解説 - 問題 10

次の各文章の【1】～【8】の中に入れるべき最も適切な字句等をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、一つの解答群から同じ記号を2回以上使用してもよい。
また、【A】～【I】に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。（配点計50点）

燃料としての微粉炭の専焼は$CO_2$排出量が多いことが問題とされているが、バイオマスの燃焼で発生する$CO_2$をゼロと見なすことができれば、木質バイオマスとの混焼は$CO_2$削減対策として評価できる。本問では、微粉炭とバイオマスとの混焼による$CO_2$削減効果について試算する。
微粉炭の組成は、質量比で炭素72%、水素5%、酸素8%、灰分15%とし、灰分は燃焼反応に関与せず、体積、比熱共にゼロとみなせるものとする。また、木質バイオマスは十分に乾燥しており、成分はセルロースのみで、そのセルロースは$C_6H_{10}O_5$が多数結合した物質と考える。なお低発熱量は、微粉炭が28.1 MJ/kg-f、乾燥した木質バイオマスが19.4 MJ/kg-fとし、専焼、混焼を問わず、空気比1.3、空気中の酸素の体積割合21%で完全燃焼しているものとする。なお、単位記号の$m^3_N$は標準状態（0℃、1気圧）での気体の体積を表し、/kg-fは燃料の単位質量当たりであることを表すものとする。

1) 微粉炭の燃焼
燃料中の炭素、水素の完全燃焼反応式は次のようになる。
C + $O_2$ = $CO_2$
H + 【1】$O_2$ = 【2】$H_2O$
この反応式から、炭素1kgの完全燃焼に必要な酸素量は【3】[$m^3_N$]、水素1kgの完全燃焼に必要な酸素量は【4】[$m^3_N$]となる。これらから、微粉炭1kgの燃焼に必要な理論酸素量は【A】[$m^3_N$/kg-f]と求められる。空気中の酸素の体積割合から微粉炭1kgの燃焼に必要な理論空気量は【B】[$m^3_N$/kg-f]、空気比1.3から実際の空気量は【C】[$m^3_N$/kg-f]となる。また、生成する湿り燃焼ガス量は【D】[$m^3_N$/kg-f]となる。