【二級ボイラー技士】大気汚染・重油の障害・低温腐食｜知識ゼロから【第17回】

NOx（ノックス）とSOx（ソックス）とは？

NOx＝窒素酸化物（窒素と酸素の化合物）、SOx＝硫黄酸化物（硫黄と酸素の化合物）。どちらも燃焼で生まれる大気汚染物質です。

💡 なぜ？　NOxとSOxは、雨に溶けて酸性雨の原因になるからです。だから燃焼の段階でできるだけ出さない工夫が求められます。

⚠ 注意

「NOxは大部分がNO2」（令和6年4月公表）は誤りで、大部分はNOです。「ダストは、分解した炭素が遊離炭素として残ったもの」（令和5年10月公表）も誤り。それはすすの説明です。

💡 覚え方

「NOxはNO、SOxはSO2」。どちらも排ガスの中では酸素の少ないほうが主役と覚えておくと、入れ替えにだまされません。すす＝炭素の燃え残り、ダスト＝灰です。

NOxを減らす方法（試験で「正しい」とされたもの）

①燃焼域・燃焼ガスの酸素濃度を低くする

②燃焼温度を低くし、特に局所的な高温域をつくらない

③高温燃焼域に燃焼ガスがとどまる時間を短くする

④窒素（窒素化合物）の少ない燃料を使う

⑤排ガス再循環法・二段燃焼法・濃淡燃焼法で燃やす

⑥排煙脱硝装置を設けて、排ガスからNOxを取り除く

⚠ 注意

NOxの問題で誤りとして出るのは、どれもNOxを増やす方向の記述です。「空気予熱器を設けて燃焼温度を高くする」（令和6年10月・令和8年10月公表）。「高温燃焼域の滞留時間を長くする」（令和7年4月公表）。「酸素濃度を高くする」（令和7年10月公表）。

💡 覚え方

NOxを減らす3つの「低」＝低温・低酸素・短時間。第7回で空気予熱器を付けるとNOxが増えることがあると学んだのは、空気を温めて燃焼温度が上がるからでした。

🤔 排ガス再循環法・二段燃焼法・濃淡燃焼法とは、何をしているのですか。

どれも炎の温度や酸素の濃さを下げる工夫です。排ガス再循環は、酸素の少ない排ガスを燃焼用空気に混ぜて温度と酸素を下げる方法。二段燃焼は、空気を2回に分けて送り、一度に高温にならないようにする方法。濃淡燃焼は、燃料の濃い所と薄い所をつくり、どちらも高温になりすぎないようにする方法です。

🤔 すす・ばいじん・ダストは、どう違うのですか。

すすは、燃料の炭素が燃え切らずに残った黒い粒です。ダストは、燃料の灰分などからできる粒。ばいじんは、排ガスに含まれるすすやダストなどの固体の粒をまとめた呼び方です。試験ではすすとダストの説明の入れ替えに注意してください。

⚠ 注意

「水分が多いと炭化物が生成される」（令和5年10月公表）は誤り。「水分が多いとベーパロックを起こす」（令和7年10月・令和8年10月公表）も誤りです。ベーパロックは、第14回で学んだとおり加熱温度が高すぎて油が気化することで起きます。炭化物も、第14回では加熱温度が高すぎるときの原因として出てきました（令和2年4月公表）。

🤔 水分が多いと、なぜいきづき燃焼になるのですか。

油の中に水が混じっていると、バーナから出る油に水のかたまりが混じる瞬間が出てくるのです。その瞬間だけ燃える油が途切れたり、水が急に蒸発したりします。そのため炎が息をするようにふくらんだり縮んだりして、不安定になるのです。

⚠ 注意

硫黄分の量を問う記述は、どちらも誤りとされました。「質量の10％前後を構成する」（令和7年4月公表）と、「C重油1号で5％以下」（令和8年4月公表）です。「硫黄分はボイラーの伝熱面に高温腐食を起こす」（令和7年4月公表）も誤りで、硫黄分が起こすのは低温腐食です。「灰分はボイラーの伝熱を良好にする」（令和8年4月公表）も、当然誤りです。

