エネルギー管理士(熱分野)「熱分野 課目Ⅲ 燃料と燃焼」一問一答(全22問)

正解：c. 1.43

正解は「1.43」。工業分析では 水分 + 灰分 + 揮発分 + 固定炭素 = 100% なので、固定炭素 = 100 − 3.0 − 12.0 − 35.0 = 50.0% である。燃料比 = 50.0 ÷ 35.0 ≒ 1.43 となる。燃料比が大きい石炭ほど、燃えにくいが発熱量の高い石炭であることが多い。「0.70」は誤り。揮発分を固定炭素で割っている。燃料比は固定炭素÷揮発分である。「1.77」は誤り。灰分を差し引かずに固定炭素を 62% としている。灰分 12% も引く必要がある。「2.43」は誤り。揮発分を差し引かずに固定炭素を 85% としている。揮発分 35% も引く必要がある。

正解：b. 可燃性ガスの濃度が燃焼範囲の下限界を下回る混合気では、点火しても火炎は伝わらない

正解は「可燃性ガスの濃度が燃焼範囲の下限界を下回る混合気では、点火しても火炎は伝わらない」。燃焼範囲は、点火したとき火炎が混合気中を伝わる可燃性ガス濃度の範囲で、下限界未満では濃度が薄すぎ、上限界超では空気（酸素）が足りず、いずれも火炎は伝わらない。範囲は温度や圧力が高いほど、また酸素濃度が高いほど広がり、不活性ガスを加えるほど狭まる。「混合気の温度が高くなると、一般に燃焼範囲は狭くなる」は誤り。温度が高くなると燃焼範囲は一般に広くなる。「混合気中の酸素濃度を高くすると、一般に燃焼範囲は狭くなる」は誤り。酸素濃度を高くすると、特に上限界が上がり、燃焼範囲は広くなる。「混合気に窒素などの不活性ガスを加えると、一般に燃焼範囲は広くなる」は誤り。不活性ガスを加えると酸素が薄まり、燃焼範囲は狭くなる。

正解：b. 180 m³N/h

正解は「180 m³N/h」。理想気体ではpV/Tが一定なので、標準状態の体積は100×(0.20/0.1013)×(273/300)＝100×1.974×0.910≒180 m³N/hとなる。圧力が高いほど体積は小さく、温度が低いほど体積は小さくなる。「91 m³N/h」は誤り。91 m³N/hは温度の補正（273/300）だけを行い、圧力が約2倍であることを反映していない値である。「197 m³N/h」は誤り。197 m³N/hは圧力の補正（0.20/0.1013）だけを行い、温度の補正を忘れた値である。「217 m³N/h」は誤り。217 m³N/hは温度の補正を300/273と逆の比で行った値である。体積は温度が高いほど大きいので、標準状態へ換算すると小さくなる。

正解：a. 密度が大きい燃料油ほど、質量当たりの発熱量は小さくなるが、体積当たりの発熱量は大きくなる傾向がある

正解は「密度が大きい燃料油ほど、質量当たりの発熱量は小さくなるが、体積当たりの発熱量は大…」。密度の大きい重質な燃料油は炭素の割合が高く水素の割合が低いので、質量当たりの発熱量は小さいが、同じ体積に含まれる質量が大きいため体積当たりの発熱量は大きくなる傾向がある。「密度が大きい燃料油ほど、質量当たりの発熱量も体積当たりの発熱量も大きくなる傾向がある」は誤り。密度が大きいほど水素の割合が減って炭素の割合が増えるため、質量当たりの発熱量は小さくなる傾向がある。「密度が大きい燃料油ほど水素の割合が高く、質量当たりの発熱量が大きくなる傾向がある」は誤り。密度が大きい燃料油は炭素の割合が高く水素の割合が低い。水素は質量当たりの発熱量が大きいので、質量当たりの発熱量は小さくなる。「密度が大きい燃料油ほど、質量当たりの発熱量も体積当たりの発熱量も小さくなる傾向がある」は誤り。密度が大きいほど同じ体積に含まれる燃料の質量が増えるので、体積当たりの発熱量は大きくなる傾向がある。

