解説 - 問題 10

2) 湿り燃焼ガス量を計算する。
この燃料1$m^3_{N-f}$を、完全燃焼させたときに発生する$CO_2$量は【C】[$m^3_N$/$m^3_{N-f}$]、$H_2O$量は【D】[$m^3_N$/$m^3_{N-f}$]と求められる。想定する燃焼では空気比が1.2なので、湿り燃焼ガス量は、発生する$CO_2$量及び$H_2O$量に、空気中の$N_2$量と余剰の$O_2$量を加えて【E】[$m^3_N$/$m^3_{N-f}$]となる。

3) 熱回収前のボイラの熱効率を計算する。
ここで、ボイラの熱効率については、燃料の低発熱量基準で計算することとし、それによって熱回収の効果を評価する。
メタンとエタンの低発熱量から、この燃料1$m^3_N$の燃焼による低発熱量は【F】[MJ/$m^3_{N-f}$]となる。ボイラからの熱損失は、熱回収前の温度300℃の排ガスが持ち出す熱損失のみとするので、熱回収を行う前のボイラの熱効率は86.9%となる。

4) 熱回収の効果を計算する。
使用燃料がメタンとエタンのみによるクリーンなガス燃料であり、燃焼ガスによる低温腐食等の問題は少ないので、排ガス温度を燃焼ガス中の水蒸気が凝縮するまで下げることによって、顕熱だけでなく潜熱も回収することを考える。ただし、水蒸気が凝縮しても燃焼ガスの体積と比熱は変わらないものと仮定する。
i) 顕熱回収の効果
排ガス温度が当初の300℃から50℃に低下するまで燃焼ガスから熱回収できたとすると、燃焼ガス1$m^3_N$から回収される顕熱量は【G】×$10^{-1}$[MJ/$m^3_N$]である。想定する燃焼ガス量を勘案すれば、この顕熱回収により、ボイラの熱効率は【H】[%]まで改善されることになる。
ii) 潜熱回収の効果
排ガス温度が50℃に低下するまでに、燃焼ガス中の水蒸気の22%が凝縮してその潜熱が回収できたとする。ここで、1kgの水蒸気は【7】[kmol]であるから、水蒸気1$m^3_N$当たりの凝縮潜熱は【I】[MJ/$m^3_N$]となる。
i)の顕熱回収に加えて水蒸気の潜熱回収も行った場合は、燃料の低発熱量基準のボイラの熱効率は【J】 \times 10^{【j】}[%]と算出される。効率の値は100%を超えたものになるが、これは燃料の低発熱量基準でボイラの効率を評価しているためである。