JP2007198390A - 黒液利用発電システム，黒液利用発電方法及び黒液利用発電システムの改造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
黒液を利用した再生エネルギーの明確化及び発電効率向上が図れる黒液利用発電システム，黒液利用発電方法及び黒液利用発電システムの改造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
木材から紙を生産する生産過程（エバポレーター８等）で生成される黒液を燃焼させて蒸気を発生させる第一の蒸気発生手段（黒液回収ボイラー１３）とは別系統の第二の蒸気発生手段（排熱回収ボイラー１６）を設け、該第二の蒸気発生手段（排熱回収ボイラー１６）で発生する蒸気を前記生産過程（エバポレーター８等）の加熱蒸気として用いるよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、黒液利用発電システム，黒液利用発電方法及び黒液利用発電システムの改造方法に関する。

製紙工場(パルプ工場)の製造過程で生成される黒液を燃料とする黒液回収ボイラーを備えた発電システムとして、例えば、特許文献１（特開平６−８２００２号公報）があげられる。

特開平６−８２００２号公報

上記特許文献１では、黒液回収ボイラーによる発電効率，再生エネルギーの明確化及び製紙工場の生産ラインの操業安定化等が考慮されていない。

本発明の目的は、黒液を利用した再生エネルギーの明確化及び発電効率向上が図れる黒液利用発電システム，黒液利用発電方法及び黒液利用発電システムの改造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明は、木材から紙を生産する生産過程で生成される黒液を燃焼させて蒸気を発生させる黒液回収ボイラーと、該黒液回収ボイラーからの発生蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンによって駆動される発電機と、該黒液回収ボイラー又は該蒸気タービンからの蒸気を該生産過程の加熱蒸気として利用する黒液利用発電システムにおいて、
排熱回収ボイラーを備えた重油，灯油または天然ガスを燃料源とするガスタービン発電設備を設け、
該排熱回収ボイラーで発生する蒸気を該生産過程の加熱蒸気として用い、前記黒液回収ボイラーからの発生蒸気の大部分を前記蒸気タービンの発電に利用するよう構成し、
前記発電機の電力が黒液を起源とする電力であることが明確になるように、前記黒液回収ボイラーと、該第二のボイラーと、該蒸気タービンとを構成する。

本発明によると、黒液を利用した再生エネルギーの明確化及び発電効率向上が図れる黒液利用発電システム，黒液利用発電方法及び黒液利用発電システムの改造方法を提供することができる。

地球温暖化防止の観点から再生可能エネルギーである間伐材等のバイオマスを燃料源とする発電設備において、発電効率の増加と発電量の増加が望まれている。欧米では再生エネルギーの有効活用を支援する政府の政策により、木材資源をそのまま燃料とするバイオマス発電設備が急速に増加しており、発電設備容量が１７,０００ＭＷ を超えている。ただし、バイオマス資源は約５０％の水分を含み、乾燥させても２０％ほどは水分が残るので、発電効率が１４〜１８％と低くその効率向上が望まれている。

一方、国土の７０％が山地の日本においては、木材を集積する費用が高いために、森林資源のバイオマスを発電に利用することがほとんど実施されていない。このため、森林１ｈａ当りの木材資源の活用割合はスウェーデンやドイツの１／３〜１／４で、森林の年間成長量の１／３ほどしか利用されていない。この結果、間伐作業等が適切に実施できず、日本の森林は過密になって活力が失われている。バイオマス燃料である間伐材を高効率でかつ経済的な発電できる方式が必要とされている。

このような社会的な要請を受けて、２００２年６月には「電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法」が成立し、送電系統で移送される電力の内で再生エネルギーを起源とする発電量に対して、市場売買に基づくクレジットが認められることになった。この再生エネルギーに対するクレジットを有効に活用することによって、バイオマス資源の活用を図り、日本の森林に活力を与えることができる。

図２を用い、次に、製紙工場における紙の生産過程や製紙の生産過程の設備を説明する。図２は、製紙の生産工場におけるパルプ工程と回収工程の概要を示したものである。海外から輸入された丸太は、板や角材を切り出した後の部材や間伐材を切断して３cm角程のチップとして、トラックで製紙工場のチップ貯蔵場所に搬入する。木材には、紙の製造に用いられる繊維で有るパルプが５０％ほど存在し、残りがパルプ繊維同士を結合させるリグニンとヘミセルロースである。