正解：b. A重油は灯油・軽油に近い軽質な留分が多く動粘度が低いため、C重油に比べて予熱を弱くしても噴霧しやすい

正解は「A重油は灯油・軽油に近い軽質な留分が多く動粘度が低いため、C重油に比べて予熱を弱…」。重油はJIS K 2205で区分され、A重油は軽質で粘度が低く、C重油は残渣油が主体で粘度が高いため加熱して粘度を下げてから噴霧する。「動粘度はA重油が最も高く、C重油が最も低いので、C重油は予熱しなくても微粒化しやすい」は誤り。動粘度はA重油、B重油、C重油の順に高くなるので、順序が逆である。「重油は温度が上がると粘度が高くなる性質があるので、噴霧しやすくするには予熱を避け…」は誤り。液体は温度が上がると粘度が下がるので、高粘度の重油は予熱して粘度を下げ、微粒化しやすくする。「A重油は残渣油を主体とし、C重油は灯油・軽油留分を主体とするため、C重油のほうが…」は誤り。A重油は軽質な留分が主体、C重油は残渣油が主体であり、軽質なのはA重油のほうである。

正解：d. LNGの主成分はメタンで気化すると空気より軽く、LPGの主成分はプロパン・ブタンで空気より重い

正解は「LNGの主成分はメタンで気化すると空気より軽く、LPGの主成分はプロパン・ブタン…」。天然ガスは硫黄分などを除いて液化したものがLNGで主成分はメタン（空気より軽い）、LPGはプロパン・ブタンが主成分で空気より重い。「LNGの主成分はプロパンとブタン、LPGの主成分はメタンであり、LNGのほうが空…」は誤り。LNGの主成分はメタン、LPGの主成分はプロパン・ブタンであり、成分の対応が逆である。「LNGは空気より重く漏えい時に床面付近へ滞留し、LPGは空気より軽く天井付近へ上昇する」は誤り。気化したLNG（メタン）は空気より軽く、LPG（プロパン・ブタン）は空気より重いので、滞留する場所が逆である。「LNGは液化の前に硫黄分などを除去しないため、燃焼時にSOxやばいじんが石炭や重…」は誤り。LNGは液化の前に硫黄分や二酸化炭素などを除去するので、SOxやばいじんの発生は石炭や重油より少ない。

正解：c. 41.3 MJ/kg

正解は「41.3 MJ/kg」。低発熱量は高発熱量から水蒸気の凝縮潜熱を差し引いたものである。生成する水は9×0.12=1.08 kg/kg、潜熱分は2.5×1.08=2.70 MJ/kgなので、44.0−2.70=41.3 MJ/kgとなる。「46.7 MJ/kg」は誤り。46.7 MJ/kgは潜熱分を引かずに加えた値で、符号を誤っている。「43.7 MJ/kg」は誤り。43.7 MJ/kgは水の生成量を9倍せず、2.5×0.12=0.3 MJ/kgだけを引いた値である。「38.6 MJ/kg」は誤り。38.6 MJ/kgは水素1 kgから生じる水を9 kgでなく18 kgとして、2.5×18×0.12=5.4 MJ/kgを引いた値である。

正解：b. 35.8 MJ/m³N

正解は「35.8 MJ/m³N」。水蒸気2 m³Nの質量は2×0.804=1.608 kg、潜熱は1.608×2.5=4.02 MJなので、低発熱量は39.8−4.02≒35.8 MJ/m³Nとなる。「34.8 MJ/m³N」は誤り。34.8 MJ/m³Nは水蒸気1 m³Nあたりの潜熱を2.5 MJとして、2×2.5=5.0 MJを引いた値で、質量換算（0.804 kg）を省いている。「37.8 MJ/m³N」は誤り。37.8 MJ/m³Nは水蒸気の量を1 m³N分（約2.0 MJ）しか考慮せず、2 m³N生成することを見落とした値である。「43.8 MJ/m³N」は誤り。43.8 MJ/m³Nは潜熱分（約4.0 MJ）を高発熱量から引かずに加えた値である。

