紙パ技協誌　2005年5月


第59巻　第5号


トップランナー変圧器の動向とアモルファス変圧器の省エネ性について

株式会社日立産機システム　受配電・環境システム事業部　押木　節夫　　

省資源と環境保護の推進のため，省エネ法が制定され，その強化のために改正が行われてきた。２００３年４月の改正により配電用変圧器がトップランナー方式の指定を受けた（目標年度：油入変圧器２００６年度，モールド変圧器２００７年度出荷分から）。
この変圧器を製造するメーカは，設定されたエネルギー消費効率基準値を守る義務があり，違反した場合には勧告等の罰則を受けることになる。
トップランナー変圧器の採用による省エネ効果は，約３０％の改善が期待されていることから早期導入の気運にあり，「グリーン購入法」への採用等普及のための取組みも行われている。
当社では，無負荷損の低減に優れた特長を持つアモルファス材を鉄心に採用したSuperアモルファス変圧器の製造も行っており，その省エネ性はトップランナー基準値を十分満足する製品である。
今回，変圧器のトップランナー方式採用の経緯と特徴およびSuperアモルファス変圧器の省エネ効果について紹介する。
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特定機器基準値を達成したトップランナー変圧器

東芝産業機器製造株式会社　配電機器事業部　南谷　昌志

２００３年４月に施工された改正省エネ法において高圧配電用変圧器が特定機器制度対象機器（トップランナー変圧器）に指定され，省エネ・地球環境保護の観点から，従来機種（現行JIS品）に比べ４０％高効率を基準としたトップランナー変圧器の導入が求められることとなった。
筆者らは来るトップランナー変圧器の目標年度に向け，省エネ，地球環境にやさしい変圧器を目指し特定機器対象全機種の製品化に努めている。本報では，変圧器の省エネルギー化（低損失技術）について述べると共に，従来のスーパー高効率変圧器の欠点の１つであった大型化を克服した新しい変圧器の概要について報告する。
（本文１０ページ）


工業用水を利用した水力発電

興陽製紙株式会社　工務部　東上　卓二

弊社は，「第一種エネルギー管理指定工場」として，長年省エネルギーに取り組んできたが，新たな省エネルギー対策を模索する中で，従来とは視点を変え，工場内にエネルギーとして利用できるものはないか検討を行ってきた。
太陽光発電や風力発電など，すでに身近な新エネルギーシステムはあるものの，企業として設置するには，経済効果が十分でないものがほとんどである。
今回設置した，工業用水を利用した小型水力発電システムは，最大出力９．６kWhと小規模ながら，稼働日数が，昼夜を通し年間３００日以上見込まれ，経済的にも十分成り立つ設備である。特に当水力発電システムは，専用水路および水源のない場所での設置を考慮されたもので，落差，水量の変化に幅広く対応できる制御システムである。微少なエネルギーではあるが，長期的な省エネルギー施策として設置した。
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２００４年度フォローアップ結果とエネルギー関連情報

日本製紙連合会　間　　邦彦

日本製紙連合会は１９９７年より「環境に関する自主行動計画」を定め，積極的に活動している。その中の地球温暖化対策の１つとして，CO２の排出抑制があり，省エネ目標として「２０１０年度における紙・板紙の化石エネルギー原単位を１９９０年度比１０％削減する」を掲げている。
１９９０年度を基点とした省エネ実績について１９９８年よりフォローアップし，結果を公表している。今回２００３年度実績について報告する。
１９９０年度に対して２００３年度の化石エネルギー原単位は９２．３％まで順調に削減されているが，CO２排出原単位は９７．３％にとどまっている。これは政府の脱石油政策に従い，コスト上有利な石炭が多用されたことによる。このCO２削減対策が今後の課題である。
今回の調査で明らかになった２０１０年に向けた各社の省エネ投資，燃料転換計画によると大幅な化石エネルギーとCO２削減が試算される。この試算をベースに次のように目標を強化した。
・化石エネルギー原単位の削減目標　１０→１３％（目標アップ）
・CO２排出原単位を１９９０年度比１０％削減する（新設）
また，日本におけるエネルギー消費量，CO２排出量およびそれに占める紙パルプ産業の位置づけについても，関連情報として触れた。
（本文２３ページ）


