─ ─エバラ時報　No. 208（2005-7）

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Biomass Power Plant－ ICFB for Nakoso Mill, Nippon Paper Industries Co., Ltd.－

by Keisuke TSUKAMOTO, Shigeharu WATANABE, & Eiji ISHIKAWA

Ebara’s biomass power plant, featuring an ICFB (Internal Circulation Fluidized-bed Boiler), is now operating in Nakoso Mill, Nip-pon Paper Industries Co., Ltd. The fuel used for the boiler is mainly wood waste produced at this plant. Construction began in April2004 and completed within the set schedule in August 2004. This biomass power plant, highly reliable and capable of speedy compli-ance to load conditions, constitutes a single main boiler unit for supplying power for the entire mill as well as process steam. Prior tothe introduction of this biomass power plant the power and steam used at this mill were supplied by a heavy fuel oil burning boiler anda diesel oil power generator. The annual heavy fuel oil consumption had been 34 000 kl. The biomass power plant is not only achievinga 98% saving in fuel but also a significant reduction in carbon dioxide emission deriving from fossil fuel combustion (about 10 thou-sand tons per year). Keywords: Fluidized-bed boiler, Power plant, Biomass, Thermal recycle, Carbon dioxide reduction, Wood waste, Coal, Steam turbine, Nippon

Paper Industries Co., Ltd.

