【二級ボイラー技士】附属品②｜給水・吹出し・送気・エコノマイザ｜知識ゼロから【第7回】

附属設備とは？

ボイラー本体の外に付いていて、給水・送気・熱の回収などを受け持つ装置。給水ポンプ・エコノマイザ・空気予熱器・過熱器などがあります。

💡 なぜ？　ボイラー本体だけでは、水を押し込むことも、排ガスの熱を取り戻すこともできないからです。附属設備が加わって、はじめて安全で効率のよい運転ができます。

遠心ポンプとは？

ケーシング（外箱）の中で多数の羽根のついた羽根車を回し、遠心作用で水に圧力と速度のエネルギーを与えるポンプ。

💡 覚え方

ディフューザ＝案内羽根（ガイド）つき。案内羽根で水の勢いを効率よく圧力に変えられるので、高い圧力のボイラーに向いています。案内羽根がないのが渦巻ポンプです。

⚠ 注意

「渦巻ポンプは、羽根車の周辺に案内羽根のある遠心ポンプ」は誤り（平成31年4月公表）。案内羽根があるのはディフューザポンプです。

⚠ 注意

「渦巻ポンプ」と「渦流ポンプ」は別のものです。渦巻ポンプは案内羽根のない遠心ポンプで、低圧のボイラー用。渦流ポンプは円周流ポンプとも呼ばれ、小容量の蒸気ボイラーなどに使われます。「渦」の字だけで判断しないようにしましょう。

⚠ 注意

「ボイラーに近い側に給水逆止め弁を取り付ける」は誤り（令和7年4月公表）。ボイラー側に給水弁。止めてから直せる順番、と覚えましょう。

⚠ 注意

「給水逆止め弁には、アングル弁又は玉形弁が用いられる」は誤り（令和2年4月公表）。「ゲート弁又はグローブ弁が用いられる」も誤りです（令和5年4月公表）。ゲート（gate＝門）弁は仕切弁、グローブ（globe＝球）弁は玉形弁の英語の呼び名。アングル弁・玉形弁は給水弁のほう、と入れ替えに気をつけましょう。

⚠ 注意

「給水内管は、安全低水面よりやや上方に取り付ける」は誤り（令和2年10月・令和4年4月公表）。正しくはやや下方で、令和2年4月・令和3年4月公表ではこちらが正しい記述でした。

吹出し装置で出題されること

①吹出し管は、ボイラー水の濃度を下げたり沈殿物を出したりするため、胴やドラムに設ける

②吹出し弁には、スラッジで故障しないよう仕切弁またはY形弁を使う

③大形・高圧のボイラーは、2個の吹出し弁を直列に設ける

④最高使用圧力1MPa未満（小容量・低圧）のボイラーでは、吹出し弁の代わりに吹出しコックが多く使われる

⑤連続吹出し装置は、調節弁で量を加減し、少量ずつ連続して吹き出して濃度を一定に保つ

⑥連続吹出し装置の吹出し管は、胴や蒸気ドラムの水面近くに取り付ける

⚠ 注意

②で「吹出し弁には、玉形弁又はアングル弁が用いられる」は誤り（令和2年10月・令和3年10月公表）。正しくは仕切弁またはY形弁です。玉形弁・アングル弁は、給水系統の給水弁に使う弁でした。

🤔 吹出しをしないと、どうなるのですか。

ボイラー水の不純物が濃くなりすぎると、伝熱面にスケール（湯あか）が付きやすくなります。水面が泡立って、蒸気に水滴が混じることも起きやすくなるでしょう。スケールは熱を伝えにくくするので、効率が落ち、伝熱面が過熱して傷む原因にもなるのです。水の管理は、第12回でくわしく学ぶ予定です。

⚠ 注意

「ボイラーに近い方に漸開弁」は誤り（令和6年4月公表）。近い方は急開弁です。

💡 覚え方

「ボイラーの近くは、さっと開け閉めできる門番（急開弁）、外側でゆっくり量を決める（漸開弁）」。2つの弁を開け閉めする順番は、取扱いの回（第13回）でくわしく扱いましょう。

