Question 1

燃焼計算における「理論空気量」の説明として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

燃料を過不足なく完全に燃焼させるために理論上必要な最小の空気量をいう。。【解説】理論空気量とは、燃料を過不足なく完全燃焼させるために理論上必要となる最小の空気量をいい、燃料に含まれる炭素・水素・硫黄などの成分組成をもとに燃焼反応式から計算で求められる。【他の選択肢が不適切な理由】実際にボイラーへ供給している空気量は実際空気量であり、理論空気量とは区別される別の量である。煙道内に残る燃焼ガスの総量は理論空気量とは異なる概念であり、供給する空気量の説明にはならない。燃焼設備が1時間に処理できる空気の上限量は設備の能力を示す値であって、理論上必要な最小空気量を表す理論空気量とは異なる。

Question 2

空気比に関する記述として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

空気比とは、実際空気量を理論空気量で割った値をいう。。【解説】空気比は、実際に供給している実際空気量を理論空気量で割った値(m=A/A0)で表され、完全燃焼を確実にするため通常は1より大きい値に設定される。空気比が燃焼状態や排ガス組成を判断する基本的な指標になる。【他の選択肢が不適切な理由】理論空気量から実際空気量を差し引いた量は空気比ではなく、両者の差を示すにすぎない値である。実際空気量と理論空気量の和を2で割った値は平均値にすぎず、空気比の定義とは異なる。燃焼室内の圧力を大気圧で割った値は通風に関する圧力比であり、空気比の説明としては誤りである。

Question 3

炭素(C)が完全燃焼するときの反応を表す式として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

C + O2 → CO2。【解説】炭素が完全燃焼するときは、炭素原子1個が酸素分子1個と反応して二酸化炭素(CO2)を生じる「C + O2 → CO2」の反応式で表される。これは燃焼計算の基礎となる代表的な反応式である。【他の選択肢が不適切な理由】「C + 2O2 → CO2 + O2」は酸素原子の数のつり合いだけを見れば成立しているように見えるが、燃焼に関与しない酸素分子を両辺に付け加えただけの式であり、炭素1個の完全燃焼に実際に必要な酸素量(酸素分子1個)を正しく表していない。「2C + O2 → 2CO」は酸素が不足した不完全燃焼で一酸化炭素が生じる場合の反応式であり、完全燃焼の式ではない。「C + H2O → CO + H2」は水蒸気と炭素が反応する別の反応(水性ガス反応)であり、酸素による完全燃焼を表す式ではない。

Question 4

水素(H2)が完全燃焼するときの反応を表す式として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

2H2 + O2 → 2H2O。【解説】水素が完全燃焼するときは、水素分子2個が酸素分子1個と反応して水(H2O)を2個生じる「2H2 + O2 → 2H2O」の反応式で表される。水素の燃焼では水蒸気が生成物となる点が特徴である。【他の選択肢が不適切な理由】「H2 + O2 → H2O2」は原子の数のつり合い自体は取れているが、過酸化水素の生成を表す式であり、水素を通常の条件で完全燃焼させたときに主に生じるのは水(H2O)であって過酸化水素ではないため、完全燃焼の反応式としては適切ではない。「2H2 + O2 → 2H2O2」は酸素原子の数が反応の前後で釣り合っておらず、化学反応式として成立しない。「H2 + CO2 → H2O + CO」は水素と二酸化炭素が反応する別の反応であり、酸素による水素の完全燃焼を示す式ではない。

Question 5

燃料中の硫黄(S)が燃焼したときに主に生成する物質として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

二酸化硫黄(SO2)。【解説】燃料中の硫黄は燃焼によって主に二酸化硫黄(SO2)となり、その一部がさらに酸化されて三酸化硫黄(SO3)を生じることがある。これらの硫黄酸化物(SOx)は大気汚染や低温腐食の原因となる。【他の選択肢が不適切な理由】硫化水素は硫黄の燃焼で主に生成する物質ではなく、酸素との反応で生じるのは硫黄酸化物である。三酸化硫黄はSO2の一部がさらに酸化されて二次的に生じる副次的な生成物であり、燃焼によって主に生成する物質はSO2である。硫化カルシウムは石灰石などのカルシウム分と硫黄が反応して生じることがある副次的な生成物であり、硫黄の燃焼で主に生じる物質ではない。

