紙パ技協誌
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省エネルギー特集 II
  • 綿 公彦
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 679-683
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    高岡工場の排水は,有機性汚泥物質を生物酸化させる設備として生物膜処理装置を有している。生物膜処理装置は槽内に担体の充填槽を設け,充填剤表面に生成された生物膜にエアレーションを行うことで原水中の有機性汚泥物質を生物酸化させている。

    生物膜処理装置の性能評価は、原水BOD値と装置通過後の処理水BOD値を測定し,処理水BOD値/原水BOD値で算出するBODカット率を指標とする。

    直近のBODカット率については,測定時毎の変動はあるものの設計値を概ね維持していることから,有機性汚泥物質を生物酸化する際に発生する余剰汚泥を排出する「洗浄工程」の運転プログラムの見直しを検討した。全8槽ある処理槽についてほぼ一両日中洗浄を行っている内容であったが,洗浄回数の削減と運転時間の短縮を行いBODカット率の低下がないことを前提に進めた。

    「洗浄工程」見直し後も、生物膜処理装置のBODカット率も著しく低下することがなく大幅な電力使用量削減が得られている。

  • ─HFDシステム(Hyper Flat Drive System)の紹介─
    吉見 武将
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 684-688
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    生産工場や商業施設などで稼動する空調設備などの動力伝達システムとして新開発した製品が,平ベルト駆動システム(当社製品名:Hyper Flat Drive System(HFDシステム))であり,従来Vベルト比平均6%の節電効果と約2.5倍の長寿命化を実現させた。平成25年度省エネ大賞受賞時にはモータ適用容量は2.2~22kWまでであり,適用機器も送風機,空調機であったが,市場のニーズに応えるべく30~75kWまで対応可能な大型HFDシステム,またクーリングタワー仕様のHFDシステムの開発によってラインナップの拡大を行ってきたことで,平成30年度に再度省エネ大賞を受賞した。本システムは省エネ効果以外にも,メンテナンスフリーによって労働人口不足問題の解決,ベルト交換時における労災リスクの低減,ゴム粉落ちが少ないことによるクリーン性,ベルト駆動音の静音性と非常に特長の多い製品であることから,HFDシステムをご採用頂くことで様々な問題を解決することができると確信している。

  • 小川 裕之
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 689-692
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    我が国において石炭火力発電はエネルギーの安定供給の観点からは未だ重要な電源である。一方で,石炭使用によるCO2排出は環境面の大きな課題である。地球温暖化対策への社会的要求の高まりの中,当社では低炭素社会の実現に貢献する温室効果ガス削減への取り組みの一つとして,微粉炭ボイラへ使用可能な新規バイオマス燃料の検討を進めてきた。木は大気中のCO2を吸収して成長することから,燃料として燃焼しても大気中のCO2量に影響しない(カーボンニュートラル)とみなされるため,石炭を木質燃料に置き換えることでCO2排出量を削減することができる。

    一般にバイオマス燃料は化石燃料と比べて水分が多く,多様な燃料を利用可能なストーカ式や流動床式が多く用いられるが,当工場N1発電所のN1号ボイラは微粉炭式であるため,木質バイオマス燃料を使用するには微粉炭機(ミル)で粉砕可能でなければならなかった。そこで,蒸気爆砕ないしトレファクション技術を用いて製造された燃料を選定,燃焼試験を実施した。燃料の発熱量に差があるため,混焼比率は30wt%を上限としたが,微粉炭機での問題も発生せず,ボイラでの燃焼も可能であった。

    本報告では,これら新規木質燃料を微粉炭ボイラで混焼した際の操業状況について報告する。

  • ─小水力発電導入による省エネ─
    大江 健史
    2020 年 74 巻 7 号 p. 693-697
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    エネルギー価格,地球温暖化対策に関心が高まる中,当社グループでは省エネの推進,再生可能エネルギー設備の導入を積極的に進めている。王子エフテックス中津工場においても省エネ機器の導入や操業改善による省エネ活動に取り組んでいるが,省エネを推進していくためには新たな視点による発掘が必要である。そこで,今回は工場既存の流水工程の落差に着目して従属発電(小水力発電)の導入を検討した。

    水車形式は流水工程を考慮して流量と有効落差からポンプ逆転水車を選定し,ポンプ仕様は遊休品のポンプを仮設して吐出フランジから吸い込みフランジへ水を流入させテストを実施し求めた。テスト結果より,ポンプを水車として使用する場合は,設置条件(流量と落差)の70~80%程度の能力を有するポンプでよいことがわかった。テスト結果を踏まえて,安定した流量が確保できるパルセータ(凝集沈殿装置)入口とろ過水槽入口の2箇所にポンプ逆転水車を設置した。ここで,ポンプは安価に省エネを実施することを目的に,当社グループの遊休品を探し選定した。パルセータに設置したポンプ逆転水車の発電出力は3.5kWとなり,年間発電量として30,100kWhを得ることができた。ろ過水槽でも同様に発電することができた。

