KR102196726B1 - 지능형 ai 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치 및 방법 - Google Patents

지능형 ai 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치 및 방법 Download PDF

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    • B01D53/0454—Controlling adsorption

Abstract

본 발명은 미세먼지 흡착 제거 제어 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 발전 시설에서 인공지능 기반으로 미세먼지를 흡착 제거하는 공정을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발전 시설의 설계된 용량에 상관없이 능동적으로 미세먼지 발생량에 지능적으로 상황인식 반응하여 미세먼지 흡착제의 분사를 조절하여 미세먼지 흡착제의 사용을 절약하고 최적화할 수 있다.

Description

지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치 및 방법{FINE DUST ADSORPTION REMOVAL CONTROL SYSTEM AND METHOD BASED ON ARTIFICIAL INTELLIGENCE}
본 발명은 미세먼지 흡착 제거 제어 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 발전 시설에서 인공지능 기반으로 미세먼지를 흡착 제거하는 공정을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
우리나라는 미세먼지에 의한 건강 위험이 국제적으로 심각한 수준이다. 예를 들면, 1년 중 대기질 기준(25㎍/㎥)을 초과하는 날을 기준으로 평가할 때, 우리나라는 23.83일로 OECD 국가(평균:12.35일) 중 대기질이 가장 나쁜 상황이며, 대기오염에 대한 노출된 인구비율 기준으로 대기질 기준(25㎍/㎥)을 초과하는 농도에 노출된 인구비율이 47%로 OECD 국가(평균: 3%) 중 가장 높다(OECD, 2015).
특히, 3대 오염물질 중 이산화황 및 질소산화물 대부분과 미세먼지 85%는 에너지 생산(발전소, 산업설비) 및 소비활동에 기인하는 것으로 추정된다.
정부는 2030년까지 석탄발전 리트로피팅(Retrofitting·노후 설비 개선)과 환경설비 추가에 10조원 이상을 투입하기로 했지만, 신규 석탄발전소 건설을 동시에 추진하고 있는 상황이라 근본적인 개선책이 되지 못하고 있다. 또한, 정부는 범정부 미세먼지 저감 대책을 통해 오는 2030년까지 전국 53기의 석탄화력 발전소에 10조원을 투자해 미세먼지 24% 감축하겠다고 밝히고, 가동 30년이 넘은 노후 석탄 화력 발전소 10기 중 8기는 오는 2018년부터 순차적으로 폐지하고, 2기는 올해부터 석탄 사용을 전면 중단하고 친환경 연료로 대체하고, 나머지 43기는 환경설비를 전면교체 해 오염물질을 감축하는 계획을 추진하고 있다.
본 발명에 대한 선행기술 문헌으로는 특허번호 10-1833390호(2018.02.22)가 있다.
본 발명은 발전 시설에서 미세먼지 흡착제를 이용하여 미세먼지 크기를 키워 제거하는 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 발전 시설의 보일러에 미세먼지 흡착제를 분사하여 기존 설비 변경 없이 미세먼지를 제거하고 에너지 효율을 극대화하는 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 발전 시설의 설계된 용량에 상관없이 능동적으로 미세먼지 발생량에 지능적으로 상황인식 반응하여 미세먼지 흡착제의 분사를 조절하는 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 미세먼지 정보를 입력하는 데이터 입력부, 미세먼지 정보가 미리 설정된 조건에 해당하는 경우 발전 시설의 제어 신호를 생성하는 미세먼지 상황인식부 및 생성된 제어 신호에 따라 분사되는 미세먼지 흡착제의 분사량, 분사시간 및 분사위치 중 적어도 하나를 제어하는 흡착제 분사 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 방법 및 이를 실행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 방법 및 이를 실행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체는 발전 시설의 배출 가스에 포함된 미세먼지를 모니터링하는 단계, 모니터링한 미세먼지 정보와 빅데이터 저장부에 저장된 빅데이터에 기반하여 흡착제 분사 제어 신호를 생성하는 단계, 흡착제 분사 제거 신호에 따라 발전 시설에 미세먼지 흡착제를 분사하는 단계 및 미세먼지 흡착제에 의해 거대화된 미세먼지를 집진하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발전 시설의 설계된 용량에 상관없이 능동적으로 미세먼지 발생량에 지능적으로 상황인식 반응하여 미세먼지 흡착제의 분사를 조절하여 미세먼지 흡착제의 사용을 절약하고 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발전 시설의 보일러에 미세먼지 흡착제를 분사하여 기존 설비 변경 없이 미세먼지를 제거하고 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치를 설명하기 위한 도면들.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세먼지 흡착제를 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 방법을 설명하기 위한 도면들.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하도록 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 흡착제 분사부(100), 능동부하제어부(200), 미세먼지 제거부(300) 및 미세먼지 모니터링부(400)를 포함한다.