パルプ工程の第一ステップでは、蒸解釜３１で無機薬品溶液を用いて、チップからリグニンとヘミセルロースを溶液に抽出する。無機薬品には苛性ソーダ７０％と硫化ソーダ３０％の混合液を用いて１７０℃の加圧条件で、垂直な円筒容器内を流下させる過程で連続的に反応を進める。蒸解釜３１の大きさは、パルプ生産能力が１,２００〜１,６００ton／日 の規模で容積が２,０００ｍ³ で有る。蒸解釜３１を高温・高圧に保つために、樹木の種類によりパルプ１ton を生産する当り、０.６８〜０.７７ton の加熱蒸気を必要としている。蒸解釜３１から流出したパルプを含むスラリーは、次の洗浄工程３２に送られる。

洗浄工程３２では、加圧デフェーザー洗浄機と大気圧デフェーザー洗浄機の多段構成により、蒸解釜３１から流出したパルプを含むスラリーを、パルプと溶液とに分離する。この溶液は、リグニンとヘミセルロースを含む固形分濃度１５％程度のものであって、黒液と称され、エバポレーター３５に送られる。パルプはスクリーン３３に送られる。

スクリーン３３では、パルプを裏ごしして、パルプに含まれるゴミや生煮えのチップを取り除いて、良好なパルプだけを次の漂白設備３４に送る。

漂白設備３４は、４段階の工程で、パルプが段々白色度を増して行く。完全にリグニンをパルプから分離させるほど蒸解釜で反応させると、パルプ繊維に損傷が生じる。したがって、少しリグニンがパルプに残存する状態で漂白設備に送られてくるので、漂白設備３４の初段でパルプの１.５〜２.１％ほどの酸素を添加して、残留しているリグニンを９５〜１００℃の温度条件で除去する。添加する酸素を製造するために、製紙工場にはＰＳＡ方式の酸素製造設備が設けられている。漂白されたパルプは抄紙工程に送られて、薄く広げた後で脱水・乾燥することで紙が製造される。

先の洗浄工程３２で生成した黒液は、多重効用蒸発缶方式を採用したエバポレーター３５で自燃可能な濃度まで濃縮されてから、黒液回収ボイラー３６に送られる。多重効用方式は初段には加熱蒸気を利用するが、段毎に蒸発圧力を減少させることで、それ以降の濃縮段では前段で発生した蒸気を加熱源として利用して、少ない蒸気で濃縮を可能にしている。蒸発缶の最終段にはプレート式液膜硫化蒸発缶を採用することで、流動性の限界に近い８０％近くまで濃縮を可能にしている。この結果、黒液は３０００Mcal／ton と高い発熱量を保持している。日本全部の製紙会社で生成される黒液の発熱量合計は、石油換算で年間４６４万ｋｌにもなる。

黒液回収ボイラー３６では、過熱管等には耐食性材料を採用することで、ＳＯｘが含まれる条件でも、１００ata で５００℃以上の蒸気を発生することができる。この結果、黒液回収ボイラー３６からの発生蒸気を蒸気タービン３７で発電する場合の効率は３０〜３５％にも達する。これは、バイオマスを直接ボイラーで燃焼して発電する場合の２倍近い値である。木材成分のうちで半分ほどのリグニンとヘミセルロースを抽出した黒液を用いて発電することで、全部を燃焼した場合と同等の発電量を得ることができる。

但し、蒸解釜３１に供給された無機薬品の溶融物であるスメルトが、黒液回収ボイラー３６の底に残存する。スメルトを水に溶解させた緑液から不純物を除去し、生石灰を添加しスラッジをライムスレーカと白液セットラーで除去すると、緑液は再利用可能な白液になり、再度蒸解釜３１に送られる。スラッジを石灰キルンで数時間焼くと、元の生石灰に戻る。

黒液回収ボイラー３６で発生した蒸気は、蒸解釜３１やエバポレーター３５、抄紙工程で加熱源として利用されるとともに、蒸気タービン３７を駆動して電気を発生させる。製紙の生産過程で要する加熱蒸気としては、蒸解釜３１やエバポレーター３５、抄紙工程等があげられる。

製紙の生産過程の設備では、種々のプロセスで電気を使用しているので、回収したボイラーからの発電量だけでは電力が不足するので、系統から電力を購入している。製紙産業が購入する電力量は平成１３年度で１０,９７９ＧＷｈ にもなり、産業部門全体の４％に相当する。

ここで、本発明の実施の形態では、更に、次の（１）〜（３）を考慮する。

（１）製紙工場を運転するには、その生産過程で多量の加熱蒸気を必要とするが、運転を開始してから濃縮された黒液が生成されて、黒液回収ボイラーで蒸気が得られるまでに約１日必要で有る。この間は重油等で黒液回収ボイラーを運転する必要が有るが、黒液回収ボイラーによる発電効率は３０〜３５％ほどなので、同じ重油でガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクルの発電効率５０％と比較すると、エネルギーの損失が大きい。

