を増やすよ

続し，さらなるガス化溶融技術のブラッシュアップ

うな運転方法の確立にも取組んでいきたい。

を目指していきたい。

3. 2. 3

売電単価の最大化

売電量を増加させることに加え次のような売電単価の最大化に取組んでいる。
一つめに，売却先は年間および時間帯別の買電・発電計画をたて，数社の特定規模電気事業者（Power＊［参考文献］
１）環境省：高効率ごみ発電施設整備マニュアル，平成22年３月改訂，P19２） 平 井 友 希 子 ほ か： 神 鋼 環 境 ソ リ ュ ー シ ョ ン 技 報，
Vol.7，No.1，2010

環境プラント事業部 監理部 ＊＊環境プラント事業部 操業技術部 第一技術室 ＊＊＊環境プラント事業部 プラント技術部
神鋼環境メンテナンス㈱ 運転管理センター 第二操業技術部 操業管理室 事業所所長

＊＊＊＊

32

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

EI 統合新型 DCS の実用化実績
Application Result of New Style DCS in which E&I Functions are Integrated

下梨 孝＊
Takashi Shimonashi

技術士（電気電子部門）

曲健太郎＊
Kentaro Magari

芦田直行＊
Naoyuki Ashida

浦上和也＊Kazuya Uragami

シーケンス制御と計装制御が同一のプラットフォームに載った新型 DCS を計装ループ数が300～600の中規模プラントに適用できるように開発し，2013年度に３件のプラントに適用した。試運転
期間中にさまざまな問題が発生したが，ひとつひとつ解決し，計装メーカの提供する従来型 DCSに匹敵する操作性を具備したシステムとして無事引渡しを完了した。
We customized a New style DCS, which is equipped with sequence control and instrument control on thesame platform, so that it could be adopted to medium scale plant with 300－600 instrument loops. We
adopted it for three plants during the 2013 ﬁscal year.Although we encountered various problems duringcommissioning stage, we solved them one by one and have successfully taken over it as the system which
has got the same operability as a conventional style DCS does.

Key Words：
DCS

DCS

SCADA

SCADA

計

装

ル

ー

プ

中規模プラント

Instrument loop
Medium scale plant【セールスポイント】
EI 統合新型 DCS を中規模プラントに適用し，さまざまな問題を解決して計装メーカの従来型
DCS に匹敵するコストパフォーマンスの高いシステムであることを実証した。

まえがき

年度に開発を実施した。

装メーカの提供する従来型 DCS（Distributed Control

転，引渡しまで無事完了した。

近年，プラントの計装制御システムにおいては計

System）に代わって計装制御用 CPU をシーケンス
制御用システムに組込んだ新型 DCS が数多く採用されるようになってきた。当社においてもこの潮流

そして2013年度，３件のプラントに適用し，試運
本稿ではその適用結果について報告する。

1.

EI 統合新型 DCS とは

図１に示すように電気メーカが提供するシーケンに注目し，計装制御システムのコストパフォーマン

ス制御用の電気 CPU と計装制御を専用で処理できスを高めるために，これらの形態を計装ループ数がる計装 CPU が同じ制御 LAN に接続され，これらの300～600の中規模プラントに適用できるように2012

CPU と汎用のイーサネット通信でデータの授受をVol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報33

汎用 6&$'$
クライアントクライアントクライアントクライアント(7+(51(7サーバ

サーバ(7+(51(7制御 /$1

共通系電気 &38

共通系計装 &38

１系電気 &38

１系計装 &38

２系電気 &38

２系計装 &38

5,2

5,2

5,2

5,2

5,2

5,2

図１

EI 統合新型 DCS システム構成図

行 う SCADA シ ス テ ム（Supervisory Control And

されており，定数設定画面をわざわざ開かなくてもData Acquisition）（ユーザインターフェース開発

パラメータの調整が可能となっている。

ツール，以下 SCADA と呼ぶ）から構成される。こ3. 2

れを計装メーカが提供する従来型 DCS と区別して
１）「EI（電気計装）統合新型 DCS」と呼ぶ。

2.

適用プラントの規模

CPU －サーバ間通信性能

CPU ＋ SCADA の組合わせである新型 DCS の最
大の短所は CPU とサーバ間の通信プロトコルが汎用の UDP/IP であり，従来型 DCS で採用されてい2012年度上期までに計装ループ数が600以下の中るトークンパッシングに比べて，１秒周期のデータ

規模プラントをターゲットに開発を完了した「EI収集が保障されていない点である。特に計装ループ

統合新型 DCS」を2013年度３件のごみ焼却設備に数の多い中規模プラントでは通信データ量が多く，実機適用した。

システム構成によっては１秒周期で収集することがその内，１件はループ数が約300程度，他の２件難しくなる。

はボイラ・タービン付でループ数が600に迫り，当では１秒周期で収集できないと何が問題か。

社の EI 統合新型 DCS としては最大クラスのシステ

例えば，機器がインターロックで停止したとす

２）

ムとなっている。

る。そのときこの原因となる事象が１秒以内に復帰

実運転実績したとするとサーバは原因事象を捉えられず，ア

3.

3. 1

高い操作性

ラームも履歴に残らないので何故止まったのかわか

納入した画面の操作性に関する機能 は従来型
DCS に匹敵するレベルであるとの評価を得た。図２に画面例を示す。

らなくなる。
CPU―サーバ間の通信については開発段階で社内のテスト環境において１秒周期のデータ収集が実現

画面上の数値データを右クリックするとリストできていた。現地においても通信時間測定ツールをボックスにフェースプレート，チューニング，８

用いて毎周期１秒以内に通信できていることを確認

ループ，トレンドの選択肢がリストアップされ，そした。（図３参照）

れらから選択することで該当するタグの画面を小

3. 3

ウィンドウで表示することができる。

試運転時，開発段階では想定しなかった現場特有

チューニング画面も指示計や調節計だけでなく折線グラフや手動操作器，プログラム設定器等も網羅
34

試運転時に発生した問題と対策の問題が発生した。それらの内，主要な項目についてその内容と対策について以下に紹介する。

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）数値データを右クリックすると
リストボックスが表示される。

図２

グラフィック画面からの展開

通信時間（サーバ⇔CPU６間）
現在値 515，最小値 374，最大値 842（msec）

図３

3. 3. 1

測定ツールによる通信時間結果

画面応答速度

複数表示している。等があるが，特に影響が大き

DCS 画面に表示される情報量が多いと操作した

かったのはアラーム処理であった。

ときの応答速度が遅くなる。情報量が多くなる原因

開発段階ではアラーム履歴を30 000件表示できるは，①ポップアップウィンドウの数が多い。②同時ように設計していた。実運転でアラーム件数が増えに発生するアラーム件数が多い。③トレンド画面をてくると画面の左上に表示している２件のアラーム

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報

35

サマリウィンドウ（図４）を更新するために定周期

4. 1

アラーム処理で最大30 000件のアラームを見に行く処理が走る。

アラーム処理で問題となっているのがクライアン

試運転中は機器調整中のため，複数のアラームが同ト毎に履歴に残るアラームと残らないアラームがあ時に発生することがあり，この処理が重くなって画ることである。クライアントはサーバのアラームフ

面の応答速度が極端に遅くなることがあった。

ラグを見に行くが，このフラグが一瞬 ON して OFF

対策としてアラーム履歴表示件数を5 000件に減する場合，クライアントがサーバにアクセスするタ

らした。その代わりログ検索機能で5 000件より過イミングによってはアラームとして捉えられる場合

去のアラームを検索できるように，その日発生したとそうでない場合とが発生する。この現象は変動のアラームを毎日 CSV ファイルに保存するように仕多いプロセスデータのアラームがチャタリングして組みを変更した。これにより画面応答速度は十分にいる場合に多く発生する。

速くなった。
3. 3. 2

この問題についてはサーバのデータベースエンジ

クライアント―サーバ間の通信障害

ンにおいて，アラームフラグに処理を施す改造を行試運転中にクライアント―サーバ間の通信が途絶えてクライアントのデータが更新されなくなるという案で開発を進めている。
4. 2

データ精度

う現象が時々発生した。しかも深夜０時過ぎに決新型 DCS で扱う数値データは単精度の実数型でまって発生した。調査の結果，トレンドデータ収集あり，その精度は７桁しかない。現在値の表示や四の仕組みとして深夜０時にその日のトレンドデータ

則演算を行う上では全く問題ないが，ボイラ保安日を保存するファイルをあらかじめ作成する処理が誌等に表示される運転時間の累積データはすぐに７走っており，この処理に15～20秒かかっているこ

桁を超え，精度を保てなくなる。

と，また同時刻に行う帳票の締め処理が重なり負荷対策として新型 DCS では倍精度の整数型を扱っが重くなって通信断となっていることが判明した。

ているため，一旦リアルデータを100倍して倍精度整クライアントがサーバからの応答を待っているとき数に変換し，帳票に印字する際に100で除算する処にこの処理が走り，受信すべきデータがどんどん蓄理に変更することにした。これにより有効数字15桁

積して，処理終了後に一度にデータを受信するたまで精度を確保できるようになる。2014年度このよめ，受信バッファオーバーフローにより通信断と

うな累積データに対し，この処置を施す予定である。

なっていた。

4. 3

このトレンドデータ保存の仕組みはもともとファ

操作性の向上試運転期間中に現場で要望の多かった操作性に関イルの断片化を防ぐために構築した。しかし，中規する項目のうち，下記の項目を開発予定である。

模プラントではループ数が多いため，トレンドデー①

タ保存領域が大きくなり過ぎてしまった。対策としログ検索機能現在計器のタグ No. による検索しかできないが，て，あらかじめトレンドデータ保存ファイルを作成

これをタグ No. の一部または機器名称の一部を入力するのではなく，データを１秒ごとに順次アペンド

するだけで曖昧検索できるようにする。

（継足し）する方法へ変更した。これによりクライ②

アント―サーバ間の通信断は発生しなくなった。

4.

