一級ボイラー技士 ⑦ 燃料及び燃焼2:燃焼装置・通風・障害・環境・熱管理

燃焼を実現する装置と周辺技術を扱う分野です。燃焼装置では油バーナの種類(圧力噴霧式・回転式・蒸気噴霧式)と特徴、ガスバーナ、微粉炭バーナが中心になります。通風では自然通風と強制通風(押込・誘引・平衡)の方式、ドラフトの調整が対象です。あわせて燃焼障害(すす・不完全燃焼・脈動燃焼)の原因と対策、大気汚染物質の低減、熱勘定と熱効率の向上策が問われます。

この分野の問題40問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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241サービスタンク(給油槽)の容量として、一般に定められている基準はどれか。

  1. A定格油量の10時間分程度
  2. B定格油量の5時間分程度
  3. C定格油量の2時間分程度
  4. D定格油量の1時間分程度
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正解:C定格油量の2時間分程度

サービスタンクは工場内の各設備に燃料を円滑に供給するもので、容量は一般に定格油量の2時間分程度です。

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242燃料供給系統に設けられる噴燃ポンプとして、多く用いられる形式の組合せはどれか。

  1. A渦巻ポンプとプランジャポンプ
  2. B遠心ポンプとカスケードポンプ
  3. Cベーンポンプとピストンポンプ
  4. Dギアポンプとスクリューポンプ
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正解:Dギアポンプとスクリューポンプ

燃料油をバーナ噴射に必要な圧力まで昇圧する噴燃ポンプには、ギアポンプ又はスクリューポンプが多く用いられます。

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243非戻り油形の圧力噴霧式油バーナにおける「燃料油量」と「油圧」の関係について、正しいものはどれか。

  1. A油量は油圧の平方根に比例する
  2. B油量は油圧の2乗に比例する
  3. C油量は油圧に比例する
  4. D油量は油圧と無関係である
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正解:A油量は油圧の平方根に比例する

非戻り油形の圧力噴霧式油バーナでは、油量は油圧の平方根に比例して変化する特性があります。

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244戻り油形の圧力噴霧式油バーナが、非戻り油形と比較して優れている点はどれか。

  1. A油量調節範囲が広い
  2. B油圧の平方根に油量が比例する
  3. C霧化に蒸気や空気などの媒体を必要としない
  4. D構造が単純で安価である
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正解:A油量調節範囲が広い

戻り油形は供給油量を一定に保ち戻り油量を加減して噴射量を調節するため、油量調節範囲が1:3程度と、非戻り油形(1:1.5程度)より広くなります。

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245蒸気(空気)噴霧式油バーナの特徴として、誤っているものはどれか。

  1. Aタールから灯油まで広い種類の油が利用できる
  2. B油量調節範囲は1から1/2程度である
  3. C油の粘度が高くても比較的良好な霧化が得られる
  4. D霧化媒体として蒸気又は高圧空気を使用する
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正解:B油量調節範囲は1から1/2程度である

高圧気流(蒸気)噴霧式バーナの油量調節範囲は1:10程度と油バーナの中で最も広く、「1から1/2程度」とする記述は誤りです。

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246回転式油バーナ(ロータリバーナ)の霧化の仕組みとして、正しいものはどれか。

  1. A高圧の油を微細なノズルから噴射する
  2. B霧化媒体と油を内部混合させて噴出する
  3. C霧化筒の遠心力で油を薄膜状にして飛散させる
  4. D4〜10kPaの低圧空気のみで油を粉砕する
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正解:C霧化筒の遠心力で油を薄膜状にして飛散させる

ロータリバーナは高速回転するカップ状の霧化筒の遠心力を利用して、燃料油を放射状に飛散させて霧化します。

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247燃料供給装置に設置されるストレーナ(ろ過器)について、正しい記述はどれか。

