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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!!理論空気量とは?計算方法って?

理論空気量の計算とは?

燃焼計算の問題を解いていく中で序盤に必要とされていろパーツがあります。

それが、理論空気量の計算です。

今回は燃焼計算の登竜門とも呼ばれている理論空気量の燃焼計算について説明します。

まず理論空気量ってなんなんだ?という疑問にお答えします。

理論空気量とは、以前の記事でも説明しましたが、燃料に含まれている可燃成分(炭素、窒素など)を必要最小限の空気量で完全燃焼させるのが、理論空気量です。

その理論空気量を導くための知識をお伝えいたします。

なんども言いますが、燃焼計算を解いていく上で避けては通れないのが、この理論空気量の計算です。
ぜひ!ものにしてください。

まず理解しなければならない事はこれです!

(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?

空気の組成

燃焼計算では、燃焼反応方程式による燃料中の可燃成分と酸素との反応が基本となるが、通常の燃焼装置では
酸素源として空気を使用するので、燃焼室には酸素と一緒に窒素やアルゴンなども供給されてしまう。

なので、空気中の各種ガスの成分割合を知っておく必要があるが、水蒸気を除く空気の組成は場所によらずほぼ一定である。
そして、その組成の数値ですが、この2つだけ覚えてください!

組成O2N2
体積割合0.2100.790
質量割合0.2320.768

この数字は重要です。試験で頻繁に使いますので、必ず暗記してください!

 

固体、液体、気体の理論空気量の計算

 

固体、液体燃料の理論空気量を計算するためには、まず必要空気量を導かなければなりません。

必要空気量(㎏)=必要酸素量(kmol)×(32/0.232)

必要空気量(㎥N)=必要酸素量(kmol)×(22.4/0.21)

このようにして計算される必要空気量は、それぞれの反応について理論的にちょうど必要なだけの空気で燃焼する場合です。もし、空気量がこれよりも少ない場合は可燃元素のすべては反応を完結することができなくなります。

燃焼管理では、まず与えられた燃料を完全燃焼するための必要最小限の空気量を知る必要があります。

この空気量のことを理論空気量と呼びます。記号はAoが使用される。

理論空気量(㎏/㎏)=可燃元素の必要酸素量(kmol/kg)×(32/0.232)

理論空気量(㎥N/㎏)=可燃元素の必要酸素量(kmol/kg)×(22.4/0.21)

であらわされます。

まとめ

理論空気量の計算で求めた空気量は、燃料が完全燃焼するのにちょうど必要なだけの空気量であるが、工業用の燃焼装置では、燃料と空気を別々に供給し、燃焼室内これらを混合して燃焼させる方式が多い。
これを拡散燃焼方式という。

この拡散燃焼方式では、燃料と空気を均一に混合することが困難であり、理論空気量だけでは、どうしても不足になってしまう。

空気量が不足してしまうと、未燃炭素が生成されたり、可燃性のガスが排出されたりと良いことがない。

かといって、空気量を多く投入しすぎてしまうと、排ガス量が増加し、燃焼室内の温度低下や燃焼排ガスが持ち去る熱量が増加するなど良いことがない。

そこで、空気比を設定しちょうどよい空気量を導いている。
空気比の設定は重要である。