〔納入製品・施設紹介〕

バイオマス発電設備－日本製紙㈱勿来工場ICFB－

塚　本　圭　祐 渡　邉　茂　治 石　川　栄　司＊＊＊＊

環境事業カンパニー　環境プラント事業部　プラント設計室民需プロジェクトグループ

同　　　　　　　　　同　　　　　　　　同装置設計グループ

＊＊

＊

られており，燃焼室内での激しい旋回流動の動きによっ

て飛び出した砂の一部が熱回収室に入り，そこで砂は層

内伝熱管によって熱交換され，下部に移動してディフレ

クタ下部から燃焼室へ戻る。

燃焼室内では砂は活発な旋回流動を行うことから，局

部高温又は局部低温になることがなく多品種の燃料を混

焼することが可能となり，また大きな不燃物も容易に排

出することができる。

層内伝熱管が配置される熱回収室では，流動が緩やかな

ため伝熱管の磨耗が抑制され，また基本的に燃焼は行われ

ないため腐食も抑制される。更に，層内伝熱管のU値

（総括熱伝達係数）は熱回収室に送る空気（循環層空気）

量によって制御できるため，迅速な負荷応答性をもつ。

3．設 備 概 要

3-1 設備仕様

表1に主要設備の仕様を，図1に全体系統を示す。

本設備は，最大連続蒸発量105 t/hのボイラであり，

通常は発生蒸気の全量を蒸気タービンに供給して2段の

抽気で中圧蒸気と低圧蒸気を工場に送気し，最大で

15000 kWの発電を行う設備である。

1．ま え が き

木屑を主燃料とした内部循環流動床ボイラ（ICFB）

によるバイオマス発電設備を，日本製紙㈱勿来工場（福

島県いわき市）に納入した。

本設備は1ユニットで工場全体の電力とプロセス蒸気

を賄うメインボイラであり，そのために高い信頼性と迅

速な負荷追従性が要求された。本工場の製造工程で使用

される電力や蒸気は，従来は自家用の重油ボイラとディ

ーゼル発電機から供給されていたが，本設備の稼動によ

りこれまで年間約34 000 kl消費されていた重油の約98％

が削減され，それに伴い年間約10万トンの化石燃料に

由来する二酸化炭素の削減が見込まれる。

ここに，本設備の概要と運転状況を報告する。

2．内部循環流動床ボイラ（ICFB）の特長

ICFBは，火炉内部が燃焼室と左右の熱回収室に仕切

─ ─エバラ時報　No. 208（2005-7）

バイオマス発電設備－日本製紙㈱勿来工場ICFB－

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石炭 サイロ

石炭 サイロ 排出機

木屑受入コンベヤ

木屑サイロ 排出装置

No.2木屑 供給コンベヤ

No.1木屑 供給コンベヤ スプレッダ

ボイラ 薬注装置

空気 予熱器

連続ブロー サンプリング装置

フラッシュタンク 起動バーナ 圧縮空気

燃焼空気 ブロータンク

冷却塔薬注装置

復水器

冷却水ポンプ

冷却塔

循環水ポンプ 復水器へ

工水

No.2集合 灰コンベヤ

No.1集合灰コンベヤ

灰バンカ

スクラバ循環ポンプ

スクラバ 水マグポンプ

M

水マグタンク

水マグ撹はん機

32％水マグ

排水ピット

工水

工水

流動媒体搬送コンベヤ

No.1～4 流動媒体取出 コンベヤ

流動媒体バンカ Ｍ

流動媒体エレベータ

振動ふるい 冷却水処理剤

節炭器

ボイラ給水給水ポンプ ボイラ給水ポンプ

低圧蒸気ヘッダー グランド蒸気復水器 復水器

復水ポンプ

低圧蒸気

蒸気蒸気タービン 蒸気タービン

減速装置

真空ポンプ

冷却塔

放流水

循環水ポンプ

純水装置

SOxNOxCOC2

排気筒

ボイラ給水 タンク

脱気器脱気器 給水給水ポンプ 脱気器 給水ポンプ

二次SAH

二次FDF

一次FDFVVVF

ＩＤＦ

PA

一次SAH

集じん機

灰バンカRV

発電機

Ｇ

ICFB

給炭機

復水処理剤

脱酸素剤

清缶剤

ITV

XR

XR

XR

IR

木屑受入ホッパ 木屑サイロ

石炭搬送コンベヤ

石 炭

石炭受入ホッパ 排出機

石炭受入コンベヤ

木

石炭受入ホッパ

トラックスケール

流動媒体投入機流動媒体投入機 Bed material feederBed material feeder流動媒体投入機 Bed material feeder

Truck scale

Coal

Wood

Coal reception hopper & discharger

Bed material bunker

Vibrating screen

Air 強制循強制循環ポンプ Boiler circulation pumpBoiler circulation pump強制循環ポンプ Boiler circulation pump

Start-up burner

PA

Bed material elevatorBed material conveyor

Cooling water pump

Circulation water pump

Condenser

Ash bunker

Scrubber

Scrubber circulating pumpWaste water pit

Mg（OH）2 pump Mg（OH）2 tank

Industrial water

Industrial water

Effluent

Vacuum pump

Deionizer

Steam turbine

Secondary draft fanStack

Forced draft fan

Mg（OH）2

Induced draft fan

Ash collector

Ash bunker RV

Waste water pitCondenser

Cooling water treated chemical

Economizer

Boiler chemical Boiler chemical injection equipmentinjection equipmentBoiler chemical

injection equipment

中圧蒸気圧蒸気 中圧蒸気 Middle pressure Middle pressure

steamsteamMiddle pressure

steam

Low pressure steam

CondenserCondenserCondenser

Generator

Reduction gear

Boiler feed water tank

Condensate pump

Gland steam condenserLow pressure steam header

Condensate treated chemical

Oxygen scavengerAntiscals

Boiler feed pump

緊急ボイラ水張ポンプ Emergency boiler feed pump

緊急ボイラ水張ポンプ Emergency boiler feed pump

Secondary SAH

Primary SAH

Deaerator feed pump

脱気器脱気器 DeaeratorDeaerator脱気器 Deaerator

Continuous blow down, sampling unitContinuous blow down, sampling unit

Blow down tank

Flash tank

Air heater

Cooling tower

Cooling tower

Circulation water pump

Cooling tower chemical feeder

No.1 collected ash conveyor

No.2 collected ash conveyor

No.1～4 bed material discharging conveyor

Coal reception conveyor

Coal reception hopper

Coal silo

Coal conveyor

Coal feeder

Coal silo discharging machine

Wood waste silo

No.2 wood waste conveyor

No.1 wood waste conveyor

No.1No.1木屑木屑 計量計量コンベヤ No.1 wood waste weighing conveyor

No.1木屑 計量コンベヤ No.1 wood waste weighing conveyor

Spredder

Wood waste silo discharge device

Wood waste reception hopper

Wood waste reception conveyor

PA

尿素水 尿素水ポンプ

尿素水タンク

Urea waterUrea water pump

Urea water tank

図1 全体系統図Fig. 1 Flow sheet

設備 項目 仕様Facility Item Specification

燃料貯蔵設備 木屑サイロ 1500 m3Fuel silo Wood waste silo

石炭サイロ 135 m3Coal silo

ボイラ 型式 エバラ内部循環流動床ボイラ 単胴水管式　自然/強制循環併用Boiler Type Ebara internally circulating fluidized bed boiler One drum natural/forced circulation boiler

蒸発量 最大連続　105 t/hSteam flow 105 t/h at MCR

蒸気圧力 定格6.4 MPa（過熱器出口），最高7.7 MPaSteam pressure Nor. 6.4 MPa (SH outlet) , Max. 7.7 MPa

蒸気温度 定格460℃，480℃Steam temp. Nor.460℃, Max.480℃

給水温度 節炭器入口　143℃Boiler feed water temp. 143℃ at economizer inlet

通風方式 平衡通風Draft type Balanced draft

蒸気タービン 型式 横型減速式多段衝動抽気復水タービンSteam turbine Type Horizontal speed reduced multistage extraction turbine

蒸気圧力/温度 6.1 MPa/456℃Steam pressure/temp.