⚠ 注意

「仕切弁は流れがY字形になるので抵抗が小さい」は誤り（令和6年10月公表）。仕切弁はまっすぐ流れるので抵抗が小さいのです。

💡 覚え方

仕切弁は「まっすぐ通り抜けられる門」、玉形弁は「中でぐねっと曲がる通路」。曲がりが多いほど抵抗は大きくなります。玉形弁は抵抗が大きいかわりに、流れる量を細かく調整しやすいのが長所です。

⚠ 注意

この説明の主語をバイパス弁（令和2年4月公表）や逃がし弁（令和3年4月・令和4年4月公表）に入れ替えた記述は誤りです。バイパス（bypass）は「う回路」という意味で、圧力を下げる弁の名前ではありません。逃がし弁は、温水ボイラーで膨張した水を逃がす弁でした（第6回）。平成31年4月・令和4年10月公表では、減圧弁の記述として正しく出ています。

送気系統で出題されること

①沸水防止管は気水分離器の一種。低圧ボイラーの蒸気取出し口の下の胴内に設け、水滴が蒸気と一緒に出ていくのを防ぐ

②主蒸気管は、曲がり部に十分な半径をもたせ、ドレン（凝縮水）がたまらないよう傾斜をつけ、要所に蒸気トラップを設ける

③2基以上のボイラーが同じ管系につながっているときは、主蒸気弁の後に蒸気逆止め弁を設ける

④長い主蒸気管には、温度の変化による伸び縮みに対応するため、湾曲形・ベローズ形・すべり形などの伸縮継手を設ける

沸水防止管が水滴を分けるまで

①大径のパイプ（太い管）の上面にある多数の穴から、蒸気を取り入れる

②パイプの中で、蒸気の流れの向きを変える

③水滴は胴の中へ流して、蒸気から分離する

⚠ 注意

令和3年10月公表は、主蒸気管・上面・沸水防止管の3つを穴うめで選ぶ問題でした。「給水内管」「下面」との入れ替えは誤りです。Cに入るのは沸水防止管で、蒸気トラップや気水分離器ではありません。穴があるのは上面、と覚えておきましょう。

🤔 主蒸気管にドレンがたまると、何が困るのですか。

たまった水が、勢いよく流れてきた蒸気に押されて配管にぶつかり、大きな衝撃（ウォータハンマ）を起こすおそれがあるからです。傾斜をつけて水を集め、蒸気トラップで抜くのは、そのための工夫です。

⚠ 注意

「バケット式蒸気トラップは、蒸気とドレンの温度差を利用する」は誤り（平成31年4月公表）。表のとおり、バケット式は密度の差を使うメカニカルのグループです。

⚠ 注意

令和7年10月・令和8年4月公表では、「温度差を利用するものだけ」を選ぶ問題が出ました。正解はバイメタル式とベローズ式です。オリフィス式とディスク式は、温度差ではなく熱力学的性質の差を使うグループに入ります。

💡 覚え方

サーモ（熱）＋スタチック＝温度で形が変わる部品（バイメタル・ベローズ）。サーモ＋ダイナミック（動き）＝流れ方の差（ディスク・オリフィス）、メカニカル＝重さの差（フロート・バケット）です。

エコノマイザの特徴

①一般に鋼管形が使われ、管には平滑管やひれ付き管が使われる

②設置するとボイラー効率が上がり、燃料が節約できる

③ガスの通り道に置くので、通風抵抗は多少増える

④ガスの温度が下がるので、燃料によっては低温腐食を起こすことがある

⚠ 注意

「エコノマイザでガス温度が下がるので、煙突の通風力が増加する」は誤り（令和5年10月公表）。煙突の通風力はガスが熱いほど強い（熱い空気が上へ昇る力）ので、ガスが冷えると弱まる方向です。「エコノマイザには鋼管形と鋼板形がある」（令和6年10月公表）も誤りで、一般に鋼管形です。

