【二級ボイラー技士】燃焼の基礎｜空気比・熱損失・通風｜知識ゼロから【第15回】

空気比とは？

実際に送り込んだ空気の量（実際空気量）が、燃料を燃やすのに理論上ちょうど必要な空気の量（理論空気量）の何倍かを表す数。空気比＝実際空気量÷理論空気量です。

💡 なぜ？　理論空気量ぴったりでは、燃料と空気が完全には混ざりきらず燃え残りが出ます。そこで実際には少し多めの空気を送るので、その多さを表す数が必要なのです。

燃焼の基礎（試験で「正しい」とされたもの）

①燃焼室の燃焼温度は、特別な場合を除き高温に保つのが望ましい

②着火しやすく燃える速さが速い燃料は、狭い燃焼室でも完全燃焼させられる

③燃焼ガスの成分の割合は、燃料の成分・空気比・燃焼のしかたで変わる

④燃焼ガスには、燃料の水素や水分からできたH2O（水蒸気）が含まれる

⑤燃焼温度は、燃料の種類・燃焼用空気の温度・燃焼効率・空気比などの条件によって変わる

⚠ 注意

空気比は分数の向きが入れ替えられます。「実際空気量に対する理論空気量を空気比という」（令和7年4月・令和7年10月公表）は誤り。実際÷理論です。また「一般の燃焼では、実際空気量は理論空気量より少ない」（令和8年4月公表）も誤りで、多いのが一般的です。

空気比の例

理論空気量が10m³の燃料に、実際は12m³の空気を送った

空気比＝12÷10＝1.2（理論より2割多い）

⚠ 注意

「微粉炭を燃焼させる場合の空気比は、一般に気体燃料を燃焼させる場合より小さい」（平成31年4月公表）は誤り。微粉炭のほうが大きい側です。

💡 覚え方

空気比は「実際は理論の何倍か」。一般に1より少し大きい数になります。1より小さければ空気が足りず不完全燃焼、大きすぎれば余った空気が熱を運び去る、と両方の困りごとをセットで覚えましょう。

🤔 なぜ燃焼温度は高く保つのが望ましいのですか。

温度が高いほど、燃料がすばやく、燃え残りなく燃えるからです。温度が下がると燃焼が不安定になり、すすや不完全燃焼が増えます。ただし温度が高すぎるとNOx（窒素酸化物）が増えるので、「特別な場合を除き」とただし書きがついています（第17回）。

⚠ 注意

「微粉炭バーナ燃焼の二次空気は、微粉炭と予混合して送る」（令和7年10月公表）は誤り。予混合するのは一次空気です。一次＝最初に燃料と出会う空気、二次＝あとから仕上げる空気と考えれば迷いません。「火格子燃焼における一次空気と二次空気の割合は、二次空気が大部分を占める」（令和4年4月公表）も誤り。一次空気が大部分です。

燃焼室熱負荷とは？

単位時間あたりに、燃焼室の単位容積（1m³）あたりで発生する熱量。単位はkW/m³。

💡 なぜ？　同じ熱をより小さな燃焼室で出せれば、ボイラーを小さくつくれるからです。燃焼室を設計するときの目安になる数字です。

⚠ 注意

「単位面積あたり」「吸収熱量」「放射伝熱量」と入れ替えた選択肢が並びます。正しくは単位容積あたりの発生熱量です。

油だきボイラーの燃焼室に求められること（試験で「正しい」とされたもの）

①耐火材は、長く使っても焼損やスラグの溶着が起きにくいこと

②炉壁は、空気や燃焼ガスの漏れ込み・漏れ出しがなく、放射熱の損失が少ない構造であること

③燃料と燃焼用空気との混合が有効に、かつ、急速に行われる構造であること

④バーナタイルを設けるなど、着火を容易にする構造であること

🤔 燃焼室熱負荷が大きいと、何がよくて何が困るのですか。

熱負荷が大きいほど、小さな燃焼室でたくさんの熱を出せるので、ボイラーをコンパクトにできるのが利点です。一方で、燃料が燃え切る前に燃焼室を出てしまうおそれが出てきます。燃えやすい油やガスだからこそ、狭い燃焼室でも完全燃焼させられる、という関係です。