カットタイヤ焚流動床ボイラの開発と運転実績

三菱重工業株式会社　原動機事業本部　山崎　　亮，横式　龍夫

製紙業界では，従来の石油・石炭消費からの脱却を計り，バイオマス及び資源の有効活用という観点から廃棄物を利用したリサイクル燃料への転換等による省エネルギー対策を実施している。
２００３年廃タイヤリサイクル協同組合資料によると，廃タイヤに関しては，国内発生量が年間約１００万tonであり，その約８７％がリサイクルされているが，近年大口利用先であるセメントメーカーの減産等に伴い，そのリサイクル率が減少している事から，発電用燃料としての利用が見直されている。
この様な環境に配慮した設備投資が進む中，弊社では新たに廃タイヤを燃料とした気泡型流動床ボイラを開発し，製紙工場の発電用ボイラとして納入した。
弊社の廃タイヤを燃料とした気泡型流動床ボイラは，タイヤ中に１０〜２０％含まれるスチールワイヤを燃焼後炉内に堆積する事無く連続的に安定排出するシステム及びM―STAR法（Mitsubishi Multi―Stage Air Re―firing Method：弊社特許）による低環境負荷燃焼技術を採用している。
本稿では，特にカットタイヤ焚流動床ボイラの安定燃焼及びワイヤの安定連続排出技術に関するその開発経緯及び実機の概要について紹介する。
（本文３７ページ）


製紙業界向けコージェネレーションでの排熱有効活用

川崎重工業株式会社　ガスタービンビジネスセンター　産業ガスタービンシステム統括部　　 中安　　稔

エネルギー多消費型産業である製紙業界では，早い段階からボイラ―蒸気タービンシステムやガスタービンコージェネレーションシステムが導入されてきた。
２００５年２月には地球温暖化対策としての京都議定書も発効され，CO２排出量削減のための有効手段として排熱を最後まで有効活用し，省エネルギーとなるコージェネレーションシステムの導入がますます重要になってきている。
　製紙業界での電力と熱のエネルギー消費バランスは１：２と熱需要が多いため，熱出力の大きいガスタービンコージェネレーションの導入事例が多い。
そこで，本稿では，ガスタービンコージェネレーションでの排熱有効活用システム及びその納入事例について紹介する。
（本文４８ページ）


大型多管式貫流ボイラ「イフリート」シリーズの特長とコルゲートマシンへの適用例

川重冷熱工業株式会社　ボイラ技術総括室　ボイラ技術部　戸田　　尹

近年，小型多管式貫流ボイラの利便性が評価され，その産業用ボイラ全体に占める割合が容量比においても約８５％にも達している。この利便性とは，貫流ボイラの高い安全性からの法的規制緩和処置に端を発している。コルゲートマシンや抄紙器に使用されるボイラは，蒸気圧力が１．０MPa以上で小型ボイラの適用が受けられないため，その利便性を１００％享受することはできない。しかし，多管式貫流ボイラの利便性は法的な面だけではなく，低コスト，高効率，省スペース，省力化，低公害，故障時のリスクヘッジと言った面でも，よりユーザニーズを満たすべく改良競争がなされてきた。
当社は，小型ボイラの適用から外れる大型・高圧分野においても多管式貫流ボイラのこれら利便性を提供すべく大型多管式貫流ボイラ“イフリート”シリーズを開発・販売している。そこで，このシリーズの特長と，使用例の一つとしてコルゲートマシンへの適用例・運転実績をご紹介する。
通常，多管式貫流ボイラを使用した場合蒸気圧力が一定に安定することは無いが，この例に示すごとく“イフリート”シリーズは蒸気圧力・水位制御共，比例積分制御を行うことが出来るため，従来の水管ボイラや炉筒煙管ボイラと遜色の無い安定性を実現している。特に，コルゲートマシンのように温度制御が製品の品質・歩留まりに影響するような用途には最適の機種と言える。また，”イフリート”シリーズは，省エネ面で重要なドレン回収についても優れた適応性を有しており，この点についてもその特長を紹介している。
（本文５５ページ）


