KR102392307B1 - 굴뚝 배출가스 중 질소산화물 연속자동측정시스템 - Google Patents
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Abstract
일반적으로 NOX를 측정하는 방법으로 전기화학센서 또는 NDIR(비분산 적외선 가스 측정법)를 사용하고 있다. 그러나, 아주 낮은 농도의 NOX를 측정하기에는 적절하지 않는 측정 수단이다. 왜냐하면, 적외선 흡광도를 이용하여 가스의 농도를 측정하는 NDIR 센서는 NOX 가스에서의 흡광효율이 낮기 때문에 낮은 농도의 NOX를 측정할 수 없는 문제가 있다. 본 출원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 단열된 외통; 및 상기 외통의 내부에 온도를 조절하기 위한 히터; 및 상기 히터가 있는 외통 내부에 몰리브덴 철망을 20 내지 50 층으로 적층하여 구성된 몰리브덴촉매; 및 상기 몰리브덴촉매에 굴뚝에서 배출되는 배기가스의 수분과 먼지를 제거한 후 통과시켜 NO2를 NO로 변환하는 촉매방식의 NO2를 NO로 변환하는 NO2 - NO 변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학발색방식의 NOX 측정장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 굴뚝 배출가스 중에 포함된 질소산화물을 낮은 농도까지 연속측정을 할 수 있으며, 이러한 과정에서 장치의 과열 없이 연속측정할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 굴뚝 배출가스 중에 포함된 질소산화물을 낮은 농도까지 연속측정을 할 수 있으며, 이러한 과정에서 장치의 과열 없이 연속측정할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 출원 발명은 굴뚝에서 배출되는 질소산화물의 연속측정 기술에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 화학발광법을 이용한 질소산화물의 연속측정 기술에 관한 것이다.
본 발명의 출원 이전의 기술로 발전 플랜트용 질소산화물 및 황산화물 측정장치가 개시되어 있다. 상기 개시된 발전 플랜트용 질소산화물 및 황산화물 측정장치는, 보일러의 배기덕트의 외면에 결합되며, 배기가스의 순환을 위한 가스 순환유로부를 구비하는 본체와, 가스 순환유로부와 연통하도록 본체에 결합되며, 배기가스에 포함되는 질소산화물과 황산화물을 감지하는 배기가스 감지부와, 가스 순환유로부와 연통하도록 본체에 결합되어 배기덕트의 내부로 삽입되며, 배기덕트로 배출되는 배기가스를 배기가스 감지부로 유도하는 배기가스 유입 노즐부와, 배기덕트의 내부에 위치하도록 본체에 구비되며, 배기가스의 흐름을 통해 본체로 유입되는 배기가스를 배기덕트로 배출시키는 배기가스 배출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 선행기술로 질소산화물 배출량 자동측정장치를 구비한 산업용 보일러가 개시되어있다. 상기 산업용 보일러는 연료의 연소에 필요한 외부 공기가 유입되도록 회전하는 송풍기, 송풍기를 회전시키는 모터, 연소된 공기가 외부로 배출되는 배출연도, 및 배출연도를 통해 배출되는 질소산화물의 배출량을 자동으로 측정하는 질소산화물 배출량 자동측정장치를 포함하며, 질소산화물 배출량 자동측정장치는 산업용 보일러의 부하량에 따른 배기가스 유량이 저장된 저장부, 배출연도의 내측에 설치되어 배출연도를 통해 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 감지하는 녹스 센서부, 및 송풍기의 회전속도에 따라 보일러의 부하량을 결정하여, 저장부에 저장된 부하별 배기가스의 유량 중 결정된 보일러의 부하량에 대응되는 배기가스의 유량 및 녹스 센서부에서 감지된 질소산화물의 농도를 이용하여 질소산화물 배출량을 연산하는 컨트롤부를 포함하는 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 굴뚝에서 배출되는 NOX 가스의 연속측정 장치에 관한 것이다. 일반적으로 NOX를 측정하는 방법으로 전기화학센서 또는 NDIR(비분산 적외선 가스 측정법)를 사용하고 있다. 그러나, 아주 낮은 농도의 NOX를 측정하기에는 적절하지 않는 측정 수단이다. 왜냐하면, 적외선 흡광도를 이용하여 가스의 농도를 측정하는 NDIR 센서는 NOX 가스에서의 흡광효율이 낮기 때문에 낮은 농도의 NOX를 측정할 수 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 방법이 화학발광법을 이용한 질소산화물 측정기이다. 상기 화학발광법은 NOx 물질을 측정할 수 있는 가장 정밀한 측정법으로 NO와 오존이 산화 반응 과정에서 산화물질이 여기 되고 다시 기저상태로 회귀할 때 화학발광 현상이 발생하고 이때 발광세기가 NO 분자의 농도에 비례하는 원리를 이용한 측정 방법이다.
