排ガス分析計とは
排ガス分析計とは、排気ガスの成分を分析するための装置です。
燃料や原料を燃焼させた際に発生する硫黄酸化物などの有害物質やススをばい煙と呼びます。大気汚染防止法ではばい煙を発生させる設備の中でも、大規模な設備をばい煙発生施設として特定しています。
ばい煙発生施設では排ガスのばい煙濃度とばい煙量を連続的に測定し、記録することが義務付けられています。そのため、ばい煙を発生させる施設では排ガス分析計を用いて、排気ガスの成分を分析して記録することが必要です。
また、燃焼効率化のための指標としても使用されます。特に、半導体や液晶ディスプレイ製造ではフッ素系のガスを多く用います。フッ素系ガスは地球温暖化係数が二酸化炭素の一万倍もあるため、世界半導体会議では排出量の削減が課題です。排ガス量削減のための指標として、排ガス分析計で排ガス濃度を測定する場合があります。
排ガス分析計の使用用途
排ガス分析計は産業用途で使用される装置です。以下は使用用途の一例です。
- ボイラーや産業廃棄物焼却炉の排ガス濃度測定
- 汚泥焼却炉やゴミ焼却設備の排ガス濃度測定
- 水素発生装置の水素発生量測定
- 酸素プラントやガス発生プラントの発生ガス量測定
- 半導体製造設備のフッ素ガス濃度測定
- 鉄鋼設備における酸素吹込み量監視
大気汚染防止法において、有害物質の排出量を把握することが必要です。大気汚染物質の低減化や環境保全のために、排ガス分析計による測定が欠かせません。
また、鉄鋼設備などでは、酸素の吹込み量を監視することで品質管理にも寄与します。
排ガス分析計の原理
排ガス分析計の種類によって原理は異なりますが、排ガス規制用には複数成分を同時測定可能な煙道用排ガス分析装置が使用されます。煙道用排ガス分析装置は以下の順で排ガスをサンプリング・測定します。
1. 一次フィルタ
煙道に一次フィルタを挿入してガスをサンプリングします。一次フィルタの設置目的はサンプルガス中の大きな塵をフィルタリングしながら加熱し、水分の結露による詰まりなどを防止することです。一次フィルタを潜ったガスはテフロンチューブやSUS管などの導管を通り、排ガス分析計本体へ導入されます。
2. ドレンセパレータ・ミストキャッチャ
排ガス分析計へ導入されたサンプルガスはドレンセパレータやミストキャッチャによって水分を除去されます。後段装置の腐食や詰まりを防止することが目的です。ミストキャッチャは定期的な交換が必要な部品の一つです。
3. NOコンバータ
NOXの測定をする場合は、NOコンバータを使用します。分析計で測定しやすいように、NO2成分をNOへ変換します。NOXを測定しない場合は付属しません。
4. 二次フィルタ
二次フィルタによってサンプルガス内のススなどをさらに除去します。二次フィルタには紙やテフロンペーパーが使用されます。
5. エアーポンプ
水分を除去したサンプルガスは、エアーポンプで加圧されて分析ユニットに送り出されます。エアーポンプにはダイヤフラムポンプを使用される場合が一般的です。エアーポンプでガスを吸引できていることを確認するために、後段に流量計が取り付けられます。
6. 分析計ユニット
分析計ユニットの内部にはキャピラリ配管などへサンプルガスを導入し、各種成分を測定します。複数成分を同時測定する場合は、赤外線吸収方式や磁気力方式を活用して分析します。
排ガス分析計の種類
排ガス分析計には複数の種類が存在し、測定成分に合わせて使い分けされます。以下は代表的な排ガス分析方式の種類です。
1. 熱伝導方式
ガスの熱伝導率比の違いを利用して測定します。試料ガスと比較ガスの2種類のガスを比較測定し、熱伝導率の変化を電気抵抗変化として濃度を検出します。
2. 赤外線吸収方式
試料セルと基準となるセル (ブランク) とを比較してガスの濃度を検出するダブルビーム方式と試料ガスのみのシングルビーム方式があり、試料ガスに赤外線光線を当てて、マスフローセンサで赤外線吸収量を電気信号として検出します。
3. 磁気力方式
酸素成分を測定するための方式です。試料ガスがセルに入ると、酸素分子が磁界に引き寄せられて酸素濃度に応じた力を電気信号に変換して検出します。
4. ジルコニア方式
酸素成分を測定するための方式です。ジルコニア素子が高温で酸素イオンのみを通す導電性を利用し、比較ガス (ブランク) と試料ガスを流し、電極に発生する酸素濃淡電池の起電力を検出します。
参考文献
https://www.fujielectric.co.jp/products/instruments/products/anlz_gas/ZSU.html
https://felib.fujielectric.co.jp/
https://www.yokogawa.co.jp/library/resources/application-notes/an-an10g02b01-01/
https://www.tn-sanso.co.jp/jp/rd/giho/pdf/25/12.pdf