今後の課題

トレンドペンの登録
トレンドシステムにはユーザで新たにトレンドペンを登録する機能があるが，現在はタグリストから

試運転時に判明し，現場で簡単に対策できる内容選ぶ仕組みになっている。中規模プラントにおいてではない課題がいくつか発生した。これらについてタグの数が多いと探すのに時間を要する。これをタは実機適用する前に充分な検証を必要とするため，

グ No. の一部または機器名称の一部を入力するだけ

2014年度の研究開発で対応中である。

で曖昧検索し，選択できるようにする。

アラームサマリウィンドウ

図４
36

アラームサマリウィンドウ

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

図５

８ループ画面一覧

８ループ画面

８ループ画面一覧&*0311８ループ定義ファイル&*0312&*0311&*0312&*0313&*2322&*0313&*2322

図６

4. 4

８ループ画面の作成方法

画面作成の生産性向上と 比 べ て 性 能 的 に 遜 色 は な か っ た。 ま た， 電 気

SCADA による画面作成の生産性を向上するべくCPU と同一の高速制御 LAN に接続され，I/O の共開発を計画しているが，その内の一つである８ルー

有化が図れるため，コストパフォーマンスの高いシ

プ画面の作成方法について紹介する。

ステムが構築できる。

８ループ画面とは計器のフェースプレートを８つ

世界的に見ても，中小規模プラントにおいては計

並べた画面で現在は１枚ずつのグラフィック画面と装機能を具備した電気 CPU ＋ SCADA の構成がもして作成している。（図５）

はや主流となっており，今後国内においても「EI

これをベース画面は１枚とし，８ループのタグ
No. リストである８ループ定義ファイルを参照して統合新型 DCS」がますます普及していくと予想される。

リストアップされたフェースプレートを呼び出すよ

今後は現システムの機能向上を図りつつ，海外もうな仕組みとする。これにより，８ループ定義ファ

視野に入れた機種および SCADA システムの検証がイル（CSV ファイル）を変更することで８ループ必要であると考えている。

画面を自動作成できるようになる。
（図６参照）む

すび

今回３つのプラントで採用した電気メーカ提供の計装 CPU は，ボイラ・タービン付ごみ焼却プラン
トの計装制御を行う上で計装メーカの従来型 DCS［参考文献］
１） 下 梨 他： 神 鋼 環 境 ソ リ ュ ー シ ョ ン 技 報 Vol.9 No.1
（2012），P.16-21
２）下梨・永冨：計装「本格稼働を始めた EI 統合新型
DCS」，Vol.56 No.10，P.7-12＊

土建・計電装技術センター 計電装技術部

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報

37

機器設計における熱流体解析の活用事例
CFD Simulation Analysis of Equipment Design

井上尚子＊
Naoko Inoue

多田俊哉＊
Toshiya Tada

当社では汎用熱流体解析ソフトウェア（ANSYS Fluent）を活用して，各種機器設計を行っている。本報では，①ガス冷却塔の入口ダクトの適正な接続方法，②シックナーのセンターウェル長さの影響，③ボイラ火炉への適正な燃焼空気供給方法について検討した事例について紹介する。
Some equipment is designed by using commercial general-purpose CFD code (ANSYS Fluent).In this report, three case studies are described as follows; 1) Design of gas inlet duct of gas cooling system, 2)Effect of centerwell length for thickener performance, 3) Design of air supplying system for waste heatboiler.

Key Words：
数 値 流 体 力 学Computational Fluid Dynamics

シミュレーション

Simulation【セールスポイント】
汎用熱流体解析ソフトウェアを活用することで適正な機器設計が可能となる。

まえがき

当社は水処理，廃棄物処理，化学・食品機器の分

1.

廃棄物処理プラント）ガス冷却塔の流れ解析野で様々なプラントや機器を社会に提供している。

都市ごみ処理施設では都市ごみを焼却した排ガス

これらの製品は物質と熱の流れを伴うものであり，から排熱ボイラで熱回収をした後，排ガスに水を噴それらを適正に制御することが製品の性能を確保す

霧して所定の温度まで冷却するためにガス冷却塔がるうえで重要な課題である。また，新しい製品の必要となる場合がある。ここで，噴霧した水の蒸発

開 発 に お い て は， 熱 や 流 体 の 挙 動 を 正 確 に 予 測が完了する前に冷却塔の壁面に到達すると，排ガスすることで開発のスピードアップとコストダウン

が所定の温度まで低下しないだけでなく，濡れた壁が可能となる。このように設計や開発において重要面に飛灰が付着・成長することによって操業に支障な因子である熱流体の挙動を予測する上で，CFDをきたすことがある。それゆえ，噴霧水の軌跡に乱（Computational Fluid Dynamics）を利用した解析はれが生じないように，ガス冷却塔内のガス流れは整有効な手段であり，これまでも多くの成果を上げて流された状態になるように塔本体の形状が設計されい る。 本 報 で は， 汎 用 熱 流 体 解 析 ソ フ ト ウ ェ アている。しかし，ガスの整流状態は本体のみならず（ANSYS Fluent）を用いて，①ガス冷却塔の入口ダ入口ダクトの接続の仕方によっても大きく影響を受クトの適正な接続方法，②シックナーのセンターウ

ける。そのため，配置などの制限のもとで問題が生ェル長さの影響，③ボイラ火炉への適正な燃焼空気

じないように CFD 解析を用いて適正なダクト接続

供給方法について検討した事例について紹介する。

方法を検討している。

38

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

ガス冷却塔のシミュレーションにおいて，噴霧水はそれぞれ以下のように定義されるものである（図の挙動は分散相モデル（Discrete Phase Model）を用

２参照）。

いて解析している。分散相モデルでは，排ガスは連①

排ガスの整流状態に関する指標： ［-］続体として扱われ，噴霧水はこの流れ場を通過する

図２に示す断面 A（平面 x-y で表現）において，多数の液滴（分散相）として軌跡を追跡することで排ガスの鉛直下向き運動量で評価した重心がガス冷解析される。当然であるが，噴霧された液滴は排ガ

却塔中心軸からどれだけ離れているかで，排ガスのス中を流れるだけでなく，排ガスから熱を受けて蒸整流状態を評価する。この値が小さいほど，排ガス発し，排ガス中に水蒸気として移行する挙動が再現

流れがチャンバーで整流されていると考えられる。

されている。
ガス冷却塔とダクトの接続方法を検討した解析例
を図１に示す。各ケースはダクトの接続部面積，ダ
クト形状が異なっており，形状３はガス冷却塔上部

ここに，のチャンバー形状も異なっている。図１はシミュレ：重心位置［m］：重心位置［m］：減温塔半径［m］ーションを行った４ケースの接続方法での流れのベクトル図である。

：運動量［kg･m/s］

これらの結果から適正な接続方法を判定するため：塔中心を原点とした場合の x 座標［m］

排ガスの流れと噴霧水の挙動を定量的に評価する指：塔中心を原点とした場合の y 座標［m］

標を独自に設定した。設定した３つの定量評価指標：排ガス密度［kg/m3］：セル体積［m3］

流速
［PV］

：鉛直下向き速度［m/s］

200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
00

②

噴霧水の水平蒸発距離に関する指標： ［-］噴霧水粒子がもっとも壁面近くで蒸発した位置とガス冷却塔中心軸からの距離の比で評価する。この値が小さいほど，噴霧水粒子は壁面から離れた位置
を通過しながら蒸発するため，噴霧水が壁面近傍を
局所的に冷やすことによる灰付着の発生を抑制でき
形状１

図１

形状２

形状３

形状４

ると考えられる。

ガス冷却塔の解析例（速度ベクトル図）
ガス冷却塔中心軸

ここに， ：半径方向最大蒸発距離［m］：減温塔半径［m］③

噴霧水の垂直蒸発距離に関する指標： ［-］噴霧水粒子が全て蒸発する高さで評価する。
この値が小さいほど噴霧水粒子は早く蒸発しており，排ガスを効率よく冷却していると考えられる。

