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エネルギー管理士熱分野!特製テキストシリーズ!!燃焼ガスとは?燃焼ガス量の計算方法は?

燃焼ガスの計算と聞くとなんか、とっつきにくいですよね!

そんなあなたに、分かりやすく伝えられるように調べました!

私も、燃焼ガスの計算は頭に入ってこなかったですが、なんとか頭に入れて合格できたので、伝えていきたいと思います。

(関連記事)エネルギー管理士熱分野!合格者が教える!過去問から学ぶ超効率的勉強法とは?

その前に化学反応式の動画をご紹介!!

燃焼ガスとは?

燃料が燃焼して生成される高温のガスを燃焼ガスといいます。
これが、なんらかの物質に熱を伝えたあとに、煙道や煙突から出てくるガスを燃焼排ガスと呼びます。

燃焼ガスの成分は?

燃焼反応で生成する、CO2.H2O.SO2と供給した空気から完全燃焼に消費された酸素を除いたもので、仮に燃料中に窒素や水分が含まれていると、窒素ガスや水蒸気となって燃焼ガスの一部となります。

ただし、灰分はばいじんとして排出されるので、燃焼ガスには加わらないです。

燃焼ガス量の計算方法とは?

燃焼ガス量の計算方法は、液体、固体燃料用と気体燃料用そして、乾き燃焼ガス量と理論燃焼ガス量に大別されます。しかし、液体、固体、気体燃料の計算方法に対する考え方は同じです!

固体、液体燃焼ガス量の計算

まず、大前提として、質量保存則が適用されます。
それは、いかなる化学反応においても、反応物と生成物の質量は同一であるという事です。例えば二酸化炭素CO2の場合 C + O2 = CO2
12 + 32 = 44 ←質量 この式ですと反応物は CO +O2になります。
12 + 32 ←質量 そして、生成物はCO2になります。
44 ←質量 生成物と燃焼物同じ質量ですね!これが燃焼における質量保存測則です。

そこで、燃焼ガス量の質量を表しますが

燃焼ガス量G=1+aAo-a(kg/kg)

で表されます。

ちなみに、aAoは空気量でaは灰分です。

燃焼前は燃料の単位量(1kg)と空気量(aAo(kg/kg))であり、この合計質量が燃焼後も保存されるけど、灰分(a(kg/kg))だけは燃焼ガスから除外されるので上記のような式になります。

そうか!
そしたら、こう考えればいいのか!

排ガス量=燃焼に関与しない空気量+生成物で計算するんだね!
灰分のばいじんは燃焼廃棄物だから含めないんだね!

湿り燃焼ガスの計算方法

続いて、湿り燃焼ガスの計算方法ですが、湿っている燃焼ガスなので、水蒸気を含むガスの事を言います。

なので、水蒸気と言えば水ですよね?

水と言えばH2OでH2Oを生成する反応物は水素(H)ですよね?

という事は水素を含む燃料は湿り燃焼ガスが発生するという事になります。

計算方法としては

湿り燃焼ガスVG=燃焼に関与しない空気量(VA-Voo)+生成水(H2O)になります。

(参考) 過去の記事でも紹介しています!

VA=実際の空気量

実際の空気量VA=空気比a×理論空気量VAO

理論空気量VAO=Voo/0.21

理論酸素量Vooの求め方は燃料中に含まれる水素(H)炭素(C)などから燃焼に必要な酸素量を求めます。

例えばメタンCH4 + 2O    = CO2    + 2H2O       の場合
16㎏  2×32㎏     44㎏      2×18㎏ ←質量
22.4㎥N 2×22.4㎥N   22.4㎥N    2×22.4㎥N ←体積

メタン1㎥Nを燃焼するのに必要な理論酸素量Vooは

Voo=2×22.4㎥N/22.4=2㎥Nになります。

 

乾き燃焼ガス量の計算方法

 

ここまでくれば後は単純です!

乾き燃焼ガス量VG´=湿り燃焼ガス量VG - 水蒸気量 VH2Oを引いてあげればよいのです。

乾いてるガスなので、湿り分をとってあげればいいんです!

 

まとめ

燃焼ガス量は、余分な空気量がないと発生しないですが、基本的には理論空気量だけでの燃焼が難しいので、燃焼ガスは発生しますね!

燃焼ガス量を求める上で、燃焼計算の流れを理解しないと導けないので、これは必須です!