Question 6

ある燃料の理論空気量が10Nm³/kgであり、空気比1.2で燃焼させている場合の実際空気量として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

12.0Nm³/kg。【解説】実際空気量は理論空気量に空気比を掛けて求められる(A=mA0)ため、理論空気量10Nm³/kgに空気比1.2を掛けると12.0Nm³/kgとなる。この関係は燃焼計算の基本式として重要である。【他の選択肢が不適切な理由】8.3Nm³/kgは理論空気量を空気比で割った値に近く、実際空気量を求める計算式とは異なる操作をした結果である。10.0Nm³/kgは空気比を考慮せず理論空気量をそのまま答えたものであり、実際空気量の値ではない。13.2Nm³/kgは10に1.2を掛ける計算を誤って大きく見積もった値であり、正しい計算結果と一致しない。

Question 7

空気比を大きくして燃焼させた場合の燃焼ガス中の成分濃度の変化として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

CO2濃度は低下し、O2濃度は上昇する。。【解説】空気比を大きくすると、燃焼ガス全体に対して余分な空気(酸素と窒素)が増えるため、燃焼ガス中のCO2濃度は相対的に低下し、未反応のまま残るO2の濃度は上昇する。この関係を利用して燃焼ガス分析から空気比を推定できる。【他の選択肢が不適切な理由】CO2とO2がともに上昇する、あるいはともに低下するという変化は、空気比を増減させたときの一般的な燃焼ガス組成の変化とは合致しない。CO2濃度が上昇しO2濃度が低下するという記述は、実際に空気比を大きくしたときの傾向とは逆である。

Question 8

燃焼用空気が不足した状態で燃料を燃焼させた場合に生じやすい現象として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

炭素の一部が酸化されず、一酸化炭素(CO)が発生しやすくなる。。【解説】燃焼用空気が不足すると、燃料中の炭素が完全に酸化されずに一酸化炭素(CO)として残る不完全燃焼が生じやすくなる。これは未燃分による熱損失の増加やばい煙の発生にもつながる。【他の選択肢が不適切な理由】空気不足はむしろ燃焼温度の低下を招きやすく、NOxの生成が著しく増加するという記述とは一般に合致しない。空気不足によって燃焼温度が過度に上昇し耐火材の損傷が急速に進むという記述も、実際の傾向とは異なる。空気が不足しても燃料中の硫黄分自体がなくなるわけではなく、硫黄酸化物の発生が完全になくなるという記述は誤りである。

Question 9

ボイラーの運転において燃焼ガス分析(CO2・O2濃度の測定等)を行う目的として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

空気比の状態を把握し、燃焼の調整に役立てるため。。【解説】燃焼ガス中のCO2やO2の濃度を分析することで、現在の空気比がどの程度であるかを推定し、燃焼が過不足のない状態で行われているかを判断して、送風量などの調整に役立てることができる。【他の選択肢が不適切な理由】燃料タンク内の残量は液面計などで確認するものであり、燃焼ガス分析で把握する項目ではない。ボイラー水中の溶存酸素濃度は水質管理の項目であり、燃焼ガスの分析結果から直接推定するものではない。燃焼ガス分析は排ガス温度だけを測定するものではなく、CO2やO2などの成分濃度を主な対象とする点で異なる。

Question 10

重油を燃焼させたときの理論空気量に関する記述として、最も適切なものはどれか。

Accepted Answer

重油の理論空気量は、炭素・水素・硫黄の組成をもとに計算で求められる。。【解説】重油の理論空気量は、燃料中に含まれる炭素・水素・硫黄などの可燃成分の質量割合をもとに、それぞれの完全燃焼に必要な酸素量を求めて合算し、空気中の酸素濃度から逆算することで計算できる。【他の選択肢が不適切な理由】水分量だけから理論空気量を概算することはできず、燃焼に関与する可燃成分の割合を踏まえる必要がある。密度だけで理論空気量が一意に決まるわけではなく、成分組成を無視できるという記述は誤りである。燃焼室の容積は燃焼設備側の条件であり、燃料の理論空気量を決める要因ではない。

燃焼理論(理論空気量・燃焼計算)の一問一答