有機性排水からの効率的なエネルギーの回収

石川島播磨重工業株式会社　電力事業部　山下　雅治　　

活性汚泥法に代わる有機性排水の効率的な処理方法として，メタン発酵法が昔から知られている。メタン発酵法は，メタン菌を中心とする嫌気性菌群が共同して，排水中の有機物であるBODをメタンガスと二酸化炭素に分解する。この分解工程では，活性汚泥のようなBODの酸化分解の為の酸素の供給が不要であり，余剰汚泥発生量も活性汚泥と比較して極めて少ない。また，メタン発酵により発生するメタンガスを主成分とするバイオガスは，良質な燃料としての再利用が可能である。
しかし，反応容器（リアクタ）内に嫌気性微生物群を高濃度に維持する技術がなく，反応効率の面からその適用は限定的であった。
１９８０年代からUASB法（Up―flow Anaerobic Sludge Bed法）が開発・普及され，嫌気性微生物はグラニュール汚泥と呼ばれる自己集塊化ペレットとしての活用が可能となり，その処理効率は活性汚泥の１０〜２０倍に飛躍的に向上した。更に，１９９５年以降にUASB法を改良した高速メタン発酵処理法が提案され，メタン発酵法の適用範囲が広がってきた。
当社では，ビール工場，焼酎工場，化学工場，一般食品工場，紙パルプ工場等にICリアクタの商品名にて納入をし，有機性排水を効率的に処理すると共に，同時にメタンガスをバイオガスとして回収し，それを利用する設備を提案してきた。
本紙ではその実例を紹介し，紙・パルプ製造排水処理におけるメタン発酵処理設備の普及の可能性について述べる。
（本文６５ページ）


バイオガスを利用した高効率ガスエンジンの紹介

新潟原動機株式会社　技術センター　GE開発チーム　後藤　　悟　　

バイオガスとか廃棄物の熱分解により得られる可燃ガスを燃料とする高効率ガスエンジンの開発は，エネルギー資源の有効利用という意義があるため重要な開発と位置付けられる。バイオガスは嫌気性微生物が有機物を分解するときに発生する。その成分として，CH４とCO２が各々６０％と４０％程度含まれる。真発熱量（以下発熱量と記す）は約２１MJ／m３　Nである。熱分解ガスは，ガス変換方式および廃棄物の種類・性状，並びにプラント運転条件の違いにより，その組成や発熱量が異なる。代表的な例は，CO,　H２およびCO２が各々３０〜３５vol％含まれ，発熱量は約７．５MJ／m３　Nである。CO２は消火剤として用いられるように燃焼の抑制効果を与える。このため，着火の確実性と火炎伝播時間の短縮が，CO２を含むこれらの燃料ガスを確実に燃焼させるために克服すべき技術課題となる。
点火用にごく微量の燃料油を用いる新しい燃焼技術“パイロット油着火方式”が提案されている。この方式は，点火エネルギーが燃料ガスの発熱量変化に合わせて最適な燃焼状態を得るように調整でき，且つそのエネルギー量を火花点火の数千倍にできるなどの利点を有する。
新潟原動機株式会社は，正味平均有効圧力（BMEPと略す）２．０MPa，発電効率が４０％を上回る高出力，高効率の新型ガスエンジン「２２AG」を開発した。このエンジンは上記マイクロパイロット着火方式を採用している。ここでは，マイクロパイロット着火方式による低カロリーガス燃料の燃焼試験の結果および，バイオガスとか廃棄物由来熱分解ガスを燃料とした発電エンジンの実例を報告する。
（本文７１ページ）