第1抽気圧力/流量 1.13 MPa/37700 kg/hNo.1 extracted steam pressure/flow

第2抽気圧力/流量 0.35 MPa/49200 kg/hNo.2 extracted steam pressure/flow

排気圧力 6.44 kPa（abs）Outlet steam pressure

発電機 型式 横軸全閉空冷型三相交流同期発電機Generator Type Horizontal totally enclosed water-air-cooled three-phase synchronous generator

容量 17647 kVAMaximum generating power

力率 電圧 85％遅れ 3150 VPower factor Voltage 85％ delay

回転速度 1500 min－1Rotational speed

表1 主要設備仕様Table 1 Specifications

─ ─

バイオマス発電設備－日本製紙㈱勿来工場ICFB－

エバラ時報　No. 208（2005-7）34

3-2 使用燃料

表2に使用燃料の分析値を示す。

木屑は，主に建築廃材を破砕選別し異物を除去したも

のである。

石炭は補助燃料として必要に応じて使用される。

3-3 公害防止基準

表3に公害防止基準を示す。

3-4 本設備の特長

3-4-1 受入供給設備

木屑は大型のトラックで搬入されるためトラックダン

パで木屑受入ホッパにダンプされる。木屑サイロにはア

トラスサイロを採用し，サイロ以降の供給系は2系統と

して1系統を予備とした。木屑はエプロンコンベヤで定

量搬送され，計量した後に二重ダンパでシールしながら

ボイラの側壁から投入される。

石炭はダンプトラックから受入ホッパにダンプされ，

石炭サイロで貯蔵される。石炭サイロからはエバラエク

ストロマートにより安定して排出され，給炭機で定量供

給されスプレッダで缶前から火炉内へ撒布される。

3-4-2 ボイラ本体：内部循環流動床ボイラ（ICFB）

ボイラの構造図を図2に示す。

ボイラは第2項で述べたICFBであり，主燃焼室の両

側に層内管が入った熱回収室をもつ。層内管は合計で8

水分 可燃分 灰分 到着ベース低位発熱量 可燃分組成（％）（WB%） （DB%） （DB%） kJ/kg｛kcal/kg｝ Elemental analysis

Moisture Combustible Non-combustible Calorific value C H O N S Cl

木屑16.9 81.7 1.4

15 10050.36 5.45 42.99 0.96 0.06 0.18Wood waste {3 617}

石炭9.6 86.5 3.9

24 16478.44 6.80 12.78 1.62 0.36 0.00Coal {5 773}

表2 燃料性状（分析値）Table 2 Fuel properties (Design value)

単位 公害防止基準 排ガス分析結果 備考Pollution

Analysis ofUnit preventionexhaust gas

Remarksstandard

ばいじんg/m3（NTP） 0.1以下 0.002

（O2 6%換算）Dust (O2 6% conversion)

硫黄酸化物m3/h（NTP） 10以下 0.1 －SOx

窒素酸化物ppm 150以下 123

（O2 6%換算）NOx (O2 6% conversion)

一酸化炭素ppm 100以下 24

（O2 12%換算）CO (O2 12% conversion)

ダイオキシン類ng-TEQ/m3

（O2 12%換算）Dioxins

（NTP） 0.1以下 0.025(O2 12% conversion)（WHO-TEF）

表3 公害防止基準及び排ガス分析結果（スクラバ出口）Table 3 Pollution prevention standard and analysis

of exhaust gas (Scrubber outlet)

