今回は令和3年度 電力科目 A問題3を解説します。汽力発電のボイラ設備について、循環方式・蒸気ドラム・空気予熱器・節炭器・再熱器の5つの記述から誤っているものを選ぶ問題です。
4つは教科書どおりですが、1つだけ蒸気の行き先が入れ替わっています。再熱器で温め直した蒸気が向かうのは低圧タービン——「高圧タービン→再熱器→低圧タービン」の流れを覚えていれば一発です。
令和3年度 電力科目 A問題3：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和3年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題3
電験3種 電力科目 【火力】 令和3年度 A問題3
汽力発電におけるボイラ設備に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
ボイラを水の循環方式によって分けると、自然循環ボイラ、強制循環ボイラ、貫流ボイラがある。
蒸気ドラム内には汽水分離器が設置されており、蒸発管から送られてくる飽和蒸気と水を分離する。
空気予熱器は、煙道ガスの余熱を燃焼用空気に回収することによって、ボイラ効率を高めるための熱交換器である。
節炭器は、煙道ガスの余熱を利用してボイラ給水を加熱することによって、ボイラ効率を高めるためのものである。
再熱器は、高圧タービンで仕事をした蒸気をボイラに戻して再加熱し、再び高圧タービンで仕事をさせるためのもので、熱効率の向上とタービン翼の腐食防止のために用いられている。
出題のポイント：再熱後は次段のタービンへ送る
自然循環・強制循環・貫流の分類、蒸気ドラムの汽水分離、空気予熱器と節炭器の余熱回収は正しい記述です。高圧タービンで膨張した蒸気は再熱器で温度を上げても圧力は元へ戻らず、次段の中圧・低圧タービンへ送るため、「再び高圧タービン」とする（5）が誤りです。
誤りは(5)：再熱した蒸気は低圧タービンへ
高圧タービンで仕事をした蒸気を、また高圧タービンへ戻しても意味がありません。
| 段階 | 蒸気の行き先 | 圧力 |
| ① | 過熱器 → 高圧タービン | ★24 MPa |
| ② | ★高圧タービン出口 → 再熱器 | ★4 MPa 程度まで下がっている |
| ③ | ★再熱器 → 中圧・低圧タービン | ★温度は戻るが圧力は戻らない |
再熱器で加えるのは熱であって、圧力ではありません——温度は上がりますが、圧力は下がったままです。
4 MPa の蒸気を24 MPa の高圧タービン入口に送っても、押し込めません——圧力が足りないのです。
だから次の段、つまり中圧または低圧タービンへ送る——圧力に見合った場所で仕事をさせることになります。
再熱がタービン翼を守る
(5)の後半「タービン翼の腐食防止」——正確には壊食（エロージョン）ですが、ねらいは正しい記述です。
| 再熱なし | ★再熱あり | |
| タービン出口の湿り度 | ★大きい（15 ％ 以上） | ★小さい（12 ％ 以下） |
| 水滴の量 | 多い | ★少ない |
| 翼への影響 | ★水滴が当たって削られる | ★傷みにくい |
蒸気が膨張すると温度が下がり、一部が水滴になります——それが高速で翼に当たるのです。
翼の先端は音速に近い速さで動いています——水滴が当たれば表面が少しずつ削られることになります。
途中で温め直せば、出口まで乾いた状態を保てる——効率も上がり、翼も守られるという一石二鳥です。
(2) 汽水分離器の役割
蒸発管から戻ってくるのは、水と蒸気が混ざったもの——これを分けなければなりません。
| 分離しないと | 起きること |
| ★水滴が過熱器へ入る | ★管の中で急に蒸発して熱応力が生じる |
| ★不純物が持ち込まれる | ★水に溶けた塩分がタービン翼に付着する |
ドラム内では遠心力や邪魔板を使って水滴を落とします——スクラバやサイクロンと呼ばれる部品です。
分けた水は蒸発管へ戻し、蒸気だけを過熱器へ送る——問題文の(2)は、この働きを正しく述べています。
⚠️ よくある間違い
(5)の「熱効率の向上」だけを見て正しいと判断する——再熱が熱効率を上げるのは事実です。
誤りは「再び高圧タービンで仕事をさせる」という部分——圧力が下がっているので戻せません。
「再熱」という言葉から「元に戻す」と連想してしまう——戻るのは温度だけだと押さえましょう。
(3)(4)の空気予熱器と節炭器を疑ってしまう——どちらも「煙道ガスの余熱を利用」で正しい。相手が空気か給水かの違いです。
(1)の循環方式も正しい——自然循環・強制循環・貫流の3つです。