正解：c. 23.8 m³N

正解は「23.8 m³N」。C₃H₈＋5O₂→3CO₂＋4H₂Oより、プロパン1 m³Nに酸素5 m³Nが必要である。空気中の酸素が21%なので、理論空気量は5÷0.21≒23.8 m³Nとなる。「5.0 m³N」は誤り。5.0 m³Nは必要な酸素量であり、空気量に直す（0.21で除す）操作が抜けている。「19.0 m³N」は誤り。19.0 m³Nは4/0.21の値で、酸素の係数を水の係数4と取り違えている。「28.6 m³N」は誤り。28.6 m³Nは6/0.21の値で、酸素の必要量を6 m³Nとして係数を数え誤っている。

正解：b. 10.9 m³N/kg

正解は「10.9 m³N/kg」。必要酸素量は C: 0.85/12=0.0708 kmol、H: 0.12/4=0.0300 kmol、S: 0.03/32=0.0009 kmolで合計0.1018 kmol/kg、体積では0.1018×22.4≒2.28 m³N/kgである。これを0.21で除して理論空気量は約10.9 m³N/kgとなる。「14.1 m³N/kg」は誤り。14.1 m³N/kgは水素について、H₂ 1 kmolに酸素1 kmolが必要として計算した値である。実際はH₂＋1/2O₂→H₂Oで、必要な酸素は1/2 kmolである。「7.7 m³N/kg」は誤り。7.7 m³N/kgは水素の燃焼に必要な酸素を計算に入れていない値である。「2.3 m³N/kg」は誤り。2.3 m³N/kgは必要な酸素量（m³N/kg）のままで、0.21で除して空気量に直していない。

正解：a. 10.5 m³N

正解は「10.5 m³N」。CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂Oより、理論空気量は2÷0.21≒9.52 m³N、窒素は0.79×9.52≒7.52 m³Nである。これにCO₂ 1 m³Nと水蒸気2 m³Nを加えた約10.5 m³Nが理論湿り燃焼ガス量である。「9.52 m³N」は誤り。9.52 m³Nは理論空気量（2/0.21）そのものであり、燃焼ガス量ではない。「8.52 m³N」は誤り。8.52 m³Nは水蒸気を含まない理論乾き燃焼ガス量（CO₂とN₂）であり、湿りガス量ではない。「7.52 m³N」は誤り。7.52 m³Nは空気中の窒素だけの量で、CO₂と水蒸気が含まれていない。

正解：c. 1.24

正解は「1.24」。近似式に代入すると m＝21/(21−4.0)＝21/17≒1.24となる。「1.04」は誤り。1.04は酸素濃度4.0%を0.04として1に加えた値で、式の形を誤っている。「1.19」は誤り。1.19は1＋4.0/21として求めた値で、分母の21から酸素濃度を差し引いていない。「1.31」は誤り。1.31は21/(21−5)に相当する値で、酸素濃度を5%とした場合であり、与えられた4.0%と合わない。

正解：d. 空気比が小さすぎると不完全燃焼でCOやすすが増え、大きすぎると排ガス量が増えて排ガス損失が大きくなる

正解は「空気比が小さすぎると不完全燃焼でCOやすすが増え、大きすぎると排ガス量が増えて排…」。空気比は実際空気量÷理論空気量で表される。小さすぎると不完全燃焼を起こし、大きすぎると余分な空気が排ガスとして熱を持ち去るため、適正な低空気比で運転する。「空気比は理論空気量に対する実際の供給空気量の比であり、完全燃焼させるには1.0未…」は誤り。空気比は実際空気量÷理論空気量で、完全燃焼には理論空気量以上の空気が必要なので、1.0未満では不完全燃焼になる。「空気比を大きくするほど燃焼ガス温度が上がり、排ガス量が減るため、排ガス損失は小さくなる」は誤り。空気比を大きくすると排ガス量が増え、燃焼ガス温度は下がり、排ガス損失は大きくなる。「一般に、固体燃料は気体燃料よりも燃料と空気の混合が容易なので、気体燃料より低い空…」は誤り。混合が容易なのは気体燃料のほうで、気体燃料は低い空気比で完全燃焼でき、固体燃料はより高い空気比を要する。