  1. A吐出し側より吸込み側の方が網目が細かい
  2. B吸込み側より吐出し側の方が網目が細かい
  3. C吸込み側と吐出し側は同じ網目を用いる
  4. D吐出し側にはストレーナを設置しない
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正解:B吸込み側より吐出し側の方が網目が細かい

吐出し側ストレーナは流量計や弁の目詰まりを防ぐため、吸込み側よりも網目が細かいものが使用されます。

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248拡散形ガスバーナの特徴として、正しいものはどれか。

  1. Aガスと空気をあらかじめ混合して噴出させる
  2. B逆火の危険性が予混合形より高い
  3. Cバーナ内であらかじめ空気と混合するため逆火防止装置が必須である
  4. D操作範囲が広く逆火の危険性が低い
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正解:D操作範囲が広く逆火の危険性が低い

拡散形はガスと空気を別々に噴出させて拡散混合させる方式で、操作範囲が広く安全性が高いのが特徴です。

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249「リテンションリング」を備えることで、混合ガスの流速が速くなっても火炎を安定させるバーナはどれか。

  1. A圧力噴霧式油バーナ
  2. B予混合形パイロットガスバーナ
  3. Cセンタータイプガスバーナ
  4. Dロータリバーナ
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正解:B予混合形パイロットガスバーナ

予混合形パイロットガスバーナには、高速流でも火炎を安定させるためのリテンションリングが設けられています。

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250油遮断弁の設置場所として、最も適切なものはどれか。

  1. Aサービスタンクの直後
  2. B噴燃ポンプの吸込み側
  3. Cバーナの直前
  4. D主油加熱器の入口側
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正解:Cバーナの直前

油遮断弁は異常時や停止時に燃料供給を緊急遮断するため、バーナの直前に設置されます。

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251低圧気流噴霧式油バーナにおいて、霧化に使用される空気の圧力範囲として正しいものはどれか。

  1. A20〜50kPa
  2. B4〜10kPa
  3. C1〜2kPa
  4. D0.1〜0.5kPa
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正解:B4〜10kPa

低圧気流噴霧式油バーナでは、4〜10kPaの比較的低圧の空気を使用して燃料を微粒化します。

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252ストレージタンク(貯油槽)に貯蔵する燃料の量として、一般的な基準はどれか。

  1. A1週間〜1か月分の使用量
  2. B1日〜3日分の使用量
  3. C2か月〜3か月分の使用量
  4. D半年分以上の使用量
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正解:A1週間〜1か月分の使用量

ストレージタンクは、通常1週間から1か月分の使用量を貯蔵できる容量を確保します。

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253微粉炭バーナの一般的な燃焼方式について、正しいものはどれか。

  1. A微粉炭を二次空気と予混合して噴出する
  2. B微粉炭のみを単独で炉内に噴射する
  3. C微粉炭を一次空気と予混合して噴出する
  4. D微粉炭を蒸気で霧化して噴出する
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正解:C微粉炭を一次空気と予混合して噴出する

微粉炭バーナは、微粉炭を一次空気と予混合して炉内に噴出し、周囲から二次空気を供給して燃焼させます。

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254流動層燃焼装置において、空気分散板(多孔板)の上に供給される物質の組合せとして正しいものはどれか。

  1. A石炭と水
  2. Bガスと予混合空気
  3. C重油と噴霧媒体
  4. D石炭と固体粒子(砂・石灰石など)
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正解:D石炭と固体粒子(砂・石灰石など)

流動層燃焼は、多孔板の上に石炭などの燃料と砂・石灰石などの固体粒子を置き、下から空気を吹き上げて燃焼させます。

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255煙突の理論通風力(Z)を求める公式として、正しいものはどれか(Hは高さ、gは重力加速度、ρaは外気密度、ρbはガス密度)。

  1. AZ = (ρa + ρb) gH
  2. BZ = (ρa × ρb) gH
  3. CZ = (ρa / ρb) gH
  4. DZ = (ρa - ρb) gH
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正解:DZ = (ρa - ρb) gH