⏱️ 本番での進め方
①★再熱した蒸気が戻るのは低圧（中圧）タービン。
②理由：再熱器は温度を戻すが圧力は戻さない。
③再熱のねらいは効率向上＋湿り度低下による翼の保護。
④(2) 汽水分離器は水滴を落として過熱器を守る。
💡 覚え方
「戻るのは温度だけ、圧力は戻らない」——だから次の段のタービンへ送ります。再熱器と過熱器の違いも「初めて温めるか、温め直すか」で区別しましょう。
ボイラ設備は平成23年度 A問題2（火力：ボイラ設備の説明）、流体の通過順序は令和7年度上期 A問題3（火力：水・蒸気・燃焼ガスの順序）にあります。
正誤判定の進め方
5つとも定義の記述——装置名と行き先を確かめます。
| 記述 | 内容 | 判定 |
| (1) | 自然循環・強制循環・貫流 | 正しい |
| (2) | ドラム内の汽水分離器 | 正しい |
| (3) | 空気予熱器は煙道ガスで空気を温める | 正しい |
| (4) | 節炭器は煙道ガスで給水を温める | 正しい |
| ★(5) | ★再熱した蒸気を再び高圧タービンへ | ★誤り |
(3)と(4)が、どちらも「煙道ガスの余熱」と正しく書かれています——平成23年度の問題では、ここを入れ替える出題がありました。
今回は熱源が正しいので、別の場所に誤りがある——そう見当をつけて読むと(5)に行き着けます。
循環方式ごとのドラムの有無
| 方式 | ドラム | 汽水分離器 |
| ★自然循環 | ★あり | ★必要 |
| ★強制循環 | ★あり | ★必要 |
| ★貫流 | ★なし | ★不要 |
貫流ボイラでは、水が1本の管を通る間に全部が蒸気になります——分離すべき水が残らないのです。
だから(2)の汽水分離器は、ドラムを持つ方式の話——問題文が「蒸気ドラム内には」と断っているので成り立ちます。
高圧・中圧・低圧の3段構成
大容量機の蒸気タービンは、3つに分かれています——再熱蒸気がどこへ入るかを確かめましょう。
| 段 | 入口の蒸気 | 圧力の目安 |
| ★高圧タービン | ★過熱器からの主蒸気 | ★24 MPa／600 ℃ |
| ★中圧タービン | ★再熱器からの再熱蒸気 | ★4 MPa／600 ℃ |
| ★低圧タービン | ★中圧タービンの排気 | ★1 MPa 以下 |
再熱蒸気は温度こそ主蒸気と同じくらいまで戻ります——ところが圧力は6分の1程度です。
だから高圧タービンには入れられない——圧力に見合った中圧タービンへ送ることになります。
問題文が「低圧タービン」と書いていれば正しい——2段構成の機では、中圧を省いて低圧と呼ぶこともあります。
再熱を2回行う機もある
再熱は1回とは限りません——二段再熱を採用する機もあります。
高圧→再熱→中圧→再熱→低圧という流れ——さらに効率が上がるのです。
ただし配管も制御も複雑になります——超々臨界圧の大容量機に限られることになります。
この1問で押さえること
再熱器で温め直した蒸気は、低圧（中圧）タービンへ送られます——再び高圧タービンへは戻せません。
理由は圧力——再熱器が加えるのは熱であって圧力ではないので、4 MPa まで下がった蒸気を24 MPa の入口には押し込めません。
再熱のねらいは、熱効率の向上とタービン翼の保護の2つ——膨張で生じる水滴が翼を削るのを防ぐのです。
残る4つの記述
| 記述 | 要点 |
| (1) | 循環方式は自然循環・強制循環・貫流の3つ |
| (2) | 汽水分離器は蒸発管から来た気水混合を分ける |
| (3) | 空気予熱器は煙道ガスで燃焼用空気を温める |
| (4) | 節炭器は煙道ガスでボイラ給水を温める |
(3)と(4)の熱源が両方とも「煙道ガス」で正しい——ここを入れ替える出題（平成23年度）と見比べておくと確実です。
同じ設備を扱う問題でも、どこを誤りにするかは年度ごとに違います——選択肢の文面を丸ごと覚えるのではなく、装置の役割そのものを理解しておくことが大切でしょう。
まとめ
| (1)循環方式 | 自然循環・強制循環・貫流→正しい |
| (2)蒸気ドラム | 汽水分離器で飽和蒸気と水を分離→正しい |
| (3)空気予熱器 | 煙道ガスの余熱を燃焼用空気に回収→正しい |
| (4)節炭器 | 煙道ガスの余熱でボイラ給水を加熱→正しい |
| (5)再熱器 | 再加熱した蒸気は低圧タービンへ→誤り。答えは(5) |
▼あわせて解きたい関連問題
・節炭器は給水を、空気予熱器は燃焼用空気を温める（火力12）：【電力】令和5年度上期 A問題3
・この年度の問題を通しで解く：電験3種 令和3年度 問題一覧（全4科目）
コメント