今回は平成29年度 電力科目 A問題3を解説します。火力発電所の環境対策として、接触還元法・湿式石灰石−石こう法・二段燃焼法・電気集じん器・排ガス混合（再循環）法の5つの記述から誤っているものを選ぶ問題です。
NOx対策の原理はただ1つ——燃焼温度を下げるか酸素を減らすこと。空気中の窒素は高温になるほど酸素と結びつくからです。この一点を握っていれば、(5)の「燃焼温度を上げ」が即座に矛盾すると分かります。
平成29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「平成29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】 平成29年度 A問題3
火力発電所の環境対策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。
接触還元法は、排ガス中にアンモニアを注入し、触媒上で窒素酸化物を窒素と水に分解する。
湿式石灰石(石灰)−石こう法は、石灰と水との混合液で排ガス中の硫黄酸化物を吸収・除去し、副生品として石こうを回収する。
二段燃焼法は、燃焼用空気を二段階に分けて供給し、燃料過剰で一次燃焼させ、二次燃焼域で不足分の空気を供給し燃焼させ、窒素酸化物の生成を抑制する。
電気集じん器は、電極に高電圧をかけ、コロナ放電で放電電極から放出される負イオンによってガス中の粒子を帯電させ、分離・除去する。
排ガス混合(再循環)法は、燃焼用空気に排ガスの一部を再循環、混合して燃焼温度を上げ、窒素酸化物の生成を抑制する。
誤りは(5)：排ガス再循環は燃焼温度を下げる
「燃焼温度を上げて、窒素酸化物の生成を抑制する」——矛盾しています。
| 燃焼温度 | サーマル NOx | |
| ★高い | ★1,500 ℃ 超 | ★急激に増える |
| ★低い | ★抑えられている | ★少ない |
NOx は高温で生まれます——空気中の窒素が酸素と結びつくからです。
抑えたいなら、温度を下げるしかありません——上げれば増えるのです。
排ガスを混ぜると、燃えない気体が加わって温度が下がります——それが排ガス再循環のねらいです。
同時に酸素の濃度も下がる——2つの効果で NOx が減ることになります。
NOx を減らす3つの燃焼法
| 方法 | 仕組み | 効く理由 |
| ★二段燃焼法 | ★一次で燃料過剰、二次で不足分の空気を供給 | ★一次で酸素不足、二次で低温にして NOx を抑える |
| ★排ガス再循環法 | ★燃焼用空気に排ガスを混ぜる | ★燃焼温度と酸素濃度を下げる |
| ★低NOx バーナ | ★燃料と空気の混ざり方を工夫する | ★局所的な高温部分を作らない |
いずれも「高温にしない」「酸素を過剰にしない」という同じ方向——サーマル NOx の生成条件を避けているのです。
(3) 二段燃焼法の詳しい仕組み
| 段階 | 空気の量 | 起きること |
| ★一次燃焼 | ★不足（燃料過剰） | ★酸素が足りず NOx ができにくい |
| ★二次燃焼 | ★不足分を追加 | ★すでに温度が下がっているので NOx ができにくい |
一次では酸素が足りないので、窒素が酸化されません——燃え残った燃料が出ます。
それを二次で燃やす——そのときには温度が下がっているので、やはり NOx ができにくいのです。
2段階に分けることで、高温と酸素過剰が重ならないようにしている——巧みな工夫だと言えます。
(1)(2)(4) は他の年度と共通の記述
| 記述 | 対象 | 内容 |
| (1) | NOx | ★接触還元法（アンモニア＋触媒で窒素と水に） |
| (2) | SOx | ★湿式石灰石こう法（副生品として石こう） |
| (4) | ばいじん | ★電気集じん器（負イオンで帯電） |
(4)が「負イオン」と正しく書かれています——平成22年度では、ここが「正イオン」と誤りにされていました。
同じ記述でも、年度によって正しかったり誤っていたりする——1語ずつ確認する必要があることになります。
⚠️ よくある間違い
(5)の「排ガス再循環」という手法自体を疑ってしまう——手法は正しいのです。
誤りは「燃焼温度を上げて」という部分——下げるのが正解です。
「温度を上げて NOx を抑制する」という文が、それ自体で矛盾している——NOx は高温で生まれるのですから。
(3)の二段燃焼法を疑ってしまう——「燃料過剰で一次燃焼させ、二次燃焼域で不足分の空気を供給」で正しい。順序も内容も正確です。
(4)の「負イオン」を疑ってしまう——正しいのです。平成22年度の出題と見比べておくとよいでしょう。