低温腐食とは？

燃料の硫黄からできた硫酸が、温度の低い伝熱面で結露して金属を腐らせること。エコノマイザや空気予熱器など、排ガスの温度が下がる場所で起きやすい腐食です。

低温腐食が起きるまで

①燃料の硫黄が燃えてSO2（二酸化硫黄）になる

②その一部が、さらに酸素と結びついてSO3（三酸化硫黄）になる

③SO3が燃焼ガス中の水蒸気と結びついて硫酸になる

④伝熱面の温度が、硫酸を含むガスの露点（結露し始める温度）より低いと、硫酸が結露して腐食する

低温腐食を防ぐ方法（試験で「正しい」とされたもの）

①硫黄分の少ない重油を選ぶ

②低温の伝熱面に腐食に強い材料を使う

③給水温度を上げて、エコノマイザの伝熱面の温度を高く保つ

④蒸気式空気予熱器を使って、ガス式空気予熱器の伝熱面が冷えすぎないようにする

⑤燃焼室や煙道への空気の漏れ込みを防ぎ、煙道ガスの温度が下がらないようにする

⑥燃焼ガスの酸素濃度を下げてSO2からSO3への変化を抑え、露点を下げる

⑦重油に添加剤を加えて、燃焼ガスの露点を下げる

⚠ 注意

向きの入れ替えに注意しましょう。「給水温度を下げ、エコノマイザの伝熱面を低く保つ」（令和8年4月公表）は誤り。「酸素を下げてSO3への転換を抑え、露点を上げる」（令和6年10月公表）も誤りで、正しくは露点を下げるです。

⚠ 注意

令和4年4月公表の組合せ問題で正しかったのは、⑤の空気の漏れ込みを防ぐでした。残りの3つの記述は、どれも誤りです。「燃焼ガス中の酸素濃度を上げる」（正しくは下げる）。「燃焼ガス温度を、給水温度にかかわらず、露点以上に高くする」（伝熱面の温度は給水温度に左右される）。「重油に添加剤を加え、燃焼ガスの露点を上げる」（正しくは下げる）。

💡 覚え方

低温腐食は「冷えた窓ガラスの結露」と同じ考え方です。面を温める（給水温度を上げる・空気の漏れ込みを防ぐ）か、結露しにくくする（露点を下げる・硫黄を減らす）か。防ぐ方法は、この2方向に整理できます。

答えと考え方

①「サーマルNOxは、燃料中の窒素化合物が酸化してできる」 → 誤り（それはフューエルNOx。サーマルは空気中の窒素）

②「NOxを減らすため、燃焼ガス中の酸素濃度を低くする」 → 正しい

③「スラッジは、ポンプやバーナチップを摩耗させる」 → 正しい

④「低温腐食を防ぐため、エコノマイザの給水温度を下げる」 → 誤り（上げて伝熱面を温める）

⑤「SOxは、NOxとともに酸性雨の原因となる」 → 正しい

まとめ

・NOxは大部分NO、SOxは大部分SO2。すす＝炭素の燃え残り、ダスト＝灰

・NOxを減らす＝低温・低酸素・短時間＋窒素の少ない燃料・排ガス再循環・二段燃焼・濃淡燃焼・脱硝装置

・重油の水分＝熱損失・いきづき燃焼・スラッジ。スラッジ＝閉塞と摩耗

・硫黄分→低温腐食（高温腐食ではない）。残留炭素分→ばいじん

・低温腐食の防止＝面を温める・露点を下げる・硫黄を減らす・耐食材料

・結露を決めるのは伝熱面の温度。エコノマイザの表面温度は給水温度に左右されるので、ガス温度だけ上げても足りない

・硫黄＝低温腐食、バナジウム＝高温腐食。SOx対策は脱硫装置、ばいじん対策は集じん装置

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