    今回は,新しい発想として既存の流水工程からエネルギーを取り出して発電することで,省エネ効果を上げることができた。本事例のように遊休品のポンプを用いることで導入コストを抑えながら省エネを実施することも可能となる。

総説・資料
  • 岡本 拓士
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 698-701
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    日本製紙江津工場は日本で唯一のSP(亜硫酸蒸解)法によるパルプ工場である。工程で発生するSP黒液は,エバポレーターにて濃縮し,回収ボイラーの燃料等に利用してきた。近年,エバポレーターの濃縮能力が低下し,パルプ減産の大きな要因となっていた。そこで,パルプ生産量の増加を目的に新設エバポレーター導入の検討をおこなった。

    SP黒液とKP黒液の性状比較,MVR(機械式蒸気再圧縮方式)と多重効用真空蒸発缶の比較,および工場エネルギーバランスをベースとした設備検討に基づき,MVRエバポレーターを選定,2019年に導入した。立上後の操業では,スケールによるヒーターの閉塞や,圧縮機の振動といったトラブルが発生した。ヒーターの閉塞についてはベーパードレンによる洗浄の強化,圧縮機の振動については開放洗浄を実施し,現在では安定操業に至っている。

    これにより,MVRエバポレーター導入前と比較して,パルプ生産量の増加(111%)を達成した。さらにエネルギーコストは多重効用真空蒸発缶を導入した場合に比べ,13%の削減効果が得られた。

  • ─空気軸受式可変速単段ターボブロワTurboMAX─
    増田 剛士
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 702-705
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    大量の水を消費・廃棄する製紙産業にとって,排水処理費用の削減は大きな課題である。排水処理工程において,曝気ブロワは消費電力が大きく24時間連続運転であることが多いため,曝気ブロワの高効率化は排水処理費用削減に大きく貢献する。当社のターボブロワ「TurboMAX」はこのニーズに応える新型ブロワである。

    TurboMAXは,空気軸受,永久磁石同期モータ,高効率インペラ,高速回転速度制御等の優れた技術を集結したブロワであり,全体構造はブロワ,モータ,インバータ,タッチパネルコントローラ,ブローオフバルブ(放風弁)がパッケージ化されている。最大の特長である空気軸受は,軸が軸受と非接触で回転するため,潤滑油が不要で,騒音・振動が極めて小さく,機械損失も発生しない。空気軸受に加え,高効率インペラ,専用設計高効率永久磁石モータ,インバータによる自動制御機能を融合することで,高い総合効率を実現している。高効率以外にも低騒音・低振動,省メンテナンス,省スペース・軽量化といった特長を併せ持つ。

    TurboMAXは複数の製紙工場にも納入実績があり,省エネ効果等を確認している。これまでは,これらのブロワは排水処理用途のみであったが,近年ではフローテーターの空気供給用ブロワ等,排水処理の曝気用途以外での実績も増えており、良好な運転実績を確認している。更にIoTとAIを活用した遠隔監視サービス“KNOWTILUS”を開発し,2019年9月より導入した。ターボブロワの運転状態や設定内容をインターネット経由で確認できるため,現場から離れた遠隔地でも状況を把握することができ,懸案の設備管理業務における人手不足の解消や予防保全による安定稼働を実現する。更に複数台のブロワを制御する制御盤や,長期間のサービスパック等,多様なニーズにお応えできる新商品もラインアップしている。

  • 早川 誠
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 706-709
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    中津川工場は中芯専抄の抄紙機1台を有し,月間12,000t中芯原紙を生産する段ボール原紙工場である。

    使用原料は古紙100%で森林資源の保護と廃棄物を有効利用するため,紙のリサイクルを進め,様々な種類の古紙を約15万t/年有効利用し産業廃棄物の削減に貢献している。

    これまで岐阜(恵那・中津川)工場では,古紙原料使用により発生する「パルパー粕及びスクリーン粕(以下,廃棄物と記載)」は,焼却炉(中津川)による焼却処分,及び王子マテリア株式会社松本工場委託による焼却処分,更には埋立による産廃処分を行っていたが,ニーディングパルパー導入による安価古紙の有効利用推進等,廃棄物発生量は年々増加傾向となり対策が急務となった。

