通風・熱損失・大気汚染物質

通風とは何で、自然通風の強さは何で決まる？

通風は、燃焼に必要な空気を炉に送り込み、燃焼ガスを煙突から外へ出す空気とガスの流れです。流れを起こす圧力差を通風力といいます。

自然通風は、煙突の中の高温で軽いガスと、外の冷たく重い空気との密度の差で通風力を得ます。通風力は煙突が高いほど、煙突内のガス温度が高いほど大きく、外気温度が低いほど大きくなります。ファンを使わないので動力はいりませんが、通風力が弱く、通風抵抗の大きいボイラーには向きません。

公表試験問題では、自然通風力を「外気と煙突内のガスの密度の差×煙突の高さ」で求めるという記述が正しい扱いです。これをPaで表すときは、さらに重力加速度を掛けます。

押込通風・誘引通風・平衡通風は何が違う？

人工通風はファンで通風力をつくる方式で、ファンの位置で三つに分かれます。押込通風は、ファンで燃焼用空気を炉に押し込む方式で、炉内は大気圧より高く（正圧に）なります。常温の空気を扱うのでファンの動力が小さく、燃料と空気の混合もよくしやすい方式です。燃焼ガスが外に漏れないよう、炉やケーシングを気密にする必要があります。

誘引通風は、煙道や煙突の入口にファンを置いて燃焼ガスを吸い出す方式で、炉内は大気圧より低く（負圧に）なります。高温で体積の大きい燃焼ガスを扱うので、ファンが大きくなって動力が増え、耐熱性と耐食性も求められます。

平衡通風は、押込ファンと誘引ファンを併用し、炉内圧を大気圧よりわずかに低く保つ方式です。燃焼ガスが外に漏れにくく、通風抵抗の大きいボイラーでも強い通風力が得られます。

ボイラーのファンにはどんな種類がある？

多翼形ファンは、羽根車の外周近くに、浅くて幅の広い前向きの羽根をたくさん並べたものです。小型・軽量ですが、効率は高くなく、高温・高圧・大容量には向きません。

後向き形ファンは、後ろ向きに曲がった羽根を持ち、効率が良く、高温・高圧・大容量のボイラーに向きます。ラジアル形ファンは、中心から放射状に平板の羽根を付けたもので、形が簡単で羽根を取り替えやすく、摩耗に強い方式です。

ボイラーの熱損失で最も大きいのはどれ？

一般に最も大きいのは、煙突から出ていく排ガスが持ち去る排ガス熱損失です。ほかに、一酸化炭素やすすが残る不完全燃焼による損失、固体燃料の燃え残りが灰と出る未燃分による損失、ボイラーの周りから逃げる放熱損失があります。

排ガス熱損失は、排ガスの量と温度で決まります。量を減らすには、不完全燃焼を起こさない範囲で空気比を小さくします。温度を下げるには、伝熱面のすすやスケールを取り除き、エコノマイザや空気予熱器で熱を回収します。放熱損失は、ボイラー周壁やケーシングの保温で減らします。

窒素酸化物と硫黄酸化物はどうして出て、どう減らす？

燃焼で出る窒素酸化物（NOx）は大部分が一酸化窒素で、二酸化窒素はわずかです。空気中の窒素が高温で酸素と結びつくものをサーマルNOx、燃料中の窒素化合物から出るものをフューエルNOxといいます。サーマルNOxは、燃焼温度が高いほど、高温の部分にガスがとどまる時間が長いほど、酸素が多いほど増えます。

減らす方法は、燃焼温度を下げ、高温部の酸素を減らす方向にそろっています。空気を二段に分けて送る二段燃焼、排ガスの一部を燃焼用空気に戻す排ガス再循環、燃料の多い火炎と空気の多い火炎をつくる濃淡燃焼、低い空気比での燃焼、窒素化合物の少ない燃料への切替えがあります。

硫黄酸化物（SOx）は燃料中の硫黄から生じ、大部分が二酸化硫黄です。燃焼の工夫ではほとんど減らせないので、硫黄分の少ない燃料に替えるか、排煙脱硫装置で取り除きます。ばいじんは、すすと、燃料中の灰分からくるダストを合わせたものです。

低温腐食はどこで起こり、どう防ぐ？

燃料中の硫黄は燃えて二酸化硫黄になり、その一部は酸化が進んで三酸化硫黄になります。三酸化硫黄は排ガス中の水分と結びつき、温度が露点より下がった伝熱面で硫酸となって付き、金属を腐食させます。これが低温腐食で、エコノマイザや空気予熱器など、排ガスの温度が低い部分で起こります。

防ぐには、硫黄分の少ない燃料を使う、低い空気比で燃やして三酸化硫黄をできにくくする、伝熱面の温度を露点より高く保つ、といった方法をとります。エコノマイザでは、入る給水の温度を上げると伝熱面の温度が上がり、腐食を抑えられます。

高温腐食は、重油の灰分に含まれるバナジウムの化合物が、過熱器など温度の高い伝熱面に付いて起こるものです。低温腐食とは原因も場所も違います。

職場ではどう使う？

誘引ファンを持つボイラーでは、炉内圧を示す通風計が少し負圧を指しているのが普段の姿です。ダンパの開度が変わったり、煙道にすすがたまったりすると指示が変わるので、運転日誌に炉内圧の欄を設けている現場は少なくありません。

自治体との公害防止協定などでNOxの排出濃度に上限がある工場では、空気比や排ガス再循環の設定を触る前に、ばい煙の測定記録を確認します。ボイラー則が作業主任者の職務に「排出されるばい煙の測定濃度」の記録を挙げているのは、この管理とつながっています。

試験ではどう問われる？

通風では、押込通風と誘引通風の特徴を入れ替えた選択肢が中心です。炉内が正圧か負圧か、扱うのが常温の空気か高温のガスか、ファンの動力の大小が入れ替えの対象になります。自然通風では、通風力が大きくなる条件（煙突が高い、ガス温度が高い）を逆にした記述が出ます。

環境では、NOxの大部分が一酸化窒素であることや、サーマルとフューエルの定義の入れ替え、抑制方法の中に「燃焼温度を上げる」「空気比を大きくする」を混ぜた選択肢に注意してください。低温腐食では、給水温度を上げるのか下げるのかが問われやすいところです。