断面 %水噴霧ノズル
断面 $（断面 % 〜底面を 1：3 にした断面）
噴霧水の軌跡

ここに，：噴霧高さ［m］：噴霧水蒸発高さ［m］①によって排ガスの流れを評価し，さらに，②，③によって噴霧水の状態を評価できる。また，評価指標は無次元化することで異なる大きさのガス冷却塔を評価できるようになっている。
図２

ガス冷却塔における各種定量評価指標

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

各形状における定量評価指標を表１に示す。形状

神鋼環境ソリューション技報

39

表１
項

ガス冷却塔解析結果の各種定量評価の結果
目

形状１

形状２

形状３

形状４

排ガス整流状態
［-］

0.254

0.227

0.142

0.096

噴霧水の水平蒸
発状態 ［-］

0.766

0.713

0.730

0.535

噴霧水の垂直蒸
発状態 ［-］
評

0.203

0.266

0.255

0.340

×

×

△

○

価

2. 水処理プラント）シックナーの流れ解析

シックナーとは，原水中の固体粒子（フロック）

を重力により沈降濃縮させ，固液を分離する連続式の水処理装置である。本報で取上げるシックナーでは，センターウェルと呼ばれる筒状の箇所へ原水を流入させることで整流し，固液分離した処理水は上部の円周および放射状に設置したトラフから流出していく。シックナーの底に沈殿したフロックは，高濃度の汚泥としてポンプにより引抜かれる。通常，
廃水処理用のシックナーは常温で使用されるが，今１のようにダクト接続部面積が小さくガス冷却塔入回は原水温度約98 ℃と特殊な条件下での使用を求め

口流速が速いと排ガスの整流状態が良くなく，噴霧られた。この場合，比重や温度勾配が常温と異なる

水の水平蒸発距離に関する指標も悪くなった。形状ことが予想されるため，より安全な機器形状を検討

２ではダクト接続部面積を大きくしたが接続部で偏することとなった。本報では，センターウェル長さ流が生じてガス冷却塔入口流速が速くなったため，がフロック沈降性能にどのような影響を与えるかシ評価指標での評価は形状１に比べて改善されなかっミュレーションにより確認した例について紹介する。

た。形状３の接続方法だとガスの整流状態は良くな

シミュレーションに使用したシックナーの形状をるが，噴霧水の水平蒸発距離に関する指標は改善さ

図３に示す。シックナー内の水が溢れて，円周およれず，これはガス冷却塔入口での流速が影響していび放射状に設置されたトラフより流出することを再るものと予想される。最終的には形状４のように現するため，トラフの上部に薄い流出領域を設定し徐々にダクトを拡張し入口流速を抑えることで，ガている。今回はシックナー底部の汚泥の堆積およびスの整流状態と噴霧水の水平蒸発距離に関する指標

汚泥の引抜きは考慮せず，センターウェルの長さがを適正な数値にすることができた。形状４では噴霧

シックナー内の流れ場にどのような影響を与えるの

水の垂直蒸発距離に関する指標が他の形状に比べてかを確認した。シックナー性能は，分散相モデル

大きいが，それでも噴霧ノズルから底面までの距離（Discrete Phase Model）を用いて再現したフロックの0.34倍のところで蒸発が完了しており，問題のなを流入させ，トラフからどれだけ流出するかで評価

い状態であるといえる。以上，シミュレーションにすることとした。ここで，フロックの密度はフロッ

よる検討の結果，形状４の評価がもっとも良くな

ク凝集性および沈降性を求めるためのビーカー試験

り，配置による制限のある場合でも適正なダクト接で得た情報をもとに，以下に示す Stokes の式より

続方法を提案することができた。

求めた。

流出トラフ
処理水流入ノズルセンターウェル

粒子滞留時間［6］50H0247H0245H0242H0240H0237H0235H0232H0230H0227H0225H0222H0220H0217H0215H0212H0210H0275H0150H0125H0100H01

上：センターウェル長，下：センターウェル短

図３
40

図４

シックナー概略図

神鋼環境ソリューション技報

0.25 mm 粒子の軌跡
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

ここに，

：終末速度［m/s］

以上のシミュレーション結果より，２種類のセン
ターウェル高さを比較した場合，長い形状の方が好：粒子径［m］：粒子の密度［kg/m3］

ましいと推察され，設計に反映されることとなった。

3.

3：流体の密度［kg/m ］：流体の粘度［Pa･s］

廃棄物処理プラント）ボイラ火炉の燃
焼解析

図４および表２に，粒子の軌跡および流出数を示

図６に示す流動層ボイラは，砂を流動媒体としたす。沈降試験で得られたフロック径2.5 mm ではセ

高温の流動層（砂層）で木質チップなどの燃料を熱

ンターウェル高さによる違いが判断できなかったた

分解し，可燃性ガス，未燃分および灰に分解したのめ，1/10の径（0.25 mm）および中間の径（0.79 mm：

ち，ボイラに設置した二次空気によって可燃性ガス

体積比が同じになるよう設定）でも検討を行った。

を完全燃焼させる。燃焼により発生する高温の排ガ

その結果，センターウェルが長い形状ではどの径のスはボイラにより熱回収し，発電に利用する。流動フロックもトラフからの流出は認められなかった層ボイラは燃え残りが少なく熱回収率が高いことかが，センターウェルが短い形状では，粒子径が小さ

ら，高い発電効率が得られると期待される。ただくなるとフロックが浮上しトラフから流出する結果

し，ボイラ入口付近が高温化すると耐火物ゾーンでが得られた。

クリンカが生成する恐れがある。また，ボイラ火炉

図５の温度コンター図を見ると，センターウェルに灰溶融点以上の高温域がある場合にも，クリンカが短い形状では，シックナー内で温度境界層が生じがボイラ壁や管群に付着することで，熱回収が阻害ていることが確認できる。この温度境界層により流されることが懸念される。

れが温度境界層部分で抑えられ，結果としてシック

そこで，①耐火物構造であるボイラ入口が800 ℃

ナーが浅い場合と同様の状態となっていることが，

以下，②ボイラ火炉が灰溶融点である1 100 ℃以下，

フロックの流出，すなわち性能悪化の原因であるとかつ均一な温度となる二次空気の吹込み方法を検討考えられた。このことは，図４に示す粒子軌跡におした。

いて，センターウェルが短い形状ではフロックがシ

計算範囲は砂層面からボイラ出口までとし，砂層ックナーの底まで到達していないことからも確認で

表面から熱分解されたガスが発生すると仮定していきる。

る。ここで，熱分解されたガスの成分および発熱量の設定が重要となるため，流動する砂層上のガス性
表２

フロック流出数（全48個中）粒子径

センターウェル
長

センターウェル
短2.50 mm
0.79 mm0.25 mm

0
0
0

0
1
7

温度［℃］
990
988
986
984
982
980
978
976
974
972
970
968
966
964
962
960
958
956
954
952
950

状を把握する必要がある。そこで，当社ではベンチ
スケール実験炉によるガス化実験を行ってデータを

蒸気
ボイラ火炉

発電設備

ボイラ

二次空気

煙突
バグフィルタ
固体燃料

焼却炉

エコノマイザ
耐火物ゾーン

流動層（砂層）

上：センターウェル長，下：センターウェル短

図５

不燃物排出

図６

温度コンター図Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）押込空気

神鋼環境ソリューション技報

流動層ボイラ略図41

5 512 m3N/h

8 268 m3N/h

5 512 m3N/h

8 268 m3N/h

5 512 m3N/h

3 675 m3N/h

9 187 m3

5 512 m3

3 675 m3N/h

9 187 m3

5 512 m3

3 675 m3N/h

N/h

N/h

N/h

N/h

温度［℃］
1400
1350
1300
1250
1200
1150
1100
1050
1000
950
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300

