問題 13

次の各文章の【1】～【13】の中に入れるべき最も適切な字句、数値又は記述をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、【1】及び【2】は2箇所あるが、それぞれ同じ記号が入る。 また、【A a.b】～【C 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) (1) ボイラの形状を主とした分類とその特徴について考える。 1) ボイラは、本体の構造形式により、大きくは次の①～③に分類される。 ① 本体が径の大きな円筒形の胴からなる【 1 】 ② 径の小さな多数の水管によりボイラを構成する水管ボイラ ③ 排熱を回収して熱源としたり、特殊燃料を用いたりする特殊ボイラ 2) 【 1 】は、円筒形のドラムの内部に、燃焼室としての炉筒や【 2 】などの伝熱面を配置した構造のボイラである。 このボイラの長所としては、次の①～③が挙げられる。 ① 多数の【 2 】を用いることで、多くの伝熱面積を確保でき、高い熱効率が得られる。 ② 構造が簡単であり、取扱いも容易である。 ③ ポイラ内に多くの飽和水を保持していることから、蒸気要求量が多少急増しても、【 3 】の低下が小さい。 一方、短所としては、ボイラ内の保有水量が多いため、【 4 】ことが挙げられる。

3) ドラム式の水管ボイラの主な特徴については、次に示すとおりである。 ① ドラム内に炉筒はなくドラム径が小さいので、ドラム製作が容易で、ドラムの厚肉化を伴う蒸気の【 5 】化に適する。 ② 水管はドラムの外に配置できるため、管本数を増やすことが容易なので、【 6 】のボイラに適する。 ③ 負荷変動により蒸気圧力やドラム水位が変動し易いので、これらの制御には応答の速い燃焼制御及び【 7 】を必要とする。

4) 特殊ボイラには、他の設備の排ガスからの熱回収を行う排熱回収ボイラ、特殊燃料に対応できる流動層ボイラや、水の代わりに特殊な熱媒体を使うボイラなどがある。 i) ガスタービンと蒸気タービンの複合サイクル発電所において、ガスタービンの排ガスから熱回収することにより蒸気を発生し、この蒸気を蒸気タービンの駆動用に供給しているため排熱回収ボイラは、複合サイクル発電としての高効率化には不可欠である。ガス燃料を用いたガスタービンの排ガスはクリーンであるため、そのような排ガスから熱回収するボイラでは、ガス側の熱抵抗を減らしコンパクト化を図るため、伝熱管には【 8 】が採用されている。 ii) 流動層ボイラは、燃焼室において流動媒体として、一般に【 9 】を使用し、燃焼室底部より【 10 】を導入することにより、流動層を形成して燃焼を行うものである。流動媒体を用いて燃焼することで、固体燃料の石炭の他、植物由来のバイオマス燃料や工場における製造プロセスの副生物など、幅広い燃料に適用できる。また、環境面では、燃焼室に【 11 】を投入することにより、炉内で脱硫ができることや、炉内温度が一般に850～900℃と低く維持されることから、【 12 】の発生が少ないのも特長である。

(2) ある工場のボイラで、過熱蒸気100t/hを発生させている。ボイラへの給水圧力は13MPa、給水温度は180℃、発生する過熱蒸気の圧力は12MPa、温度は542℃であり、そのときのボイラ効率(低発熱量基準)は90.0%であった。使用する燃料の低発熱量を41.0MJ/kgとし、蒸気表を用いて1)～4)を計算する。ただし、有効出熱は発生蒸気のみで、入熱は燃料からのみ供給されるものとする。 1) 給水温度が180℃のときに蒸気発生に使用された燃料消費量は、×10³ [kg/h]となる。 2) 次に、工場内の他のプロセスからの排熱利用により給水温度を16℃上昇させることが可能となった。ボイラ排ガス温度などの他の条件に変化はないものとすると、このときの燃料消費量は、×10³ [kg/h]となる。 3) また、このボイラから蒸気タービンへ過熱蒸気を供給することとし、蒸気タービンまで蒸気配管を施設した。蒸気タービン入口で、蒸気圧力の低下は無視できる程度であったが、蒸気温度は2℃低下した。蒸気表を用いて、蒸気配管での放熱損失を計算すると、×10⁵ [kJ/h]となる。 4) 給水温度を16℃上昇させた後のボイラ入熱に対する蒸気配管での放熱損失の割合を求めると、【 13 】[%]の損失となることが分かる。 **表 圧縮水と過熱蒸気表(抜粋)** | 圧力[MPa] | 温度[℃] | 比エンタルピー[kJ/kg] | |---|---|---| | 13 | 180 | 769.4 | | | 196 | 839.7 | | 12 | 540 | 3455.8 | | | 542 | 3461.0 |