CFB - 石炭エネルギーセンター

CCT ワークショップ２０１３
CFBの国際展開と今後の方向性
2013年 8月 7日
住友重機械工業株式会社
1
1. 循環流動層ボイラの原理と燃料多様性
2
循環流動層ボイラの原理
ガス流速：1m 以下
燃焼：固定層燃焼
炉底
ストーカボイラなど
に近い
ガス流速：1.0m/s程度
燃焼：流動燃焼
炉底で燃焼
流動床ボイラ
ガス流速：2.0m/s～*1
燃焼：流動・浮遊燃焼
炉外に飛散
サイズアップ
ガス流速：5.0m/s
燃焼：流動・浮遊・循環
炉内全体で燃焼
循環流動層CFB
ｻｲｸﾛﾝ
ベット材
砂・灰等
大きな熱容量：高水分等に優位
流動燃焼（破砕燃焼）：不定形燃料に優位
*1 注記：飛散を開始する流速は流動粒子径等にも依存し、一般的な流速として2.0m/s程度して記載しています。
3
循環流動層ボイラの原理と特徴
燃料多様性
長時間燃焼
循環材の大きな熱容量
により、幅広いレンジの
燃料対応が可能
循環燃焼により高い
燃焼効率の実現
低NOｘ
低温燃焼によるNOｘ発生低減に加
え、サイクロンでのアンモニアによる
無触媒脱硝が可能
（触媒脱硝の最小化）
メンテナンス低減
低温燃焼のため、炉内へ
のスラッギングなし。
低温燃焼
サーマルNOｘ発生抑制
炉内石灰石脱硫効率
炉内脱硫
炉内への石灰石投入により
経済的な脱硫操作が可能
流動燃焼
循環材の大きな熱容量
流動により燃料は破砕燃焼
微粉砕不要
高水分燃料等燃焼可能
4
循環流動層ボイラの原理と特徴
PCボイラとCFBボイラの違い
°C
1927
1573
1216
860
504
149
Fuel
& Air
• 高温燃焼 1300℃
局部高温
• 灰溶融による
スラッキング
• 熱NOｘの発生
• 環境値対応
外部脱硝
外部脱硫
• 設計燃料
高品位石炭等に
限定
• 燃料品質
非常にセンシティブ
Flue gas
800-900°C (1472-1652oF)
• 低温燃焼 ～900℃
均一温度
• 灰溶融無し
800-900°C
(1472-1652°F)
• 熱NOｘ低い
• 環境値対応
炉内脱硝 + 外部
炉内脱硫 + 外部
• 設計燃料
石炭・バイオマスな
ど広範囲対応
• 燃料品質
微粉砕不要
乾燥不要
• 燃料品質
比較的寛容
4.5-5.0 m/s
(15-16 ft/s)
Limestone
<1mm(0.04 in)
Coal
<10mm(0.4 in)
Biomass
<50mm(2.0 in)
Air
燃料多様性、低温燃焼を特長とし、
低品位燃料を低エミッションで利用可能
CFB Animation
5
循環流動層ボイラの燃料多様性
石炭類
石炭
褐炭～瀝青炭～無煙炭
オイルコークス
石炭クズ
高灰分含有石炭等
オイルシェール
木質チップ
（木質バイオマス）
乾燥スラッジ
ペレット化燃料
6
循環流動層ボイラの燃料多様性
新エネルギー燃料
建設廃材
TDF (廃タイヤ燃料）
廃プラスティック燃料
森林未利用材（生木チップ）
林地残材（バーク含）
南洋系バイオマス
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CFBでの燃料使用実績
弊社納入のCFBでの使用実績燃料（混焼を含む)
バイオマス燃料s
廃タイヤ・プラスティック類
石炭
10,000
9,000
8,000
廃タイヤ等
7,000
低位発熱量 （kcal/kg)
中国低品位無煙炭
豪州炭
6,000
5,000
ベトナム無煙炭
中国炭・ロシア炭
Indonesia
PC Boilers
無煙炭用設計
4,000
ベトナム低品位褐炭
（VND）
3,000
2,000
1,000
0
0.00
中国低品位無煙炭
（BCG）
木質バイオマス
標準設計
スラッジ類
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
燃料比(-)
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
幅広い燃料の専焼利用・混焼利用が可能
8
CFBボイラの開発動向
事業用 超々臨界CFB
（建設中)
Global CFB Market Share over 2007-2011
Samcheok USC
4 X 550 MWe UNITS
事業用超臨界CFB
PCボイラの更新に対応
事業用への参入
FW CFB大型化開発
2009年 ポーランド（Lagisza）で超臨界ユニット（460MW）稼動開始
韓国にて超々臨界ニユット(550MW)建設中
Source: FW sales database and FW-McCoy database for FW served markets
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2. CFBの海外展開
10
低品位炭利用の追求
低品位炭利用の提案
