ターンダウン比率

ターンダウン比とは、機器の動作範囲の広さを指し、最大出力と最小出力の比として定義されます。例えば、最大出力が10ユニット、最小出力が2ユニットの機器の場合、ターンダウン比は5です。この用語は、計測機器やボイラー、ガス化炉などの燃焼プラントでよく使用されます。

流量計

流量測定において、ターンダウン比は流量計が許容精度で測定できる流量の範囲を示します。これはレンジアビリティとも呼ばれます。特定の用途に適した流量計技術を選択する際に重要です。測定対象となるガス流量が100,000 m ³ /日から1,000,000 m ³ /日の間で変動すると予想される場合、特定の用途ではターンダウン比は少なくとも10:1である必要があります。したがって、流量計には少なくとも10:1のターンダウン比が必要です。例えば、流量計の最大流量が2,000,000 m ³ /日と宣伝されている場合、必要なターンダウン比は20:1となります。^[要出典]

各タイプの流量計のターンダウン比は、理論的な考慮と実用的な考慮によって制限されます。例えば、オリフィス式流量計は、測定流体に流速の2乗に比例した圧力降下を生じます。そのため、差圧の測定範囲が大きくなりすぎて精度が低下する可能性があります。また、ハイドレート生成などのプロセス上の問題を引き起こす可能性があり、コンプレッサーの吐出量を測定する場合には、許容できる圧力損失に限界があります。

さまざまなメータータイプの典型的なターンダウン比

ここではガス流量の例を示していますが、同じタイプのメーターを液体にも使用でき、同様のターンダウン比となります。メーターメーカーは製品のターンダウン比を明示しているため、製品によっては下記のリストと異なるターンダウン比となる場合があります。^[要出典]

熱質量流量計のターンダウン比は 1000:1 です。

オリフィスプレート メータの実用的なターンダウン比は 3:1 です。

タービンメーターのターンダウン比は 10:1 です。

回転式容積流量計のターンダウン比は、メーカーや用途に応じて10:1から80:1の範囲です。ダイヤフラム式流量計のターンダウン比は80:1とされています。

マルチパス超音波メーターのターンダウン比は、多くの場合 50:1 と規定されています。

ボイラー

ボイラーのターンダウン比とは、ボイラーが効率的に、あるいは制御可能に運転できる最大熱出力と最小熱出力の比です。多くのボイラーは、様々な出力レベルで運転できるように設計されています。所望の温度／圧力点に近づくにつれて、熱源の出力は徐々に低下します。圧力／温度が低下すると、熱源の出力は徐々に上昇します。ボイラーの用途によっては、最大出力の低い割合で運転する必要がある場合、高いターンダウン比が必要です。逆に、運転条件が大きく変化することが想定されない用途（例えば、大規模発電所）では、低いターンダウン比で十分です。

暖房プラントが最大値のごく一部しか稼働しておらず、ターンダウン比が低すぎる場合、所望の圧力/温度に達した時点でバーナーを停止する必要が生じます。その結果、温度/圧力が急激に低下し、ボイラーの再起動が必要になります。このサイクル頻度は1時間あたり最大12回に達することがあります。^[1]これは望ましくありません。なぜなら、停止時と起動時の両方で排気ガスがパージされるため、エネルギー損失が発生し、効率が低下するからです。さらに、ボイラーの起動時間は通常1～2分程度であるため、突然の負荷需要に対応できなくなります。^[1]

さまざまなボイラータイプの典型的なターンダウン比

電気

電気に関連する燃焼損失やシステム起動の遅延がないため、エネルギー供給を調整する手段を持つことは珍しいことではありません（つまり、ターンダウン比は 1 です）。^{[引用が必要]}

ガス

ガスボイラーは、燃焼効率をほとんど損なうことなく、ターンダウン比を10～12に設計できますが、一部のガスバーナーでは35の比率を達成できるものもあります。^{[2] [信頼できない情報源？ ]}ただし、一般的なターンダウン比は5です。^[3]

効率向上のため、最近では非常に小型のガスボイラーにもモジュレーションバーナーが搭載されています。実際には、ファンによる燃料/空気循環を備えたボイラーのみがモジュレーション機能を備えています。ファンはガスと空気をより完全に混合するため、より効率的な燃焼を実現します。高効率のコンデンシング型ボイラーであれば、高いターンダウン比を実現でき、ターンダウン比が高いほど効率が高くなります。

ガス／石油ボイラーは停止するたびに、再始動前にボイラー内に蓄積している可能性のある可燃性ガスを除去するため、冷風で「パージ」する必要があります（これは爆発を防ぐためです）。この冷風は、そのたびにボイラーから熱を奪います。ターンダウン比を高くすれば、停止と始動の回数が減り、損失も減少します。

油

石油燃焼ボイラーは最大20のターンダウン比を達成できますが^[2]、従来のバーナー設計では通常2～4しかありません。^[3]

家庭用の小型「気化式」（灯油または28秒の石油を燃焼させる）バーナーは、全く調整機能がなく、比較的効率が悪い。ファン付きの圧力ジェット式バーナー（通常は35秒の石油を使用）を使用するボイラーはターンダウン比を2にすることができ、ロータリーカップ式バーナーは4にすることができる。^[3]凝縮式石油ボイラーはかなり珍しい。石油の燃焼で発生する凝縮液は、主に硫黄含有量のために、ガスよりもはるかに腐食性が高い。近年、石油会社は環境上の理由から石油の硫黄含有量を削減しているため、この状況は変化する可能性がある。しかし、石油と空気の混合の問題から、ターンダウン比が4を超えることはまれである。

石炭

近年、機械化された石炭ボイラーは、ガスの利便性と入手しやすさから、大規模な工業プラントでのみ使用されています。石炭燃焼プラントは理論的にはかなり高いターンダウン比を実現でき、手動式の石炭ボイラーが主流だった時代には、これは一般的でした。

石炭を火格子で燃焼させるシステムでは、負荷の突然の減少/停止により火格子に数トンの燃焼燃料が残る可能性があるため、ターンダウン比は 1 より大きくなければなりません。^[要出典]

参考文献

1. 「Cleaver-Brooks リファレンスセンター - ボイラーの基礎」.
2. 「エネルギー効率の高いバーナーによるボイラーのアップグレード」（PDF）米国エネルギー省、2012年1月。 2014年7月2日閲覧。
3. 「ボイラー効率と燃焼」Spirax Sarco . 2014年7月2日閲覧。