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大型ボイラーでは燃焼排ガスに含まれる煤じん・SO₂（硫黄酸化物）・NOx（窒素酸化物）が大気汚染物質となります。一級ボイラー技士試験では、各処理設備の種類・動作原理・大気汚染防止法による規制が出題されます。
排煙処理設備が必要な背景
ボイラーの燃焼排ガスには以下の有害成分が含まれます。
| 有害成分 | 発生原因 | 規制法令 |
|---|---|---|
| ばいじん（煤じん） | 燃料中の灰分・未燃炭素が固体粒子として排出 | 大気汚染防止法（ばいじん規制） |
| SO₂（亜硫酸ガス） | 燃料中の硫黄分が燃焼で酸化 | 大気汚染防止法（硫黄酸化物規制） |
| NOx（窒素酸化物） | 燃焼時の高温でN₂とO₂が反応（サーマルNOx）・燃料中窒素の燃焼（フューエルNOx） | 大気汚染防止法（窒素酸化物規制） |
集じん装置の種類
煤じんを排ガスから除去する装置です。
重力式集じん装置（沈降室）
- 原理：排ガスの流速を下げ、重力でばいじんを沈降させる
- 粗大粒子の除去に有効。粒径50μm以上が対象
- 構造が単純で維持費が低い
遠心力式集じん装置（サイクロン）
- 原理：排ガスを旋回させ、遠心力でばいじんを外壁に押しつけて分離する
- 粒径10〜50μm程度のばいじんに対応
- 圧力損失が比較的低く、前処理として使用されることが多い
電気式集じん装置（電気集じん機・コットレル）
- 原理：放電電極に高電圧（数十kV）をかけてコロナ放電を起こし、ばいじんを帯電させて集じん極に吸着する
- 微細な粒子（1μm以下）の除去も可能
- 大型設備に使用。圧力損失が小さい
ろ過式集じん装置（バグフィルター）
- 原理：繊維製の袋（バグ）を通してばいじんをろ過する
- 微細なばいじんの高効率除去が可能（除去率99%以上）
- 高温排ガスへの適用は耐熱素材が必要
湿式集じん装置（スクラバー）
- 原理：水や液体でばいじんを洗浄・捕集する
- ばいじんと同時にSO₂の吸収も可能
- 廃液処理が必要
脱硫装置
SO₂（硫黄酸化物）を排ガスから除去する装置です。
湿式石灰石膏法
- 原理：石灰石（CaCO₃）のスラリーを排ガスと接触させ、SO₂を吸収・固定する
- 反応：SO₂ + CaCO₃ + ½H₂O → CaSO₃・½H₂O（亜硫酸カルシウム）→ 酸化してCaSO₄（石膏）
- 副産物の石膏を建材として再利用できる
- 大型石炭・重油ボイラーで広く採用
脱硝装置（NOx低減設備）
NOx（窒素酸化物）を除去・低減する方法です。
選択触媒還元法（SCR法）
- 原理：アンモニア（NH₃）を添加した排ガスを触媒層（バナジウム触媒等）に通し、NOxをN₂と水に分解する
- 反応温度：300〜400℃（触媒が活性化する温度域）
- NOx除去率が高い（80〜90%以上）
- 大型ボイラー・発電所での採用が多い
燃焼改善によるNOx低減
- 低NOxバーナー：燃焼を低温・段階的に行い、サーマルNOxの生成を抑制
- 排ガス再循環法（EGR）：燃焼排ガスの一部を燃焼空気と混合して炉内温度を下げ、NOx生成を抑制
- 二段燃焼法：一次空気を絞って不完全燃焼させ、二次空気で完全燃焼させることでNOxを低減
大気汚染防止法の規制対象
大気汚染防止法（昭和43年法律第97号）は、工場・事業場から排出されるばい煙・揮発性有機化合物等を規制します。ボイラーは「ばい煙発生施設」として届出が必要です（一定規模以上の場合）。
一級試験での出題傾向
- SCR法の動作原理（アンモニア添加・触媒でN₂に分解）は択一頻出
- 集じん装置の種類と原理の組み合わせ（遠心力→サイクロン等）
- 湿式石灰石膏法の副産物（石膏）
出典：ボイラー及び圧力容器安全規則（昭和47年労働省令第33号）・ボイラー構造規格（昭和47年労働省告示第33号）・安全衛生技術試験協会 公表試験問題
作成：fufumumu_design｜更新：2026年11月
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