일산화질소 분자가 오존 분자와 반응하면 여기상태의 이산화질소가 생성되고, 여기상태의 이산화질소(NO2)가 기저상태로 회귀할 때 400 nm-2,500 nm 파장 영역의 발광 현상이 발생한다. 이 발광 강도를 측정하여 일산화질소의 농도를 측정하게 된다.
그러나, NO2의 경우 안정된 상태여서 상기 화학발광법을 사용하기 위하여서는 NO2를 환원시켜 NO로 변환 후 오존과 반응하여 NO2의 농도를 측정하는 방법을 사용하고 있으나, NO2를 NO로 환원하는 과정은 많은 에너지와 높은 가열온도가 필요하다. 그러나, 장시간 연속으로 굴뚝의 NOX를 측정하는 경우 NO2를 NO로 환원하는 환원부가 과열되어 성능이 저하되거나, 화재의 위험 등이 있다.
따라서, NO2를 NO로 환원하는 상기 환원부는 연속작동을 위하여 낮은 에너지 사용과 낮은 온도에서의 동작이 요구된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 하기의 과제해결 수단을 제공한다.
단열된 외통; 및
상기 외통의 내부에 온도를 조절하기 위한 히터; 및
상기 히터가 있는 외통 내부에 몰리브덴 철망을 20 내지 50 층으로 적층하여 구성된 몰리브덴촉매; 및
상기 몰리브덴촉매에 굴뚝에서 배출되는 배기가스의 수분과 먼지를 제거한 후 통과시켜 NO2를 NO로 변환하는 촉매방식의 NO2를 NO를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학발색방식의 NOX 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 몰리브덴촉매는 상기 히터로 100℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 화학발색방식의 NOX 측정장치를 제공한다.
또한, 상기 굴뚝에서 배출되는 배기가스 성분 중 상기 NO와 NO2의 농도를 구분하여 측정할 수 있도록 별도의 반응조를 더 구비하여 상기 NO2-NO 변환기를 통과하지 않은 샘플가스를 오존과 반응시켜 NO를 측정하고, 상기 NO2 - NO 변환기를 통과한 샘플가스를 오존과 반응시켜 NO + NO2의 농도를 측정하고, 상기 두 값을 이용하여 NO의 농도와 NO2의 농도를 각각 계산하는 것을 특징으로 하는 화학발색방식의 NOX 측정장치를 제공한다.
상기 NO2 - NO 변환기는 온도센서와 온도 제어기를 구비하고, 상기 NO2 - NO 변환기의 입구에 플로우 센서를 더 구비하여 상기 NO2 - NO 변환기로 샘플가스의 유입이 없는 경우 상기 NO2 - NO 변환기의 과열을 방지하기 위하여 상기 NO2 - NO 변환기에 구비된 히터를 자동으로 OFF할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화학발색방식의 NOX 측정장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 굴뚝 배출가스 중에 포함된 질소산화물을 낮은 농도까지 연속측정을 할 수 있으며, 이러한 과정에서 장치의 과열 없이 연속측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존의 NOX를 NDIR 방식을 측정하는 경우 다른 가스와 의 상대적인 신호의 크기 도시
도 2은 본 발명의 화학발광법과 NDIR 측정방식의 측정 범위
도 3은 본 발명의 화학발광법의 원리
도 4는 본 발명의 화학발광법 질소산화물측정기기의 구성도
도 2은 본 발명의 화학발광법과 NDIR 측정방식의 측정 범위
도 3은 본 발명의 화학발광법의 원리
도 4는 본 발명의 화학발광법 질소산화물측정기기의 구성도
본 출원 발명은 화학발광법을 이용한 굴뚝 배출가스 중 질소산화물 연속자동측정시스템에서 NOX의 측정 장치에 관한 것이다.
