連続排出モニタリングシステム

連続排出モニタリングシステム（CEMS）は、工業プロセスにおける燃焼から生じる排出ガス流を監視するツールとして使用されています。CEMSは、排気ガス中の酸素、一酸化炭素、二酸化炭素を測定し、工業環境での燃焼制御のための情報を提供します。 ^{[1] [2]}また、米国環境保護庁（EPA）の酸性雨プログラム、^[3]その他の米国連邦排出プログラム、または州が許可した排出基準などの大気排出基準に準拠する手段としても使用されています。 CEMS は通常、ストリーム内のガス濃度を測定する分析装置、離れた場所にある場合にそのガス ストリームのサンプルを分析装置に送る機器、読み取りを妨げる可能性のある水やその他の成分を除去してサンプル ガスを調整する機器、PLCで制御してサンプル ガスを分析装置に送ったり分析装置から遠ざけたりできるバルブ付きの空気圧配管、サンプル ラインに校正ガスを注入できる校正および保守システム、各データ ポイントを収集して保存し、総排出量の取得に必要な計算を実行できるデータ取得および処理システム (DAHS) で構成されます。CEMS は、測定するプロセスがオンになっていない場合でも常に動作します。プロセス監視やコンプライアンス目的で、排出量データを継続的に収集、記録、報告できます。

標準 CEM システムは、サンプル プローブ、フィルター、サンプル ライン (アンビリカル)、ガス調整システム、校正ガス システム、および監視対象のパラメータを反映する 一連のガス分析装置で構成されています。監視対象の一般的な排出物には、二酸化硫黄、窒素酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、塩化水素、空気中の粒子状物質、水銀、揮発性有機化合物、酸素などがあります。CEM システムでは、空気の流れ、排気ガスの不透明度、水分も測定できます。粒子状物質を測定する監視システムは、PEMS と呼ばれます。

米国では、EPAはデータを収集して報告するためのデータ収集および処理システムを義務付けています。濃度の測定値は、流量測定を含めることで質量/時間に変換できます。測定されるガスの種類と必要な計算は、ソースの種類に依存しており、各ソースの種類には40 CFRパート60とパート75の独自のサブパートがあります。^[4] SO
₂排出量は、 SOとSDSの両方を使用して1時間あたりのポンド単位で測定されます。
₂ DAHS は、汚染物質濃度モニターと体積流量モニターの両方を使用します。NO _xについては、NO x_汚染物質濃度モニターと希釈ガスモニターの両方を使用して、重量/体積または重量/発熱量（たとえば、lbs/百万 Btu、lbs/ft ³、kg/kWh、kg/m ³）で排出率を決定します。発生源の種類によっては、不透明度測定が必要になる場合があります。CO ₂測定が必須となる場合もありますが、監視する場合は、CO ₂または酸素モニターと流量モニターを使用する必要があります。DAHS は、通常 1 分間隔でデータを収集、記録、保存できる必要があります。コンプライアンスのために、DAHS は、プロセスがオンになっていない場合でも、24 時間 365 日継続的に動作する必要があります。有効な測定を行うには、DAHS は、4 四半期のうち 3 四半期で 15 分ごとに少なくとも 1 つの読み取り値を記録する必要があります。読み取り値は、1 時間ごとに平均化されます。^[5]

少量の排ガスサンプルが、ポンプによってサンプルプローブを介して CEM システムに抽出されます。化石燃料を燃焼する施設では、多くの場合、 希釈抽出プローブを使用して、サンプルを清浄で乾燥した空気で通常 50:1 ～ 200:1 の比率、通常は 100:1 の比率に希釈します。希釈が使用されるのは、純粋な排ガスは高温で湿っており、汚染物質によっては粘着性があるためです。適切な比率に希釈されると、サンプルはサンプルライン (通常はアンビリカルと呼ばれる) を介してマニホールドに送られ、そこから個々の分析装置がサンプルを抽出します。ガス分析装置では、濃度を正確に測定するためにさまざまな手法が採用されています。一般的に使用される手法には、赤外線および紫外線吸収、化学発光、蛍光、ベータ線吸収などがあります。分析後、ガスは分析装置からすべての分析装置に共通のマニホールドに送られ、そこから屋外に排出されます。データ収集・処理システム（DAHS）は各分析装置からの信号出力を受信し、排出データを収集・記録します。^[6]

排出率の低い産業源や公共事業源で使用される別のサンプル抽出方法は、一般に「乾式抽出法」、「高温乾式」抽出法、または「直接」CEMS と呼ばれます。サンプルは希釈されず、高温の加熱サンプル ラインに沿ってサンプル調整ユニットに運ばれます。サンプルはフィルター処理されて粒子状物質が除去され、通常はチラーで乾燥されて水分が除去されます。調整されたサンプルはサンプリング マニホールドに入り、さまざまなガス分析装置によって測定されます。通常は燃焼タービンや天然ガスまたはディーゼルで稼働するエンジンのNO _xとO _{2 (場合によっては CO) が測定されます。NO x}分析装置は通常、化学発光を使用して動作します。O ₂分析装置は磁場を使用してO ₂を引き付け、濃度を測定します。O 2_によって分析装置内の吊り下げられたミラーが動き、そのミラーによって光電セルに反射される光の量が変化します。ミラーを中央に戻すために必要な電流量は、O ₂濃度に比例します。必要な計算を実行するには、サンプル内の 酸素の割合を測定する機能が必要です。

システムの精度は、いくつかの方法で実証されます。内部品質保証チェックは、認定された 濃度のガスをサンプル プローブに毎日導入することで行われます。次に、CEMS 測定値を既知の濃度と比較し、校正エラー パーセンテージを算出します。ゼロ ガスの読み取りも取得され、比較されます。校正エラー % が 5 日間連続で性能仕様の 2 倍を超えるか、24 時間で性能仕様の 4 倍を超える場合、CEMS は制御不能とみなされ、制御状態に戻るまでデータの正確性は信頼できません。制御不能期間には、データ置換が使用されます。データ置換方法は一般に有利ではないため、CEMS をできるだけ早く制御状態に戻すことが重要です。

EPA は、ガスを希釈して校正標準を生成する連続排出モニタリング校正システムの使用も許可しています。^[7]分析計の読み取り値は、一定の割合で正確でなければなりません。割合の精度はさまざまですが、ほとんどは 2.5% から 5% の間です。酸性雨プログラムの影響を受ける発電所では、システムの年間 (または 2 年ごと) の認証を独立した会社が行う必要があります。会社は、発電所の CEMS と並行して排出データを収集するために、一時的に独立した CEM システムを設置します。このテストは、相対精度テスト監査 (RATA) と呼ばれます。

米国では、機器の定期的な評価を報告し、記録する必要があります。^[5]これには、毎日の校正エラーテスト、フローモニターの毎日の干渉テスト、半年ごと（または年ごと）のRATAおよびバイアステストが含まれます。^[8] CEMS機器は高価であり、施設にとって必ずしも手頃な価格ではありません。そのような場合、施設は排出ポイントにEPAに準拠していない分析機器を設置します。年に1回、機器評価のために、移動式CEMS会社が準拠機器を使用して排出を測定します。その結果は、準拠していない分析システムと比較されます。^[9]