⚠ 注意

「熱損失を少なくするには、空気比を大きくする必要がある」（令和7年4月公表）は誤り。空気が多すぎると、余った空気が温められて煙突から出ていくので、排ガス熱の損失が増えるのです。

自然通風力の決まり方

自然通風力 ＝（外気の密度 − 煙突内ガスの密度）× 煙突の高さ

→ ガスが熱いほど（密度の差が大きいほど）、煙突が高いほど強くなる

⚠ 注意

「煙突は高いほど抵抗が大きくなるので、低いほど良い」（令和7年4月公表）は誤り。高いほど自然通風力は強くなります。

⚠ 注意

通風の問題は入れ替えの宝庫です。「誘引通風は、炉内の気密が不十分だとガスが外へ漏れる」（令和6年4月・令和7年4月公表）は誤り。吸い出す側なので漏れにくいのです。「平衡通風の動力は押込通風より小さい」（令和6年10月公表）、「誘引通風より大きい」（令和5年10月公表）も誤りです。

「誘引通風は、平衡通風と押込通風を併用した構造」（令和8年4月公表）も誤り。2つのファンを併用するのは平衡通風です。「平衡通風は、炉内圧を大気圧よりわずかに高く調節する」（令和3年10月公表）も誤り。わずかに低くです。

💡 覚え方

押込＝押して入れる（炉内は高圧→漏れやすい）、誘引＝引っぱって出す（炉内は低圧→漏れにくい）。動力は冷たい空気を扱う押込が最小、熱く大きなガスを扱う誘引が最大、両方使う平衡はそのあいだです。

⚠ 注意

「多翼形は大形で重いが効率が高い」（令和7年10月公表）は誤り。「後向き形は効率が低く大容量には使わない」（令和8年10月公表）も誤りです。多翼形＝小さく軽いが効率は低い、後向き形＝効率が高く大容量向きです。

答えと考え方

①理論空気量8m³の燃料に10m³の空気を送った。空気比は？ → 10÷8＝1.25

②「空気比を大きくするほど、排ガスによる熱損失は小さくなる」 → 誤り（余った空気が熱を運び去り大きくなる）

③「押込通風は、常温の空気を扱うので所要動力が小さい」 → 正しい

④「火格子燃焼の一次空気は、上向き通風なら火格子の上から送る」 → 誤り（下から）

⑤「ラジアル形ファンは、強度が強く摩耗や腐食にも強い」 → 正しい

まとめ

・燃焼の3要素＝燃料・空気・温度。空気比＝実際空気量÷理論空気量（一般に1より大きい）

・空気比は燃料で違い、微粉炭は気体燃料より大きい。気体燃料は液体燃料と同じか少し小さい。燃焼温度は燃料・空気の温度・燃焼効率・空気比などで変わる

・一次空気＝燃料の周りで初期燃焼を安定、二次空気＝混ぜて燃焼を完結。火格子燃焼は一次空気が大部分

・燃焼室＝混合が有効・急速、バーナタイルで着火を容易、炎を直射させない、滞留時間を長く

・燃焼室熱負荷＝単位容積あたりの発生熱量（水管ボイラーの油・ガスで200〜1200kW/m³）。いちばん大きい熱損失は排ガス熱

・自然通風力＝（外気密度−ガス密度）×高さ。押込＝動力小・高効率、誘引＝漏れにくい・大型ファン・ファンが腐食や摩耗しやすい、平衡＝その中間

・多翼形＝小形軽量・低効率、後向き形＝高効率・大容量、ラジアル形＝丈夫で羽根交換が容易

次に読む

▶ 第16回　燃焼装置

◀ 前：燃料の性質　｜　目次に戻る