9 187 m3N/h

ケース１

ケース２

図７

ケース３

二次空気吹込み条件

ケース１

図８

1200℃

10P

1100℃

4P
2P
0P

断面平均温度

12P

6P

ケース３

温度コンター図1300℃

14P

8P

ケース２

方，一段目のノズルを使用しないケース
２，３ではボイラ入口の温度が750 ℃程
度に抑えられていることが分かる。

1000℃

また，ケース１，２はボイラ火炉にて900℃

灰の溶融点1 100 ℃を超えており，その

ケース１

800℃

後は急激に温度が減少する傾向がある。

ケース２

700℃

そ れ に 対 し ケ ー ス ３ は， ６m 地 点 で1

ケース３

600℃

0P

図９

2P

4P

6P

8P

10P

12P

14P

105 ℃と若干1 100 ℃を超えるものの，局所的な高温域は見られず，かつ均一な温度場が生成されている。

断面平均温度グラフ

以上の結果より，最下段のノズル高さ
取得し，燃料の性状とガス化条件から砂層で発生すを高くし，下流の二段に空気を多く配分したケース

るガス組成を予測するツールを作成した。本シミュ

３の空気分配方法をベースとして，二次空気のノズ

レーションでも上記のツールを用いてガス組成を予ル配置や吹込み条件を検討していくこととした。

測 し， イ ン プ ッ ト 条 件 と し て い る。 ガ ス 成 分 はむ

CO，H2，CH4，C2H6，H2O，N2，CO2 およびガス状

すび

以上，機器設計に熱流体解析を活用した３つの事の C の８種類とした。チャーおよびタールとして例について紹介した。

出てくる成分はガス状の C とすることで物質，熱①ガス冷却塔では，配置による制限がある場合でも収支を合わせている。

整流状態を維持できるダクト接続方法を提示する

図７に本シミュレーションで検討した二次空気吹ことができた。

込み条件を示す。ケース１は下三段のノズルに均等②シックナーでは，センターウェル長さの違いによに二次空気を配分した条件，ケース２は図７に示す

る性能の違いを確認し，設計に反映させることが五段のノズルに均等に二次空気を配分した条件，ケできた。

ース３はケース２と同様のノズルを使用し，下流③ボイラ火炉では，二次空気吹込み方法のケースス（上側）の二段に空気を多く分配した条件である。

タディを行い，適切な温度の燃焼場となる空気分

図８に，計算結果の一例として温度コンター図

配方法について検討することができた。

を，図９にボイラ内温度の断面平均温度のグラフを

このように熱流体解析を用いることは適正な機器示す。図８，９より，ケース１はボイラ入口部（0設計を行う上で有効な方法であると考えられる。今m）が1 000 ℃以上となっていることが確認でき，後，これら解析による予測結果を実機で検証するこ

耐火物ゾーンでのクリンカ発生が懸念される。一とで解析精度を向上させていく予定である。

＊

技術開発センター プロセス技術開発部 廃棄物処理室

42

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）スイングスター® の撹拌性能向上
Improvement in Agitation Performance of SWINGSTIR®

小川智宏＊Tomohiro Ogawa

半田裕利＊
Hirotoshi Handa

山本昌史＊＊
Masafumi Yamamoto

スイングスターは独自の旋回撹拌方式により，無摺動フレキシブルシールを採用したクリーン撹
拌機である。このたびユーザの撹拌性能向上のニーズに応えるため，新型の３枚テーパ翼を開発した。本稿では，３枚テーパ翼の撹拌性能，およびフレキシブルシールの洗浄性について紹介する。
Using an original swing-based mixing system, SWINGSTIR is a clean reactor which has a frictionless
ﬂexible seal. This time, a new type impeller“3-blades taper impeller”has been developed in response touser needs of improvement in agitation performance. This paper shows its agitation performance andcleanability of the ﬂexible seal.

Key Words：
撹

拌

性

能

Agitation performance

コ ン タ ミ レ スContamination-free

無

摺

動

Frictionless

洗

浄

性

Cleanability【セールスポイント】
・撹拌性能を大幅に向上させた旋回式撹拌翼・無摺動フレキシブルシールによるクリーン撹拌機

まえがき

性を中心に紹介する。

スイングスターは非回転の旋回方式撹拌を行うことで，回転摺動部のない独自のフレキシブルシール

1.

1. 1

スイングスターの形状基本構造を採用した撹拌機であり，既報１） においてその構

まず旋回撹拌方式を採用したスイングスターの基造，特長について詳述した。2012年６月に販売を開

本構造について説明する。スイングスター反応機の始して以来，とくに医薬，電子材料，ファインケミ

断面図を図１に示す。

カル分野で好評を頂いている。

動力は，減速機出力軸に取付けられた偏芯伝動軸

シンプルな扁平断面のビーバーテイル翼はマイルから軸受を介して撹拌軸に伝達され，この偏芯伝動

ドな撹拌が可能で，洗浄性に優れた形状であるが，軸で回転運動から旋回運動へ変換される。さらに撹

さらに撹拌性能向上のニーズに応えるため，新型の拌軸は，旋回運動の支点となる球面軸受で支持さ３枚テーパ翼を開発し，2013年10月に開催された

れ，フレキシブルシールにて缶内外を隔てている。

INCHEM TOKYO 2013に出展した。本稿ではこの３

フレキシブルシールの断面形状を図２に示す。フレ枚テーパ翼の撹拌性能，フレキシブルシールの洗浄

キシブルシールの内面は，耐食性に優れた PTFE でVol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報

43

表１

スイングスタービーバーテイル翼と３枚テーパ翼との比較

ビーバーテイル翼

３枚テーパ翼パイプを扁平させた形状

上側の翼幅を小さくしたテーパ形状の３枚翼

標準撹拌動力（水ベース）

0.05 kW/m3

0.3 kW/m3

翼

グラスライニング，ステンレス鋼，その他特殊金属

形

状

材

質

旋回運動側フランジ
減速機
補強繊維

偏芯伝動軸
撹拌軸

EPDM ゴム

球面軸受
フレキシブルシール

バッフル
固定側フランジ

内面 PTFE

３枚テーパ翼図２

フレキシブルシール

能を大幅に向上させた。また３枚テーパ翼はビー
バーテイル翼と同様にグラスライニングの施工も可
能である。
図１

2.

スイングスター反応機

2. 1

３枚テーパ翼の撹拌性能
混合性能

撹拌性能を評価するため既報１） と同形状の槽内あり，その外面側には耐圧性を持たせるための補強

径

繊維，およびそれらの層間を EPDM ゴムで充填し，試験を実施した。実験は，ヨード澱粉の呈色をチオ

１）

可とう性をもたせた構造である。
1. 2

400 mm のアクリル製可視槽を使用し，混合

硫酸ナトリウムで還元脱色する脱色法を使用し，各３枚テーパ翼装置の撹拌動力を同一にして混合時間を測定し比較

スイングスターの撹拌翼についてビーバーテイル翼と新型の３枚テーパ翼との比較を表１に示す。
ビーバーテイル翼はパイプを扁平させたシンプル

した。ヨード溶液およびチオ硫酸ナトリウム溶液
は，内容液と同じ粘度に調整したものを用い，混合
時間は，脱色過程の連続写真から決定した。

な形状であったが，新型の３枚テーパ翼は，軸に３枚テーパ翼の混合性能をオーバル３枚後退翼，

テーパ形状の板翼を３枚取付けた形状とし，撹拌性および当社 GL 撹拌翼であるツインスターと比較し

44

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

た結果を写真１に示す。実験では液粘度0.001
液深

は

，

ビーバーテイル翼よりも混合性能が大幅に向上し，1.25の条件にて脱色の速さを比較

ツインスターよりもさらに優れた特性を有している。

した。３枚テーパ翼は，オーバル３枚後退翼に比べ2. 2混合速度が1.5～２倍速く，ツインスターと同等である。

異相系撹拌特性異相系撹拌特性の評価のため固液系，液液系２種
類の撹拌実験を実施した。

また様々な液粘度にて同様に混合試験を実施し，混合時間を固液系撹拌特性は水に粒子濃度をかさ体積23 ％

線図で整理し，各撹拌翼ののイオン交換樹脂を投入し，それぞれの撹拌翼につそれと比較した結果を図３に示す。３枚テーパ翼はいて回転数を段階的に変化させて液表面近傍で粒子濃度を測定し，粒子の浮遊状態を比較した。

３枚後退翼

液液系撹拌特性は20vol ％のケロシン（密度790

ツインスター スイングスター（３枚テーパ翼）

kg/m3）と水を撹拌槽に満たし，固液撹拌試験と同様にそれぞれの撹拌翼について回転数を変化させ，
撹拌槽，鏡部 T.L. 近傍でケロシン濃度を測定して，START

液滴の分散状態を観察比較した。
固液系，液液系それぞれの撹拌特性について，単位容積当たりの動力に対し，粒子濃度およびケロシ

2.0sec.

ン濃度をプロットした結果を図４，５に示す。
３枚テーパ翼とビーバーテイル翼を比較すると，
固液系撹拌，液液系撹拌ともに，翼の大型化により吐出が強化された３枚テーパ翼の方が低回転数で均

2.5sec.

一浮遊および均一分散が可能な結果であるが，図
1 000

［−］

3.0sec.

100

3.5sec.
10
３枚後退翼
ツインスター
フルゾーン
スイングスター（ビーバーテイル翼）
スイングスター（３枚テーパ翼）

4.0sec.

