《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びなさい。

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\( \ 4→1 \ \)，蒸気タービン側が\( \ 6→7 \ \)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。