（２）「電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法」で認められている再生エネルギーを起源とする電力と認定されるためと、国際的にも再生エネルギーの電力を有効活用している努力を認めてもらうためには、黒液を起源とする電力であることを明確化して黒液を起源とする電力系統に搬送し、その電力量を測定する必要が有る。生産工場内電力とし利用するだけでは、再生エネルギーを利用とは認められない。

（３）製紙工場の主要機器である蒸解釜やエバポレータ，抄紙工程は、加熱蒸気を必要とする。黒液回収ボイラーで発生する蒸気だけを利用する場合には、万一黒液回収ボイラーが短時間でも故障すると、製紙工場全体の操業を停止する必要が有る。

上記（１）〜（３）を鑑みて、ガスタービン又はディーゼルエンジン，ガスエンジンを製紙工場内に新たに設置して、重油，灯油または天然ガスを燃料源として発電して、製紙工場内の運転に必要な動力を賄う。また、ガスタービン等から発生する高温排気ガスの排熱を活用して蒸気を発生させ、製紙工場内の生産過程で利用する加熱蒸気とする。この結果、黒液を燃料源とした黒液回収ボイラーで発生する蒸気の大部分を蒸気タービンの発電に利用することができ、発電量を増加できる。また、ガスタービン等から発生する高温排気ガスの排熱を活用して蒸気を発生させ、生産ラインに用いることが出来るので、製紙工場全体の操業安定化が図れる。更に、新たに発電設備を設けたことにより、蒸気タービンからの発電電力は電力量を計測した後で、送電系統網を経由して一般電気事業者や特定電気事業者に電力を販売する。この結果、再生エネルギーを燃料源とする発電電力量を明確化することができる。

（実施例１）
図１を用いて本発明の具体的な実施例を説明する。自然乾燥により水分量を２０％まで低下された３cm角の木材チップは、複数存在する内容積５０００ｍ³ のチップサイロ１に収納する。チップサイロ１に配置された加振装置の作用で、木材チップは、チップサイロ１の下部からチップ予熱装置２に重力落下する。チップ予熱装置２では、パルプ製造工程で発生する加熱蒸気を注入して木材チップを加温する。加熱された木材チップは、自動原料供給装置３で３８００ton／dayの処理流量で浸透ベッセル４にその上部から供給する。浸透ベッセル４で、その下部から供給される苛性ソーダと硫化ソーダを７：３に混合した濃度１３％の蒸解薬液に、木材チップを含浸させる。ここで、木材チップ３８００ton には、水分が８００ton、パルプ成分が１５００ton、リグニンとヘミセルロースが合計した成分で１５００ton含まれる。

次に、木材チップと蒸解薬液の混合物は、内径６ｍで高さ５５ｍの蒸解釜５上部に供給される。蒸解釜５において、外部から供給される加熱蒸気との熱交換によって、１７０℃，７ata の高温高圧条件まで加熱する。蒸解釜５の上部では木材チップと蒸解薬液の混合液を上部より並流状態で流下させて、両者の混合を促進させる。木材チップに含まれるリグニンとヘミセルロースは蒸解薬液中への溶解が始まるが、蒸解薬液に溶解したリグニン濃度を増加するに伴ない、溶解速度が低下する。そこで溶解速度を向上させるために、蒸解釜５下部から新しい蒸解薬液を供給し、流下してくるチップと交流状態で混合を促進して、木材チップに残留しているリグニン等を効率良く溶解させる。木材チップに含まれていたパルプ繊維とリグニン等は分離され、パルプ濃度が１０％ほどのスラリーを蒸解釜５の中央部より抽出する。また、蒸解釜５でチップが不溶成分のパルプと溶解成分のリグニンとヘミセルロースに分離するのに必要な反応時間は、約５〜６時間もかかる。

後段の洗浄工程の密閉加圧型ドラム洗浄機７は、低圧で運転するので抽出した１７０℃，７ata のスラリーを、そのまま後段に供給すると蒸解釜５で加熱に用いられた熱が全て損失になる。そこで、熱回収装置６でスラリーを減圧させ、発生した蒸気をチップ予熱装置２に送って木材チップの加温に利用し、蒸解釜５での上部で１７０℃まで加熱するのに必要な加熱蒸気量を低減する。熱回収装置６を用いて熱の再利用を図っても、３８００ton／dayの木材チップを処理するのに外部から１１００ton／dayの加熱蒸気を蒸解釜５に供給する必要が有る。

