今回は令和3年度 電力科目 A問題4を解説します。火力発電所の灰じんを除去する電気集じん装置について、集じん電極と放電電極の形状、放電の種類、そして付着した灰の払い落とし方を問う空欄補充問題です。
構造は「広い板の間に細い線」。集じん電極＝平板電極（灰を受け止めるので広い面が要る）、放電電極＝線電極（細いほど電界が集中してコロナが出やすい）。この対応さえ押さえれば解けます。
令和3年度 電力科目 A問題4：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4
電験3種 電力科目 【火力】 令和3年度 A問題4
次の文章は、電気集じん装置に関する記述である。火力発電所で発生する灰じんなどの微粒子は、電気集じん装置により除去される。典型的な電気集じん装置は、集じん電極である(ア)の間に放電電極である(イ)を置いた構造である。電極間の(ウ)によって発生した(エ)放電により生じたイオンで微粒子を帯電させ、クーロン力によって集じん電極で捕集する。集じん電極に付着した微粒子は一般的に、集じん電極(オ)取り除く。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
(ア) (イ) (ウ) (エ) (オ) (1) 線電極 平板電極 高電圧 コロナ に風を吹きつけて (2) 線電極 平板電極 大電流 アーク を槌でたたいて (3) 平板電極 線電極 大電流 アーク に風を吹きつけて (4) 平板電極 線電極 高電圧 コロナ を槌でたたいて (5) 平板電極 線電極 大電流 コロナ を槌でたたいて
出題のポイント：平板・線・高電圧・コロナ・槌打ち
電気集じん装置は、平板状の集じん電極の間に細い線状の放電電極を置き、電極間に高電圧を加えて線の周囲にコロナ放電を起こします。発生したイオンで微粒子を帯電させ、クーロン力で平板へ移動・付着させた後、集じん電極を槌でたたいて灰をホッパへ落とします。したがって正しい組合せは（4）です。
電気集じん装置の構造
広い板と細い線を向かい合わせる——この形が要点です。
| 電極 | 形 | 役割 | 本問 |
| ★集じん電極 | ★平板 | ★帯電した微粒子を捕まえる | ★(ア) |
| ★放電電極 | ★線（細い） | ★コロナ放電を起こしてイオンを作る | ★(イ) |
なぜ放電電極が「線」なのか——細いほど電界が集中するからです。
とがったところや細いところには電気力線が集まります——そこだけ電界が強くなり、コロナ放電が起きるのです。
平板どうしでは電界が一様——放電が起きる前に全体が絶縁破壊してしまいます。だから片方を線にする必要があるのです。
(エ) コロナ放電とアーク放電
| ★コロナ放電 | アーク放電 | |
| 状態 | ★部分的な放電 | ★電極間がつながる |
| 電流 | ★小さい | ★大きい |
| 集じん装置では | ★これを使う | ★起きてはいけない（異常） |
アーク放電が起きると、電極間が短絡状態になります——電圧が落ちて集じんできなくなるのです。
だから電圧はコロナが起きる範囲に保つ——高すぎてもいけないことになります。
問題文が「大電流」ではなく「高電圧」としているのも同じ理由——必要なのは強い電界であって、大きな電流ではありません。
(オ) 槌でたたいて落とす
集じん電極に付いた灰は、槌打（つちうち）で落とします——ハンマリングとも呼ばれます。
| 方法 | 可否 | 理由 |
| ★槌でたたく | ★これが正しい | ★振動で灰の層がはがれ落ちる |
| 風を吹きつける | ★不適 | ★せっかく集めた灰が再び舞い上がる |
| 水で洗う | 湿式なら可 | 排水処理が必要になる |
風で吹き飛ばしては本末転倒——集めた灰を再飛散させてしまいます。
電極を機械的に振動させれば、灰の層は塊のまま落ちる——下のホッパに溜まることになります。
電気集じん装置の特徴
| 項目 | 内容 |
| ★集じん率 | ★99 ％ 以上と高い |
| ★捕集できる粒径 | ★1 μm 以下の微粒子まで捕らえられる |
| ★圧力損失 | ★小さい（ガスの流れを妨げない） |
| 電力消費 | 比較的小さい |
フィルタのように目詰まりしません——ガスは電極の間をそのまま通り抜けるからです。
だから通風機の負担が小さい——大量の排ガスを扱う火力発電所に向いていることになります。
⚠️ よくある間違い
(ア)(イ)を逆にしてしまう——選択肢(1)(2)がそれです。
問題文が「集じん電極である(ア)の間に放電電極である(イ)を置いた」——間に置くのは細い線。平板の間に線を張る構造です。