⏱️ 本番での進め方
①★NOx は高温で生まれる。抑えたいなら温度を下げる。
②★排ガス再循環は燃焼温度と酸素濃度を下げる。
③(3) 二段燃焼は一次で酸素不足、二次で低温。
④(4)★電気集じん器は「負イオン」。平成22年度は「正イオン」で誤り。
💡 覚え方
「NOx は熱から生まれる」——だから対策はすべて「温度を下げる」方向です。「温度を上げて抑制する」と書いてあれば、それだけで矛盾——読んだ瞬間に気づけます。
環境対策の全体像は平成22年度 A問題2（火力：火力発電所の環境対策）、コンバインドの NOx は平成26年度 A問題3（火力：コンバインドサイクルの高効率化）にあります。
NOx が生まれる仕組み
なぜ高温だと NOx ができるのかを確かめておきましょう。
| 種類 | 窒素の出どころ | できる条件 |
| ★サーマル NOx | ★燃焼用空気に含まれる窒素 | ★1,500 ℃ 以上で急増する |
| ★フューエル NOx | ★燃料に含まれる窒素分 | ★燃料しだい（石炭に多い） |
| プロンプト NOx | 空気中の窒素 | 火炎の先端で瞬間的に |
空気の約8割は窒素——ふだんは安定していて反応しません。
ところが高温では、その安定な結合が切れて酸素と結びつく——温度が高いほど反応が速く進むのです。
1,500 ℃ を境に急激に増える——だから燃焼温度を下げることが最も効くことになります。
効率と NOx の板挟み
| やりたいこと | 温度 | NOx |
| ★熱効率を上げる | ★高くしたい | ★増えてしまう |
| ★NOx を減らす | ★低くしたい | ★効率が落ちる |
2つの要求が正面から対立しています——だから燃焼の工夫が必要になるのです。
二段燃焼も排ガス再循環も、全体の温度は保ちつつ局所的な高温を避ける工夫——その板挟みを乗り越えるためのものだと言えます。
排煙処理の3装置をまとめる
本問の(1)(2)(4)は、それぞれ別の物質を扱っています。
| 装置 | 対象 | 原理 | 副生品 |
| ★接触還元装置（脱硝） | ★NOx | ★アンモニアと触媒で窒素と水に分解 | ★なし |
| ★湿式石灰石こう法（脱硫） | ★SOx | ★石灰スラリーに吸収させる | ★石こう |
| ★電気集じん器 | ★ばいじん | ★負イオンで帯電させて捕集 | ★フライアッシュ |
脱硝は分解して無害にする——窒素と水になるので、何も残りません。
脱硫と集じんは回収する——石こうもフライアッシュも資源として使われます。
捨てるのではなく使う——それが排煙処理設備のもう一つの顔だと言えます。
接触還元法の反応
触媒は酸化チタンや酸化バナジウム——350 ℃ 前後でよく働きます。
だから脱硝装置は煙道の上流側——まだガスが熱いうちに通す必要があるのです。
アンモニアを入れすぎると、未反応分が漏れ出します——アンモニアスリップと呼ばれ、下流の機器を汚すので注入量は精密に制御されます。
この1問で押さえること
NOx は高温で生まれます——だから対策はすべて「温度を下げる」方向です。
排ガス再循環法は、燃えない気体を混ぜて燃焼温度と酸素濃度を下げる——「温度を上げて抑制する」は、それ自体が矛盾しています。
二段燃焼法は、一次で酸素不足、二次で低温にする——高温と酸素過剰が重ならないようにする工夫です。
環境対策の問題は年度で正誤が入れ替わる
| 記述 | 平成22年度 A2 | ★平成29年度 A3（本問） |
| 電気集じん器のイオン | ★「正イオン」＝誤り | ★「負イオン」＝正しい |
| 誤りの箇所 | ★(4) 集じん器 | ★(5) 排ガス再循環 |
同じ装置の記述でも、年度によって正しかったり誤っていたりする——選択肢の文面を覚えるのではなく、原理を押さえることです。
「負イオンで帯電させる」「温度を下げて NOx を抑える」——この2つを正しく覚えておけば、どちらの年度でも解けます。
まとめ
| (1)接触還元法 | アンモニア＋触媒でNOxを窒素と水に分解→正しい |
| (2)湿式石灰石−石こう法 | 石灰でSOxを吸収し石こうを回収→正しい |
| (3)二段燃焼法 | 燃料過剰で一次燃焼→二次で空気補給→NOx抑制→正しい |
| (4)電気集じん器 | 高電圧でコロナ放電→帯電→分離・除去→正しい |
| (5)排ガス再循環法 | 燃焼温度を「下げて」NOxを抑制→誤り。答えは(5) |
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