2011 ボイラ

8問 • 2年前

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火力発電用のボイラにおいて、ボイラ水中の不純物が蒸気と共にボイラドラム外に運び出されるために生じる現象をキャリーオーバという。キャリーオーバーが生じると、[1. 過熱器 ]やタービン翼にシリカなどの固形物が付着し、伝熱量の低下による効率の低下や、タービン性能を低下させるなどの障害を起こす。キャリーオーバには、次に挙げるものなどがある。ボイラ負荷の変動などによって急激な蒸発が起こり、ドラム内に発生した泡や水滴が気水分離されず、蒸気と共に外に運び去られる現象を[2. ハイドアウト ]という。また、ボイラ水の濃縮や有機物の存在で水面上に気泡層を生じる現象を[3. プライミング ]という。これらの他にシリカの選択的キャリーオーバがあり、前述の二つの現象などでボイラ外へ運び出される他に、蒸気に溶解してボイラからタービンに送られる。

◯, プライミング, フォーミング

火力発電用のように、過熱器を備えたボイラの蒸気温度制御は、過熱器出口での蒸気温度が一定になるように調整する制御である。制御操作の方法を大別すると、[1. 燃料 ]を操作するものと[2. 給水 ]を冷却操作するものがある。前者には、[3. バーナ ]の角度を上下に動かして過熱部と蒸発部の熱配分を調整する方法、燃焼ガスの一部を火炉下部へと戻して[4. 二段燃焼 ]させて過熱温度を上げる方法、及び対流式過熱器へのガス流をバイパスさせて温度調整する方法の3種類がある。後者には、給水の一部を過熱低減器に導いて冷却する方法がある。この冷却方式には、水を蒸気中に直接噴射するものと[5. 表面冷却器 ]を用いるものがある。

燃焼ガス, 蒸気, ◯, 再循環, ◯

火力発電用などの大型蒸気タービンに使用される蒸気は、一般的には[1. 飽和蒸気 ]が用いられる。これは、発生した蒸気を過熱器で更に加熱し、蒸気温度を高くしてサイクル効率を高めると同時に、タービン出口で蒸気が湿り蒸気になり、タービン翼が[2. 腐食 ]によって損耗することを防止するためである。過熱器は蒸気を加熱する管とこれをまとめる管寄せからできているが、伝熱の形態により、三つに大別することができる。これらの過熱器の特徴としては、一般的に、ボイラ負荷が増加すると、[3. 並流式 ]過熱器は過熱度が増し、[4. 向流式 ]過熱器は過熱度が減少する傾向がある。また、これらを組み合わせた[5. 混流式 ]過熱器がある。これらの3種類を適切に配置することにより、負荷変動に対して蒸気温度の変動を小さく抑えることができる。

過熱蒸気, エロージョン, 対流式, 放射式, 放射対流式

長期にわたり蒸気タービンの性能を維持し省エネルギーを図るためには、適切な運用管理が必要である。蒸気タービンを長期運用すると、Fe(鉄)やSi(ケイ素)の酸化物や、Na(ナトリウム)やNi(ニッケル)の化合物などを成分とする( 1 )が翼に付着して、段落特性を劣化させる。また、頻繁な起動停止、許容値以上の負荷変動などは、熱変形による回転部と静止部の摩擦や損傷をおこして回転部と静止部の隙間を( 2 )させ、漏洩損失増加につながる。

スケール, 増大

システム運用の観点からは、発生蒸気量に制限がない限り、極力タービン通過蒸気量を増し、プロセス蒸気や補助蒸気は( 1 )から供給するようにすると、熱消費率改善につながる。また、蒸気タービンの部分負荷運転では、翼の( 2 )が最適点からずれて段落効率が低下する他、摩擦や捕機動力などの( 3 )の割合が増加するために、熱消費率が悪化するので、極力高い負荷率で運転することが大切である。やむを得ず部分負荷運転を強いられる場合は、( 4 )を行うと、タービン蒸気加減弁の絞り損傷が低減され、熱消費率を改善できる。

タービン抽気, 速度比, 機械損失, 変圧運転

内燃機関は、ガソリンや天然ガスなどの燃料を使用する( 1 )機関と、軽油や重油などの燃料を使用する( 2 )機関とに大別されるが、適切な運転を行うためには、各々の機関の仕様に合致した燃料を使用する必要がある。( 1 )機関用の燃料性状を示す指標には、アンチノック性を表した( 3 )が用いられる。一方、( 2 )機関用の燃料の指標としては、自己着火性を示す( 4 )が用いられる。また、ガス燃料機関では、ガス燃料のアンチノック性を示す指標として( 5 )が用いられることが多い。

火花点火, ディーゼル, オクタン価, セタン価, メタン価

コージェネレーションシステムは、一つのエネルギー源から熱エネルギー及び電気エネルギーを供給するシステムであり、熱電併給システムとも呼ばれる。コージェネレーションシステムは、動力を発生する原動機などと、その排熱を回収して二次エネルギーを得るための排熱回収装置などから成る。排熱の回収は、原動機などから排出される高温の排ガスから行うほか、ガス機関やディーゼル機関では( 1 )からも行い、これらの熱は蒸気や温水の形で回収する。また、熱量設備として( 2 )を使用すれば、回収熱で冷熱を得ることも可能である。排熱を回収して有効に利用することで、発電と排熱回収を合わせた総合効率は、高いシステムの場合( 3 )[%]程度に達する。

ジャケット冷却水, 呼吸式冷凍機, 85

コージェネレーションシステムの有効性を高めるには、まず( 1 )したシステムが重要であり、年間を通じた負荷パターンを正確に把握した上で、利用率が最大になるよう、適切な原動機の種類と容量などを選定することが必要である。例えば( 2 )機関のコージェネレーションシステムは、他のシステムに比べて単体の発電効率は低めだが、排熱回収率は高めといった特徴があり、排熱回収によって得られる蒸気や温水の利用を意図した場合に、よく適用される。

電力負荷と熱負荷のバランスに合致, ガスタービン

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