煙突の通風力は、外気と煙突内ガスの密度差に重力加速度と煙突の高さを乗じた値となります。

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256人工通風方式のうち、ファンを煙道又は煙突入口に設け、燃焼ガスを吸い出して放出する方式はどれか。

  1. A誘引通風
  2. B自然通風
  3. C押込通風
  4. D平衡通風
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正解:A誘引通風

誘引通風はファンで燃焼ガスを吸い出す方式であり、炉内が大気圧より低くなるためガス漏れがほとんどありません。

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257平衡通風方式の特徴として、正しいものはどれか。

  1. A炉内圧力を大気圧よりわずかに低く調節する
  2. B誘引ファンのみを使用する
  3. C炉内圧力を大気圧より高く保つ
  4. D押込ファンのみを使用する
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正解:A炉内圧力を大気圧よりわずかに低く調節する

平衡通風は押込と誘引を併用し、炉内を大気圧よりわずかに低い圧力に保つ方式です。

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258誘引通風が押込通風と比較して、設備的に不利な点はどれか。

  1. A炉内からのガス漏れが発生しやすい
  2. B高温で大体積のガスを扱うため大型ファンを要する
  3. C常温の空気を扱うため動力が大きい
  4. D構造が単純すぎて調節が困難である
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正解:B高温で大体積のガスを扱うため大型ファンを要する

誘引通風は高温で膨張した燃焼ガスを扱うため、押込通風よりも大型のファンと大きな動力が必要になります。

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259多翼形ファン(シロッコファン)の特徴として、誤っているものはどれか。

  1. A羽根車の外周に前向きの羽根を多数設けている
  2. B小形、軽量で安価である
  3. C風圧が低く効率も比較的低い
  4. D高温、高圧、高速の送風に適している
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正解:D高温、高圧、高速の送風に適している

多翼形ファンは高温、高圧、高速の送風には適しておらず、主に低風圧の用途に用いられます。

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260ファンの中で、効率が良好で大容量の送風に適し、8〜24枚の後向きの羽根を持つものはどれか。

  1. A多翼形ファン
  2. Bラジアル形ファン
  3. C後向き形ファン
  4. Dプレート形ファン
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正解:C後向き形ファン

後向き形ファン(ターボファン)は効率が良く、風圧2〜8kPa程度の大容量送風に適しています。

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261ラジアル形ファンの特徴として、正しいものはどれか。

  1. A効率が非常に高く動力が少なくて済む
  2. B小形で軽量であるため安価である
  3. C羽根が放射状で強度があり摩耗に強い
  4. D高圧送風には適さない
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正解:C羽根が放射状で強度があり摩耗に強い

ラジアル形ファンは構造が単純で強度があり、すすやダストによる摩耗や腐食に強いのが特徴です。

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262重油に含まれる成分による「低温腐食」の直接的な原因物質はどれか。

  1. A硫黄
  2. Bナトリウム
  3. Cバナジウム
  4. D灰分
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正解:A硫黄

重油中の硫黄分が燃焼により硫黄酸化物となり、水分と反応して硫酸となって低温腐食を引き起こします。

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263重油燃焼ガスの「露点」に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. AA重油の露点は140度前後である
  2. BC重油はA重油よりも露点が高い
  3. CC重油の露点は100度前後である
  4. D燃料の硫黄分が少ないほど露点は高くなる
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正解:BC重油はA重油よりも露点が高い

A重油の燃焼ガスの露点は100℃前後、C重油では140℃前後とされ、硫黄分の多いC重油の方が露点は高くなります。

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264低温腐食の発生条件について、正しいものはどれか。

  1. A伝熱面の表面温度が硫酸蒸気の露点より高くなると発生する
  2. B低空気比で運転すると発生しやすくなる
  3. C燃焼ガス温度が600度以上になると発生する
  4. D伝熱面の表面温度が硫酸蒸気の露点以下になると発生する
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正解:D伝熱面の表面温度が硫酸蒸気の露点以下になると発生する