熱回収装置６で減圧したスラリーの洗浄には、密閉加圧型ドラム洗浄機７を用いる。密閉加圧型ドラム洗浄機７の回転ドラム上にスラリーを供給すると、リグニン等を含む蒸解薬液と固形分であるパルプとが分離する。このパルプには一部蒸解薬液が付着して残存するので、これを洗浄液で多段階に洗うことで薬液を除去する。密閉加圧型ドラム洗浄機７から排出される廃液の内でリグニンや薬品の濃度が濃いものは黒液と呼ばれ、エバポレーター８に送る。薬液濃度が低い廃液は排水処理設備に送り、ＢＯＤとＣＯＤを低減して洗浄水として再利用することができる。

密閉加圧型ドラム洗浄機７から移送されるパルプスラリーは、先ずスクリーン９で裏ごしして、パルプ中に含まれるゴミや生煮えのチップを取り除く。良好なパルプを１０％ほどの濃度で、中濃度ハイシェポンプ１０を用いて次の漂白工程１１に移送する。パルプは１０％ほどの中濃度になると、通常のポンプではパルプ繊維が相互に絡み合って移送が難しくなるが、中濃度ハイシェポンプ１０では高いせん断力をスラリーに加えてパルプ繊維によって形成される網構造を破壊することで、配管輸送を可能にしている。１０％ほどの高濃度でパルプを移送することで、輸送するために添加する水の消費量を低減している。

漂白工程１１では、最終製品の紙に要求される白色度に応じて、漂白剤処理とアルカリ処理を幾段か繰り返す。各段の始めには洗浄工程で、前段で使用した薬品を除去し、その後で新しい薬品を添加して、薬品に応じた５０〜７０℃の反応温度まで加温する。パルプスラリーは、各反応容器の下部より供給され塔内を２〜３時間かけて上昇し、上部より排出される。各反応塔における反応温度が低いので、抄紙工程１２等からの廃熱で生成した温水を用いて加温する。漂白工程１１から、パルプは、次の抄紙工程１２に移送される。

抄紙工程１２は、リファイナーとワイヤーパート，プレスパート，ドライヤーパート，リールパートで構成される。パルプは、まず、リファイナーで機械的に叩解して、パルプ表面を毛羽立たせる。次のワイヤーパートでパルプは網の上に薄く延ばし、ワイヤー上を移動させる過程でパルプに含まれる水分を重力で落下させて、パルプに含まれる水分量を低減する。ワイヤーパートを出た段階ではパルプ繊維にはまだ多くの水分が含まれているので、プレスパートで両側から金属ロールで加圧することで、パルプ繊維に含まれる水分を機械的に押し出す。但し、プレスパート出口でパルプにはまだ５６％も水分が含まれる。次のドライヤーパートでは、内面から蒸気で加熱する。金属製円筒形のドライヤー表面にパルプを押し付けることで、パルプは乾燥して紙になる。ドライヤーパート入口ではパルプより水分量の方が多いので、乾燥したパルプ１ton を生産するのに、１.７tonもの加熱蒸気量を必要とする。３８００ton／day の木材チップを処理する場合には２６００ton／day の加熱蒸気が必要で、抄紙工程１２が製紙工場で最大の蒸気消費工程になっている。ドライヤーパートでパルプを乾燥させた蒸気は温水となるので、この温水を漂白工程１１の加熱源に用い有効利用を可能とする。ドライヤーパートで乾燥された紙は、リールパートでスプールに巻きつける。

また、密閉加圧型ドラム洗浄機７で生成した濃度１５％の黒液は、発生量が１５,０００ton／day で、無機薬品が５％ほどと可燃性のリグニンとヘミセルロースが１０％ほど含まれる。本実施例では、多重効用蒸発缶方式を採用したエバポレーター８は、６重効用により必要な加熱蒸気を１／６まで低減している。このように蒸気使用量の低減に努めた結果、エバポレーター８で必要な加熱蒸気量は１５００ton／dayになる。加熱用蒸気は、伝熱面への黒液の焦げ付きを防止するために、１３９℃，３.５ataの低圧蒸気を採用している。黒液の流動性が維持できる限界である８０％まで濃縮可能なプレート式液膜流下方式を、各蒸発缶でエバポレーター８は採用している。黒液を８０％まで濃縮する場合、伝熱面表面に黒液に含まれる固形分がスケールとして一部付着することは避けられない。そこで、各蒸発缶ではプレート式液膜の伝熱管を３区画に分離し、２区画を濃縮運転、１区画を洗浄運転と切り替え運転を実施する。