正解：c. 9.4%

正解は「9.4%」。排ガスが持ち去る熱量は12.0×1.40×(220−20)＝3,360 kJ＝3.36 MJ/m³Nである。低発熱量35.8 MJ/m³Nで除すと3.36÷35.8≒0.094で、排ガス損失は約9.4%となる。「6.7%」は誤り。6.7%は排ガスの比熱を掛けずに、12.0×200を低発熱量で除した値である。「8.4%」は誤り。8.4%は分母を低発熱量でなく高発熱量（39.8 MJ/m³N）とした値で、基準が異なる。「10.3%」は誤り。10.3%は温度差を220−20＝200 Kでなく、220 Kとして求めた値である。

正解：b. 9.1%

正解は「9.1%」。必要な熱量が同じなので、燃料消費量はボイラ効率に反比例する。改善後の燃料消費量は改善前の80÷88≒0.909倍となり、削減率は1−0.909≒0.091、すなわち約9.1%となる。「8.0%」は誤り。8.0%は効率の差88−80をそのまま削減率とした値で、燃料消費量は効率に反比例することを考慮していない。「10.0%」は誤り。10.0%は効率の増加割合（88/80−1）を燃料の削減率とした値で、燃料消費量は効率に反比例するため、削減率とは異なる。「91%」は誤り。91%は改善後の燃料消費量が改善前の何%かを表す割合（80/88）であり、削減率ではない。

正解：c. 88.5%

正解は「88.5%」。熱損失法では、ボイラ効率＝100−(各熱損失の合計)[%]とする。損失の合計は8.2+0.7+1.1+1.5＝11.5%なので、効率は88.5%となる。「91.8%」は誤り。91.8%は排ガス損失だけを100%から差し引いた値で、他の損失が入っていない。「89.6%」は誤り。89.6%はブローダウン損失1.1%を差し引くのを忘れた値である。「11.5%」は誤り。11.5%は損失の合計であり、効率ではない。

正解：b. 1,945℃

正解は「1,945℃」。入熱の低発熱量が燃焼ガスの温度上昇に使われるとして、温度上昇は35,800÷(12.4×1.5)≒1,925 Kである。これに初期温度20℃を加えて約1,945℃となる。水蒸気は気体のままなので、低発熱量を用いる。「1,020℃」は誤り。1,020℃は燃焼ガス量12.4 m³Nに空気量（約11.4 m³N）も加えて二重に数えた値である。「2,160℃」は誤り。2,160℃は低発熱量でなく高発熱量39.8 MJ/m³Nを用いた値で、水蒸気の潜熱が顕熱に使われると誤解している。「2,290℃」は誤り。2,290℃は空気比1.0のときの燃焼ガス量（約10.5 m³N）を用いた値で、空気比1.2の過剰空気を考慮していない。

正解：d. 燃焼用空気の予熱温度を高めて、火炎温度を高く保つようにする

正解は「燃焼用空気の予熱温度を高めて、火炎温度を高く保つようにする」。適切でないものとして「燃焼用空気の予熱温度を高めて、火炎温度を高く保つようにする」を選ぶ。熱によるNOxは火炎が高温で酸素が多いほど増えるため、空気予熱で火炎温度を高めるとNOxはむしろ増える。「二段燃焼により、主燃焼域の空気を絞って火炎の酸素濃度とピーク温度を下げる」は適切。二段燃焼は、主燃焼域の酸素濃度と温度を下げて残りの空気を後段で供給する方法で、NOx低減に有効であり適切である。「排ガスの一部を燃焼用空気に混ぜて再循環させ、火炎温度と酸素濃度を下げる」は適切。排ガス再循環は、不活性なガスで酸素濃度と火炎温度を下げる方法で、NOx低減に有効であり適切である。「空気比を適正な範囲で小さくし、過剰な酸素を減らして燃焼させる」は適切。低空気比燃焼は、余剰酸素を減らして窒素の酸化を抑える方法で、省エネにも役立つため適切である。