⚠ 注意

「熱交換式は、加熱された伝熱エレメントが空気側に移動して空気を予熱する」は誤り（令和7年4月・令和8年10月公表）。エレメントが動くのは再生式です。

空気予熱器を設置すると

①ボイラー効率が上がる

②燃焼状態がよくなる。水分の多い低品位の燃料の燃焼に特に有効

③過剰空気量を小さくできる

④燃焼温度が上がるので、窒素酸化物（NOx）が増えることがある

⑤通風抵抗が増加する（エコノマイザと同じく増える。利点ではない）

⚠ 注意

「エコノマイザ（または空気予熱器）を設置すると、乾き度の高い飽和蒸気が得られる」は誤りです。令和3年10月・平成31年4月・令和6年4月公表で出ました。乾き度は、湿り蒸気のうち蒸気になっている部分の割合でした（第1回）。エコノマイザは給水を、空気予熱器は燃焼用空気を温める装置で、蒸気の水滴を取る装置ではありません。水滴を分けるのは、沸水防止管などの気水分離器の役目です。

💡 覚え方

エコノマイザは「水」を、空気予熱器は「空気」を温める。どちらも捨てるはずの排ガスの熱を取り戻す点は同じです。名前に「空気」が入っている方が空気、と考えれば迷いません。

燃焼ガスの流れ（一般的な例）

①燃焼室（炎の放射熱を水冷壁などで受け取る）

②過熱器（とても熱いガスで、蒸気をさらに熱する）

③ボイラーの蒸発部（水を蒸気にする）

④エコノマイザ（少し冷めたガスで、給水を温める）

⑤空気予熱器（さらに冷めたガスで、燃焼用空気を温める）

⑥煙突へ

答え

①「煙道ガスの余熱で給水を予熱する」 → エコノマイザ

②「燃焼ガスで温めたエレメントが空気側へ移動して空気を温める」 → 再生式の空気予熱器

③「低圧ボイラーの蒸気取出し口の下に設け、水滴を分ける」 → 沸水防止管

④「ボイラー水の濃度を一定に保つため、少しずつ連続して吹き出す」 → 連続吹出し装置

⑤「羽根車のまわりに案内羽根があり、高圧では多段にする」 → ディフューザポンプ

まとめ

・渦巻＝案内羽根なし・低圧、ディフューザ＝案内羽根あり・高圧は多段（どちらも遠心ポンプ）

・渦流ポンプ＝円周流ポンプ・小容量の蒸気ボイラー（渦巻とは別物）／インゼクタ＝蒸気の噴射力で給水

・ボイラーに近い側に給水弁、外側に給水逆止め弁（止めてから直せる順番）

・給水弁＝アングル弁・玉形弁、給水逆止め弁＝スイング式・リフト式

・給水内管＝多数の穴の長い鋼管で、安全低水面よりやや下方／給水加熱器＝一般に熱交換式

・吹出し弁は仕切弁・Y形弁（玉形・アングルではない）。2個直列なら近い第一が急開弁、遠い第二が漸開弁

・吹出しコックは1MPa未満で多い／連続吹出しの吹出し管は水面近く

・減圧弁＝圧力差が大きいとき・一定に保つとき（バイパス弁・逃がし弁ではない）

・沸水防止管＝上面の穴から蒸気を取り入れ、向きを変えて水滴を分ける／長い主蒸気管に伸縮継手

・バケット式トラップ＝密度差。ドレンが直接弁を動かし迅速・確実

・仕切弁＝まっすぐ・抵抗小、玉形弁＝S字・抵抗大（流量の調整はしやすい）

・蒸気トラップ：温度差＝バイメタル・ベローズ、密度差＝フロート・バケット、熱力学的性質＝ディスク・オリフィス

・エコノマイザ＝給水を予熱（通風力は下がる・低温腐食）、空気予熱器＝空気を予熱（NOx増も）

・空気予熱器の利点に過剰空気量を小さくできる。通風抵抗の増加は利点ではない／どちらも乾き度は上げない

・空気予熱器は熱交換式＝壁越し、再生式＝エレメントが移動／伝熱管は水管とエコノマイザ管

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