木屑 Wood waste

熱回収室 Heat

recovery cell

熱回収室 Heat

recovery cell

不燃物 Non-combustibles

不燃物 Non-combustibles

節炭器節炭器 EconomizerEconomizer節炭器

Economizer過熱器過熱器

SuperheaterSuperheater過熱器

Superheater石炭 Coal 起動バーナ

Start-up burner

燃焼ガス Combustion gas

ガス出口 Combustion gas outlet

流動空気 　Fluidizing air

燃焼室 　Main combustion cell

層内管 Immersed

heating surface

層内管 Immersed

heating surface

火炉 Furnace

層内管 Immersed

heating surface

木屑 Wood waste

図2 ICFB構造図Fig. 2 Structure of ICFB

─ ─エバラ時報　No. 208（2005-7）

バイオマス発電設備－日本製紙㈱勿来工場ICFB－

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ブロックに分かれている。木屑の投入口は両側壁に計4

箇所，石炭の投入口が前壁に1箇所あり，起動バーナも

前壁に設置されている。不燃物の排出シュートは燃焼室

の両側に4箇所ずつ計8箇所設けられている。

ボイラの接触伝熱部は1パス構造で，過熱器が3次・

2次・ 1次の順で配置されており，過熱器出口で6.4

MPa×460℃の蒸気を得る。

ボイラの水循環は基本的には自然循環だが，層内管だ

け強制循環としている。

3-4-3 不燃物排出設備

燃料に混入する不燃物は，ボイラ主燃焼室の両側計8

箇所の排出シュートから流動媒体とともに取り出され，

振動ふるいにより不燃物は系外に排出され，流動媒体は

燃焼室に戻される。

3-4-4 排ガス処理設備

排ガス処理設備としては主に集じん機（バグフィルタ）

とスクラバを備えており，前者でばいじんを除去し，後

者では水酸化マグネシウムを用いた中和処理により脱硫

を行う。

また脱硝については，尿素水噴霧による無触媒脱硝設

備をテスト的に設置し，安定した効果が確認されたため

本設備として採用することとした。

3-4-5 給水・缶水・蒸気系統

給水は脱気器給水ポンプ・脱気器・ボイラ給水ポンプ

及び節炭器を経て汽水胴に送られる。

缶水は，降水管・水冷壁・連絡管などから成る自然循

環系統と，強制循環ポンプで層内蒸発管へ送られる強制

循環系統の2系統から構成される。

ボイラで発生した蒸気は蒸気タービンに送られて定格

15 000 kWの発電をするとともに，第1抽気は中圧蒸気

系として全量工場送気され，第2抽気は低圧蒸気系の工

場送気及び所内蒸気として使用される。

3-4-6 タービン発電設備

蒸気タービンは，減速式多段衝動抽気復水タービンで

段数は10段である。第1抽気は外部圧力制御，第2抽気

は低圧蒸気加減弁による内部圧力制御である。復水器は

水冷式で，冷却水には冷却塔循環水を使用している。

4．運転結果・実績

4-1 建設・試運転工程

表4に建設・試運転工程を示す。

工事・試運転とも，無事故で当初の工程通りに完了さ

せることができた。

日付 内容Date Item

2003年6月 基礎工事開始Jun. 2003 Foundation work starts.

2003年10月 プラント工事開始Oct. 2003 Installation starts.

2004年1月 ドラム揚げJan. 2004 Drum installation

2004年3月 水圧試験，溶接検査Mar. 2004 Hydraulic test, weld examination

2004年6月 乾燥焚きJun. 2004 Heat drying of refractory

2004年7月 試運転開始Jul. 2004 Trial run starts

2004年9月 営業運転開始Sep. 2004 Business operation starts.

表4 建設・試運転工程Table 4 Construction progress

4-2 排ガス測定結果

表3に公害防止基準とともに性能試験における排ガス

分析結果を示す。

いずれの項目についても良好な結果が得られた。

4-3 起動特性

図3にボイラ・タービンの冷缶時の起動曲線（例）を

示す。

起動バーナで火炉を昇温し，炉床温度400℃で木屑供

給を開始する。

0

4

8

12

16

20

24

0：00 2：00 4：00 6：00 8：00 10：00

木屑供給量 t/h

Wood waste feed

ドラム圧力 MPa

Drum presssure

0

200

400

600

800

1 000

1 200

重油使用量×1/10 l/h ，温度 ℃

Heavy oil flow, temperature

主蒸気流量×10 t/h），温度 ℃

Main steam flow, temperature

回転速度 min－1 ，蒸気温度 ℃，

蒸気流量×10 t/h

Rotor speed, steam temperature,

steam flow

炉床温度 Bed temperature

重油使用量×1/10 Heavy oil flow

木屑供給量 Wood waste feed

0

2

4

6

8

10

0：00 2：00 4：00 6：00 8：00 10：0001002003004005006007008009001 000

ドラム圧力 Drum pressure

主蒸気流量×10 Main steam flow

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0：00 2：00 4：00 6：00 8：00 10：00