μ ＝0.001

写真１

1
1.E+00混合経過の比較
PV ＝0.3 kW/m3 H/D ＝1.25

図３

1.E+03

1.E+04

1.E+05

Re 曲線

30 ％

25 ％

均一浮遊到達点

オイル濃度［vol ％］粒子濃度［vol ％］1.E+02

Re［−］

30 ％

20 ％
15 ％

TWINSTIR

３枚後退翼

SWINGSTIR（３枚テーパ翼，ビーバーテイル翼）

10 ％

25 ％
均一分散到達点

20 ％
15 ％

３枚後退翼

10 ％

TWINSTIR

SWINGSTIR（３枚テーパ翼，ビーバーテイル翼）

5％

5％
0％

1.E+01

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0％
0.00

Pv［kW/m3］

図４

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Pv［kW/m3］

粒子均一浮遊に要する動力の比較

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

0.05

図５

神鋼環境ソリューション技報

液滴均一分散に要する動力の比較
45

４，５の様に横軸を単位容積当たりの動力とすると，であるから，

同じ特性となる結果であった。またツインスターとオーバル３枚後退翼と比較すると，３枚テーパ翼，
ビーバーテイル翼ともに低動力で均一粒子浮遊，均一液滴分散が可能である。
撹拌動力

2. 3
2. 3. 1

既報

この抗力撹拌動力理論１）

ではビーバーテイル翼について旋回撹拌方式が通常の回転撹拌と同様に，動力数により発生するトルク

は，

で 求 め ら れ， 撹 拌 動 力

はであるから，を用いて，動力を表すことができることを紹介したが，今回開発した３枚テーパ翼についても，同様に考えることができる。

となる。上式は翼が１枚の場合であるが、上式の翼図６に示す３枚テーパ翼の撹拌動力について考える。
まず１枚の翼に着目し，斜線部に発生する抗力２）

投影幅の部分が，翼が３枚の場合には図７に示すように旋回方位位置によって変化する。

この３枚翼の投影幅を仮に

とおくと，

3

は，抗力係数を，液密度を ［kg ⁄ m ］とするととなり，撹拌翼全体での撹拌動力
ここで，断面積

，速度

は，

は，回転数

とすると，

ここで

翼
③

，

とすると

翼①
w/2

旋回方向

，

翼
②

θ

2.5

翼①
翼②
翼③
計

l1
l

φ

l2

翼投影幅（w/2）x

2

1.5

1

dl

0.5

0

0

60

120

180

240

300

360

翼方位 θ［°
］

図６
46

図７

旋回撹拌の動力神鋼環境ソリューション技報

３枚翼の投影幅Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

となる。

蒸気で 1 hr 洗浄，またスプレー洗浄は缶内側撹拌

通常の回転撹拌による撹拌動力
径（翼スパン）を

は，代表

とすると

口下部よりスプレーノズルにて洗浄液を吹き付ける
洗浄方法である。洗浄試験はスイングスターのフレ
キシブルシールと，比較のため代表的な回転型軸封であるドライシールについても実施した。
試験結果を表２に示す。ブラックライトによる写と動力数をもちいて表され，動力は， ， ，

真において黄色に発色しているのが模擬汚れのリボに比例する。

フラビン試薬で，表の各シールの上段が撹拌軸，下３枚テーパ翼についても回転撹拌と同様に動力数段が撹拌口ノズルおよびフレキシブルシールを缶内を側から撮影した写真である。
回転型シールでは，焚上げ洗浄後ノズル内面と撹拌軸部の汚れはほとんど洗浄されておらず，スプレー洗浄後もノズルと撹拌軸の隙間が狭いため，洗とすることで，動力推算が可能である。

浄液がシール部まで届かず，汚れが十分に落としき2. 3. 2

れていない。このことから回転型シールではバッチ

撹拌動力理論＝400 mm，２：１半楕円下鏡形状の円筒間の洗浄不良によるクロスコンタミが懸念される。

槽を用いて３枚テーパ翼の撹拌動力を測定した。測槽内径

対してフレキシブルシールはシール内径と撹拌軸

Re 線図として図８に示す。ここで，との隙間が広く，滞留部の無いシンプルな形状であ定結果をスイングスターの撹拌翼代表径は，旋回径と翼るため，焚上げ洗浄でほとんどの汚れが落ちてお幅（翼スパン）の両方を考慮に入れるため，翼旋回り，さらにスプレー洗浄を行うことで，より効果的

投影直径の最大値とした。従来の回転型撹拌翼ではな洗浄が可能で，非常に優れた洗浄性を有している。

Re ＜102の層流域において･ Re が一定となるが，３枚テーパ翼についても同じ傾向が確認された。

3.

またフレキシブルシールは図９のようにモータおよび減速機を取外すことなく，簡単に取付け・取外

フレキシブルシールの洗浄性

シール部の洗浄性を評価するため，洗浄試験を実をエタノール水溶液に溶かし，シール部分に吹き付
けた後，シール部の洗浄を実施し，ブラックライト

ツインスター
スイングスター（ビーバーテイル翼）
スイングスター（３枚テーパ翼）

10

焚 上 げ
洗 浄 後

スプレー
洗 浄 後

撹

Np［−］

３枚後退翼

洗 浄 前

ノズル内面

フルゾーン

洗 浄 前

軸

100

ブラックライト写真

拌た。焚上げ洗浄は缶内の洗浄液を加熱し発生させた部
位各シールの洗浄性撹

焚上げ洗浄とスプレー洗浄の２種類の方法で実施し回転型シール︵ドライシール︶

にてその残存状況を観察した。洗浄方法としては，

表２シール施した。実験は模擬の汚れとしてリボフラビン試薬

1.E+03

1.E+04

1.E+05Re［−］

図８

撹拌動力線図（Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

1.E+06

シール内面

1.E+02軸

1.E+01拌

0.1
1.E+00フレキシブルシール

1

Re 線図）

神鋼環境ソリューション技報

47

+

図９

フレキシブルシールの分解方法
'1
'2

表３

スイングスターの標準仕様（本体）

設計圧力F.V./0.10 MPa（圧送）設計温度－20 － ＋130 ℃

適用法規

消防法

材

図1₀

グラスライニング，ステンレス鋼，その他特殊質金属（フレキシブルシール接ガス部は PTFE）

スイングスター反応機の標準寸法【適用分野】
表４

・コンタミレス，洗浄性が重視される医薬・電子材

スイングスター反応機の標準寸法

100
呼称容量［L］
500
本体内径 D1［mm］
600
外套内径 D2［mm］
1 900
全高 h［mm］
135
最高回転数［rpm］
モータ定格出力［kW］ 0.4

200
600
700
2 100
135
0.4

300
700
800
2 300
117
0.75

500
800
900
3 000
103
0.75

料などのファインケミカル分野【標準仕様および参考寸法】
・スイングスターの標準仕様および参考寸法を表
３，４，図1₀に示す。

む

す

び

本稿ではスイングスターの新型翼である３枚テー

パ翼の撹拌性能，フレキシブルシールの洗浄性等にしが可能で，バッチ毎の洗浄確認や分解洗浄も容易

ついて紹介した。スイングスターは，医薬，電子材

な構造となっている。

料などの撹拌性能と同時にコンタミが問題となる分

4.

３枚テーパ翼スイングスターの特長と
適用分野

【形状】

野に採用実績が増えてきており，今後，ユーザ製品のさらなる高付加価値化に対する問題解決につながれば幸いである。
今後もユーザのニーズに応じた製品の開発，改良

・旋回運動による撹拌で摺動部のないシール
・撹拌性能を大幅に向上させた３枚テーパ形状撹拌翼を行い，ユーザ各位の製品品質の向上，生産性の向【特長】

上に役立ちたいと考える。

・３枚テーパ翼は，ツインスター，３枚後退翼よりも優れた撹拌性能を有する。
・無摺動シールによりコンタミの心配が不要。
・フレキシブルシールは洗浄性が良好でクロスコンタ
ミのリスクを大幅に低減することができる。
＊

プロセス機器事業部 技術部 開発グループ

48＊＊［参考文献］
１）小川智宏ほか：神鋼環境ソリューション技報 vol.9，
No.2（2013），p.34
２）SHINJI NAGATA：MIXING Principles and applications（1975），p.8

プロセス機器事業部 技術部 GL 設計グループ

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

反応槽のスケールアップにおける生産性向上と省エネ技術
Productivity Improvement and Energy-saving Technology on Reactor Scale-up

山部 芳＊
Kaoru Yamabe

南 俊充＊Toshimitsu Minami

撹拌槽型反応機のスケールアップは，一般的に「幾何学的相似」「Pv 値一定」で行われる。しかし，複雑な反応や高い製品品質を維持するためにはこれだけでは困難なケースもあり，敢えて幾何学的相似を崩す等，一工夫したスケールアップを行う必要が出てくる。このようなスケールアップ
が，混合性能，伝熱性能の増強を通じて生産性を向上させ，化学プロセスの省エネルギー化に寄与することが期待される。
Mixing reactors are generally scaled up by the principles of geometric similarity and of constant power
per volume, i.e., constant Pv. However, complicated chemical operations and higher quality demands
sometimes make the scale-up very difﬁcult. In such cases, the reactor designs are required to intentionally
break the geometric similarity restriction. Challenges to these reactor designs have shown that proper
mixing intensiﬁcation brings improved productivity to the process, as well as such challenges are expected
to support energy saving activities in chemical process industry.