상기 화학발광법은 NOx 물질을 측정할 수 있는 가장 정밀한 측정법으로 NO와 오존이 산화 반응 과정에서 산화물질이 여기 되고 다시 기저상태로 회귀할 때 화학발광 현상이 발생하고 이때 발광세기가 NO 분자의 농도에 비례하는 원리를 이용한 측정 방법이다.
일산화질소 분자가 오존 분자와 반응하면 여기상태의 이산화질소가 생성되고, 여기상태의 이산화질소(NO2*)가 기저상태로 회귀할 때 400 nm - 2,500 nm 파장 영역의 발광 현상이 발생한다. 이 발광 강도를 측정하여 일산화질소의 농도를 측정하게 된다.
반응식을 보면 다음과 같다.
일반적으로 화학발광법을 사용하는 측정 장치의 검출부는 PMT, 광학필터, 챔버, 쿨링시스템, 신호보드로 구성되는 것이 일반적이다.
도1은 적외선을 이용한 측정에서 NO 가스의 적외선 흡수율이 낮아 NDIR측정 방법으로 낮은 농도의 NO 가스를 측정하기 어려운 이유를 다른 가스의 적외선 흡수율과 비교하여 도시하고 있는 도면이다.
도2는 본 발명의 화학발광법으로 측정가능한 범위와 NDIR 측정방법으로 측정가능한 범위를 도시하고 있다. 특히 굴뚝에서는 수분이 많이 발생하기 때문에 수분에 의하연 영향을 많이 받는 NDIR 측정방법으로는 NOX 가스의 측정에 더욱 어려움이 있다.
도3은 본 발명이 화학발광법의 동작원리를 설명하고 있다. 굴뚝에서 발생한 연기 시료를 유입하여, 필요시 NO2를 NO로 변환하여 반응조에 공급하고, 오존발생기에서 발생한 오존을 상기 반응조에 공급하여 상기 반응조 내부에 PMT 센서를 구비하여 상기 반응조에서 일산화질소와 오존에 의하여 발생하는 화학발광을 측정하여 NO와 NO2의 농도를 연속측정하게된다.
본 발명의 화학발광법을 이용한 질소산화물 측정 시스템은 도4에 도시된 바와 같이
샘플가스 전처리부; 및
상기 샘플가스 전처리부에서 수분과 먼지가 제거된 샘플가스에 포함된
NO2를 NO로 변환하는 NO2 - NO 변환기; 및
상기 NO와 반응하여 화학발광을 하기위한 오존을 발생하는 고농도 오존발생장치;
상기 NO2 - NO 변환기를 통과한 샘플가스와 상기 오존발생장치에서 발생된 오존을
반응시켜 화학발광을 측정하기위한 반응조; 및
상기 반응조 내부 또는 끝단에 설치되어 화학발광을 측정하는 PMT 검출기를 포함하여 구성된다.
본 발명에서는 NO와 NO2를 구분하여 측정하지 않고, 상기 유입된 연기 시료를 NO2 - NO 변환기를 통과하여 NO + NO2를 NO + NO로 변환하여 전체를 오존과 반응하여 NOX의 농도를 측정한다.
여기서, NO2 - NO 변환기는 NO2를 NO로 변환하여 화학발광을 발생시켜 NO2 가스의 농도를 측정하기 위한 장치이다. 상기 NO2 - NO 변환기는 NO2를 환원하여 NO로 환원하는 장치로 기존에는 320℃의 온도에서 환원하는 방식을 사용하고 있었다.
그러나, 간헐적으로 측정하던 방식과는 달리 굴뚝 배출가스 중의 질소산화물을 연속자동측정 하는 경우에는 320℃로 연속으로 NO2를 NO로 변환하여야 한다. 따라서 변환되지 않는 NO2가 있는 경우 측정 결과에 오차가 있을 수 있어, 변환효율 또한 높아야 한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 단열된 외통의 내부에 온도를 조절하기 위한 히터를 구비하여 100℃로 유지하고, 그 내부에 몰리브덴 철망을 20 내지 50 층으로 적층하여 촉매를 구성하여 상기 굴뚝에서 배출되는 배기가스를 수분과 먼지를 제거한 후 통과시켜 NO2를 NO로 변환하는 촉매방식을 채택하였다.
이렇게 함으로써 몰리브덴 촉매와 상대적으로 낮은 온도인 100℃에서 NO2를 NO로 변환하여 전체 NOX의 농도를 측정할 수 있는 시스템을 구현하였다.
