KR102699918B1 - 이동형 배출가스 측정시스템 - Google Patents

이동형 배출가스 측정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전소에서 배출가스 상 오염물질의 2차 유기성 미세입자 생성량 평가를 위한 이동형 배출가스 측정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배출가스를 일정시간 체류시키는 챔버, 상기 챔버 내의 체류가스에 조사되는 UV광원, 상기 챔버 내 일정시간 상기 UV광원에 의해 조사된 후 상기 체류가스의 성분을 분석하며 이동가능한 모바일분석기를 포함하여 구성된 배출가스 측정시스템으로 발전소 운전 연료 및 부하 변동에 따른 배출가스 조성에 의해 변화하는 2차 미세입자 생성량을 정량화할 수 있는 이동형 배출가스 측정시스템이다.

Description

이동형 배출가스 측정시스템{MOBILE MEASUREMENT SYSTEM OF EXHAUSTING GAS}
본 발명은 발전소에서 배출가스 상 오염물질의 2차 유기성 미세입자 생성량 평가를 위한 이동형 배출가스 측정시스템에 관한 것이다.
발전소에서 대기로 배출되는 배출가스 중 오염물질로는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세먼지, 탄화수소 등이 있으며, 이들 1차 오염물질(primary pollutant)이 대기 중으로 배출되어 광화학 반응, 산화 반응 등과 같은 화학 반응에 의해 가스상 물질이 입자상 물질로 2차 오염물질(secondary pollutant)이 생성된다.
2차 오염물질로 입자상 물질의 주요 화학성분을 살펴보면 50% 이상이 유기성분을 차지하고, 황산염, 질산염 및 미량의 중금속 등이 포함되어 있고, 1차 오염물질의 가스상 물질이 대기 중 2차 유기성 미세입자 생성에 얼마만큼 영향을 미치는지 그 기여율을 정량화 하는 것이 매우 중요하다.
일반적으로 종래의 2차 유기성 미세입자 생성량 평가를 위해 발전소 현장에서 배출가스를 포집하고, 이후 실험실에서 포집된 배출가스 성분 측정을 한 뒤에 2차 미세입자 평가장치에 주입하여 입자로 생성된 양을 추정하는 방식이었다. 이는 배출가스 포집에 시간과 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 포집하는 과정에서 배출가스 중 포함되어 있는 입자상 미세입자의 손실(loss)되고 포집된 가스상 오염물질의 변질될 수 있는 위험이 있어 2차 미세입자 생성량을 정확하고 신속하게 평가하기 어려운 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1105322호
상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 발전소 운전 연료 및 부하 변동에 의해 배출되는 배출가스의 조성에 따라 달라지는 2차 오염물질로 2차 미세입자 생성량을 정확히 정량하기 위해 배기가스와 배기가스를 일정 시간 체류시킨 체류가스의 각각 성분을 모발일 분석기로 측정 및 비교 분석하는 이동형 배출가스 측정시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 이동형 배출가스 측정시스템은 배출가스 측정시스템에 있어서 배출가스를 일정시간 체류시키는 챔버, 상기 챔버 내의 체류가스에 조사되는 UV광원, 상기 챔버 내 일정시간 상기 UV광원에 의해 조사된 후 상기 체류가스의 성분을 분석하며 이동가능한 모바일분석기를 포함할 수 있다.
상기 모바일 분석기는 상기 체류가스의 미세입자의 농도 및 성분을 분석하는 입자농도성분 분석기, 미세입자의 크기별 농도를 측정하는 입자계수기, 미세입자의 탄소성분을 분석하는 탄소분석기, VOC 측정기 및 가스 모니터기를 포함할 수 있다.
본 발명의 이동형 배출가스 측정시스템에는 상기 챔버로 유입되기 전에 상기 배출가스의 농도를 일정 희석비로 낮추기 위한 이젝터를 더 포함할 수 있다.
상기 체류가스 및 상기 배출가스를 각각 상기 모바일 분석기로 측정해 비교할 수 있다.
상기 배출가스의 희석비에 따라 상기 챔버의 부피를 변경가능하며, 상기 챔버의 부피의 증감에 따라 상기 챔버 내 체류가스가 일정 체류시간 이상을 상기 UV광원에 의해 조사될 수 있다.
상기 모바일 분석기는 상기 채류가스의 체류시간만큼 지연시간 후에 상기 체류가스 및 상기 배출가스를 각각 상기 모바일 분석기로 측정해 비교할 수 있다.
상기 챔버는 상기 모바일 분석기와 함께 이동가능하다.
상기 모바일 분석기는, 상기 배출가스 또는 상기 체류가스 중 입자상물질 측정라인 및 가스상물질 측정라인으로 구분되며, 상기 입자상물질 측정라인은 미세입자의 농도 및 성분을 분석하는 입자농도성분 분석기, 미세입자의 크기별 농도를 측정하는 입자계수기, 미세입자의 탄소성분을 분석하는 탄소분석기를 포함하고, 상기 가스상 물질 측정라인은 VOC 측정기 및 가스모니터기를 포함할 수 있다.
