燃料及び燃焼

解説: 燃料は常温・常圧での状態によって固体燃料・液体燃料・気体燃料に分類される。石炭・コークス・木材などは固体燃料であり、「石炭は固体燃料に分類される」は正しい（選択肢1が正しい）。「重油は気体燃料に分類される」は誤りで、重油は液体燃料である（選択肢2は誤り）。「天然ガスは固体燃料に分…

解説: 重油はJIS K 2205により1種（A重油）・2種（B重油）・3種（C重油）に分類され、数字が大きいほど粘度が高い。C重油は粘度が高いため、そのままではポンプ輸送やバーナーへの供給が困難であり、加熱して粘度を低下させてから使用する（選択肢1が正しい）。「引火点とは燃料に点火した…

解説: LPG（液化石油ガス）の主成分はプロパン（C3H8）やブタン（C4H10）であり、常温常圧では気体であるが、適度な加圧によって液化でき、ボンベに充填して供給される。選択肢1が正しい。選択肢2について、LPGの気体は空気より重い（プロパンの比重約1.5、ブタンの比重約2.0）。その…

解説: ボイラーの熱効率計算には一般的に低発熱量（真発熱量・低位発熱量）を用いる。これは、ボイラーの実際の運転では排ガス中の水蒸気が凝縮されずに排出されるため、水蒸気の潜熱が回収されないことが多く、実用上の有効エネルギーとして低発熱量を基準とするのが合理的だからである（選択肢5が正しい）…

解説: 不完全燃焼の原因としては、供給空気量の不足（空気比が小さすぎる）、燃料と空気の混合が不十分、炉内温度の低下による反応速度の低下などが代表的である（選択肢5が正しい）。「完全燃焼では排ガス中にCOが生成される」は誤りで、COは不完全燃焼の生成物であり完全燃焼ではCOは生成されない（…

解説: 重油をはじめとする液体燃料の粘度は一般に温度が上昇すると低下する（逆に温度が下がると粘度は上昇する）。この性質を利用して、粘度の高いC重油は加熱して粘度を低下させ、バーナーでの霧化（噴霧）を容易にする（選択肢5が正しい）。「流動点とは重油を加熱したときに流動し始める最低温度」は誤…

解説: 重油に含まれる灰分（無機物）は燃焼後も気化せずに残渣（スラグ）となり、ボイラーの伝熱面や燃焼室内壁に付着することがある。これにより伝熱効率が低下し、過熱・腐食の原因にもなる（選択肢5が正しい）。「残留炭素分が多いほど燃焼性が向上しすすが少なくなる」は逆で、残留炭素分が多い重油は燃…

解説: 引火点とは、液体燃料を加熱したとき液面上に発生する可燃性蒸気と空気の混合気体に、外部の火源（小さな炎や火花）を近づけたとき瞬間的に火炎を生じる最低温度のことをいう（選択肢5が正しい）。「引火点が高い燃料ほど危険性が高い」は逆で、引火点が低い燃料ほど低温でも引火しやすいため危険性が…

解説: LNGを気化させた天然ガスの主成分はメタン（CH4）であり、分子量が約16と空気（平均分子量約29）より小さいため、気体状態では空気より軽い。そのため漏洩した場合は上方に拡散する性質がある（LPGとは逆の挙動）（選択肢4が正しい）。「LNGの主成分はプロパン（C3H8）であり、L…

解説: 本問は「誤っているものを選ぶ」問題です。気体燃料は液体燃料に比べて単位体積当たりの発熱量が小さい（気体は同じ体積でも質量が少ないため、エネルギー密度が低い）。液体燃料（重油等）の体積当たり発熱量は40〜42MJ/Lに達するのに対し、都市ガス（13A）は約45MJ/m³（1Lでは約…

解説: 元素分析（成分分析）は石炭中の炭素（C）・水素（H）・酸素（O）・窒素（N）・硫黄（S）の各含有量を化学的に分析する方法であり、その結果から理論空気量の計算（燃焼計算）に必要な元素組成が得られる（選択肢4が正しい）。「工業分析とは石炭を構成する元素（C・H・O・N・S・水分・灰分…

解説: 空気比（過剰空気係数、空気過剰率）mは、実際に燃焼に供給した空気量（A）を理論空気量（A0）で割った値（m＝A/A0）であり、燃焼管理の基本指標となる（選択肢3が正しい）。「理論空気量とは実際の燃焼で使用される空気量のことをいう」は誤りで、理論空気量とは燃料を完全燃焼させるために…

解説: 重油中に水分が含まれると、燃焼時に水分が蒸発する際に大量の気化熱（蒸発潜熱）を奪うため、炉内温度が低下する。炉内温度の低下は燃焼反応を抑制し、不完全燃焼（CO・すす等の発生）の原因となることがある。また、水分がバーナーノズル付近で急激に蒸発するとバーナーの燃焼が不安定になり、失火…

解説: 重油中の硫黄（S）は燃焼によってSO2（亜硫酸ガス）となり、さらに一部がSO3（三酸化硫黄）に酸化される。SO3は排ガス中の水蒸気と結合して硫酸（H2SO4）となり、排ガス温度が硫酸露点以下になるボイラーの低温部（エコノマイザ・空気予熱器など）で凝縮して低温腐食（硫酸腐食）を引き…