PCボイラでの高効率利用
①改質利用
水分・灰分の増加
(低品位燃料））
②CFBによる直接燃焼
課題：有効利用
11
低品位炭利用の課題と提案
非流通炭のような低品炭の利用は、改質、ガス化、
液化等による石炭品質の改善や付加価値の改善が
あり、開発が進んでいる。
これらの技術革新は、より高い価値を生み出すために
非常に重要な技術であるが、燃料操作と輸送のため、
燃料価格が高騰するケースが存在している。
特に、インドネシアの例では、極めて低品位の石炭は
交通インフラの整備されていない地域に多く存在し、
上記の改善をしても、国内利用には価格的に不利な
可能性も高い。
そのため、交通インフラの整備されていない地域では
CFBによる直接燃焼による山元発電推進を提案する。
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低品位炭利用の課題と提案
非流通炭
品質改善
輸送インフラ有
日本への輸出
国内PC利用
(工業地域圏）
輸送インフラ 無
CFBでの燃焼
山元発電利用
写真は2013年度NEDO事業
水分50% LHV 2300kcal/kg
燃焼実証済み石炭の採掘場
交通インフラ未整備地区では、機器整備工場、分析機関等の充実も
期待できず、大型高効率のSC,USCの導入の基盤技術も未整備。
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低品位炭利用から新エネルギー燃料利用へ
CFBでは、多種燃料の混焼が可能であり、低品位炭利
用に加え、バイオマス燃料、廃タイヤ、廃プラなどの
新エネルギー燃料の利用が可能であり、バイオマス燃
料利用によるCO2二国間クレジットの対応等が可能。
今後アジア諸国の近代化に伴う新エネルギー燃料利用
ニーズが予想され、CFBによる混焼技術利用を展開。
建設開始年 2011年
2011年 6月 （立柱）
運転開始年 2013
年 3月
2013年
事業主
Tuas Power Utilities Pte.Ltd.
Pte.Ltd.
ジュロン島テンブス地区
シンガポール
発電出力
100MWe
100MWe
ボイラ蒸発量
450t/h
50t/h
蒸気圧力
10.5MPa
0.5MPa
蒸気温度
510℃
10℃
使用燃料 インドネシア亜瀝青炭 80%
PKS（ﾊﾟｰﾑｶｰﾈﾙｼｪﾙ）
20%
PKS（ﾊﾟｰﾑｶｰﾈﾙｼｪﾙ）20%
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低品位炭利用の課題と提案
南洋系バイオマス
バイオマス有効利用
非流通炭
CFBでの燃焼
山元発電利用
2国間クレジット
環境改善
低品位炭産地近くには、森林系他バイオマス燃料の腑存量も多く
バイオマス燃料利用の展開が望まれる。
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海外における石炭利用の価値モデル
石炭会社の価値
高品位炭
（外貨取得）
輸出へ
改質炭へ
新燃料価値
国際貢献
CCT
PCによる
高効率利用
（SC,USC）
該当国内
燃料価値改善
改質
燃料価値改善
液化・ガス化
バイオマス等
高品位炭の
安定供給
(ｴﾈﾙｷﾞｾｷｭﾘﾃｨ）
環境改善/安定
近代化促進
高効率
日本製品の
マーケット拡大
ディーゼル油
燃料転換
輸送インフラ 有
低品位炭
有効利用
安定電源
低価格
日本の価値
CO2削減
輸送インフラ 弱
低コスト利用
CFBによる
山元発電
CO2クレジット
効率改善・バイオマス
低品位炭利用において石炭利用価値モデルに貢献できる
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ビジネスモデル
燃料・発電規模に合わせて様々な設備対応可能
燃料・発電規模に合わせて様々な設備対応可能
高効率再熱式設備
新エネ対応
小型CFB
山元自家発
自家発・PPS
IPP・低品位炭事業用
5MW
25～75MW
100～200MW
短納期
モジュール設計
多燃料対応
低品炭高効率利用
バイオマス混焼
17
ご清聴ありがとうございました。
18
参考資料：SHI CFB納入実績表
住友-FosterWheeler 循環流動層ボイラ実績
SHI 供給範囲
運開
石炭
自家発
石炭IPP
石炭
+バイオ
+ﾘｻｲｸﾙ
燃料
88.08
88.09
89.04
89.06
90.10
95.02
96.04
99.08
05.08
07.12
10.05
12.08
15.5/8
01.06
03.04
05.04
05.10
04.10
06.05
05.09
06.10
07.12
08.03
07.10
07.11
07.12
08.12
08.09
09.01
09.06
10.11
11.2
12.7
12.7
12.11
12.11
13.11
14.09
15.01
15.02