８０％まで濃縮された黒液は、発熱量が３０００Mcal／ton も有るので、ポンプで黒液回収ボイラー１３の空気中に噴霧して、助燃材無しで燃焼させることが可能で有る。黒液回収ボイラー１３には、節炭器と蒸発器，過熱器を設け、木材チップを３８００ton／day処理する製紙工場では黒液の焼却により、５１５℃，１１２ataの高圧蒸気を８６４０ton／day（３６０ton／ｈ）得られる。黒液回収ボイラー１３からの廃棄ガスは、節炭器で１２０℃まで冷却され、電気集塵機でダストを除去する。廃棄ガスは、含まれる不純物濃度が所定の値以下で有ることを測定した後で、誘引ファンの作用で煙突から大気へ放出する。黒液回収ボイラー１３で黒液に含まれるリグニンとヘミセルロースは、空気で燃焼して二酸化炭素になって煙突から放出され、黒液に含まれる不燃性の無機薬品成分はスメルトとして、黒液回収ボイラー１３下部に溶融物として堆積する。

黒液回収ボイラー１３の下部に存在するスメルト溶融物の液面が設定値を越えると、黒液回収ボイラー１３の下部バルブを開いてスメルトを排出する。水を添加するとスメルトは溶解して緑液になるので回収工程１４に移送する。

回収工程１４は、緑液セトラー，苛性化槽，白液セトラー，石灰キルンで構成される。先ず緑液セトラーで燃え残りの灰等の不溶解成分を沈降させて分離する。次の苛性化槽で不純物が除去された緑液に生石灰を加えることで、元の蒸解薬液で有る白液に戻し、生石灰は石灰泥になる。この石灰泥と白液を分離する白液セトラーは、加圧した白液セトラー内にろ布を張ったデイスクが回転させ、圧力差により白液はろ布を通ることで、石灰泥から分離する。ろ布に残った石灰泥はブレードによって掻き落されて、８０％の高濃度まで濃縮される。この高濃縮された石灰泥は石灰キルンに送られて、数時間かけて高温で焼かれて生石灰に戻る。この生石灰は、苛性化槽で用いる。回収工程で再生される白液量は４５００ｍ³／dayになる。

木材チップで３８００ton／day、製品の製紙にして１５００ton／day規模の製紙工場を運転するのに必要な電力量は７０ＭＷで、加熱蒸気量は５２００ton／day（２１６ton／ｈ）である。

そこで、本実施例では、黒液回収ボイラー１３（第一の蒸気発生手段）とは別系統の第二の蒸気発生手段を設けている。電気出力７０ＭＷのガスタービン１５を１台工場内に据付けて、ガスタービン出口に排熱回収ボイラー１６を設けている。つまり、第二の蒸気発生手段として排熱回収ボイラー１６を設けている。蒸気を発生する通常のボイラーを設けても良い。

７０ＭＷのガスタービンの排ガス流量は、２００kg／ｓで、ガスタービン出口における排気ガス温度が６００℃で有る。したがって、排熱回収ボイラー１６で出口の排ガス温度を８０℃になるまで熱回収すると、１７０℃の飽和蒸気が１６０ton／ｈ生成でき、製紙工場全体で必要な加熱蒸気量２１６ton／ｈの７４％を賄うことができる。そのため、黒液回収ボイラー１３から発生する、５１５℃，１１２ataで流量が３６０ton／ｈの高圧蒸気を蒸気タービン１７に供給することができる。その際、その蒸気の全量を蒸気タービン１７に供給することが望ましい。

３６０ton／ｈ の内で、ガスタービン１５の排熱回収ボイラー１６だけでは不足する蒸気量５６ton／ｈ を蒸気タービン１７の途中から抽気し、その蒸気タービン１７の途中段からの蒸気を生産過程の加熱蒸気としてエバポレーター８等に供給しても良い。蒸気タービン１７から抽気する時の圧力はエバポレーター８で必要な圧力である３.５ataとし、抽気しない残りの３０４ton／ｈ の蒸気は復水器１８で凝縮させ、高圧ポンプで加圧してから、抄紙工程からの排熱を利用して加温してから黒液回収ボイラー１３に戻す。黒液回収ボイラー１３で発生する蒸気の大部分を蒸気タービン１７での発電に利用できるので、蒸気タービン１７の発電量は発電効率を０.９ とすると１１３ＭＷになり発電量が増加する。つまり、黒液回収ボイラー１３（第一の蒸気発生手段）とは別系統の第二の蒸気発生手段を設けているので、生産過程で要する加熱蒸気を第二の蒸気発生手段で賄い、黒液回収ボイラー１３で発生する蒸気を蒸気タービン１７での発電に適切に利用可能となり、黒液を利用した発電であることの明確化が可能となり、且つ蒸気タービン１７での発電効率を向上することが可能となる。また、ガスタービン１５の排熱回収ボイラー１６だけでは不足する蒸気量５６ton／ｈ を黒液回収ボイラー１３で発生する蒸気で補っても良い。