Key Words：
反応槽スケールアップ

Scale up

省

ネ

Energy-saving

エ

乳

化

重

合

Emulsion polymerization

溶

液

重

合

Solution polymerization

懸

濁

重

合

Suspension polymerization

ガ

ス

吸

収

Gas absorption【セールスポイント】
・代表的なプロセスでの撹拌槽型反応機のスケールアップについて，実例を挙げて説明した。

まえがき

し，反応機をスケールアップし，大型化していく。

反応機における省エネ技術とは，反応時間の短

一般的なスケールアップでは，撹拌槽や翼の形状は縮，後処理時間の短縮，収率向上，低動力化などが幾何学的相似を保ちながらサイズアップし，単位体挙げられるが，これらを一言でまとめると，「生産積当たりの動力（Pv 値）をスケールアップ前後で性の向上」と言うことにほかならない。すなわち，同じとすることで，基本的な撹拌の諸特性は保たれ「生産性の向上」を追求すれば，それはおのずと省ると言われている。ところが，この Pv 値一定でのエネ技術につながるものである。

スケールアップでは変化してしまうパラメータ，例

一般には需要の増加に伴い，生産量の向上を目指
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

えばせん断速度や，単位体積当たりの伝熱面積等に

神鋼環境ソリューション技報

49

よって，所望のスケールまでスケールアップでき

1. 1

ず，限界に至るケースが発生する。

SB ラテックス

ラテックスの重合においても，一般には Pv 値一

このように，一般的な手法ではスケールアップ限

定でスケールアップするが，Pv 値一定でスケール界に至ったとき，当社がどのような方法で解決してアップすると，翼周端速度はスケールが大きくなる

きたかを以下に紹介する。

ほど，高くなる。したがい，コアギュラム（凝集1.

乳化重合機のスケールアップ

乳化重合では，界面活性剤を使用し，水連続相にモノマ油相を分散する。その分散時に，動力を下げ物）の発生量は図１に示すように，スケールアップ
すると増加する傾向となるため，ある一定のスケー
ル以上にはスケールアップできなくなる。

過ぎるとモノマ油相が水の上に分離し，その界面に従来はこのようなラテックスの製造は３枚後退翼

ポリマが捕捉され，凝集し続ける。反対に動力を上で行われていたが，これと比較してフルゾーンでげ過ぎると，形成されたミセルが物理的にせん断をは，図２に示すように，混合性能が著しく向上する

受け，ミセル同士が凝集する，せん断凝集が発生すことで，より低い動力（Pv 値）でモノマ油相の分る。したがい，一定以上の動力を与え，良好な分散散が可能であるため，凝集物が急増する下限の動力状況を維持しながらも，せん断力を掛過ぎない撹拌

が著しく低下した。また，低い回転数で高い動力をが安定したエマルションを形成する上で重要とな得られることから，動力を上げても，３枚後退翼とる。

比較して翼周端速度は低いため，コアギュラムの発生を抑えることができた。
この特性を生かし，45 m3 重合機の撹拌翼をフルゾーンに変更することで，付着改善に成功した事例もある。

&RDJXOXP［ZW％］1. 2

アクリル樹脂アクリル樹脂重合機では，スケールアップ時に槽8S

底部への付着が見られた。これは，スケールアップ

6FDOH

時にせん断速度が上がったことによるせん断凝集が発生したものと考え，翼下部と，槽との隙間でのせん断速度をスケールアップ前後で同じとすべく，
πnd/b（n：回転数，d：翼スパン，b：翼下部と下鏡の隙間）の比を一定になるよう，図３のように幾何学的相似を崩し，翼を改造したところ，付着が解消

図１

3RZHU9ROXPH［N:P3］

された。このように，同じ翼でも幾何学的相似条件

スケールアップ時のコアギュラム発生量の変化を僅かに変化させることで解消した事例もある。

&RDJXOXP［ZW％］

3%ODGHG,PSHOOHU

6FDOH8S

G)8//=21(E
3RZHU9ROXPH［N:P3］

図２
50

翼の形状によるコアギュラム発生量の変化

図３

アクリル樹脂重合機のスケールアップ

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）表１（a）幾何学的相似；Pv ＝一定
槽径

Vr

冷却面積

1/3

5
10
100

2/3

スケールアップファクタ

翼スパン
Vr

回転数

1/3

Vr-

翼先端速度

2/9

Vr

1/9

吐出量
Vr

7/9

Qv
Vr-

He

2/9

Vr2/9

Vr

Vr

1.71
2.15
4.64

2.92
4.64
21.54

1.71
2.15
4.64

0.70
0.60
0.36

1.20
1.29
1.67

3.50
5.99
35.94

0.70
0.60
0.36

1.43
1.67
2.78

槽径

翼スパン

回転数

翼先端速度

Pv

吐出量

Qv

He

Vr1/3

Vr1/3

Vr0

Vr1/3

Vr2/3

Vr

Vr0

Vr2/3

1.71
2.15
4.64

1.71
2.15
4.64

1.00
1.00
1.00

1.71
2.15
4.64

2.92
4.64
21.54

5.00
10.00
100.00

1.00
1.00
1.00

2.92
4.64
21.54

槽径

翼スパン

回転数

翼先端速度

Pv

d/D

Qv

He

Vr1/3

Vr1/2

Vr-1/2

Vr0

Vr0

Vr1/6

Vr0

Vr0

1.71
2.15
4.64

2.24
3.16
10.00

0.45
0.32
0.10

1.00
1.00
1.00

1.00
1.00
1.00

1.31
1.47
2.15

1.00
1.00
1.00

1.00
1.00
1.00

（b）幾何学的相似；Qv ＝一定
Vr
5
10
100
（c）Pv，Qv 一定
Vr
5
10
100

2.

懸濁重合機（ポリ塩化ビニル）のス
ケールアップ

懸濁重合重合機の代表でもある PVC 重合機のス②

重合反応缶内で温度ムラが生じない十分な撹拌（液液撹拌）③

高濃度スラリの混合と造粒（固液撹拌）ケールアップは，当社スケールアップ技術の歴史で撹拌槽における基本的な諸特性が Pv 値によって決もある。3 700 gal（14 m3）の GL 製重合機から始められることが多いため，幾何学的相似，Pv 値一まった当社製 PVC 重合機は現在，ステンレスク

定というスケールアップ法が多く採用される。しか3

ラッド製150 m クラスまで大型化に成功している。

しこのスケールアップ法には種々の課題がある。

このスケールアップの際に問題となった事象を，表１に，低粘度乱流撹拌槽におけるスケールアッ撹拌面と，ハード面とを分類して，以下に紹介すプにおいて，幾何学的相似条件，Pv 値一定条件，

る。

Qv（単位体積当たりの吐出循環流量）値一定の３

2. 1

撹拌面の課題条件から，２つの条件を選択した場合の手法を示し

PVC 重合機の中で行われる反応工程としては，た。懸濁重合法に必要な幾何学的相似，Pv 値一定

初期：VCM 混合液中に分散剤を加え，撹拌によるによるスケールアップでは表１に示すように，循環適正な液滴の形成を促進しながら反応開始温頻度の減少，翼周端速度の増大，単位容積当たりの度まで加熱昇温を行う

伝熱面積の低下がある。PVC 樹脂の粒度分布は，

中期：VCM の重合が進行する過程であり，重合熱が発生する

ルアップで周速が上がり，循環頻度が下がると分散

後期：生成した PVC スラリを適度に造粒しながら重合反応を終了させる
る撹拌の主たる目的は，次の３点と考える。
水相中のモノマを微小な液滴に均一分散・懸濁（液液撹拌）
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

剤を増して平均粒度を保持すると言われている。周速を抑制し，循環頻度を保つスケールアップを行えであり，PVC 重合機，すなわち懸濁重合法におけ①

分散剤，翼周速，循環頻度の影響を受ける。スケー

ば粒度分布の保持が容易になる。
PVC 重合機で特に重要な管理ポイントとなるのが重合熱の除去である。上述のとおり，PVC 重合
機のスケールアップでは伝熱面積が減少する。これ

神鋼環境ソリューション技報51

を補うために，重合槽上部にリフラックスコンデン

こうしてステンレスクラッド鋼を採用したことサを設置することが多く，この凝縮還流されたモノで，前述のスケールアップに伴う伝熱面積の不足のマを速やかに引込む必要があり，引込み不足であれ問題も hw（伝熱壁伝熱係数）の向上により改善さば品質の低下が懸念される。軽液の引込みについて

れ，さらなる大型化に成功した。

は，スケールアップ前後で自由表面形状を維持する

2. 2. 2下部撹拌撹拌フルード数 Fr を一定にする必要があるが，Pv

1963年頃，アメリカの PVC メーカが下部撹拌方

値一定ではこの Fr 数も低下する。一方，還流モノ式を開発中であるとの情報を得て，当社は客先ととマの分散を重視し，Fr 数を一定にするスケールアッもにこの方式の開発を進めた。下部撹拌ゆえ，軸封プを行えば，翼周速がさらに増大し，分散剤を増量も下部にあるため，軸封部の間隙に異常な重合物がしても粒子性状を維持することがさらに難しくな

