問題 13

次の各文章の【1】～【16】の中に入れるべき最も適切な字句、数値又は式をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。(配点計50点) (1) ボイラに投入された熱量のうち、蒸気等で取り出された有効出熱以外の熱量を損失熱量という。この損失熱量を把握することが、ボイラ効率を管理することやボイラ効率向上対策を検討する上で、大変重要となる。JIS B 8222-1993で規格化されている陸用ボイラ熱勘定方式によると、このボイラ熱損失の主な項目には、次の①～⑤に示すようなものがある。 ① 排ガス熱損失 ② 不完全燃焼ガスによる熱損失 ③ 燃えがら中の未燃分による熱損失 ④ 放散熱による熱損失 ⑤ その他の熱損失 1) 排ガス熱損失 ①の排ガス熱損失は、燃焼によって生じる排ガスがボイラから持ち去る熱損失である。排ガス熱損失$L_g$は次式で表すことができる。 $L_g = G \times c_g \times (t_g - t_0)$[kJ/kg-f] ここで、$G$[kg/kg-f]は燃料単位質量当たりの排ガス量、$c_g$[kJ/(kg·K)]はボイラ排ガスの平均比熱、$t_g$[℃]はボイラの排ガス温度、$t_0$[℃]は基準温度である。基準温度は大気温度とすることが多い。 この排ガス熱損失が増加する場合、何らかの原因で排ガス量Gが増加するか、排ガス温度$t_g$が上昇していることになるので、この状況では次のような項目を疑ってみると良い。 ・炉壁管や伝熱管の燃焼ガス側表面が【 1 】で汚れていないか。 ・ボイラの【 2 】にスケールが厚く付着していないか。 ・必要以上に燃焼用空気がボイラに投入されていないか。 2) 不完全燃焼ガスによる熱損失 ②の不完全燃焼ガスによる熱損失は、燃焼不良が生じて排ガス中に未燃ガスが排出される損失で、排ガス中に【 3 】が検出される。

3) 燃えがら中の未燃分による熱損失 ③の燃えがら中の未燃分による熱損失は、重質油や石炭などを燃焼した際に排出される燃え残りの熱量換算分で、【 4 】の不足などにより燃焼不良が生じていると増加する。燃えがら中の未燃分による熱損失$L_c$は次式で表すことができる。 $L_c = H_c \times \frac{c}{100}$[kJ/kg-f] ここで、$H_c$[kJ/kg]は【 5 】であり、$c$[%]は燃料単位質量当たりに発生する未燃炭素の質量割合であるが、$c$は現場計測で知ることはできないので、次のように求める。 石炭などの固体燃料を燃焼した場合、一般にはボイラ排ガス中の燃えがらをサンプリングし、燃えがら中の未燃炭素を計測する。燃えがら中の未燃炭素の質量割合uは、燃料単位質量当たりの灰分の質量割合をa[%]とすると、次式で表すことができる。 $u$=【 6 】[%] これをcについて解くと、次式で表すことができる。 c=【 7 】[%] すなわち、計測値uと燃料中の灰分aを用いることでcが求められ、熱損失$L_C$が計算できる。

4) 放散熱による熱損失他 ④の放散熱による熱損失は、ボイラ本体の外表面などから放散される熱損失で、その算出方法にはボイラ各部の表面温度及び周囲外気温度の測定値と【 8 】から求める方法などがある。 ⑤のその他の熱損失としては、固体燃料及び液体燃料の場合には、燃えがらの顕熱やアッシュピットへの放射熱損失などが考えられる。

5) ①～⑤の熱損失の中で、最も損失熱量の大きなものは【 9 】であり、その熱回収のため、中・大型ボイラでは【 10 】や空気予熱器が設置されている。

(2) 空気予熱器には、ボイラの排ガスを一定時間厚さ1mm程度の金属板に接触させて熱を回収し、その後燃焼用空気を接触させて空気側に熱を放出して、燃焼用空気を予熱するものがある。これを【 11 】空気予熱器という。燃焼用空気が高温となることから、燃料の着火性及び燃焼効率が向上し、燃えがら中の未燃炭素分を軽減する効果があるので、【 12 】を小さくして排ガス損失を低減することも期待できる。なお、燃焼用空気が高温となることは、燃焼温度の上昇を伴うため、【 13 】の生成が促進される恐れがあるので、留意が必要である。

(3) 蒸気圧11MPaの蒸気を発生しているボイラがある。発生蒸気の比エンタルピーは2681 kJ/kgで、ボイラ給水の比エンタルピーは428.1kJ/kgである。このときのボイラの燃料消費量は2055kg/hで、ボイラ効率(低発熱量基準)は90%であった。ここで、燃料の低発熱量が40.2MJ/kgで、入熱は燃料からのみ供給されるとする。 1) このボイラの蒸発量は【 14 】[t/h]となる。 2) ボイラの発生蒸気の乾き度を、飽和蒸気表を用いて求めると、【 15 】[%]となる。 3) ボイラから蒸気使用先へは蒸気配管で接続されており、蒸気配管中ではドレンが発生している。そこで、このドレンからの熱回収を考えた。ドレンは、圧力が11MPaに維持された飽和水であり、これを0.5MPaに減圧して発生するフラッシュ蒸気として活用するとしたとき、このフラッシュ蒸気の発生量はドレン1kg当たり【 16 】[kg]となる。ただし、ドレンが他への熱損失なしに全てフラッシュ蒸気となるものとする。