흡착제 분사부(100)는 미세먼지 흡착제를 발전 시설에 분사한다. 흡착제 분사부(100)는 발전 시설의 보일러 또는 발전 연료에 미세먼지 흡착제를 분사할 수 있다. 흡착제 분사부(100)는 미세먼지를 흡착하여 미세먼지 입자를 크게 만들어 포집이 가능하게 한다. 흡착제 분사부(100)는 기존 발전 시설의 설비 변경 없이 분사 및 제어가 가능하다.
능동부하제어부(200)는 발전량의 미세먼지 배출량에 따라 미세먼지 흡착제의 분사량을 능동 제어한다. 더욱 상세하게 능동부하제어부(200)는 발전 시설의 설계된 용량에 상관없이 능동적으로 미세먼지 발생량에 지능적으로 상황인식 반응형으로 미세먼지 흡착제의 분사량을 조절할 수 있다.
미세먼지 제거부(300)는 미세먼지 흡착제에 의해 입자 크기가 커진 미세먼지를 제거한다. 미세먼지 제거부(300)는 예를 들면, 전기 집진기, 여과 집진기 또는 사이클론 등 다양한 형태 또는 방식의 집진기가 사용될 수 있다.
미세먼지 모니터링부(400)는 발전 시설의 배출 가스에 포함된 미세먼지를 모니터링한다. 미세먼지 모니터링부(400)는 예를 들면, 발전소 굴뚝에서 배출되는 가스의 미세먼지 함량을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 미세먼지 모니터링부(200)는 모니터링한 미세먼지 정보를 생성하고, 능동부하제어부(200)로 전송할 수 있다.
도 2를 참조하면, 능동부하제어부(200)는 미세먼지 정보 입력부(210), 미세먼지 상황인식부(220), 흡착제 분사 제어부(230) 및 빅데이터 저장부(240)를 포함한다.
미세먼지 정보 입력부(210)는 미세먼지 모니터링부(400)로부터 미세먼지 정보를 입력한다. 미세먼지 정보 입력부(210)는 발전 시설의 연료정보, 반응 조건 정보, 설비 운용 정보 및 오염 정보 중 적어도 하나를 더 입력할 수 있다.
미세먼지 상황인식부(220)는 미세먼지 정보가 미리 설정된 조건에 해당하는 경우 발전 시설의 제어 신호를 생성한다. 미세먼지 상황인식부(220)는 지능적으로 상황을 인식하여 능동적으로 제어 신호를 생성할 수 있다. 미세먼지 상황인식부(220)는 모니터링한 미세먼지 정보와 빅데이터 저장부에 저장된 빅데이터에 기반하여 흡착제 분사 제어 신호를 생성할 수 있다.
흡착제 분사 제어부(230)는 생성된 제어 신호에 따라 흡착제 분사부(100)를 제어한다. 흡착제 분사 제어부(230)는 흡착제 분사부(100)에서 분사되는 미세먼지 흡착제의 분사량, 분사시간 및 분사위치 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
빅데이터 저장부(240)는 미세먼지 흡착제 분사 관련 데이터, 미세먼지 모니터링 관련 데이터 및 발전 시설 가동 관련 데이터를 저장한다. 빅데이터 저장부(240)는 미세먼지 상황인식부(220)에 저장된 빅데이터를 인공지능 기반 미세먼지 흡착제 분사를 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세먼지 흡착제를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세먼지 흡착제는 하드로탈사이드 성분을 포함하다. 이를 더욱 상세히 설명하면, 미세먼지 흡착제는 열팽창력이 우수한 혼합금속(MX) 성분과 수산화(OH-)그룹을 포함한다. 여기서, 혼합금속은 마그네?을 포함할 수 있고, 수산화 그룹은 음이온 계면 활성제를 포함할 수 있다.
(화학식 1)
M(OH)X + SiO2 + H2O + (Cx·ASH) + PM → Cx·ASH·PM·Mx·SiO2·H2O + M(OH)X (발열반응)
미세먼지 흡착제는 상술한 화학식 (1)과 같이 반응하여 미세먼지의 입자를 거대화한다. 미세먼지 흡착제는 혼합금속 M이 열팽창으로 표면적이 증가하며 포집 반응 면적이 증가한다. 미세먼지 흡착제는 발열반응이 끝날 때까지 흡착 및 팽창을 한 후 한번 반응이 종료되면, 재반응되지 않고 배출될 수 있다.
미세먼지 흡착제는 음이온을 포함하여 발전 시설에서 배출되는 고온에서 점성과 휘발성을 가진 미세먼지 등을 흡착하여 미세먼지 입자를 거대화한다. 미세먼지는 미세먼지 흡착제는 미세먼지의 표면 포텐셜 에너지를 감소시키고 기공이 증가함으로 발전 시설의 파울링 및 클링커가 부가적으로 감소시킬 수 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 본 발명의 일 실시 예에 따른 지능형 AI 기반의 미세먼지 흡착 제거 제어 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4을 참조하면, 단계 S410에서 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 발전 시설의 배출 가스에 포함된 미세먼지를 모니터링한다.
