問題 10

次の各文章の【1】～【7】の中に入れるべき最も適切な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。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 a.bc】～【I a.b】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) プロパンとブタンのみから成る燃料を、空気比1.3で燃焼させている加熱炉があり、この燃料1m³N-fを完全燃焼させると、CO₂が3.2m³NとH₂Oが生成するという。 排ガスによる熱損失を低減させるため、空気比を1.2に低下させてみたところ、それでも完全燃焼していた。このとき低減される損失熱量を求めるために、次の1)～3)の計算を、燃料単位量(m³N-fと表記する)当たりについて行う。なお、空気中の成分はO₂とN₂のみとする。 1) 理論空気量を計算する。 i) プロパンとブタンが完全燃焼したときの反応式はそれぞれ以下のようになる。 C₃H₈ + 【 1 】O₂ = 3CO₂ + 【 2 】H₂O C₄H₁₀ + 【 3 】O₂ = 4CO₂ + 【 4 】H₂O

ii) 燃焼によりCO₂が3.2m³/m³N-f生成することから、i)の反応式よりこの燃料中に含まれているプロパンのモル分率は【 5 】[%]と分かる。 iii) このときに必要な理論酸素量は[m³/m³N-f]であり、空気中に占める酸素の体積割合は【 6 】[%]であることから、この値を用いて理論空気量は[m³/m³N-f]と求められる。

2) 空気比低減前後の湿り燃焼ガス量を計算する。 i) この燃料を理論空気量で完全燃焼させたときに発生するCO₂量及びH₂O量は次のように整理できる。 CO₂量 : 3.2 [m³/m³N-f] H₂O量 : [m³/m³N-f] ii) 運転空気比が1.3の場合、燃焼ガスに含まれるO₂量及びN₂量は次のとおりとなる。 O₂量 : [m³/m³N-f] N₂量 : [m³/m³N-f] 以上より、このときの湿り燃焼ガス量は[m³/m³N-f]と求められる。 iii) 同様にして、運転空気比が1.2の場合のO₂量及びN₂量も求めることができ、このときの湿り燃焼ガス量は[m³/m³N-f]と求められる。 3) 空気比低減前後の排ガスによる損失熱量を計算し、損失熱量の低減率を求める。 i) 排ガスが持ち去る損失熱量Lᴳは、排ガス量をVᴳ、湿り燃焼ガスの平均定圧比熱をcₚₘ、排ガス温度をTᴳ、基準温度をTₒとすれば、式Lᴳ = 【 7 】と表される。