発生するなどの問題点を，試行錯誤を繰り返し一つる。

一つ克服した結果，1965年に実用化させた。

PVC 重合機の種々の要求事項は，幾何学的相似，

一般的な撹拌機付反応機は，構造の単純化のた

Pv 一定のスケールアップで満たすことができない。

め，缶体の上部に伝動装置を設置して使用される

スケールアップ比の増大と並行して，この認識が業が，下部撹拌はこれを缶体の下側に持ってくる，と界に広まり，従来と異なるスケールアップへと展開いうものである。下部撹拌によるメリットは，するに至った。こうして槽径に対する翼スパンや翼①軸径が小さく経済的（上部撹拌と異なり，荷重

巾，また翼枚数を調整することで，低下する Qv，
Fr 数を改善していくスケールアップ法が試みられ，点までの距離が短いため）②

撹拌軸への付着防止（液面部に軸が無く，重合

3

当社は PVC 重合機として150 m クラスまで，10倍以上のスケールアップの実績を作り出している。

物の付着が減少）③

2. 2

ハード面の課題

缶体上部にモータ・減速機等重量物を搭載する

2. 2. 1

必要がなくなり，リフラックスコンデンサの設置が容易

材質および表面仕上げ

PVC 重合槽の抱える大きな問題点として，「付着」が挙げられる。懸濁重合は付着との戦いと言っても④

高圧洗浄機の設置が容易が挙げられる。
大型化に伴い，上部撹拌では軸径が大きくなり，

過言ではない。
これはスケールアップする上でも大きな障害とメカニカルシールの製作限界に近づいていたため，なった。グラスライニング製であれば，付着は大き①のメリットは有効な救済となった。重合熱除去性な問題では無かったが，缶体の大型化に伴い，グラ能の改善にも寄与している。③のメリットに加え，スライニング製重合槽の製作限界となった。ステン④のメリットにより，缶内付着物に対する洗浄効率

レスクラッド鋼を使用すればさらなる大型化は物理の向上により his（プロセス流体側汚れ係数）を改的には可能であり，伝熱性能もグラスライニング製

善することができ，各バッチ時間が短縮され，生産と比して向上するが，付着の問題が残る。したが性がさらに向上した。また，②のメリットによるい，この問題の解決は大型化のためには不可避でフィッシュアイの低減で PVC の品質向上にも役立あった。そこで，ステンレスクラッド鋼の表面仕上

つ等，下部撹拌は PVC 重合機に最適なレイアウト

げを一般的なバフ研磨（物理的研磨）ではなく，浸となった。

漬法による電解研磨を施工したところ，PVC ポリ
マの付着のしにくさ，また，付着したポリマの除去が容易となるなどの効果が顕著に現れた。図４に示(OHFWURSROLVKLQJ

0HFKDQLFDOVXUIDFHILQLVK150(3150%XIILQJ

300(3300%XIILQJ

すようにこれは，バフ研磨時にできる無数の凹凸が非常に鋭利なものであったものが，それを電解研磨することで凹凸の深さは大きくは変わらないが，エッジが取れて滑らかになることが付着低減につながったものである。
また，時代を同じくして，付着防止剤の性能が著しく向上したこともステンレスクラッド鋼の採用への追い風となった。
52

図４

表面仕上の種類による表面粗さの違い

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

2. 2. 3

内部ジャケット式図を示す。

大型化に伴う伝熱の問題はリフラックスコンデン

ジャケットは通常，圧力容器の外側に付くが，内サの大型化で解決されるが，リフラックスコンデン

部ジャケットは本体胴の内面にスパイラル状の仕切

サから凝縮して落下するモノマの引き込みが激しいりを有する冷却水用の流路を設けたものである。

撹拌を必要とするレベルに達すると，PVC 粒子の重合機の内圧は本体胴で保持し，かつスパイラル

性状を所定の範囲内に維持することが困難になる。

邪魔板による支持効果のため，伝熱面としての内部

粒子性状の制御の観点からは，ジャケットでの顕熱

ジャケット胴の板厚を薄くできる。また，流路を一除熱量を増やすことが望ましいと考えられている。

般的なスパイラル邪魔板より狭くすることで流速をジャケットでの除熱量を高めるには以下の２つの高め，さらに，完全に独立した流路とすることで課題がある。

「隙間０」を達成した。これらにより，総括伝熱係

重合機には，スパイラル邪魔板付ジャケットの採数は著しく向上し，表２に示すように，100 m3 の缶用が一般的であるが，製作工程上，本体またはジャ体における総括伝熱係数で，1 000 kcal/m2・h・℃をケットのどちらかに邪魔板を取付け，他端は溶接さ隙間が小さいほど伝熱係数は向上する図５が，現実にはその隙間を小さく製作するのは難しく，構造上，０になることはありえない。これがジャケット
構造における第１の課題である。

に伴い，A/V 比の低下だけでなく，缶壁の伝熱抵抗が増大し，総括伝熱係数は低下する。このため，高張力鋼を使用し，板厚を薄くするのが一般的である

6000

4000

4＝

007

006

004

4＝3
00
4＝2
50

25

0

2000

が，それだけではスケールアップに伴う A/V 比低

002

0

下を補うほどの改善は難しい。

1

2

3

*DSEHWZHHQVSLUDOEDIIOHDQGYHVVHOZDOO［PP］

この２つの課題を同時に解決したのが内部ジャケット構造である。図６に内部ジャケット構造の模3694PP3800PP600PP
4P310壁の板厚は槽径に比例して増える。スケールアップ

2'RIVKHOOWDQN,'RIVKHOOMDFNHW
3LWFKRIVSLUDOEDIIOH
)ORZUDWH30

増 加 が 挙 げ ら れ る。PVC 重 合 槽 は， 設 計 圧 力 1
MPa を超える高圧の容器であり，伝熱面となる缶

8000

4＝

第２の課題として，スケールアップに伴う板厚の)LOPFRHIILFLHQWRIRXWVLGHYHVVHO［NFDOP2･K･℃］

水がショートパスして伝熱性能を低下させるため，

3UHVVXUHGURSSHUZDWHUSDVVOHQJWKRI10P［NJFP210P］

れないため，若干の隙間が残る。この隙間から冷却

図５

スパイラル邪魔板隙間の伝熱性能におよぼす影響+HDGWDQNWRS&RROLQJZDWHURXWOHW
6KHOOWDQN

バッフル
内部ジャケット

3DUWLWLRQSODWH
撹拌翼

モータ

6KHOORILQQHUMDFNHW

減速機+FDGWDQNERWWRP&RROLQJZDWHULQOHW

図６Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

内部ジャケット構造概略図

神鋼環境ソリューション技報

53

表２

ジャケットの形式と伝熱係数
Improved type （A）

Conventional type

Improved type （B）

Shell tank of high tensile
Inner jacket with Ni-platShell tank with spiral bafﬂestrength steel and thin clading
jacketding

Description
Shell tank

（SUS＋SPV355）
Clat steel（SUS＋SPV490＋SUS）
3 layer clad steel（SUS＋SPV355）
Clad steel

25（3＋22）

19（1.5＋17＋0.5）

9（2＋7）

Corrosion allowance［mm］

1.0

0

0

Fouling resistence on inside of shell: his［kcal/m2・h・℃］

∞

∞

∞

Film coefﬁcient of ﬂuid inside shell: hi［kcal/m2・h・℃］

2 900

2 900

2 900

Resistence of shell wall: hw［kcal/m2・h・℃］

1 400

1 800

3 310

Film coefﬁcient of ﬂuid outside shell: ho［kcal/m2・h・℃］

4 000

4 000

4 000

Fouling resistence on outside of shell: hos［kcal/m2・h・℃］

2 500

10 000

10 000Overall heat transfer coefﬁcient: U［kcal/m2・h・℃］

585

799

1 003

Material
Thickness ［mm］達成した。このように内部ジャケット化は，PVC
重合槽の大型化において，有効な手段となった。

溶液重合機のスケールアップ

3.

ガス吸収反応機のスケールアップ

4.