蒸気タービン１７の発電機による電力の少なくとも一部を送電系統に送電する。再生エネルギー利用のメリットを考慮すると、この電力のほぼ全量を送電系統に送電することが望ましい。この蒸気タービンの発電量は、電力量を計測した後で変圧器１９で２２ｋＶまで昇圧し、送電系統を通して一般電気事業者や特定電気事業者に売電するか、同じ会社に所属する別の工場に送電して利用する。送電系統で搬送する電力は、全て再生エネルギーで有る黒液を燃料源としているので、法律で認められる再生エネルギーのクレジットが全量認められる。

ガスタービン１５を導入して排熱回収ボイラー１６を設けると、黒液回収ボイラー１３と排熱回収ボイラー１６の２箇所で加熱蒸気を発生できる。２つの蒸気発生手段を備えているので、ガスタービン１５または排熱回収ボイラー１６が故障したり、定期検査を実施する場合は、黒液回収ボイラー１３の蒸気を加熱源として製紙工場は運転することが可能で有る。

２つの蒸気発生手段を備え、夫々の供給系統を連結して切替手段を設けることで、設備故障やメンテナンスなどを考慮した操業の安定化が図れる。例えば、排熱回収ボイラー１６の蒸気系統に接続する箇所と蒸気タービン１７への系統に、黒液回収ボイラー１３からの流路を変更するための切替手段であるバルブ２０，バルブ２１を設けることが望ましい。また、黒液回収ボイラー１３が故障するか定期検査を実施する場合には、排熱回収ボイラー１６からの発生蒸気だけでは若干不足するので、稼働率を８０％に低下すれば工場全体の運転継続が可能である。

ガスタービン１５を配置しない状態で、図１のプラントを運転する場合、蒸解釜５での反応時間だけで５〜６時間かかるので、最初に木材チップの投入を開始してから黒液回収ボイラー１３の蒸気発生量が定格値になるまで１日近くかかる。したがって、黒液回収ボイラー１３は、黒液以外の重油等で運転を行う必要が有る。黒液回収ボイラー１３と蒸気タービン１７の組み合わせにおける発電効率は３０〜３５％と低く、ガスタービン１５と排熱回収ボイラー１６の組み合わせと比較すると６０〜７０％ほどの効率に相当する。したがって、図１のプラントでは起動から安定状態になるまでは、ガスタービン１５を運転して電力と加熱蒸気を得る方が、大幅にエネルギー効率が向上する。

蒸気タービン１７の効率は、発電容量が大きいほど向上する。これは効率低下の原因で有る容器壁への流動抵抗や、容器と蒸気タービン翼間の漏れの影響は、蒸気流量が小さいほど増大するためである。したがって、図１のように黒液回収ボイラー１３で発生した蒸気を用いて蒸気タービン１７を運転することで、発電効率が向上できる。黒液回収ボイラー１３で発生した蒸気の全量を用いることが望ましい。

以上のように、図１に示すようにガスタービン１５を導入して、１）高効率のガスタービン利用によるプラント起動時のエネルギー効率向上、２）蒸気発生源が多重化することで機器故障及び定期検査時のプラント稼働の維持、３）流量増加による蒸気タービンの発電効率向上、４）再生エネルギー利用の明確化，電力量増加，その系統接続によるクレジット確保、の効果が有る。

つまり、黒液を燃焼させて蒸気を発生させる第一の蒸気発生手段（黒液回収ボイラー１３）を有する黒液利用発電システムにおいて、蒸気を発生させる第二の蒸気発生手段（蒸気を発生するボイラー又は排熱回収ボイラー１６）を設け、黒液を濃縮するエバポレーター８等の生産過程で使用する加熱蒸気として第二の蒸気発生手段（蒸気を発生するボイラー又は排熱回収ボイラー１６）で発生した蒸気を用いるよう構成し、第一の蒸気発生工程（黒液回収ボイラー１３）で発生した蒸気を蒸気タービン１７に供給するよう構成したことにより、黒液を利用した再生エネルギーの明確化及び発電効率向上が図れる。

第二の蒸気発生手段（蒸気を発生するボイラー又は排熱回収ボイラー１６）で発生した蒸気を製紙の生産過程の設備に供給し、生産過程での加熱蒸気として用いることで、第一の蒸気発生工程（黒液回収ボイラー１３）で発生した蒸気を蒸気タービン１７に供給することができる。