硫酸蒸気が液体の硫酸に凝縮するのは、接触する金属表面温度が露点以下に下がったときです。

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265低温腐食を抑制するための「材料の選択」について、正しい記述はどれか。

  1. A炭素鋼(軟鋼)は希硫酸に対して非常に強い耐食性を持つ
  2. B低温部にアルミニウムをそのまま使用するのが最も良い
  3. C空気予熱器にセラミックスやエナメル被覆鋼を使用する
  4. D濃硫酸に対しては炭素鋼を使用すると激しく腐食する
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正解:C空気予熱器にセラミックスやエナメル被覆鋼を使用する

低温腐食対策として、耐食性の良いセラミックスやエナメル被覆鋼を空気予熱器の伝熱板に使用することがあります。

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266エコノマイザ(節炭器)における低温腐食対策として、正しいものはどれか。

  1. A給水加熱器を用いて給水温度を高める
  2. B給水に冷たいドレンを大量に混ぜる
  3. C給水温度をできるだけ下げる
  4. Dエコノマイザを煙道の出口側に移動する
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正解:A給水加熱器を用いて給水温度を高める

給水温度を高めることで、エコノマイザの伝熱面温度を硫酸露点以上に保ち、腐食を抑制します。

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267重油中の灰分に含まれるバナジウムやナトリウムが原因で発生する障害はどれか。

  1. A低温腐食
  2. B不完全燃焼
  3. C逆火
  4. D高温腐食
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正解:D高温腐食

灰分中のバナジウムなどが高温部で溶融付着し、金属を侵食するのが高温腐食です。

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268高温腐食が多く発生する付着面の温度境界はどれか。

  1. A100度以上
  2. B140度以上
  3. C300度以上
  4. D600度以上
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正解:D600度以上

高温腐食は、付着面の温度が600度以上になると発生が顕著になります。

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269低空気比燃焼が「低温腐食」の抑制に効果がある理由として、正しいものはどれか。

  1. A燃焼温度が上昇して硫酸を蒸発させるから
  2. BSO2からSO3への転換が抑制され露点が下がるから
  3. C燃焼ガス中の水蒸気量が大幅に減少するから
  4. D灰分の融点を上昇させる効果があるから
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正解:BSO2からSO3への転換が抑制され露点が下がるから

低空気比燃焼は余剰酸素を減らすことで、腐食の原因となるSO3(三酸化硫黄)の生成を抑制し、露点を下げます。

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270ボイラーの煙突から排出される硫黄酸化物(SOx)の大部分を占める物質はどれか。

  1. A三酸化硫黄(SO3)
  2. B二酸化硫黄(SO2)
  3. C一酸化硫黄(SO)
  4. D硫酸(H2SO4)
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正解:B二酸化硫黄(SO2)

排出される硫黄酸化物の大部分は二酸化硫黄(SO2)であり、少量の三酸化硫黄が含まれます。

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271窒素酸化物(NOx)のうち、燃料中の窒素化合物が酸化されて生成するものはどれか。

  1. AサーマルNOx
  2. BクイックNOx
  3. CフューエルNOx
  4. DバナジウムNOx
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正解:CフューエルNOx

燃料中の窒素分に由来して生成される窒素酸化物をフューエルNOxと呼びます。

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272窒素酸化物(NOx)の発生を抑制するための燃焼方法改善策として、誤っているものはどれか。

  1. A燃焼域での酸素濃度を高くする
  2. B低空気比燃焼を行う
  3. C燃焼ガスの滞留時間を短くする
  4. D燃焼温度を低くする
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正解:A燃焼域での酸素濃度を高くする

NOxを低減するには、燃焼域での酸素濃度を「低く」する必要があります。

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273「二段燃焼法」によるNOx低減の仕組みとして、正しいものはどれか。