ガス吸収反応には，Rushton 型ディスクタービン

翼の使用が一般的である。この撹拌翼は，ディスク

溶液重合での希少なスケールアップ例として，「混合時間一定」のケースがある。

でガスをホールドし，小さなスパンで６枚のブレードのついた翼を高回転で回転させるため，気泡の微

通常，幾何学的相似，混合時間一定でスケール細化能力が高く，ガス吸収に適した翼である。しかアップするには，回転数一定となるため，Pv が過しながら，近年のファイン化に伴い，以下の問題が大となり，コスト面での実現性が著しく低い。

指摘されている。

この実現のためには，同等の撹拌動力で，混合時間が短くなる高効率な撹拌翼が必要となる。
3

3

たとえば，10 m から50 m へのスケールアップを①

通気量依存性の高い物質移動速度係数（kLa）②

全体混合性能の低さ③ スパージャリング内への固着に起因するコンタミ

考えたとき，傾斜パドル翼での混合時間は，スケー④

せん断による培養時の菌体・触媒の活性低下

ルアップ前で7.0秒とすると，これを幾何学的相似，これらを，撹拌翼をフルゾーンに変更することで大Pv 一定で50 m3 にスケールアップすると，9.4秒ときく改善した例を挙げる。

なる。なお，幾何学的相似を維持して7.0秒を実現

4. 1

通気量依存性するには，約2.4倍の動力が必要となる。これを，タービン翼はスパージャリング等により，相当量

フルゾーン翼に変更してスケールアップすれば，同のガスを槽底から吹込むことで良好なガス吸収性能3

じ Pv で6.7秒となり，傾斜パドル翼の10 m 反応機を発揮する。水素ガス等の循環困難なガスの吸収でにおける混合時間以下での混合が可能となる。

は，反応で消費された分しか槽底から供給できな

このように，撹拌翼をフルゾーンに変える（幾何い。バッチ反応の初期で反応速度が大きな場合は良学的相似を大きく崩す）ことで，混合時間は著しく

好なガス吸収速度を期待できるが，バッチの後期で改善され，スケールアップ後もスケールアップ前の反応速度が低下し，通気量が減少してガス吸収速度

混合時間を維持することができた。

が低下すると，悪循環に陥ることがある。この種の54

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

め，縦長のプロポーションとなるケースが多い。こ500の場合，撹拌翼は多段に設置される。このため，翼6<67(0：:DWHU$LU

間に混合不良部ができやすく，また，少しでも粘度100

良部もできやすい。

)8
//
23
=2
$'
1
23
(
'
)
/(
23
$8
,7
6
'
&+
/(
('
56
3$
''
/(
6

N/D［1KU］

が高くなると，ドーナツリング状に停滞する混合不
80

50
35
19
14

4. 3

スパージャーリング由来のコンタミ

タービン翼でのガス吸収反応は前述のように，通気を前提とするため，スパージャリング等の缶内部品が必要となる。排出時，リング内に液が残留し，固着してコンタミの原因となる。フルゾーンであれ
ば，通気無の対応で防止できる。

10
01

1

05

5

10

3Y［N:P3］

図７

4. 4

せん断力

タービン翼は，小スパンの翼を高速回転させ，強いせん断力を与えることでガス分散を行う。しかし

無通気での各翼の kLa

ながら，このせん断力によって，触媒の活性が低下
したり，培養槽であれば，菌体の活性が低下する等
適用では，液表面からの巻込みを考慮した設計とすべきであり，液レベルにより翼の高さを調整する手の不具合が発生するケースもある。
フルゾーンであれば，同じ動力で，タービン翼よりもかなり低回転であることや，後退翼であること間が必要になる。
また，スケールアップの際，通気量は単位体積当などから，低いせん断力で，同等以上の kLa が得らたりの通気量（VVM: volume per volume per minute）

れるため，このようなケースの改善も可能である。

一定で行われることが多いが，Pv はスケールアッ
プの際，空塔線速一定で維持されるため，VVM 一定では通気量が大きくなり，撹拌動力が低下し，

む

す

び

当社の取扱う反応機の場合，「生産性の向上」を追求することで，省エネに貢献する。
当社の取組みとしては，より高い生産性を見込め

Pv 不足に陥るケースもある。
上記のような不具合がフルゾーンで改善される。

る反応機をめざし，顧客のニーズや反応にマッチしまず，フルゾーンでは，図７に示すように，表面ガたスケールアップファクタを見出し，提案して行く

ス吸収性能が高いため，必ずしも通気が必要とならことがもっとも省エネにつながるものとして，今後ない。終始反応速度にのみ依存したガス吸収性能をも事業活動を展開して行く。

得ることができる。また，通気時の動力低下も少な［参考文献］
１）東海化学工業会セミナー「撹拌槽のスケールアップと省エネ化への工夫」要旨集（2013）２）橋本健二：工業反応装置，培風館，（1984）３）神鋼パンテツク技報 vol.41 No.2（1998/3）
４）神鋼ファウドラー技報 vol.32 No.3（1988/12）

いため，動力不足にも陥りにくい。
4. 2

混合性能

タービン翼では混合性能の低さも問題となる。一般にガス吸収反応機では，ガスの滞留時間保持のた＊プロセス機器事業部 技術部 装置設計グループ

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http://www.kobelco-eco.co.jp

施設・技術紹介

豊かな自然に囲まれた国内最高水準の高効率ごみ発電施設
甲府・峡東地域ごみ処理施設整備事業および運営事業
甲府・峡東地域ごみ処理施設事務組合は，甲府市，笛吹市，山梨市，甲州市で構成され，澄みきった空気と美しい清流，緑に包まれた甲府盆地に位置し，日本一の生産量を誇る果樹地帯を有する都市と自然がバラ
ンス良く共存する地域です。本事業は同地域で排出される一般廃棄物を処理対象とする高効率ごみ発電施設とリサイクルセンターを整備し，20年におよぶ運営・維持管理を行うものです。
今回採用された当社の「流動床式ガス化溶融炉」は安全・安定・経済性に優れ，同規模の高効率ごみ発電
施設交付金交付要件（発電効率：18.5 ％以上）を大きく上回る国内最高水準の発電効率22.5 ％を実現する施設です。
2014年７月に安全祈願祭を執り行い，2017年３月竣工に向け現在工事を進めています。
事業の概要〇事 業 者：【設 計 建 設】株式会社神鋼環境ソリューション
【運営維持管理】株式会社甲府・峡東環境サービス（当社，神鋼環境メンテナンス株式会社２社共同出資による特別目的会社）〇事業方式：DBO 方式（Design：設計

Build：建設

Operate：運営）〇事業期間：【設 計 建 設 期 間】2012年６月から2017年３月までの５年間【運営維持管理期間】2017年４月から2037年３月までの20年間
施設の概要〇高効率ごみ発電施設

可燃ごみ処理能力：369 t/d（123 t/d ×３系列）
定格発電量：7 700 kW
発電効率：22.5％〇リサイクルセンター

56

破砕設備：36 t/d，選別設備：31 t/d，保管設備：22 t/d

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Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）T o P i c s
展示会だより例年，夏の一大イベントとして開催されている下水道展は，７月22日～７月25日の４日間インテックス大阪にて「日本発！くらしを支える底力

下水道展’
14大阪」として行われました。

大阪での開催は2006年以来となりました。
下水道展は下水道に関する最新技術の紹介として下水道研究発表会のほか，国際展開に向けた海外への発信，および一般の方に理解を深めて頂くことを目的としています。
今年は85 720人の来場者数となりました。（2013年東京では88 645人）
当社ブースでは下水処理場を地域バイオマス利活用の拠点と位置付け，省エネ・創エネ機器およびシステ
ムをパネル中心に紹介しました。
中でも，今年６月に日本下水道事業団において新技術（Ⅱ類）登録された「気泡式高効率二段燃焼炉」，「パッケージ型鋼板製消化タンク」をブース前面に展示し，その他パビオミックス（双曲面形撹拌機），バイ
オガス精製装置，沈砂し渣洗浄機などの商品パネルと，国交省下水道革新的技術実証事業 B-DASH プロジ
ェクト（KOBE グリーン・スイーツプロジェクト），小型バイナリー発電による排熱利用，放射性物質を含む下水汚泥減容化の取組みなどのパネルを展示しました。
当社グループブースへは，４日間で1 600人を超える御客様にご来場を頂くことができました。関係者一同御礼申し上げます。
来年は東京での開催が予定されております。
今後も新たな当社技術の創出に尽力し，次回下水道展を紹介の場として活かしていきたいと思います。

当社グループの展示

出展パネルの前で来場者へ説明する様子
Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報

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T o P i c s
展示会だより■ IFAT 2014
ドイツ・ミュンヘンの Munich Trade Fair Center にて，2014年５月５日から９日までの５日間，廃棄物処理，廃棄物発電，リサイクル，上下水処理，土壌改質，エネルギ関連などの製品や技術が一堂に会した
IFAT 2014が開催されました。
同展はヨーロッパで開催される環境技術専門の展示会の中でも最大で，今回も出展社数は59カ国から
3 081社，来場者数は170カ国から約135 000人となりました。
当社は，ヨーロッパ向けガス化溶融炉システムのパネル展示やプレゼン発表のほか，海水淡水化システムなどの水処理技術のパネル展示を行い，ヨーロッパの環境分野において当社および保有技術の認知度を向上させる事を目的に，IFAT となってからは今回で３度目の出展となりました。
開催地のドイツ・ミュンヘンは，毎年10月に開催されるオクトーバフェストと称するビール祭りが有名ですが，５月もミニオクトーバフェストを開催しており，夜になると民族衣装を着た地元の人たちが会場へ向かう姿が多く見られました。

↑来場者に説明している様子↑当社ブース全景

プレゼン発表の様子⇒
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