또한, 굴뚝에서 배출되는 배기가스 성분 중 상기 NO와 NO2의 농도를 구분하여 측정할 수 있도록 별도의 반응조를 더 구비하여 상기 NO2 - NO 변환기를 통과하지 않은 샘플가스를 오존과 반응시켜 NO를 측정하고, 상기 NO2 - NO 변환기를 통과한 샘플가스를 오존과 반응시켜 NO + NO2의 농도를 측정하고, 상기 두 값을 이용하여 NO의 농도와 NO2의 농도를 계산할 수 있도록 하였다.
또한, 상기 NO2 - NO 변환기는 온도센서와 온도 제어기를 구비하고, 상기 NO2 - NO 변환기의 입구에 플로우 센서를 더 구비하여 상기 NO2 - NO 변환기로 샘플가스의 유입이 없는 경우 상기 NO2 - NO 변환기의 과열을 방지하기 위하여 상기 NO2 - NO 변환기에 구비된 히터를 자동으로 OFF할 수 있도록 하였으며, 상기 NO2 - NO 변환기의 배출구는 2way로 구성되어 상기 NO2 - NO 변환기의 내부 온도가 100℃로 유지되지 않는 경우 측정을 위한 샘플가스를 반응조로 보내지 않고 배출하여, 잘못된 측정을 방지할 수 있도록 구성하였다.
100 : 화학발광법 질소산화물(NOx)측정시스템
200 : 제어부
300 : 고농도 오존발생장치
400 : NO2 - NO 변환기
500 : PMT 검출기
200 : 제어부
300 : 고농도 오존발생장치
400 : NO2 - NO 변환기
500 : PMT 검출기
Claims (4)
- 단열된 외통; 및
상기 외통의 내부에 온도를 조절하기 위한 히터; 및
상기 히터가 있는 외통 내부에 몰리브덴 철망을 20 내지 50 층으로 적층하여 구성된 몰리브덴촉매; 및
상기 몰리브덴촉매에 굴뚝에서 배출되는 배기가스의 수분과 먼지를 제거한 후 통과시켜 NO2를 NO로 변환하는 촉매방식의 NO2를 NO로 변환하는 NO2 - NO 변환기를 구비하며,
상기 몰리브덴촉매는 상기 히터로 100℃로 가열하고,
상기 굴뚝에서 배출되는 배기가스 성분 중 상기 NO와 NO2의 농도를 구분하여 측정할 수 있도록 별도의 반응조를 더 구비하여 상기 NO2 - NO 변환기를 통과하지 않은 샘플가스를 오존과 반응시켜 NO를 측정하고, 상기 NO2 - NO 변환기를 통과한 샘플가스를 오존과 반응시켜 NO + NO2의 농도를 측정하고, 상기 두 값을 이용하여 NO의 농도와 NO2의 농도를 각각 계산하는 것을 특징으로 하는 화학발색방식의 NOX 측정장치. - 제1항에 있어서,
상기 NO2 - NO 변환기는 온도센서와 온도 제어기를 구비하고, 상기 NO2 - NO 변환기의 입구에 플로우 센서를 더 구비하여 상기 NO2 - NO 변환기로 샘플가스의 유입이 없는 경우 상기 NO2 - NO 변환기의 과열을 방지하기 위하여 상기 NO2 - NO 변환기에 구비된 히터를 자동으로 OFF할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화학발색방식의 NOX 측정장치. - 삭제
- 삭제
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06123682A (ja) * | 1992-10-13 | 1994-05-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ＮＯｘ 濃度の計測装置 |
| JPH10274630A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Ngk Insulators Ltd | 低濃度ＮＯｘ計測器 |
| JP2003315220A (ja) * | 2002-02-19 | 2003-11-06 | Horiba Ltd | 窒素酸化物測定装置 |
| WO2010061672A1 (ja) * | 2008-11-25 | 2010-06-03 | ボッシュ株式会社 | ＮＯxセンサのセンサ値補正装置及び内燃機関の排気浄化装置 |
| KR102078242B1 (ko) | 2019-07-19 | 2020-04-07 | 대림로얄이앤피(주) | 질소산화물 배출량 자동측정장치를 구비한 산업용 보일러 |
| KR20200039221A (ko) | 2018-10-05 | 2020-04-16 | (주)제스엔지니어링 | 발전 플랜트용 질소산화물 및 황산화물 측정장치 |
-
2020
- 2020-10-22 KR KR1020200137505A patent/KR102392307B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
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