解説: 燃料中の硫黄（S）は完全燃焼により二酸化硫黄（SO2：亜硫酸ガス）を生成する（反応式：S＋O2→SO2）。SO2はさらに一部がSO3に酸化され、大気汚染（酸性雨）やボイラー低温腐食の原因となる（選択肢3が正しい）。「炭素の燃焼反応はC+O2→COであり生成物はCOのみ」は誤りで、…

解説: 無煙炭（anthracite）は石炭化度が最も高い石炭であり、揮発分が少なく（通常10%以下）、固定炭素分が多い（80〜95%以上）。このため着火しにくく特別な着火設備や高温の炉が必要であるが、燃焼温度は高くクリーンな燃焼が得られる（選択肢3が正しい）。「無煙炭は揮発分が多く着火…

解説: 圧力噴霧式バーナー（プレッシャーアトマイジング）は、重油をポンプで高圧（0.5〜4MPa程度）に加圧し、細いノズル孔から噴射して霧化する方式である。ノズル孔が細いため、粘度が高いままの燃料では孔が詰まりやすく、また霧化が粗くなって燃焼が悪化する（選択肢2が正しい）。「重油をスチー…

解説: 回転式バーナー（ロータリーアトマイジング）は、モーターで高速（通常3,000〜6,000rpm以上）回転させたカップ（コーン状の容器）の内面に燃料を供給し、遠心力によって燃料をカップ縁から放射状に飛散・微粒化する方式である。選択肢2が正しい。選択肢1について、回転式バーナーは霧化…

解説: 高圧気流式バーナー（ハイプレッシャーアトマイジング）は、高圧の蒸気（0.4〜0.8MPa程度）または高圧空気（コンプレッサー圧縮空気）を燃料に吹き付けて燃料を微粒化（霧化）する方式であり、霧化媒体（蒸気または高圧空気）が外部から供給される必要がある。選択肢2が正しい。選択肢1につ…

解説: 低圧気流式バーナーは、比較的低い圧力（約1〜5kPa程度）の空気（ファンまたはブロワーで送風）を多量に利用して燃料を霧化する方式であり、霧化に使う空気が同時に一次空気（燃焼用空気の一部）として機能することがある（選択肢1が正しい）。「低圧気流式バーナーは高圧の蒸気で燃料を霧化する…

解説: 拡散燃焼式ガスバーナー（ディフュージョンバーナー）は、燃料ガスと空気を分離した状態でバーナーから噴出し、燃焼室内で拡散しながら混合・燃焼させる方式である。ガスと空気が分離されているため混合気体を形成しないので逆火が原理的に起こりにくく、炎は長くなりやすい（選択肢1が正しい）。「拡…

解説: 平衡通風（バランスドドラフト）は、炉の前（燃焼空気側）に強制通風ファン（押し込みファン）を設けて燃焼用空気を押し込み、炉の後（排ガス側）に誘引通風ファンを設けて排ガスを引き出す方式の組み合わせである。炉内圧力を大気圧付近（±ゼロ）に制御でき、各ファンの能力を調整することで炉内圧を…

解説: 自然通風力（ドラフト）は、煙突内の排ガスと外気の密度差（温度差）によって生じる浮力によって発生する。排ガス温度が高いほど排ガスの密度が小さくなり、外気との密度差が大きくなるため浮力が増し、自然通風力（ドラフト）が大きくなる（選択肢5が正しい）。「自然通風力は外気温度が高いほど大き…

解説: CO2 max（最大炭酸ガス濃度・最大CO2濃度）とは、理論空気量で完全燃焼させたときの排ガス中のCO2濃度の最大値である。実際の排ガスのCO2濃度がCO2 maxに近いほど、過剰空気が少なく（空気比が小さく）かつ完全燃焼に近い良好な燃焼状態であることを示す。したがって「排ガス中…

解説: NOxにはサーマルNOx（熱的NOx）とフューエルNOx（燃料窒素由来のNOx）の2種類が主なものとしてある。フューエルNOxは燃料中に含まれる窒素化合物（重油・石炭等に含まれる有機窒素）が燃焼時に酸化されてNOxとなったものである（選択肢4が正しい）。「ボイラーから排出されるN…

解説: 低NOxバーナーの代表的な原理の一つは、排ガスの一部をバーナーに再循環させる内部排ガス再循環によって燃焼室内のO2濃度を希釈し、燃焼温度のピーク（高温滞留時間）を下げることでサーマルNOxの生成を抑制することである（選択肢4が正しい）。「低NOxバーナーは燃焼温度を可能な限り高く…

解説: 排煙脱硫装置（湿式スクラバー・石灰石-石膏法等）を排ガス処理設備として設置することで、排ガス中のSOx（SO2・SO3）を除去し、大気中への放出量を大幅に低減できる（選択肢4が正しい）。「重油中の硫黄分を低減してもSOxはほとんど変化しない」は誤りで、SOxの排出量は燃料中の硫黄…