また、黒液を燃焼させて蒸気を発生させる第一の蒸気発生工程（黒液回収ボイラー１３による蒸気発生工程）を含む黒液利用発電方法において、ボイラーで蒸気を発生させる第二の蒸気発生工程（ボイラー又は排熱回収ボイラー１６による蒸気発生工程）と、燃焼前に黒液を濃縮する黒液濃縮工程（エバポレーター８による濃縮工程）等の生産過程とを含み、該第二の蒸気発生工程で発生した蒸気を該濃縮工程等の生産過程の加熱蒸気として用い、第一の蒸気発生工程で発生した蒸気を蒸気タービン１７に供給して発電することにより、黒液を利用した再生エネルギーの明確化及び発電効率向上が図れる。また、蒸気タービン１７で発生した電力の少なくとも一部を送電系統に送電することで、再生エネルギー利用の明確化ができ、クレジット確保が可能となる。

また、ガスタービン１５によって発電された電力の少なくとも一部を製紙工場の生産工場内電力に利用することで、黒液利用による蒸気タービン１７で発電した電力を送電系統に送電することが可能となる。

更に、ガスタービン１５によって発電された電力の少なくとも一部を製紙工場の生産工場内電力に利用し、黒液利用による蒸気タービン１７で発電した電力を送電系統に送電することで、所内電力を適切に確保しつつ、再生エネルギー利用の明確化ができ、クレジット確保が可能となる。

また、ガスタービン１５の排熱回収ボイラー１６による蒸気を紙の生産過程である黒液濃縮工程（エバポレーター８による濃縮工程）等の生産過程の加熱蒸気として用いるので、黒液回収ボイラー１３が故障したりメンテナンスのため停止したとしても、紙の生産を継続することが可能となり操業の安定化が図れる。

なお、本実施例は、既存の設備に簡易な改造を加えるだけで可能であるので改造性が容易である。

（実施例２）
図１で配置したガスタービンの代わりに、ディーゼルエンジンやガスエンジン，ボイラー等を導入しても類似の効果が期待できる。その内で、天然ガス炊きのボイラーを導入した場合を図３に示す。図１と同一の機器は、同じ番号を付記する。

天然ガス炊きボイラー２２は同一の加熱蒸気を発生させるのに発生する二酸化炭素量が石炭を燃料源とする時の３０％しかなく、地球温暖化対策上で優れた燃料源で有る。この天然ガス炊きボイラー２２で製糸工場内の利用する低圧蒸気を２１６ton／ｈ 発生させると同時に、黒液回収ボイラー１３から発生する蒸気と同一条件の５１５℃，１１２ata の蒸気を５７０ton／ｈ発生させる。２１６ton／ｈの低圧蒸気は、蒸解釜５と抄紙工程１２，エバポレーター８での加熱蒸気として用いる。５７０ton／ｈ 発生する蒸気の内で、２１０ton／ｈは所内用蒸気タービン２３に供給し、３６０ton／ｈを混合ヘッダー２４で黒液を燃料として黒液回収ボイラー１３で発生する蒸気と混合し、所外用蒸気タービン２５に送る。所内用蒸気タービン２３で紙の生産量が１５００ton／day規模の製紙工場で必要な電力７０ＭＷが発電する。所外用蒸気タービン２５では、合計７２０ton／ｈ の蒸気を利用して２４０ＭＷの発電を行い、送電系統を経由して売電する。混合ヘッダー２４の前で、黒液回収ボイラー１３と天然ガス炊きボイラー２０からの蒸気流路に、それぞれ流量と温度，圧力を測定する計器２６，２７を設けて、所外用蒸気タービンで発生した電力量の内で、再生エネルギーで有る黒液を燃料源とする蒸気量を評価する。本実施例では新規にボイラーを導入することを想定したが、既に工場内に別目的でボイラーが有る場合に、配管構成を変更して図３と類似のシステムを構築すれば、同等の効果が生まれる。

図３では黒液回収ボイラー１３の燃料は全て黒液を用いているが、黒液の他に重油等を混合して燃焼させる場合には、黒液と重油の燃料系統それぞれに流量計を設けて、黒液回収ボイラー１３で発生する蒸気の内で黒液を燃料とする割合を決める。図３の実施例において、系統に送電する電力の内で燃料源が複数有る場合に、再生エネルギーである黒液に依存する割合を決定することができる。

以上のように、蒸気タービンを駆動する蒸気量の増加により発電効率を増加させるとともに、発電した電力を送電系統で搬送することで、国内外に対して再生エネルギーを起源とする電力量の増加を認定して貰える。

（実施例３）
次に、図２のシステムを、図１のシステムに改造する改造方法について説明する。

製紙工場の生産ラインに、第二の蒸気発生手段を新たに設ける。次に、第二の蒸気発生手段で発生する蒸気を生産過程の加熱蒸気として用いるよう改造する。

例えば、第二の蒸気発生手段として、ボイラーを設置し、そのボイラーからの蒸気を、生産過程の１つであるエバポレーター８に供給するよう構成する。このように、簡易な設備の追加方法によって、容易に改造することが出来る。