活性汚泥槽の曝気方式変更による省電例　―新型散気管採用事例―

王子製紙株式会社　日南工場　施設部　山本　孝士，谷口　雅彦

王子製紙�鞄�南工場の排水処理には微生物処理を行う「活性汚泥装置」が採用されている。これは製紙工程の排水処理として，排水中に空気（酸素）を吹きこみ，汚泥槽の微生物を活性化させ排水中のCODを除去する設備である。当工場では６基の汚泥槽が設置されているが，改造前は水を撹拌する水中エアレーター方式であった。これは槽内でローターを回転させ，ブロワーで送り込んだ空気と排水を混合させる方式である。この方式は水の撹拌に多大な電力を使用していた。また同方式は酸素溶解効率が１５％程度と低いこと，さらに水中で運転しているため故障すると電気関係の破損が著しく修理費が高い等の問題があった。
当工場ではこれらの問題解決のため，他社の排水プラントで実績があり，好結果の得られているEDI社の「散気管方式」を採用した。これはブロワーで加圧した空気を多数の細かなスリット状の穴から排水中に混入させる方式である。この採用により水の撹拌動力が不要となり，従来撹拌に使用していた設備電力約２４０kWの省電が可能となった。また工事後の溶存酸素も若干良くなった。
今回，その採用内容と工事時の注意点について報告する。
（本文７８ページ）


抄紙機汚れに起因する欠点防止対策　―板紙における最新事例について―

株式会社メンテック　販売技術部　長塚　智彦　　

近年，古紙の高配合が進められていくなかでシリンダーやカンバス汚れが厳しくなり，ワインダーでの継手作業・継手損紙の増加により生産性が著しく低下する問題を抱えるマシンが急増している。この問題に対し，原料のスクリーニング強化，ピッチコントロール剤の添加，シリンダーのドクタリング強化（Wドクター化），カンバスの高圧クリーナー設置（超高圧水洗浄）といったさまざまな対策がとられているが，原料事情や抄紙条件が悪くなる一方で，これらの対策だけでは限界にきている。
そもそも，これらの異物は，抄紙機に入ってくる湿紙の上では極めて小さなものであり，それ自体は欠点の対象とはならないが，ワイヤー・フェルト・プレスロール・シリンダーやカンバスの表面へと付着し，さらに付着した粘着異物が湿紙表面のピッチや繊維などをピックアップし，ある大きさまで成長すると紙に再付着（落下）し，カレンダーなどで潰されて欠点となる。これが欠点発生のメカニズムであり，当社では，欠点の原因を根本から打ち切るべく，ワイヤーからカレンダーまでの汚れ防止技術を活用した総合的な欠点防止プログラムを提案している。
ライナーや白板のマシンにおける適用例では，プレスパートの汚れ防止剤の選定がドライパートの汚れにも大きな影響を及ぼしていること，ドライパートとウェットパートの薬品ならびに薬品散布方法の組み合わせにより少ないコストで欠点数を大幅に減少することができることが分かった。今後は，抄紙機各パートの汚れと欠点の発生メカニズムを総合的にとらえながら，効果的な対策を講じてゆく必要がある。
（本文８４ページ）


紙パルププラント用メカニカルシールの技術動向
　―省メンテナンスと省資源を実現するカートリッジ式メカニカルシール―

イーグルブルグマン株式会社　回転機器部　高橋　秀和

紙パルププラントにおいては，蒸解工程から抄紙・塗工工程に至るまで，水ポンプ，パルプ用ポンプ，各種薬液用ポンプなどのポンプが多数使用されている。最近では，これらのポンプ軸封部には，メカニカルシールが標準的に採用されるようになってきている。メカニカルシールは，有害な化学物質の機外漏出低減及び防止，省エネルギ・省資源化により直接，間接的に環境保全に貢献する重要な環境装置の一つと言ってもよい。このような状況において，十分な性能と耐久性を得るために，メカニカルシールのメンテナンスが重要になってきている。
ここでは，メカニカルシールについて基本的事項について概説した後，メカニカルシールのメンテナンス，省メンテナンスと省資源を実現するため急速に普及しているカートリッジ式メカニカルシールについて紹介する。
（本文９１ページ）


