令和5年度 大気特論 問4は、燃料切替にともなう空気供給量の変化を求める計算問題です。石炭からバイオマスに切り替え、熱負荷と空気比をともに一定にしたとき、空気供給量がおよそ何％変化するかを選びます。
燃焼に必要な空気量は、最終的に「単位発熱量あたりに必要な理論空気量」で決まります。燃料の供給量は変わっても、熱負荷（供給量×低発熱量）と空気比が一定なら、空気供給量の変化は「発熱量1MJを出すのに何の空気が要るか」の比だけで決まります。分かれ目は、バイオマスが石炭に比べて低発熱量あたりの必要空気量が大きいか小さいかです。バイオマスは酸素分が多く水分も含むため低発熱量が小さく、同じ熱量を得るには燃料を多く焚く必要があります。各組成から理論空気量を計算して比較すると、空気供給量はわずかに増える方向になります。
※ 問題文そのものは、産業環境管理協会が公開している公式サイトで確認できます。
正解：選択肢(5)
| 選択肢 | 空気量変化 | 読み解き |
|---|---|---|
| (1) | 約 −5 ％ | 空気量が減る向きで、計算結果の方向と合いません。 |
| (2) | 約 −3 ％ | こちらも減る向きで、条件に一致しません。 |
| (3) | 約 +3 ％ | 増える向きですが、計算値とはずれます。 |
| (4) | 約 +5 ％ | 増える向きですが、最も近い値ではありません。 |
| (5) | 約 +7 ％ | 正解。発熱量あたりの必要空気量で比較すると、空気供給量はわずかに増え、この値に最も近くなります。 |
熱負荷も空気比も一定なので、空気供給量の比は「発熱量1MJあたりの理論空気量」の比に等しくなります。バイオマスは石炭より酸素分や水分が多く低発熱量が小さいため、同じ熱量を得るには燃料を多めに焚きます。各燃料の組成（炭素・水素・酸素）から理論空気量を求め、低発熱量で割って比べると、バイオマスの方が単位発熱量あたりに必要な空気量がやや大きくなります。その結果、空気供給量は約7％増える方向になり、選択肢(5)が正解です。「燃料が違っても熱量が同じなら空気量も同じ」と早合点しないことが大切です。
熱負荷と空気比が一定のとき、空気供給量の比は何で決まりますか？
発熱量あたりの理論空気量の比で決まります。供給量が変わっても、1MJの熱を出すのに必要な空気量の違いだけが効いてきます。
燃料に含まれる酸素分は、必要な空気量にどう働きますか？
燃料中の酸素は燃焼に使える酸素を自前で持っているため、外部から供給する空気量を減らす向きに働きます。バイオマスは酸素分が多いのが特徴です。
この問題に関連する用語解説
出典
※ この記事の確認日：2026年6月