更に、図１や図３に示すようなシステムに必要な種々の部位を改造し、図１や図３に示すようなシステムを得ることが出来る。つまり、簡易な設備の追加による容易な改造方法によって、図１や図３に示すようなシステムを得ることが出来、経済性に優れたシステム構築が可能となる。

本発明の一実施例を適用した製紙工場の機器構成。 製紙工場における生産工程を示す図。 本発明の一実施例を適用した製紙工場の機器構成。

符号の説明

１…チップサイロ、２…チップ予熱装置、３…自動原料供給装置、４…浸透ベッセル、５，３１…蒸解釜、６…熱回収装置、７…密閉加圧型ドラム洗浄機、８，３５…エバポレーター、９，３３…スクリーン、１０…中濃度ハイシェポンプ、１１…漂白工程、１２…抄紙工程、１３，３６…黒液回収ボイラー、１４…回収工程、１５…ガスタービン、１６…排熱回収ボイラー、１７…蒸気タービン、１８…復水器、１９…変圧器、２０，２１…バルブ、２２…天然ガス炊きボイラー、２３…所内用蒸気タービン、２４…混合ヘッダー、２５…所外用蒸気タービン、２６，２７…計器、３２…洗浄工程、３４…漂白設備、３７…蒸気タービン。

Claims (5)

1. 木材から紙を生産する生産過程で生成される黒液を燃焼させて蒸気を発生させる黒液回収ボイラーと、該黒液回収ボイラーからの発生蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンによって駆動される発電機と、該黒液回収ボイラー又は該蒸気タービンからの蒸気を該生産過程の加熱蒸気として利用する黒液利用発電システムにおいて、
   排熱回収ボイラーを備えた重油，灯油または天然ガスを燃料源とするガスタービン発電設備を設け、
   該排熱回収ボイラーで発生する蒸気を該生産過程の加熱蒸気として用い、前記黒液回収ボイラーからの発生蒸気の大部分を前記蒸気タービンの発電に利用するよう構成し、
   前記発電機の電力が黒液を起源とする電力であることが明確になるように、前記黒液回収ボイラーと、該第二のボイラーと、該蒸気タービンとを構成したことを特徴とする黒液利用発電システム。
2. 請求項１に記載の黒液利用発電システムにおいて、
   前記ガスタービン発電設備で発生した電力の少なくとも一部を、木材から紙を生産する生産工場内電力として使用するよう構成したことを特徴とする黒液利用の発電システム。
3. 木材から紙を生産する生産過程で生成される黒液を燃焼させて蒸気を黒液回収ボイラーにより発生させる第一の蒸気発生工程と、該第一の蒸気発生工程で発生した蒸気を蒸気タービンに供給して該蒸気タービンによって発電機を駆動する工程とを含む黒液利用発電方法において、
   ガスタービン発電設備の排熱回収ボイラーにより蒸気を発生させる第二の蒸気発生工程と、該第二の蒸気発生工程で発生した蒸気を前記生産過程の加熱蒸気として用いるように前記生産過程の設備に供給する工程と、前記黒液回収ボイラーからの発生蒸気の大部分を前記蒸気タービンの発電に利用する工程とを含み、
   前記発電機の電力が黒液を起源とする電力であることが明確になるように、前記第一の蒸気発生手段と、該第二の蒸気発生手段と、該蒸気タービンとを構成して該発電機を駆動することを特徴とする黒液利用発電方法。
4. 請求項３に記載の黒液利用発電方法において、
   前記ガスタービン発電設備で発生した電力の少なくとも一部を、木材から紙を生産する生産工場内電力として使用するよう生産工場内に供給することを特徴とする黒液利用発電方法。
5. 木材から紙を生産する生産過程で生成される黒液を燃焼させて蒸気を発生させる黒液回収ボイラーと、該黒液回収ボイラーで発生した蒸気を供給して駆動する蒸気タービンと、前記黒液回収ボイラーで発生した蒸気の一部を前記生産過程の加熱蒸気用として前記生産過程に供給する蒸気系統とを有する黒液利用発電システムの改造方法において、
   排熱回収ボイラーを備えた重油，灯油または天然ガスを燃料源とするガスタービン発電設備を新たに設置し、該排熱回収ボイラーで発生する蒸気を前記生産過程の加熱蒸気として用い、かつ前記黒液を燃焼させて発生させた蒸気の大部分を前記蒸気タービンの発電に利用するよう改造し、
   前記発電機の電力が黒液を起源とする電力であることが明確になるように、前記黒液回収ボイラーと、前記排熱回収ボイラーと、該蒸気タービンとを構成することを特徴とする黒液利用発電システムの改造方法。

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