    中津川工場では,2010年に「KOM社製の減容固化機」を導入し,廃棄物の固形燃料化への取組みを開始したが,本設備は稼動当初より故障や不具合が頻発して安定した製品生産能力が確保できず,修繕費が増加するという問題があった。そこで,2017年に減容固化型式が異なる「小熊鉄工所製減容固化機」を新たに導入し,その結果,設備故障もなく安定した製品生産能力の確保が可能となった。

    本報告では減容固化設備の操業経験として,油圧シリンダー圧縮脱水式減容固化の機構が,設備故障及びビニール系粕詰り等の操業トラブルが多く発生した事を述べた一方で,今回紹介した2軸式圧縮脱水機構を備えた新減容固化機(小熊製)は設備故障や操業トラブルに対する心配は無く,むしろビニール系粕が多い方が成形性も良いという結果であり,当初計画であった処理能力も大幅に達成可能となった。尚,廃棄物から生成した固形燃料は,王子グループ新エネルギーボイラーへ安価に売却することで,王子製紙グループ全体としてのコスト削減に寄与している。

  • ─Air Frohlich Engineering社(スイス)によるエネルギー回生技術─
    門脇 徹志
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 710-714
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    地球温暖化対策を適正なコストで実現するという,企業命題に取り組む紙パルプ産業各社に対し,当社は,ボイラー排ガスを熱源としたエネルギーの高効率回収システムを提案する。化石燃料由来のボイラー排ガス中に含まれる硫酸成分は,特に露点以下の温度域においてプラント設備に深刻な腐食を招き,低温域でのエネルギー回生に見合う設備投資効果が得られない主因となっていた。一般には錆び難いといわれているステンレス鋼やニッケル系合金ですら,露点を下回る温度域の腐食性雰囲気における熱回収用途では,残念ながら長寿命を期待できなかった。Air Frohlich Engineering社は,この困難な課題に対し,PTFE,PFA或いはFEPなどのテフロン系合成樹脂材料を採用した,低温域でのエネルギー回生専用の耐酸熱交換器を開発した。

    本稿では,化石燃料の高効率運用による省エネルギーを実現する,各用途別の熱回収システム構築事例を示し,更にボイラー排熱回収によるエネルギーコストの削減効果,CO2排出量削減効果についても述べる。

  • ─低グレード古紙対策─
    浦田 治朗
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 715-722
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    米中間の貿易摩擦等の外的要因により,日本国内の古紙調達は大きな影響を受けている。

    更に中国では2020年末には固体廃棄物の輸入0を目標とする旨公表しており,未選別古紙の輸入が制限されると推測する。今後,良質な古紙は不足,未選別古紙は過剰気味となる事が予想され,低グレード古紙を使用する頻度が多くなるであろう。その為には原料調整設備を低グレード古紙に対応できるように強化していく必要がある。また安価な低グレード古紙を使用する事で原料コストを低減できる,といった観点からも有意義である。

    低グレード古紙を使用した場合でも古紙処理設備では製品品質を維持する事を求められる。加えて混入する異物量の増加に対し,安定操業できる設備である事も重要である。国内の製紙工場は合理化が進んでいる反面,想定外の異物混入により製品品質に大きな影響を及ぼす場合がある。低グレード古紙対策として,日本よりも異物含有量の多い古紙を使用している海外古紙処理設備が参考となる。

    当社では複数の海外古紙調整プラントを手掛けてきた。その実績,経験及び蓄積されたデータの解析により開発された,複数の低グレード古紙対策の新技術を有している。これらの新技術は日本国内でも低グレード古紙対策の一翼を担えると確信する。

    本稿では板紙にクローズアップし,工程毎にその対策として有効な最新の古紙処理技術を国内外の実績と共に紹介させて頂く。

  • 山本 准司
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 723-726
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    近年の使い捨てプラスチック廃止の動きを受け,日本製紙では2018年8月に「紙化ソリューション推進室」を設置し,既存のプラスチック製品等を紙製に置き換える検討を開始した。紙製ストローは,「紙化ソリューション」に関する製品の一つである。開発を進めるにあたり,既存の紙製ストローの品質評価を実施したところ,耐水性,口当たり(臭い,味,唇への貼り付き)がプラスチックストローと比べ劣り,また接着剤やインキ成分が飲料に溶出しやすいため,飲料の味や見た目に影響を与える可能性があることが分かった。そこで,これら懸念点が解決するだけではなく,業界最高品質となるような処方を検討した。

    検討の結果,口当たりの改善のためには最外層に高密度,高平滑度の原紙使用することが有効であることが分かった。また,スクリーニング評価を通じて,高耐水性,低溶出率の接着剤を見出した。上記原紙,接着剤を採用した紙製ストローは,30分間水へ含浸してもプラスチックストローとほぼ同等の強度を有しており,飲料への接着剤成分の溶出もほとんど無く,口当たりもプラスチックストローの近い品質を達成した。さらに,国内の食品衛生関連の安全性評価試験もすべてクリアした。

