エネルギー技術研究所

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施設のご紹介

エネルギー技術研究所の設備をご紹介いたします。

火力次世代燃料高度燃焼試験設備 シングルバーナ炉

 わが国の微粉炭火力発電所では、これまで品質の良い瀝青炭が主に用いられてきましたが、今後、石炭の安定調達および石炭価格の増加の抑制を図る上で、低品位炭などの炭種の拡大が重要です。また、CO2排出削減のためのバイオマス燃料の導入も進められています。このような燃料の多様化に対応するため、本装置は、固体燃料の粉砕・燃焼特性および環境対策物質の排出特性などを評価すると共に、低品位燃料が利用可能となる燃焼技術について開発することが可能となっております。

火力次世代燃料高度燃焼試験設備 乱流燃焼モデリング炉

 従来の実験研究に加えて、数値シミュレーションを活用することにより、未利用燃料の燃焼性評価や、運転操作条件の最適化、新しいバーナの開発といった研究課題を合理的かつ短期間で解決することができます。本装置は、数値シミュレーションの精度を高める上で欠かすことのできない詳細な実験計測を行うためのものです。熱電対やガスサンプリングプローブといった接触計測と比べて、燃焼場への影響が少ない非接触レーザー計測を行うことで、微粉炭燃焼場での燃料の着火特性や、有害生成物の生成・分解等特性を詳細に把握し、種々の物理現象の高精度な数値モデルを開発しています。

石炭燃焼特性実証試験装置

 石炭火力発電において、今後の瀝青炭の需給を考慮すると、利用石炭種を多様化する必要があります。また、環境面においては、硫黄酸化物、窒素酸化物などの環境対策を始め、石炭灰の有効利用等の方策が至近年で必要となることが予想されます。本装置は、これらの課題に、より高度に対処し、且つ、燃焼から排煙処理までを実機と同様の過程での評価を可能とするものです。

石炭ガス化研究炉

 本設備は、幅広いガス化条件が達成でき、炉内ガス温度・ガス組成等の詳細計測や炉壁・熱交伝熱管への灰付着現象解明のための特殊計測機器、ガス化炉からの溶融スラグ排出状態をオンラインで監視・評価するための先進的計測システムを備えた、国内外に例のない研究用ガス化炉です。

炭化燃料化実験設備

 木質バイオマスなどの原料から炭化燃料を製造する実験設備で、原料供給装置、高含水原料を乾燥する乾燥機、原料を熱分解して炭化燃料を製造する炭化機、炭化に必要な熱風を発生させる熱風炉、熱分解時に発生する熱分解ガスを焼却する処理炉、などから構成されます。炭化機には外熱式ロータリーキルンを採用しており、炭化温度や炭化時間(原料滞留時間)などの炭化条件を制御することができます。

非破壊形状計測装置

 高出力のX線を用いたCTスキャンにより、火力機器に用いられる高温部品の内部冷却構造を含めた形状データを、非破壊で取得することが可能です。これまでに、新品、使用済み部品を含めた多数のガスタービン動翼の形状計測に利用されています。取得した形状データから、部品の温度・応力分布の解析評価他に不可欠な形状モデルを作成できます。

非接触3次元デジタイザ

 火力機器などに用いられる部品の外面形状を、レーザ光を用いた三角測量法により非接触で計測できる装置です。持ち運ぶことができ、発電所等の現場での使用も可能です。計測した形状は、寿命評価を行うための温度・応力分布の数値解析モデルや経年劣化に対する傾向管理に用います。

実機翼TBC遮熱性能非破壊評価装置

 ガスタービン動翼の遮熱コーティング(TBC)に発生することが懸念される各種損傷劣化(減肉、焼結、はく離等)を非破壊で評価する装置です。加熱用のCO2レーザをTBC表面に照射し、健全部との温度の違いを赤外線カメラで計測することで、損傷劣化の発生状況を評価することが可能です。レーザ照射ノズルは、ロボットアームに取り付けられており、動翼の表面形状に沿ってノズルを一定速度で移動させながら評価することで、TBC全面に対する連続的かつ高精度な評価を可能としています。

ガスタービン用コーティング層高温熱物性測定装置

 高温環境で使用される部品の設計や寿命評価に不可欠な、高温における材料熱物性を測定する装置です。熱拡散率は1500℃、比熱は1000℃、熱膨張率は1700℃までの測定が可能であり、これらの熱物性の測定結果から熱伝導率を得ることも可能です。測定試料としては、金属母材単独、コーティング層単独、金属母材+コーティング層の状態での測定が可能です。

電気加熱式管状反応炉(常圧DTF装置)