正解：a. 排ガス中の硫酸蒸気の露点（酸露点）より金属表面の温度を高く保つよう、排ガス温度や給水温度を管理する

正解は「排ガス中の硫酸蒸気の露点（酸露点）より金属表面の温度を高く保つよう、排ガス温度や…」。燃料中の硫黄は燃焼でSO₂になり、一部がSO₃となって水分と硫酸蒸気をつくる。金属面が酸露点以下になると硫酸が凝縮して腐食するため、面温度を酸露点より高く保つ。「排ガス温度を水の露点以下まで下げて水分を十分に凝縮させ、硫黄酸化物を洗い流して腐食を防ぐ」は誤り。酸露点は水の露点より高いので、水の露点以下まで下げると硫酸が凝縮して腐食が進む。「空気比を大きくして過剰な酸素を増やし、三酸化硫黄の生成を抑える」は誤り。過剰な酸素が多いほど三酸化硫黄は生成しやすくなるので、低空気比燃焼のほうが低温腐食の抑制に有効である。「硫黄分の多い燃料に切り替えて酸露点を下げ、腐食が起きにくい状態にする」は誤り。硫黄分が多いほど三酸化硫黄の濃度が増えて酸露点は上がり、低温腐食は起こりやすくなる。

正解：c. 3.2 vol%

正解は「3.2 vol%」。ルシャトリエの式は L＝100/(Σ(Pi/Li)) である。60/5.0＋40/2.1＝12.0＋19.05＝31.05 なので、L＝100÷31.05≒3.2 vol%となる。「3.8 vol%」は誤り。3.8 vol%は下限界を成分の割合で重み付け平均（0.6×5.0+0.4×2.1）した値で、ルシャトリエの式ではない。「3.6 vol%」は誤り。3.6 vol%は二つの下限界の単純平均（(5.0+2.1)/2）であり、混合割合が考慮されていない。「2.1 vol%」は誤り。2.1 vol%は成分のうち低いほうの下限界をそのまま用いた値で、混合の効果を無視している。

正解：d. 引火点は、液面付近の蒸気が点火源により燃え出すのに十分な濃度になる最低の液温で、着火温度とは別の指標である

正解は「引火点は、液面付近の蒸気が点火源により燃え出すのに十分な濃度になる最低の液温で、…」。引火点は点火源を与えたときに燃え出すのに十分な蒸気が生じる最低の液温で、着火温度は点火源なしで自然に燃え始める最低温度である。「引火点は、点火源がなくても自然に燃え始める最低の温度であり、一般に着火温度よりも…」は誤り。点火源がなくても自然に燃え始める最低温度は着火温度（発火点）であり、引火点とは別の指標である。「着火温度は、点火源を近づけたときに液面付近の蒸気が瞬間的に燃え出す最低の液温のことである」は誤り。点火源を近づけて燃え出す最低液温は引火点の説明であり、着火温度の説明ではない。「引火点が低い燃料ほど、取扱い時に蒸気が着火しにくくなるため、火災の危険性は低くなる」は誤り。引火点が低いほど低い液温で引火するので、取扱い時の火災の危険性は高くなる。

正解：a. 砂などの流動媒体の層で燃やし、900℃前後以下の低温で運転するため、サーマルNOxが少なく炉内脱硫もできる

正解は「砂などの流動媒体の層で燃やし、900℃前後以下の低温で運転するため、サーマルNO…」。流動層燃焼は、空気で流動させた砂などの層で固体燃料を燃やす方式で、900℃前後以下の低温で運転するためサーマルNOxが少なく、石灰石を加えれば炉内脱硫もできる。「燃料を微粉にして浮遊させて燃やす方式で、炉内が1,400℃以上の高温となるため、…」は誤り。これは微粉炭燃焼の説明である。流動層燃焼は低温で運転する方式で、燃料を微粉にして浮遊させる方式ではない。「層内の混合が悪く燃料の滞留時間も短いので、低品位の燃料や廃棄物は燃焼させにくいと…」は誤り。流動層は混合が良好で滞留時間を長く取れるため、低品位炭や廃棄物など多様な燃料にも対応しやすい。「流動媒体を使わず、火格子の上に燃料を積んで静置して燃やす方式で、石灰石による炉内…」は誤り。これは火格子燃焼（ストーカ）の説明である。流動層燃焼は流動媒体を空気で流動させる方式である。