    当社の紙製ストローは本年4月より販売を開始し,6月には飲食業界に初めて採用され,複数店舗で使用されている。

  • 第4回:紙パ技協誌の文理融合型雑誌への転換は可能か
    尾鍋 史彦
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 727-729
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル 認証あり

    2019年12月に公表された第6期「科学技術基本計画」(対象年:2021-2025)の従来の計画と異なる大きな特徴は人文・社会科学を科学技術の支援のために導入すべきとの提案が中心に据えられていることである。今後の科学技術の高度な発展のためには科学技術が生み出す負の側面を含めた様々な問題を解決する手段として倫理・法・哲学など人文・社会科学系の学問分野も法の対象とすると謳われている。2015年6月の文部科学省通知により生じた「国立大学文系不要」論争の時代から見ると,隔世の感があり,わが国の科学技術政策における文系重視という方向への大転換といえる。またこの計画の公表後,理系と文系を融合または統合した文理融合型研究や学術体系の構築の必要性が叫ばれるようになった。

    紙パ技協誌の現状を打破し,新たな地平を拓くための一つのアイデアとして筆者は紙パ技協誌の文理融合型雑誌への転換を提案しているが,前回触れた近代組織論が示すように組織の新たな構造改革には必ず現状維持に拘る抵抗勢力が存在するので,組織内で合意に至るのは容易ではないだろうが,ポストコロナの時代の雑誌の一つの姿として真摯に検討する価値はあるだろう。

技術報文
  • 武井 俊達, 清水 文彦, 森下 敬士, 近藤 光隆
    原稿種別: 研究論文
    2020 年 74 巻 7 号 p. 731-736
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル フリー

    これまで環境試料及び紙パルプ工場より発生する工程水の元素分析は,複数の元素を同時に測定する必要があることから,微量分析になることも多く,様々な装置が利用されてきた。なかでも微量金属の測定は,一般に誘導結合プラズマ発光分光分析のような高感度で広いダイナミックレンジをもつ,多元素同時分析が求められ,海水,河川水,排水など,さまざまな試料に応用されている。しかし,海水など環境試料中のマトリックス成分(目的元素以外の成分)は濃度範囲が広く,高濃度のマトリックスを含む試料を装置に導入すると,イオン化干渉(イオン化平衡がずれて測定波長の発光強度が変化)による,目的元素の検出感度低下,ベースラインの上昇を引き起こし分析精度が低下する。そこでマトリックス成分の干渉を抑制する手法としてイオン化干渉抑制剤及び簡易的な前処理方法である固相抽出法を検討した。

    本研究では,一般的にマトリックス濃度が高い海水及び白液(KP製造の苛性化工程で製造された液)であっても精度が高く,信頼性の高い分析値が得られるように固相抽出法などを検討し,あわせて迅速で簡便的な手法である蛍光X 線分析法による,高感度分析法も確立できたので報告する。

  • Toshitatsu Takei, Fumihiko Shimizu, Keishi Morishita, Mitsutaka Kondo
    原稿種別: research-article
    2020 年 74 巻 7 号 p. 737-743
    発行日: 2020年
    公開日: 2020/10/01
    ジャーナル フリー

    ICP-OES(Inductivity Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer)is an analytical method characterized by the high sensitivity, wide dynamic range and multi-element analysis. ICP-OES is generally used to quantify trace metals in Pulp and Paper Industry samples. The pretreatment method for Fe, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb in white liquor was studied by using a solid phase extraction column packed with polyamino-polycarboxylic acid type chelate resins. The recoveries of elements were affected by pH. All trace metals were found to be extracted with similar efficiency at pH 5.5, indicating that the optimum condition for extraction is pH 5.5. Major matrix elements, Na, Mg, K and Ca, in white liquor were not extracted below pH 7. The optimum concentration of nitric acid for elution after cleaning the column was determined to be 3 mol/L. The assay values agreed well with the pre-set values without the interference of the major elements. Moreover, high recoveries of the elements (100±1%) were achieved for the white liquor sample. A Cs inhibitor for ionization interference was effective to suppress the ionization interference of alkaline metal(K)in ICP-OES analysis. Assay values by ICP-OES using the inhibitor correlated well with those using IC(Ion Chromatography). Also a simple analytical method with XRF(X-ray Fluorescence Analysis)using Ultra Carry Light filter provided the precise dilution factor easily. Furthermore, cross checking using XRF and ICP-OES improved the precision of the analysis.

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