 石炭等固体燃料の高温場における反応性,ガスおよび粒子の生成特性を明らかにするための基礎実験装置(供給量:20-300g/h,最高温度:1500℃,昇温速度:103℃/s)です。これまで,燃焼およびガス化条件における窒素化合物の生成挙動や将来の石炭利用発電システムを模擬した場での石炭の反応性等を明らかにしました。現在は,石炭やバイオマス燃料の熱分解特性と生成チャ−の反応性,低品位炭の基礎反応特性等の解明を実施しています。

超高温・加圧型燃料反応実験設備 (PDTF)

 噴流床のボイラーやガス化炉内の反応環境を模擬し、石炭(瀝青炭)や新種燃料(超重質油や低品位炭など)の超高温・加圧下での反応基礎特性を解明できます。最高温度1800℃、最高圧力2.5MPaという世界でも屈指の仕様を誇っています。

加圧型チャーガス化反応速度測定装置

 石炭ガス化炉の設計や運転には石炭ガス化反応速度データが不可欠です。本装置は、加圧型熱天秤を用いてガス化反応速度を測定するものであり、CO2や水蒸気に対するガス化反応速度を効率的に取得することが可能です。

液体燃料基礎燃焼実験設備

 本設備は、液体燃料の基礎的な燃焼特性(NOxおよび未燃分など)を大気圧条件下で把握することができます。また、燃料および空気の予熱温度の影響や液体噴霧ノズル(圧力噴霧ノズル)および空気スワーラの影響を検討することができます。

CO2回収型GT用基礎燃焼試験装置

 CO2回収型高効率IGCCシステムを構成するセミクローズドガスタービンにおける燃焼を再現するため、CO2、H2Oを主体とする希釈ガス中で石炭ガス化ガスを模擬した燃料を大気圧下でO2燃焼させることのできる装置である。本装置によりCO2回収型高効率IGCCシステムでの燃焼特性の把握を行う。

昇温脱離測定装置

 触媒の酸強度、触媒・吸収剤からの吸着・吸収物質の脱離特性、触媒・吸収剤の酸化還元特性、反応特性などを分析します。

微量成分湿式吸収装置

 模擬石炭燃焼排ガスならびに湿式脱硫装置を想定した湿式スクラバー等を用いて、ガス状微量物質の挙動や除去特性を評価する設備です。

化学形態別水銀連続分析計

 燃焼排ガス中のガス状水銀は金属水銀と2価水銀の形態で存在し、化学的性質の違いからそれぞれ挙動が大きく異なっています。水銀の反応性や石炭燃焼プロセスにおける挙動の解明、水銀除去法の検討などには、化学形態別の連続測定が不可欠です。本装置は、当所と日本インスツルメンツが共同開発したガス状水銀の化学形態別連続測定計であり、排ガス中の酸性ガスの影響を排除し、公定法と同等の精度での測定を可能としています。可搬性、メンテナンス性にも優れ、現場計測も可能な測定装置です。

主な仕様
  • 測定可能化学形態:ガス状金属水銀、ガス状2価水銀、ガス状全水銀
  • 測定可能範囲:0.1〜1000μg/m3N
  • 吸引ガス量:0.5g/分
  • 検出方法:冷原子吸光法
高温乾式ガス精製設備

 石炭,バイオマスや廃棄物などをガス化した燃料ガスを用いてガスタービンや燃料電池で効率よく発電する技術開発が進められています。燃料ガスに含まれる不純物(ダスト,ハロゲン化物,重金属類,硫黄化合物)は,発電装置の保護と環境保全のため,燃料の段階で除去する必要があります。当研究所では,燃料ガス中の不純物を高温のままで除去し,発電システムの効率低下が少ない,乾式ガス精製技術の検討を進めてきました。本設備は,これまで当所が検討・開発した不純物除去技術を適用して,用途に応じた清浄度とする乾式ガス精製性能を実証するための試験設備です。

高温電極状態直接観察装置

 本装置は、サンプルに導電処理を行うことなく、低真空かつ高温状態でのミクロレベルでの観察が可能です。このため導電物質だけでなく酸化物や液体の観察も可能です。具体的には、高温状態にある高温型燃料電池の電極をミクロレベルで直接観察し、電極反応が活発に生じている活性ポイントの探索が可能です。また、石炭のガス化過程、石炭灰の溶融過程をミクロレベルで観察することが可能です。

褐炭DME脱水実験設備

 液体状態のDME(ジメチルエーテル)は、7.2 wt%(20℃において)の水を溶解することができます。また、DMEは、水に比べて潜熱 が約1/5と小さく、気体状態にすることで水との分離を比較的容易に行うことができます(図1)。本設備は、これらDMEの性質を利用した高水分原料の脱水実験設備で、脱水工程とDME回収工程から構成されます(図2)。原料量、DME量、蒸発器や凝縮器の温度、脱水時間(原料滞留時間)などを制御することができ、脱水に必要なエネルギーの評価が可能です。

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