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2021年4月、埼玉県日高市の太平洋セメント埼玉工場にある自家発電設備のボイラーが爆発した。この爆発によってボイラー本体とその架構、付帯設備が工場敷地周辺の広範囲に飛散。パチンコ店の設備の破損や駐車中の自動車の火災などの被害を引き起こした。爆発の原因は、外部熱交換器の蒸発器管の破孔に伴う水蒸気爆発である可能性が高い。

 爆発事故が発生したのは、太平洋セメント埼玉工場(以下、埼玉工場)の自家発電設備の循環流動層式(CFB:Circulating Fluidized Bed)ボイラーだ。2021年4月26日午後9時58分、自家発電設備の通常運転中に爆発。この爆発によってボイラーの火炉(燃焼室)と外部熱交換器(FBHE:Fluidized Bed Heat Exchanger)のエアー室が脱落した(図1、2)。火炉と煙道の前壁や後壁、右壁の管パネルが湾曲変形。ボイラー本体の支柱と工場各階の梁(はり)が変形するなど大きな被害が出た。

図1 工場全景
図1 工場全景
埼玉県日高市の中心に位置する敷地面積約 28 万 m2の生産工場。下水汚泥や建設発生土、都市ゴミ、廃プラなどのリサイクル資源を用いて、普通セメントや早強セメント、高炉セメント、固化材を生産している。(出所:太平洋セメント)
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図2 CFBボイラーの被害状況
図2 CFBボイラーの被害状況
爆発によってボイラーの火炉(燃焼室)と外部熱交換器(FBHE)のエアー室が脱落。火炉と煙道の前壁や後壁、右壁の管パネルが湾曲変形するなどの被害が出た。(出所:太平洋セメント)
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 被害は工場周辺にも及んだ。金属片や保温材など発電設備のがれき、珪砂(けいさ)や石灰石など発電設備の炉材、石炭や木質チップなど発電設備の燃料の燃え殻が、工場から南南東方向へ最大 5kmの距離まで飛散。パチンコ店の屋根や屋上照明設備、監視カメラなどが損傷した。この他、パチンコ店に駐車していた車両40台に被害を与え、1台は全焼した。人的被害は4件。パチンコ店の駐車場にいた人が腰痛や耳の不調、体調不良などを訴えた。

同社は事故後、社外委員2人と社内委員2人から成る事故調査委員会を設置。事故の原因究明と再発防止策の策定に当たった。本稿では、公開された調査報告書を基に、事故の原因と対策を解説する1)

1) 参考文献:太平洋セメント 事故調査委員会,「太平洋セメント株式会社 埼玉工場自家発電設備 爆発事故調査報告書」,2021年11月9日.

熱交換のための蒸発器管が破孔

 埼玉工場は敷地面積約28万m2。下水汚泥や建設発生土、都市ゴミ、廃プラなどのリサイクル資源を用いて、普通セメントや早強セメント(通常より短時間で強度が高まるセメント)、高炉セメント、固化材を生産している。同工場敷地の北側にある自家発電設備のCFBボイラーが爆発した。

 CFBボイラーは低温燃焼によってさまざまな燃料を利用できるのが特徴だ。埼玉工場でも石炭や木質チップの他に、産業系廃棄物のうちリサイクルが困難な古紙や廃プラスチック類を主原料とした固形燃料であるRPF(Refuse derived Paper and Plastics densified Fuel)を燃料とする。

 低温燃焼を実現するために、火炉内のガス速度(空塔速度)を上げ、火炉内に燃料の燃焼後に発生する灰(流動砂)を循環させる(図3)。

図3 循環流動層式(CFB)ボイラーの構造
図3 循環流動層式(CFB)ボイラーの構造
低温燃焼を実現するために、火炉内のガス速度(空塔速度)を上げ、火炉内に燃料の燃焼後に発生する灰(流動砂)を循環させる仕組みを採用している。(出所:太平洋セメント)
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 火炉内で燃焼しなかった燃料と流動砂は粒子捕集装置(サイクロン)で回収され、火炉と流動床式外部熱交換器(FBHE:Fluidized Bed Heat Exchanger)に振り分けられる。火炉に振り分けられた分は再度、燃焼する。FBHEに振り分けられた流動砂(550〜850℃)は、循環する飽和水*1(約320℃)と熱交換する。

*1 飽和水:ある温度と圧力で沸点にある時の熱湯。発生した水蒸気を飽和蒸気という。

 FBHE の蒸発器管では、蒸気ドラムから降水した飽和水が流動砂との熱交換の際に加熱されて飽和蒸気となり、再度蒸気ドラムに戻される。熱交換後の流動砂は 、FBHE 内は下部から送り込まれる空気によって流動化された状態になっており、FBHE から火炉へオーバーフローしてボイラー内に戻される。このような循環システムによって燃焼効率の向上を図る。

 事故調査委員会は爆発の原因として、[1]未燃ガスの爆発、[2]粉じん爆発、[3]水蒸気爆発の3つの可能性について検討。FBHE蒸発器管が破孔しており飽和水の漏洩の可能性があることや、大量かつ高温の流動砂が確認されたことなどから、FBHE蒸発器管の破孔による水蒸気爆発の可能性が高いと結論付けた*2

*2 排ガスの分析から未燃ガスの発生はないとみられた。また、炭化水素系のガス爆発ではすすが必ず残るが、爆発現場はすすで汚れていなかったため「未燃ガスの爆発」の可能性は否定された。同じく排ガス分析値と燃焼温度から通常の燃焼状態と判断されたため「粉じん爆発」の可能性も否定された。