蒸気圧力を下げたときの省エネ効果の求め方は？

「 蒸気の乾き度を求める方法を教えてください。」でご説明した通り、蒸気を熱交換器等により間接的に利用する場合、熱的に利用されるのは蒸発潜熱です。蒸発潜熱は圧力が低い蒸気ほど大きく、圧力が高くなるにつれて小さくなっていき、ついには臨界圧力（22.06MPa）で蒸発潜熱は0になります。一例として、絶対圧（注1）が0.2、0.4、0.6と0.8MPaのときの飽和温度、飽和水、蒸発潜熱と飽和蒸気の比エンタルピーを下表に示します（注2）。

今、現状のボイラーの絶対圧をP1、蒸気量をW1、飽和蒸気の比エンタルピーをH1、蒸発潜熱をL1、ボイラー給水の比エンタルピーをH0としたときの必要加熱量QD1はQD1＝W1×（H1—H0）で表されます。また、圧力見直し（低圧化）後のボイラーの絶対圧をP2、蒸気量をW2、飽和蒸気の比エンタルピーをH2、蒸発潜熱をL2、ボイラー給水の比エンタルピーをH0としたときの必要加熱量QD2はQD2＝W2×（H2—H0）で表されます。

現状と見直し後での熱効率は、実用上、同じ熱効率と考えても良いため、熱効率をηとすると、それぞれの必要燃焼量QF1とQF2は、QF1＝QD1÷η、QF2＝QD2÷ηで表されます。

一方、（間接加熱の場合）加熱に有効な熱量は蒸発潜熱であり、加熱量は変わらないためW1×L1＝W2×L2の関係が成り立ちます。

QF1とQF2は燃焼量であり燃料消費量そのもののため、（QF1—QF2）÷QF1が省エネルギー効果を表しています。

以上を纏めると、

省エネルギー効果＝1—｛（H2—H0）÷（H1—H0）｝×（L1÷L2）・・・（1）

となります。

例えば、現状の絶対圧が0.80MPaで見直し後の絶対圧が0.40MPaで、ボイラー給水の比エンタルピーを209kJ／kg（ドレン回収などにより50℃で供給）としたときの省エネルギー効果は（1）式に上記表の比エンタルピーを代入し、

省エネルギー効果＝1—｛（2739—209）÷（2769—209）｝×（2048÷2134）＝0.052

と求められ、5.2％もの省エネ効果が期待できることが分かります。

注1：真空を基準に表した圧力のこと。「絶対圧」に対し、「ゲージ圧」という表し方もあります。通常使われている蒸気ボイラーの圧力は、圧力計で表示されるため、ゲージ圧力で表示されています。絶対圧とゲージ圧の関係は、【絶対圧＝ゲージ圧＋大気圧】となります。また、絶対圧とゲージ圧を区別するため、圧力単位（例えばMPa）の後に、絶対圧であればA（例えばMPaA）、ゲージ圧であればG（例えばMPaG）を付けて表すこともあります。

注2：蒸気の持つ熱量等の情報を示したものに「蒸気表」があります。蒸気表は、圧力を基準にしたものと温度を基準にしたものがあり、それも絶対圧で表示されています。

回答者

技術士（衛生工学）　加治　均

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