Generator output

発電機出力 MW

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

併入

炉頂温度 Furnace top temperature

主蒸気温度 Main steam temperature

タービン入口蒸気温度 Steam temperature at turbine inlet

タービン回転速度 Turbine rotor speed

発電機出力 Generator output

タービン入口蒸気流量×10 Steam flow at turbine inlet

木屑供給開始 Wood waste feed start

図3 起動曲線（例）Fig. 3 Cold-start up characteristics (e. g. )

─ ─

バイオマス発電設備－日本製紙㈱勿来工場ICFB－

エバラ時報　No. 208（2005-7）36

点火から約8時間で木屑供給，約10時間半で発電機の

併入が行われる。

4-4 負荷追従性

主蒸気圧力を調節するボイラマスタ信号により，木屑

供給量と循環層空気量が制御される。

図4に，負荷を60 t/hから80 t/h，80 t/hから60 t/h

へとステップ変化させた際の主蒸気流量とドラム圧力の

変化を示す。負荷変化率としては負荷増加時・減少時と

も1分間当たりで見ると4～6%/minで，固体燃焼ボイ

ラとしては迅速な負荷追従性を示した。その際，タービ

ンバイパスに蒸気を逃すことなく，ドラム圧力の変動を

±0.2 MPa程度と小さく抑えられることが確認できた。

4-5 二次空気量制御

図5に，同様のボイラ負荷（約80 t/h）における，ボ

イラ出口O2濃度のフィードバックによる二次空気量制

御と，木屑供給量をフィードフォワード信号として取り

込んだ制御（空燃比制御）によるボイラ出口O2濃度の

変動幅の比較を示す。前者の制御（図5の上段）では，

木屑の燃焼速度が速く遅れが生じるため変動幅が±1％

程度と大きかったのに対し，後者の制御（図5の下段）

ではその変動幅を±0.5％以内に抑えることができ，木

屑に対するその制御の有効性が確認できた。

4-6 受電電力一定制御

本設備による発電電力は，基本的にすべて工場内で使

用し逆潮流しないようにする必要があるため，受電電力

を設定値200 kW程度で一定とする制御を行っている。

図6に発電機出力，工場負荷電力及び受電電力を示す。

工場負荷電力の変動に合わせて発電機出力は11000 kW

から12000 kWの範囲で変化しているが，受電電力は設

定値の200 kWでほぼ一定に制御されている。

5．あ と が き

本設備は2004年8月末の竣工後，幾つかの不適合はあ

ったもののおおむね順調に稼動しており，日本製紙㈱勿

来工場のサーマルリサイクル及び環境負荷低減に貢献で

きているものと自負している。

今後はこの経験を踏まえ，より一層エネルギーの有効

利活用及び地球環境保護に貢献していく所存である。最

後に，本設備の設計・建設・試運転に当たり，多大な御

指導と御協力を頂いた日本製紙株式会社をはじめとする

多くの関係各位に感謝の意を表する。

0

20

40

60

80

100

120

12：00 14：00 16：00 18：00

主蒸気流量　t/h

Main steam flow

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

ドラム圧力　MPa

Drum pressure

ドラム圧力 Drum pressure

主蒸気流量　t/h Main steam flow

4～6%/min

図4 ボイラ負荷追従特性Fig. 4 Boiler load control characteristics

0

20

40

60

80

100

120

ボイラ出口O2によるフィードバック制御 Feedback control by O2 concentration at boiler outlet

木屑供給量によるフィードバック制御 Feedback control by wood waste feed

－6.0%

－4.0%

－2.0%

＋2.0%

＋4.0%

＋6.0%

0：00 6：00 12：00

時　間 Time

0：00 6：00 12：00

時　間 Time

O2濃度 wet%

O2 concentration

O2濃度 wet%

O2 concentration

0

20

40

60

80

100

120

主蒸気流量 t/h

Main steam flow

主蒸気流量 t/h

Main steam flow

設定値

－6.0%

－4.0%

－2.0%

＋2.0%

＋4.0%

＋6.0%

設定値

主蒸気流量 Main steam flow

主蒸気流量 Main steam flow

ボイラ出口 O2 O2 concentration at boiler outlet

ボイラ出口 O2 O2 concentration at boiler outlet

図5 ボイラ出口O2濃度変動幅の比較Fig. 5 Comparison at boiler outlet of oxygen concentration

－2,000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0：00 2：00 4：00 6：00 8：00 10：00 12：00 14：00 16：00 18：00 20：00 22：00 0：00

kW

受電電力 Demand

発電機出力 Generator output

工場負荷電力 Factory electric power used

図6 受電電力一定制御の制御特性Fig. 6 Operational characteristic by received electric power

control

注）「発電機出力」＋「受電電力」＝「工場負荷電力」＋「所内動力」