火力発電の仕組みと熱効率 ミニテスト【第2回】

正解：（2）タービンから抽気した蒸気で給水を加熱する
再生サイクルは、タービンの途中から蒸気の一部を抜き出し（抽気）、その熱を給水加熱器でボイラ給水に渡す方式です。冷たいまま受熱する部分が減るので平均受熱温度が上がり、サイクルの熱効率は改善する方向にはたらきます。ただし抽気した蒸気は後段のタービンで仕事をしないため、同じ蒸気量なら出力そのものは減ります。（1）は高圧タービンを出た蒸気をボイラへ戻して温め直す再熱で、温める対象が給水ではなく蒸気です。（3）の排ガスの再利用は排ガス再循環や排熱回収、（4）の冷却水の再循環は復水器まわりの冷却系統、（5）の燃料の再利用は燃焼設備の話で、いずれも給水加熱とは別の系統です。

正解：（3）管内に水、管外にガス
水管ボイラは細い水管の内側に水や蒸気を通し、その外側を燃焼ガスが流れます。管が細いほど高い圧力に耐えられ、本数を増やせば伝熱面積も稼げるため、（1）とは逆に大容量・高圧の発電用に向きます。保有水量が少ないぶん丸ボイラより起動は速いほうなので（2）も当てはまりません。（4）は管の内側を燃焼ガス、外側を水が通る煙管ボイラの構造で、水とガスが逆です。（5）も誤りで、小容量では丸ボイラなどが選ばれます。なお貫流ボイラは水管ボイラの一種で、蒸気ドラムを持たない形式です。

正解：（3）排煙脱硝装置を設置する
代表的な排煙脱硝装置は選択接触還元（SCR）で、排ガスにアンモニアを吹き込み、触媒の上でNOxを窒素と水に還元します。触媒が働く温度域があるため、設置位置は排ガス温度を見て決めます。燃焼側の対策としては低NOxバーナ、二段燃焼、排ガス再循環などがあり、いずれも火炎の温度と酸素を局所的に抑える考え方です。（1）は逆で、温度が高いほど空気中の窒素が酸化するサーマルNOxが増えます。（2）も酸素が多いほどNOxは増える方向で、低NOx燃焼はむしろ空気を絞って段階的に燃やします。（4）は高温域に長くとどまるほどサーマルNOxの生成が進みます。（5）は着地濃度を下げる拡散の工夫で、排出量そのものは変わりません。

正解：（1）排煙脱硫装置を設置する
SOxは燃料に含まれる硫黄分が燃えてできるので、発生量は燃料の硫黄分と使用量でほぼ決まります。排煙脱硫装置は排ガス中の二酸化硫黄を吸収液と反応させて取り除くもので、石灰石－石膏法では副生物として石膏が得られます。燃料側では低硫黄の重油や、硫黄分をほとんど含まないLNGへ替える方法があります。（2）の燃焼温度や（3）の酸素濃度を変えても燃料中の硫黄の量は変わらないため、SOxの発生量はほとんど動きません。（4）は着地濃度がかえって上がります。（5）の二段燃焼はNOxを減らす燃焼方法で、SOxには効きません。

正解：（3）蒸気温度・圧力を上げる
タービン入口の蒸気温度・圧力を高くすると、サイクルの平均受熱温度が上がるため熱効率は上がる方向にはたらきます。ただしいくらでも上げられるわけではなく、実際には配管やタービン材料の耐熱・耐圧、低圧段での蒸気の湿り、設備コストで上限が決まります。（2）の真空度を下げるとは復水器の圧力が上がることで、タービンで使える熱落差が減るため効率は下がります。効率の面では、冷却水の温度と復水器の性能が許す範囲で真空度を高く保つのが有利です。（1）と（4）は（3）の逆、（5）の排気温度の上昇は（2）と同じく排気側の圧力・温度が上がることを意味し、いずれも効率を下げる方向です。