根拠法令: 大気汚染防止法第3条

解説: 空気比m＝A/A0（A：実供給空気量、A0：理論空気量）は、排ガス中の酸素濃度（O2%）から計算によって求めることができる（おおよそm＝21/(21−O2%)の簡略式が使われる）。排ガスのO2濃度計（ジルコニア式酸素計など）を設置することで空気比をリアルタイムに把握・管理できるた…

解説: 水蒸気熱損失（湿り排ガス熱損失の一部）は、燃料中の水素（H）が燃焼して生成された水蒸気（H2O）、および燃料中に含まれる水分が蒸発した水蒸気が排ガスに含まれる量に比例する。燃料中の水素分や水分が多いほど排ガス中の水蒸気量が増え、水蒸気熱損失が大きくなる。「ボイラー外面からの放射・…

解説: 燃焼中の火炎の色・形状・長さはその時点での燃焼状態（空気量の過不足、燃料の霧化状態、炉内温度等）を反映する重要な視覚的管理指標である。良好な完全燃焼では通常明るいオレンジ〜明橙色で安定した炎となり、黒煙や白煙がなく適度な長さの炎が保たれる。「燃焼中の火炎の色・形状・長さは重要な燃…

解説: 油バーナーにおける燃焼用空気は一般に一次空気と二次空気に分けて供給される。一次空気はバーナー近傍（噴霧ノズル周辺）に供給して初期燃焼を安定させ、二次空気は炎の周囲や後段から供給して燃焼を完結させる。これら一次空気と二次空気の合計（全供給空気量）が燃焼に必要な空気量を構成する。選択…

解説: ばいじん（すす）の主成分は炭素微粒子（未燃焼炭素・煤）であり、不完全燃焼により生成される。電気集じん器（EP）は電気的に粒子を帯電させて集積する装置、慣性力集じん器（サイクロン等）は粒子の慣性力を利用して分離する装置であり、排ガス中のばいじんを除去するのに使用される。選択肢3が正…

解説: 重油の粘度が高いままバーナーに供給すると、噴霧ノズルでの霧化が不良となり（霧粒が大きい）、燃料と空気の混合が不十分になって不完全燃焼・燃焼不安定・ばいじん発生の原因となる。そのため粘度の高いB重油・C重油は燃料バーナーに供給する前に適切な温度に加熱し、粘度を霧化に適した範囲（圧力…

解説: 爆発限界（爆発範囲・燃焼限界）は、空気中のガス濃度（体積%）によって定まる。爆発下限界濃度より低いガス濃度（可燃ガスが薄い）の混合気体では点火源があっても着火・爆発しない（ガスが不足して燃焼維持できない）。同様に爆発上限界濃度を超える高ガス濃度（可燃ガスが濃すぎる）でも着火・爆発…

解説: 「乾き排ガス」とは排ガスから水蒸気（H2O）を除いた成分のみを指す概念であり、その主な成分はCO2（炭素の燃焼生成物）・SO2（硫黄の燃焼生成物）・N2（空気中の窒素）・O2（過剰空気分）である。水蒸気（H2O）は水素の燃焼生成物および燃料中の水分の蒸発分として湿り排ガス中には大…

解説: バーナー燃焼の脈動（パルゼーション）は、燃料の流量が変動する場合（燃料ポンプの脈動・燃料中の気泡等）や通風系が不安定な場合（ダンパーのハンチング等）に発生することがある。安定した燃焼維持のためには燃料供給の安定化（圧力調整弁・フィルター点検等）と通風の適切な制御が必要である。「燃…

解説: 選択触媒還元法（SCR：Selective Catalytic Reduction）は、排ガス処理（後処理）技術の一つであり、排ガスにアンモニア（NH3）または尿素水溶液（尿素SCR）を注入し、触媒（バナジウム系・ゼオライト系等）の存在下で排ガス中のNOxをN2（窒素）とH2O（…

解説: 大気汚染防止法に基づくボイラー等からのNOx（窒素酸化物）排出規制は、施設の種類・燃料の種類（ガス・油・石炭等）・規模（熱入力・伝熱面積等）によって排出基準値が細かく定められており（同法施行規則・別表等）、規模が大きい施設ほど厳しい規制値が適用される場合がある。「ボイラーからのN…

根拠法令: 大気汚染防止法第2条第1項、第3条

解説: エコノマイザ（節炭器・給水予熱器）は、ボイラーの排ガス出口側に設置され、排ガスが持つ余熱（高温）を利用してボイラーへの給水を予熱する熱交換器である。給水温度を上昇させることでボイラー本体での加熱負荷が減り、同時に排ガス温度が低下して（排ガス熱損失が減少し）ボイラーの熱効率が向上す…

解説: ボイラーの燃焼管理の主な目的は、(1) 安全で安定した燃焼の維持（失火・逆火・爆発防止）、(2) 燃焼効率の最大化（排ガス熱損失・不完全燃焼損失の最小化）、(3) 大気汚染防止法等の法令基準（SOx・NOx・ばいじんの排出基準）を遵守すること、の三つを同時に達成することである。「…

根拠法令: 大気汚染防止法第3条