14.11
15.4
会社名
オーミケンシ
神戸製鋼所
新日本製鐵
神戸製鋼所
神戸製鋼所
王子板紙
太平洋セメント
住友大阪セメント
DSR中国
Kumho韓国
江蘇王子製紙/中国
Cheng Loong Paper
Antam
電発/太平洋ｾﾒﾝﾄ
Vinacoalﾍﾞﾄﾅﾑ
電発/太平洋ｾﾒﾝﾄ
住友大阪セメント
ｻﾐｯﾄ明星ﾊﾟﾜｰ
王子製紙
北越製紙
中越ﾊﾟﾙﾌﾟ
ﾀﾞｲｾﾙ化学
高砂製紙
日本製紙
日本製紙
日本大昭和板紙
日本製紙
日本製紙
王子製紙
日本大昭和板紙
東レ
川崎ﾊﾞｲｵﾏｽ発電
旭化成ｹﾐｶﾙｽﾞ
ｸﾞﾘｰﾝ発電会津
TuasPower
日本合成化学
TuasPowerⅡA
KumhoⅡ
日本海水
王子マテリア
ｸﾞﾘｰﾝ発電大分
王子ｸﾞﾘｰﾝｴﾅｼﾞｰ
立地
B
TG
加古川
長 府
広 畑
神 戸
加古川
祖父江
佐 伯
高 知
ｱﾓｲ
ﾖｰｽ
南通
Holi 台湾
Pomalaa
糸魚川
ﾅｽﾞｵﾝ
土 佐
高 知
糸魚川
日南
勝田
二塚
大竹
茨城
富士
岩沼
東北
旭川
白老
富岡
芸防
愛媛
川崎
延岡
会津
ｼﾝｶﾞﾎﾟｰﾙ
熊本
ｼﾝｶﾞﾎﾟｰﾙ
ﾖｰｽ
赤穂
富士
日田
日南
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
×
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
容量
MWe
ボ
蒸発量
(Reference) ton/h
4
35
12
54
(65)
250
(40)
150
(60)
225
(20)
120
29
96
61
230
(1 x 100)
220x3
(2 x 66)
250ｘ2
(2 x 37)
200x2
（34）
130
2 x 30
125x2
149
475
(2 x 56)
205x2
165
525
62
237
50
196
(18)
130
50
195
(35)
130
(80)
300
15
65
(59)
230
(59)
230
(45)
180
(43)
170
(74)
280
32
300
30
280
25
150
33
137
14
80
5
25
70
450
(5.5)
28
(70)
450
(62)x2
400x2
(18.5)
77
(57）
230
5
25
25
100
イ
ラ
温 度
℃
485
500
571
541
543
540
541
541
540
540
538
541
541
569/541
540
569/541
541
513
541
513
530
541
450
505
505
480
510
536
485
535
541
513
493
453
510
453
510
541
513
485
453
541
ー
圧 力
㎏/c㎡
62
110
127
125
105
123
105
131
100
130
124
127
100
173/37
130
173/36
131
103
117
102
124
128
63
104
104
80
104
130
70
105
103
102
62
55
107
55
107
129
102
89
55
105
燃料運用
石炭
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
70%
99%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
30%
40%
10%
70%
20%
40%
90%
22%
85%
49%
99%
90%
30%
80%
40%
80%
70%
40%
20%
石油
ｺｰｸｽ
木質
ﾊﾞｲｵ
廃ﾀｲﾔ
CO2削減量
RPF
廃ﾌﾟﾗ
max20%
ｽﾗｯｼﾞ
max20%
ｔ-CO2/Y
12,200
70,000
max10%
35,800
30%
1%
（将来2%)
（将来10%）
222,200
5,200
max20%
max10%
建廃70%
建廃17%
建廃60%
建廃15%
建廃70%
建廃60%
ﾁｯﾌﾟ80%
max20%
ﾁｯﾌﾟ60%
ﾁｯﾌﾟ30%
ﾁｯﾌﾟ30%
15%
チップ40%
建廃10%
ﾊﾞｰｸ54%
抜根9%
30%
ﾁｯﾌﾟ20%
20%
20%
（10%）
3%
5%
21%
3%
3%
1%
1%
1%
10%
100%
60%
100%
20%
60%
20%
10%
30%
100%
20%
100%
80%
34,300
221,300
223,700
192,600
183,400
158,300
107,100
297,600
252,000
33,300
215,500
68,600
246,900
5,000
25,700
203,900
95,300
37,200
146,700
28,800
146,700
355,520
114,600
40%
37,200
19