상기 체류가스로부터 2차 생성된 입자상물질의 생성을 판단할 수 있다.
또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 이동형 배출가스 측정시스템은, 배출가스 측정시스템에 있어서 배출가스를 일정시간 체류시키는 챔버, 상기 챔버 내의 체류가스에 조사되는 UV광원, 상기 챔버 내 일정시간 상기 UV광원에 의해 조사된 후 상기 체류가스의 성분을 분석하며 이동가능한 모바일분석기, 상기 모바일 분석기는 미세입자의 농도 및 성분을 분석하는 입자농도성분 분석기, 미세입자의 크기별 농도를 측정하는 입자계수기, 미세입자의 탄소성분을 분석하는 탄소분석기, VOC 측정기 및 가스모니터기를 포함하고, 상기 배출가스 및 상기 체류가스에 대해 각각 상기 모바일 분석기를 이용해 상기 체류가스로부터 2차 생성된 입자상물질의 생성을 판단한다.
본 발명의 이동형 배출가스 측정시스템은 발전소 운전 연료 및 부하 변동에 의해 배출가스의 조성에 따라 달라지는 2차 미세입자 생성량을 정확하게 정량하는 효과가 있다.
이동형 배출가스 측정시스템을 통해 측정된 2차 미세입자 생성량을 토대로 오염물질 관리를 위한 효율적 발전 운영에 필요한 자료로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 배출가스 측정시스템의 구성을 나타낸 모식도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시 도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 배출가스 측정시스템을 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 이동형 배출가스 측정시스템(100)은, 발전소(10)에서 배출되는 배출가스로부터 2차 미세입자 생성량을 파악하는 시스템으로서, 배출가스를 일정 시간 체류시키는 챔버(30)와 배출가스와 체류가스의 성분을 분석하며 이동가능한 모바일 분석기(40)를 포함하여 구성된다.
상기 챔버(30)와 상기모바일 분석기(40)는 고정되어 있지 않고, 함께 이동이 가능하다.
발전소(10)에서 배출되는 배출가스는 발전소 굴뚝과 같은 배출가스의 배출통로에 연결되는 배출가스 이동라인을 통해 챔버(30)와 모바일 분석기(40)로 배출가스가 이동된다.
상기 발전소(10)에서 배출되는 배출가스는 가스상 물질과 1차로 배출된 입자상 물질이 혼합된 형태로 이루어져 있고, 이들 가스 성분에 따라서 2차 미세입자 생성량을 정량하기 위해 배출가스의 포집 및 이동이 달라진다.
발전소(10)에서 나온 배출가스에서 입자상 물질을 제외한 일부 가스상 물질은 챔버(30)로 이동하며, 배출가스의 입자상 물질을 제외한 가스상 물질만의 포집을 위해 등속 흡입하는 P라인(14)이 사용된다.
발전소(10)에서 나온 가스상 물질과 입자상 물질 모두가 포함된 배출가스는 모바일 분석기(40)로 이동하며, 여기서 배출가스의 이동 통로는 대량의 배출가스를 흡입하는 G라인(11)이 사용된다.
상기 G라인(11)과 상기 P라인(14)에는 배출가스가 챔버(30) 및 모바일 분석기(40)까지 도달할 때 까지 배출가스가 이동되도록 설정된 소정의 온도로 가열하는 히팅(heating) 장치를 포함할 수 있다.
상기 히팅 장치로는 히팅 패드 및 히팅 코일 등 G라인(11)과 P라인(14)의 경로를 따라 설치되어 가열할 수 있는 장치라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다.
이동형 배출가스 측정시스템(100)에서 챔버(30)의 전단에는 상기 챔버(30)로 유입되기 전에 배출가스의 농도를 일정 희석비로 낮추기 위한 이젝터(20)가 있으며, P라인(14)을 통해 이동된 배출가스의 가스상 물질이 이젝터(20)에서 실험 설정 조건에 따라 오염물질의 측정가능 범위에 맞춰 희석된 다음 챔버(30)로 유입된다.
챔버(30) 내에는 배출가스의 2차 미세입자 생성 모의를 위해 UV광원(31)이 구비되고, 상기 이젝터(20) 거쳐 챔버(30) 내에 유입된 가스에 UV를 조사하여 광화학반응을 일으킨다.
여기서 2차 미세입자는 배기가스의 가스 등의 물질이 UV광원(31)에 의해 새로운 반응 물질과 화학 반응하여 생성된 미세입자를 의미한다.
상기 UV광원(31)은 광화학 반응을 모의하는 것으로 UV의 밝기로 광화학 반응의 세기를 조절하면서 1 시간 내지 36 시간 동안 챔버(30) 내의 체류가스에 UV를 조사하여 광화학 반응이 수행한다.
