第三種電気主任技術者・2017年度・電力
2017年度 電力 問15(b)
定格出力 600 MW、定格出力時の発電端熱効率 42% の汽力発電所がある。重油の発熱量は 44000 kJ/kg で、潜熱の影響は無視できるものとして、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし、重油の化学成分は質量比で炭素 85%、水素 15%、水素の原子量を 1、炭素の原子量を 12、酸素の原子量を 16、空気の酸素濃度を 21% とし、重油の燃焼反応は次のとおりである。
C + O2 → CO2
2H2 + O2 → 2H2O
そのとき使用する燃料を完全燃焼させるために必要な理論空気量の値[m3]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、1molの気体標準状態の体積は 22.4 L とする。
出典:第三種電気主任技術者 2017年度 電力 問15(b)
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正答:(3)
要点
正解は(3)。燃料 1 kg あたりの理論酸素量(モル数)を求めます。炭素 C: 0.85 kg → 0.85/12 kmol。反応式より同量の O2 が必要。水素 H: 0.15 kg → 0.15/1 kmol。
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燃料 1 kg あたりの理論酸素量(モル数)を求めます。
炭素 C: 0.85 kg → 0.85/12 kmol。反応式より同量の O2 が必要。
水素 H: 0.15 kg → 0.15/1 kmol。反応式(4H+O2→2H2O または 2H2+O2→2H2O)より、H原子4molに対しO2 1mol、つまり質量比でH 1kgに対し O2 0.25 kmolが必要。
O2 必要量(kmol/kg):
120.85+40.15=0.07083+0.0375=0.10833 [kmol/kg]。
理論空気量(モル): 0.10833/0.21≈0.5159 [kmol/kg]。
標準状態での体積: 0.5159×22.4≈11.56 [m3/kg]。
総燃料消費量 2805 t=2.805×106 kg に対する空気量は、
2.805×106×11.56≈32.4×106 [m3]。
よって正解は (3)。