배기가스 중 암모니아 자동분석 장치

화력발전소의 보일러에서 연료의 연소와 함께 발생하는 배기가스 가운데 질소산화물(NOx)은 배연탈질장치로 제거하고 있다. 이것은 장치 내에 충전하고 있는 탈질촉매 작용으로 배기가스 중에 첨가한 환원제인 암모니아(NH3)와 NOx를 반응시켜 질소와 물로 분해한 것이다. 이 장치의 성능 관리의 일환으로 NOx 농도 및 NH3 농도 측정이 필요하다. NH3 농도 측정은 계측기에 의한 방법이 있지만 측정정도 등에 문제가 있기 때문에 수작업으로 분석하고 있다. 이 작업은 탈질장치연도로 배기가스 시료 채취(가스 중 NH3를 흡수액으로 용해)한 뒤 흡수액을 분석실까지 운반해 전처리를 행한 뒤 호흡액중의 NH3 농도를 측정하고, 배기가스중 농도를 구한다. 또, 가스 채취 시에는 1회의 채취마다에 가스 채취관의 내부를 세정하여 흡수액에 포함한다. 이같은 측정결과를 얻기까지는 많은 시간을 요한다. 게다가 탈질장치 출구의 NH3 농도는 미량이기 때문에 고감도 측정이 요구되고 숙련된 작업을 요한다. 개요 1. 개발장치 개요 이 장치는 배기가스의 시료 채취, 전처리, 분석, 배기가스 가운데 NH3 농도의 표시까지의 모든 작업 공정을 자동화하고, 현장에서 측정할 수 있는 장치를 샘플링부, 전처리부 및 분석부의 3유닛에 분할해 소형화·경량화를 도모하는 가반식으로 했다. 또 분석부에는 기초연구로 개발한 플로 인젝션 분석법(FIA)을 이용한 흡수액중 암모니아 분석법을 채용하고, 분석의 자동화, 신속화, 고정도화를 실시했다. 2. 장치의 분석성능시험 이 장치의 분석 성능을 확인하기 위해 암모니아 표준액을 이용해 시험을 행한 결과, 표준액 농도와 검출기 신호강도의 관계를 나타내는 검량선은 0∼5ppm NH4의 범위에서 양호한 직선성을 얻을 수 있다. 검출하한(S/N=3)은 0.02ppm, 정량하한(S/N=10)은 0.06ppm이다. 이것은 배기가스 채취량을 40~5L로 한 경우, 배기가스 중 NH3 농도로 환산하면 0.4∼280ppm에 상당한다. 또 재현성(상대표준편차)은 0.2ppm으로 2.7%, 2ppm으로 0.2%이고, 실용상 충분한 분석성능을 갖고 있는 것을 확인했다. 3. 실 가스에 따른 시험결과 이 장치를 화력발전소 배연탈질장치의 연도에 설치하고, 배기가스 중 NH3의 자동측정, 수작업 분석법에 따른 측정과의 비교시험, 장치의 동작·기능이나 가반성 등의 확인시험을 행했다. 그 결과 자동분석값과 수작업 분석값에는 양호한 상관이 있고, 고농도에서 저농도까지의 범위에서 불규칙한 통계가 적은 측정이 가능하다는 것을 확인했다. 또 1 시료당 가스 샘플링 개시부터 10분 정도로 측정 결과를 얻을 수 있고, 가반성이나 동작·기능에도 문제는 없는 것을 확인했다. 연구성과 이 연구로 개발한 장치는 측정성능이나 조작성 등의 기능 및 가반성에 뛰어나고, 측정 현장에서 신속·자동분석이 가능하며, 실용기로서의 기능을 충분히 갖추고 있다. 이 장치를 이용하여 배기가스 중 NH3 농도 측정 작업의 대폭적인 에너지절약화·효율화를 도모할 수 있다. 1. 신속·자동분석 배기가스 샘플링 개시부터 배기가스 중 NH3 농도의 표시까지를 현장에서 단시간(약 10분/1개소)에 자동 측정할 수 있다. 2. 자동세정기능 암모니아나 그 반응생성물이 가스 채취관 등의 내부에 부착하기 쉬운 성질이 있기 때문에 정확한 측정을 행하기 위해서는 가스상의 암모니아 및 부착하고 있는 암모니아 전부를 채취할 필요가 있다. 종래의 방법으로는 이 채취관의 세정을 한 시료 채취마다 수작업으로 했지만 이 장치는 가스 채취관 내부 및 채취관에서 장치 본체까지의 샘플링 배관내를 자동적으로 세정하는 기능을 갖고 있다. 3. 매진 여과기능 앞서 말한 자동 세정 기능으로 샘플링 후의 흡수액 중에는 매진이 포함된다. 이 매진은 분석부에 채용하고 있는 흡광검출기에 영향을 주고, 측정에 방해가 되는 것이 매진 여과기능에 따라 매진이 많이 포한되는 석탄화력발전소의 보일러에서 나오는 배기가스의 경우라도 지장 없이 측정할 수 있다. 또한 여과 필터에 부착한 매진에 따라 막힘 방지를 위해 필터의 자동역선공정으로 매진을 제거한다. 4. 가반성·작업성 이 장치는 분할이나 소형화 등을 도모하고 있고 측정 장소로 운반이 용이하다. 또 샘플링 배관은 자동세정기능을 갖추고 있기 때문에 암모니아 등의 부착방지를 위한 가스 채취관이나 배관의 가열을 행할 필요가 없고, 배관을 길게 할 수 있기 때문에 장치 본체는 가스 채취관의 가까운 곳에 설치할 필요는 없고, 작업성이 좋은 장소에 설치할 수 있다. 앞으로 이 장치를 배연탈질장치성능관리의 배기가스 중 암모니아 측정업무에 활용한다. 또 장치의 상품화를 도모하기 위해 경량화나 디자인 등의 검토를 행할 계획이다. 또한 이 장치는 가스 흡수액이나 분석부의 시스템 등을 변경하여 NH3 이외의 가스에도 적용할 수 있다. 이 장치에 응용하고 있는 FIA 기슬은 숙련이나 노동력을 요하는 분석이나 유해한 약품을 사용하는 분석 작업의 자동화·신속화 등의 에너지절약화에 유효한 방법이다. 따라서 각종 물질의 모니터링 장치로의 응용 등 다양한 분야로의 적용이 가능하다.