(ウ)を「大電流」としてしまう——選択肢(2)(3)(5)。コロナ放電を起こすのは高電圧です。
(エ)を「アーク」としてしまう——選択肢(2)(3)。アークは異常——正常な動作はコロナです。
(オ)を「風を吹きつけて」としてしまう——選択肢(1)(3)。集めた灰を飛ばしては意味がありません。
⏱️ 本番での進め方
①(ア)(イ)★平板の間に線。細い線に電界が集中する。
②(ウ)(エ)★高電圧でコロナ放電。アークは異常。
③(オ)★槌でたたいて落とす。風では再飛散する。
④集じん率99 ％ 以上、圧力損失が小さい。
💡 覚え方
「平板の間に線、高電圧でコロナ、槌でたたく」——この一文で5つの空欄が埋まります。細いところに電界が集中するのが、線電極を使う理由です。
排煙処理の3点セット
火力発電所の煙道には、3種類の処理装置が並びます。
| 対象 | 装置 | 仕組み |
| ★ばいじん | ★電気集じん装置 | ★静電気で微粒子を集める |
| ★硫黄酸化物（SOx） | ★排煙脱硫装置 | ★石灰石スラリーで吸収し、石こうにする |
| ★窒素酸化物（NOx） | ★排煙脱硝装置 | ★アンモニアと触媒で窒素と水に戻す |
脱硝→集じん→脱硫の順に並べるのが一般的——脱硝の触媒は高温で働くので上流側に置きます。
脱硫は水を使うので、ガスの温度が下がった下流側——それぞれが働きやすい温度帯に配置されているのです。
集じん装置の種類
| 方式 | 原理 | 特徴 |
| ★電気集じん | ★静電気で捕集 | ★微粒子まで取れる。圧力損失が小さい |
| サイクロン | 遠心力で分離 | 構造が簡単。粗い粒子向き |
| バグフィルタ | ろ布でこし取る | 集じん率は高いが圧力損失が大きい |
大量の排ガスを扱う火力発電所では、圧力損失が重要——通風機の動力がそのまま所内電力になるからです。
だから電気集じん装置が選ばれます——ガスがそのまま通り抜けるので、抵抗が小さいのです。
捕集の3段階
微粒子が集じん電極に到達するまでを追ってみましょう。
| 段階 | 起きること |
| ★① 荷電 | ★コロナ放電で生じたイオンが微粒子に付着し、帯電させる |
| ★② 移動 | ★クーロン力で集じん電極へ引き寄せられる |
| ★③ 捕集 | ★電極に付着して層になる |
帯電量が大きいほど、電界が強いほど、速く引き寄せられます——だから高電圧をかけるのです。
粒子が小さいほど帯電しにくく、捕集も難しくなります——それでも1 μm 以下まで取れるのが電気集じん装置の強みです。
電気抵抗率が捕集効率を左右する
| 灰の電気抵抗率 | 起きること |
| ★低すぎる | ★電極に付いてもすぐ電荷を失い、再飛散する |
| ★適正 | ★しっかり付着して層になる |
| ★高すぎる | ★層の中で放電が起き、捕集を妨げる（逆電離） |
灰の性質によって、集じん率が変わります——石炭の種類しだいだとも言えます。
抵抗率が高いときは、ガスに水分やアンモニアを加えて調整する——ガスコンディショニングと呼ばれる手法です。
空欄の絞り込み手順
5つの空欄がありますが、2つで確定します。
| 確定させる欄 | 正しい語 | 残る選択肢 |
| (ア) | 平板電極 | ★(3)(4)(5) |
| (ウ) | 高電圧 | ★(4)に確定 |
(ア)は「集じん電極である(ア)の間に」——間に何かを置ける形＝平板です。これで2つ落ちます。
(ウ)はコロナ放電を起こす手段——高電圧。2手で確定します。
(イ)(エ)(オ)は裏取りに使えます——線電極・コロナ・槌でたたく。すべて(4)と一致します。
なぜ集じん電極が平板なのか
集める側は、広い面積が要ります——微粒子を受け止める場所だからです。
そのうえ電界が一様であってほしい——集じん側で放電が起きては困るのです。
平板なら電界が集中せず、放電も起きません——役割に合った形だと言えます。
放電する側は細く、集める側は広く——2つの電極に、まったく違う役目が与えられていることになります。
まとめ
| (ア) | 集じん電極＝平板電極（灰を受け止める広い面） |
| (イ) | 放電電極＝線電極（細いと電界が集中し放電しやすい） |
| (ウ) | 電極間にかけるのは高電圧 |
| (エ) | 線電極まわりに発生するのはコロナ放電 |
| (オ) | 付着した灰は集じん電極を槌でたたいて落とす→(4) |
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