《電力》〈火力〉[H27:問1]コンバインドサイクル発電の熱サイクルに関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

次の文章は,コンバインドサイクル発電の熱サイクルに関する記述である。文中の\(\fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$}\)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

コンバインドサイクル発電は,ガスタービン発電の基本熱サイクル\(\fbox {  (1)  }\)と汽力発電の基本熱サイクルを組み合わせることにより,プラント熱効率を飛躍的に高めた発電方式である。

コンバインドサイクル発電における主要機器として,空気圧縮機,燃焼器,ガスタービン,\(\fbox {  (2)  }\),蒸気タービン,発電機などが挙げられる。

図は,あるコンバインドサイクル発電の理想熱サイクルの一例である。この熱サイクル線図で,空気圧縮機に相当する軌跡は\(\fbox {  (3)  }\)で,\(\fbox {  (2)  }\)に相当する軌跡は\(\fbox {  (4)  }\)である。

近年,\(\fbox {  (5)  }\)など,コンバインドサイクル発電の熱効率を高める方策により,熱効率は約\(60%\)(低位発熱量基準)に達している。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&(イ)& 燃焼用空気の加温   &(ロ)& 3→4 \\[ 5pt ] &(ハ)& 空気圧縮機の圧力比の低減   &(ニ)& 5→6 \\[ 5pt ] &(ホ)& 2→3   &(ヘ)& ブレイトンサイクル \\[ 5pt ] &(ト)& ガスタービン入口の燃焼ガス温度の高温化 \\[ 5pt ] &(チ)& ランキンサイクル    &(リ)& 1→2 \\[ 5pt ] &(ヌ)& 復水脱塩装置   &(ル)& 8→5 \\[ 5pt ] &(ヲ)& 脱硫装置   &(ワ)& オットーサイクル \\[ 5pt ] &(カ)& 6→7   &(ヨ)& 排熱回収ボイラ \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

コンバインドサイクル発電に関する問題で,一次試験二次試験問わず非常によく出題されます。三種合格者であれば必ず一度は見ているとは思いますが,フロー図を描けるようにしておきましょう。

1.コンバインドサイクル発電
コンバインドサイクル発電は,ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた方式の発電であり,ガスタービンの高温排熱を排熱回収ボイラで回収し,蒸気タービンで発電します。
熱効率が従来の汽力発電(約40%)に比べ格段に高く,近年は耐熱材料の採用によるガスタービンの高温化により,約60%程度まで上昇しています。

【解答】

(1)解答:ヘ
題意より,解答候補は(ヘ)ブレイトンサイクル,(チ)ランキンサイクル,(ワ)オットーサイクルになると思いますが,ガスタービンの熱サイクルは(ヘ)ブレイトンサイクル,蒸気タービンの熱サイクルは(チ)ランキンサイクル,理想の熱機関は(ワ)オットーサイクルとなります。

(2)解答:ヨ
題意より,解答候補は(ヌ)復水脱塩装置,(ヲ)脱硫装置,(ヨ)排熱回収ボイラになると思います。ワンポイント解説「1.コンバインドサイクル発電」の通り,コンバインドサイクル発電の主要機器は(ヨ)排熱回収ボイラとなります。(ヌ)復水脱塩装置は復水に含まれる不純物を除去する装置,(ヲ)脱硫装置は排煙に含まれる硫黄分を回収する装置です。

(3)解答:リ
(4)解答:カ
題意より,解答候補は(ロ)\(3→4\),(ニ)\(5→6\),(ホ)\(2→3\),(リ)\(1→2\),(ル)\(8→5\),(カ)\(6→7\) になると思います。空気圧縮機に該当するのは\(1→2\),燃焼器に該当するのが\(2→3\),ガスタービンに該当するのが\(3→4\),になります。排熱回収ボイラに該当するのが,ガスタービン側が\(4→1\),蒸気タービン側\(6→7\)となり,蒸気タービンに該当するのが\(7→8\)となります。

(5)解答:ト
題意より,解答候補は(イ)燃焼用空気の加温,(ハ)空気圧縮機の圧力比の低減,(ト)ガスタービン入口の燃焼ガス温度の高温化となりますが,(ト)ガスタービン入口の燃焼ガス温度の高温化によりサイクル線図の3の部分を上に持っていくことができ,効率を高めることができます。



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