【二級ボイラー技士・燃焼】都市ガス・LPG・石炭｜気体・固体燃料の性質と計算

結論：気体燃料は空気と混ざりやすく制御性に優れますが、漏えい時の安全判断はガスの空気に対する密度、供給圧力、換気の流れを一緒に見ます。固体燃料は、炭種名の暗記だけでなく、水分・灰分・揮発分・固定炭素が燃焼へ及ぼす影響まで結び付けると理解できます。

旧本文にあった「13Aは全国同じメタン割合」「天然ガスならSOxやすすがゼロ」「LPG検知器は必ずこの高さ」という読め方を避けました。実設備ではガス供給事業者の仕様、検知器メーカーの設置基準、ボイラーの取扱説明書を優先してください。

天然ガス・LNG・都市ガス・LPGを分ける

東京ガスネットワークの13A標準ガス例ではメタン89.60％ですが、13Aは化学式ではありません。原料の産地や供給事業者が違えば組成も変わるため、「13A＝メタンが必ず89.60％」とは覚えないことが重要です。

漏えい時は空気に対する密度で考える

ガス検知器は密度だけで設置位置を決めません。対象ガス、機種、空気の流れ、ガス機器との距離を確認し、供給事業者と検知器メーカーの指定に従います。警報時は着火源になり得る操作を避け、設備の緊急手順で遮断・退避・連絡します。

気体燃料の長所と残るリスク

気体燃料は微粒化が不要で、空気との混合、点火、流量制御がしやすい燃料です。油燃料より灰・ばいじん・硫黄酸化物が少ない傾向があります。一方で、漏えいによる火災・爆発、供給圧力異常、失火、逆火、不完全燃焼による一酸化炭素は残ります。

メタンを燃やしても二酸化炭素は発生し、高温燃焼では窒素酸化物も生成します。「ガスは無公害」「すすは絶対に出ない」とは表現できません。気体燃料の火炎は、油の輝炎より放射伝熱が小さくなりやすい点も試験上の比較ポイントです。ガスバーナの混合方式は「気体燃料の燃焼方式とガスバーナ」、排出物は「大気汚染防止と燃焼障害」でつなげて学べます。

反応式から理論空気量を求める

完全燃焼に必要な酸素量は、燃焼反応式の係数から求めます。同じ温度・圧力なら、気体の体積比は係数比として扱えます。

日本LPガス協会の資料もプロパンの理論空気量を約24倍としています。実際の燃焼では混合の不均一を補うため理論量より多い空気を送りますが、多すぎる空気は排ガス損失を増やします。空気比の計算は「燃焼の基礎理論」で詳しく扱います。

石炭は炭化度と燃焼性を結び付ける

これは一般傾向で、同じ炭種でも産地や分析値で性状は変わります。褐炭を単に「品質が悪い」と覚えるのではなく、水分が多いため受入れベースの発熱量が低くなりやすい、と因果関係で捉えます。

工業分析と元素分析は目的が違う

工業分析の固定炭素は、元素分析の炭素Cと同じ値ではありません。たとえば同じ基準で水分5％、灰分10％、揮発分35％なら、固定炭素は差し引きで「100－5－10－35＝50％」です。固定炭素は、規定条件で水分と揮発分を除いた後に残る可燃分を表す指標です。

コークスは石炭を空気から遮断して加熱する乾留で揮発分を減らした炭素質の固体です。「炭素100％」ではなく、灰分や硫黄分なども含み得ます。固体燃料は灰の搬出、未燃分、ばいじん、燃焼速度の遅さまで運転管理に影響します。

理解度チェック

関連学習とまとめ

気体燃料は名称、密度、反応式、安全対策を一つの流れで整理します。固体燃料は炭化度だけで順位付けせず、分析値から着火、燃焼、灰処理への影響を読み取ります。最後に「固定炭素」と「元素としての炭素」を混同しないことが得点の分かれ目です。

最終更新日：2026年7月28日