단계 S420에서 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 모니터링한 미세먼지 정보와 빅데이터 저장부에 저장된 빅데이터에 기반하여 흡착제 분사 제어 신호를 생성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 미세먼지 발생이 미리 설정된 조건에 해당하는 경우 능동적으로 상황을 인식하고 미세먼지 흡착제의 분사를 조절할 수 있다. 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 예를 들면, 미세먼지 발생량이 미리 설정된 임계 값 이하인 경우에는 기존의 집진기를 고정으로 작동시키고, 미세먼지 발생량이 미리 설정된 임계 값을 초과하는 경우에는 미세먼지 흡착제의 분사량, 분사시간 및 분사위치 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
단계 S430에서 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 흡착제 분사 제거 신호에 따라 발전 시설에 미세먼지 흡착제를 분사한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 미세먼지 흡착제는 미세먼지의 입자 거대화로 집진을 가능하게 한다. 미세먼지 흡착제는 미세먼지에 대한 물리적 또는 화학적 인력에 의해 미세먼지의 입자를 거대화할 수 있다.
단계 S440에서 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 미세먼지 흡착제에 의해 거대화된 미세먼지를 집진하여 제거한다.
단계 S450에서 미세먼지 흡착 제거 제어 장치는 모니터링한 미세먼지 정보, 흡착제 분사 정보 및 발전 시설 가동 정보 중 적어도 하나를 빅데이터 저장부에 저장한다.
본 발명에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방법으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다. 더불어 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 발전 시설에서 발생되는 미세먼지를 제거 제어하는 미세먼지 흡착 제거 제어 장치에 있어서,
    상기 발전 시설의 굴뚝에서 배출되는 가스의 미세먼지 함량을 실시간 모니터링하는 미세먼지 모니터링부로부터 미세먼지 정보, 상기 발전 시설의 연료정보, 반응 조건 정보, 설비 운용 정보 및 오염 정보를 입력하는 미세먼지 정보 입력부;
    상기 입력된 미세먼지 정보, 상기 발전 시설의 연료정보, 반응 조건 정보, 설비 운용 정보 및 오염 정보와 빅데이터 저장부에 저장된 빅데이터를 기반으로 상기 미세먼지 함량이 미리 설정된 임계 값 이하인 경우에는 기존의 집진기를 고정으로 작동시키고, 상기 미세먼지 함량이 미리 설정된 임계 값을 초과하는 경우에는 흡착제 분사 제어 신호를 생성하는 미세먼지 상황인식부;
    상기 생성된 흡착제 분사 제어 신호에 따라 분사되는 미세먼지 흡착제의 분사량, 분사시간 및 분사위치를 능동 제어하여 상기 발전 시설의 발전 연료에 미세먼지 흡착제를 직접 분사하는 흡착제 분사부를 제어하는 흡착제 분사 제어부; 및
    미세먼지 흡착제 분사 관련 데이터, 미세먼지 모니터링 관련 데이터 및 발전 시설 가동 관련 데이터를 저장하는 빅데이터 저장부를 포함하되,
    상기 미세먼지 흡착제는 하드로탈사이드 성분을 포함하되, 혼합금속 성분과 음이온 계면활성제를 포함하는 수산화 그룹을 포함하여 혼합금속이 열팽창으로 표면적이 증가하여 포집 반응 면적이 증가하고, 음이온이 발전 시설에서 배출되는 미세먼지를 흡착하여 미세먼지 입자를 거대화하는 미세먼지 흡착 제거 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 발전 시설에서 발생되는 미세먼지를 제거 제어하는 미세먼지 흡착 제거 제어 장치에서 수행되는 미세먼지 흡착 제거 제어 방법에 있어서,
    상기 발전 시설의 굴뚝에서 배출되는 가스의 미세먼지 함량을 실시간 모니터링하는 미세먼지 모니터링부로부터 미세먼지 정보, 상기 발전 시설의 연료정보, 반응 조건 정보, 설비 운용 정보 및 오염 정보를 입력하는 단계;
    상기 입력된 미세먼지 정보, 상기 발전 시설의 연료정보, 반응 조건 정보, 설비 운용 정보 및 오염 정보와 빅데이터 저장부에 저장된 빅데이터를 기반으로 상기 미세먼지 함량이 미리 설정된 임계 값 이하인 경우에는 기존의 집진기를 고정으로 작동시키고, 상기 미세먼지 함량이 미리 설정된 임계 값을 초과하는 경우에는 흡착제 분사 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 흡착제 분사 제어 신호에 따라 분사되는 미세먼지 흡착제의 분사량, 분사시간 및 분사위치를 능동 제어하여 상기 발전 시설의 발전 연료에 미세먼지 흡착제를 직접 분사하는 흡착제 분사부를 제어하는 단계; 및
    미세먼지 흡착제 분사 관련 데이터, 미세먼지 모니터링 관련 데이터 및 발전 시설 가동 관련 데이터를 저장하는 단계를 포함하되,
    상기 미세먼지 흡착제는 하드로탈사이드 성분을 포함하되, 혼합금속 성분과 음이온 계면활성제를 포함하는 수산화 그룹을 포함하여 혼합금속이 열팽창으로 표면적이 증가하여 포집 반응 면적이 증가하고, 음이온이 발전 시설에서 배출되는 미세먼지를 흡착하여 미세먼지 입자를 거대화하는 미세먼지 흡착 제거 제어 방법.

  5. 삭제
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