  1. A排ガスを燃料に直接混合して供給する
  2. B燃焼用空気を一次と二次に分けて供給し、燃焼を段階的に完結させる
  3. C空気予熱温度を極限まで高めて完全燃焼させる
  4. D燃料を一度に全量投入して急速に燃焼させる
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正解:B燃焼用空気を一次と二次に分けて供給し、燃焼を段階的に完結させる

二段燃焼法は、空気を分けて供給することで局所的な高温域や酸素過剰状態を避け、NOxを抑制します。

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274「排ガス再循環法」がNOx低減に効果的な理由の組合せはどれか。

  1. A酸素分圧の上昇と燃焼温度の低下
  2. B酸素分圧の低下と燃焼温度の上昇
  3. C酸素分圧の低下と燃焼温度の低下
  4. D酸素分圧の上昇と燃焼温度の上昇
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正解:C酸素分圧の低下と燃焼温度の低下

排ガスを混合することで酸素濃度(分圧)を下げ、さらにガスの熱容量を増やして燃焼温度を下げることでNOxを減らします。

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275「ばいじん」の定義として、正しい組合せはどれか。

  1. Aすすとダスト
  2. B一酸化窒素と二酸化窒素
  3. C二酸化硫黄と三酸化硫黄
  4. Dバナジウムとナトリウム
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正解:Aすすとダスト

ボイラー燃焼で発生する固体微粒子である「すす」と「ダスト」を総称して「ばいじん」といいます。

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276「すす」が発生する主な原因として、正しい記述はどれか。

  1. A灰分がそのまま残存したもの
  2. B燃料中の窒素が酸化したもの
  3. C燃焼温度が高すぎて金属が蒸発したもの
  4. D燃焼反応が中断されたり酸素が不足して炭素が遊離したもの
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正解:D燃焼反応が中断されたり酸素が不足して炭素が遊離したもの

すすは、分解した炭素が酸素不足や冷却によって燃え残り、遊離炭素として残ったものです。

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277「濃淡燃焼法」の説明として、正しいものはどれか。

  1. A炉内に水を噴霧して温度を下げる方法
  2. B燃料過剰領域と空気過剰領域を分けて燃焼させる方法
  3. C燃焼ガスを煙突から直接戻す方法
  4. D石炭を砂と一緒に流動させて燃焼させる方法
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正解:B燃料過剰領域と空気過剰領域を分けて燃焼させる方法

濃淡燃焼法は、意図的に燃料の濃い部分と薄い部分を作って全体としてNOxを低減する手法です。

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278NOxの発生量と空気比の関係について、正しいものはどれか。

  1. A空気比が大きくなるほど無限に増加し続ける
  2. B空気比が理論空気量(1.0)以下で最大となる
  3. C空気比とは全く無関係に一定である
  4. D空気比がある値でピークとなり、それより大きくても小さくても減少する
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正解:D空気比がある値でピークとなり、それより大きくても小さくても減少する

NOxの発生量は、空気比がある値でピークに達し、それより空気比が小さくても大きくても減少する特性があります。

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279空気予熱器を設置せずにNOxを低減させる場合、排ガスの熱回収として代わりに用いられる装置はどれか。

  1. A主油加熱器
  2. Bスチームアキュムレータ
  3. Cエコノマイザ
  4. D過熱器
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正解:Cエコノマイザ

空気予熱を止めると火炎温度が下がりNOxは減りますが効率が落ちるため、エコノマイザを設置して熱を回収します。

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280ボイラー運転停止時に高粘度の油が配管に滞留するのを防ぐために操作する弁はどれか。

  1. A戻り油系統の切換弁
  2. B霧化媒体差圧調節弁
  3. C油量調節弁
  4. D油圧調節弁
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正解:A戻り油系統の切換弁

戻り油系統の切換弁は、停止時に高粘度油が滞留するのを防いだり、軽質油への切替え等に用いられます。

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