多分岐高分子“ハイブレイン”の紙コーティング薬剤としての多面的機能の知見

ディー・エス・エム　ハイブレイン社（総代理店　東永産業株式会社）　　
マンティエン　ファン　ルーベン

ディー・エス・エムハイブレイン社はポリエステルポリアミド多分岐高分子“ハイブレイン”（HybraneTM）を，紙コーティング薬剤“トップブレイン”（TopbraneTM．）として商業化に成功しした。
　この“トップブレイン”はデンドリマーに類似した立体的樹状構造並びに多数の末端官能基を有するため，紙コーティング薬剤として他に類を見ない多くの特異な性能を発揮することが見出されている。
“トップブレイン”の高分岐かつ立体的な化学構造は他の化学物質との良好な親和性や保護コロイドとしての性質がある。これらの性質がもたらす有意性の例として，カラーの減粘，塗工速度の向上，印刷適正や光沢の改善，ミスティングやブリーディングの削減，フェザーリングの改善などが挙げられる。
本報告では，現在まで観察されている機能と“トップブレイン”の特異な構造について紹介する。
（本文９９ページ）


第９１回PAPTAC（カナダ紙パルプ技術協会）年次大会参加報告

紙パルプ技術協会　豊福　邦隆

第９１回PAPTAC（カナダ紙パルプ技術協会）年次大会が２００５年２月８〜１０日にカナダのモントリオールで開催され，これに参加したので概略を紹介する。
年次大会は，展示会と合わせて参加者１万名以上，展示会は４００社以上ということで，単一の年次大会では世界一の規模であろう。
講演の内容は純学問的なものから，企業の宣伝的なものまで，いろいろとあり，幅広い内容となっている。
カナダは，日本に比べて，紙パルプの生産量は少ないが，国としての産業の重要性が日本より高く，紙パルを研究する大学が，トロント大学，マクマスター大学，マギール大学，ニューブルンスウィック大学，ブリティッシュコロンビア大学等多数あり，事実，これらの大学から，発表が行われた。また，研究機関として，パプリカンとエコールポリテックがあり，なかでも，パプリカンは圧倒的多数の発表を行っていた。
口頭発表総数は１４６件，別に，大学院生の発表が１７件あった。カナダが９３件，海外が５３件で，海外では，米国２９件，フィンランド９件，ドイツ６件が主なところである。
内容は，プロセス毎の製紙技術，メカニカルパルプ，新技術，漂白，IT技術の利用，繊維特性の研究といったものから，非木材，リサイクル，環境まで，幅広い内容となっている。
日本の紙パルプ技術協会は，年次大会は企業中心で行い，研究発表を主体とした紙パルプ研究発表会を別途開催しているが，PAPTACはこれを一緒に行っているのが特徴である。
（本文１０４ページ）


一様圧縮荷重を受ける段ボール箱型容器（正方形筒）の弾性変形の強度（異方性胴部の場合）

愛媛大学地域共同研究センター　松島　　理，愛媛大学名誉教授　松島　成夫

一様圧縮荷重を受ける段ボール箱型容器（異方性：幅L，高さh）の弾性ひずみ，変形の表示を導出し，それらの挙動，特性を議論した。　
幅方向垂直ひずみ，高さ方向全変位の絶対値の最大値εx max , uy maxはLの増加によらず一定となり，Lの増加に伴い，高さ方向垂直ひずみ，主ひずみ，主せん断ひずみの絶対値の最大値εymax，ε１max，γ１maxは僅か増加し，せん断ひずみの絶対値の最大値γxy maxは顕著に増加，減少し，幅方向全変位のの絶対値の最大値ux maxは顕著に増加する。εx max, uy max, γ１maxはExの増加によらず一定となり，Exの増加に伴い，εy max，ε１maxは僅か，ux maxは大きく増加する。Eyの増加に伴い，εx max，εy max，γx ymax，ε１ max，γ１ max ，ux max， uy maxは大きく増加する。νxyyの増加に伴い，εx max，γxy max，γ１max，ux maxは大きく，εy max，ε１　max，uy maxは僅か増加する。比εy max／εx max，γxy max／εx max，ε１ max／εx max，γ１ max／εx　max, uy max／ux maxは約１０，１．５１０，１０，１，１２である。
（本文１２０ページ）