상기 챔버(30)는 상기 이젝터(20)에서 희석되는 배출가스의 희석비에 따라 상기 챔버(30)의 부피를 변경가능하며, 상기 챔버(30)의 부피의 증감에 따라 챔버 내 체류가스가 일정 체류시간 이상을 상기 UV광원에 의해 조사될 수 있다.
챔버(30)에서 UV 광원(31)에 의해 수행된 광화학 반응을 통해 체류가스 내에 2차 오염물질로 2차 미세입자가 생성된다. 상기 체류가스로부터 2차 생성된 입자상물질의 생성을 판단할 수 있다.
그러므로 생성된 2차 미세입자 생성량 등의 체류가스의 성분의 분석을 위해 광화학 반응이 수행된 체류가스는 챔버 일측에 연결된 이동 통로를 통해 모바일 분석기(40)로 이동된다.
상기 모바일 분석기(40)는 배출가스 및 체류가스의 가스상 물질과 입자상 물질의 성분을 구분하여 오염물질의 물리화학적 특성을 평가하여 1차 오염물질과 2차 오염물질의 생성량과 오염물질 별 영향정도를 비교 분석할 수 있는 이동 가능한 분석기이다.
구체적으로 상기 모바일 분석기(40)는 G라인(11)을 통해 이동해 온 배출가스 및 챔버(30)를 통해 나온 체류가스에서 입자상 물질을 분석하는 입자농도성분 분석기(41), 입자계수기(42), 탄소분석기(43)를 포함하고, 가스상 물질을 분석하는 VOC 측정기(44)와 가스 모니터기(45)를 포함한다.
상기 모바일 분석기(40)에 주입된 배출가스 및 체류가스는 측정물질에 따라 입자상 물질 측정라인(12)과 가스상 물질 측정라인(13)으로 구분된다.
상기 입자상 물질 측정라인(12)을 통해 입자농도성분 분석기(41), 입자계수기(42), 탄소분석기(43)로 이동하여 입자상 오염물질의 성분을 분석한다.
상기 입자농도성분 분석기(41)는 에어로졸질량분석기(Aerosol Mass Spectrometer, AMS)로서, 가스에 포함된 입자 크기가 1.0μm 정도인 초미세입자(PM 1.0)를 포함한 미세입자의 농도와 입자 성분을 분석한다.
상기 입자계수기(42)는 SMPS(Sequential Mobility Particle Sizer)로 500nm 내지 20㎛ 정도 크기의 미세입자의 크기별 농도를 계수한다.
상기 탄소분석기(43)는 미세입자의 탄소성분을 분석하는 것으로, 유기탄소(organic carbon. OC)와 원소탄소(elemental carbon, EC)를 정량화한다.
또한, 상기 모바일 분석기(40)에 주입된 배출가스 및 체류가스는 가스상 물질 측정라인(13)을 통해 VOC 측정기(44)와 가스 모니터기(45)로 이동하여 가스상 오염물질의 성분을 분석한다.
상기 VOC 측정기(44)는 가스 성분 중 휘발성유기화합물질(VOCs)의 성분과 농도를 측정하고, 상기 가스 모니터기(45)는 발전소 연료의 연소과정에서 배출되는 SO2, NO2, NH3, O3, CO2 등 가스상 오염물질의 성분과 농도를 분석한다.
상기 모바일 분석기(40)는 배출가스 및 체류가스의 입자상 물질과 가스상 물질을 측정하여 비교하며, 배출가스의 1차 오염물질에서 미세입자 생성량과 챔버(30)를 통해 광화학 반응을 거친 체류가스의 2차 오염물질의 2차 미세입자 생성량을 측정해 비교한다.
예를 들면 모바일 분석기(40)에서 배기가스의 석탄 연료 1kg 연소에 발생된 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 1차 유기성 미세입자의 총량 대비 챔버(40)를 통과한 후 2차 오염물질로 추가 생성된 유기성 미세입자 생성량 차이를 비교하여 계산할 수 있다. 여기서 미세입자의 생성량 단위는 mg/kg으로 발전소 연료 단위와 같이 표현된다.
또한 상기 모바일 분석기(40)에서 챔버(30)에 배출가스의 체류시간만큼 지연시간 후에 상기 체류가스 및 상기 배출가스를 각각 상기 모바일 분석기로 측정해 비교함으로써 2차 미세입자의 생성량을 보다 정확하게 정량할 수 있다.
전술된 바와 같이 본 발명의 이동형 배출가스 측정시스템은 발전소 운전 연료 변화 및 부하 변동에 따른 변화하는 배출가스 조성에도 배출가스 및 체류가스에 대해 각각 상기 모바일 분석기를 이용해 상기 체류가스로부터 2차 생성된 입자상물질의 생성을 정확하게 판단할 수 있다.
상기 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 예시일 뿐이며 상기 실시예 및 첨부된 도면에 본 기술이 반드시 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
10 : 발전소
11 : G라인
12 : 입자상 물질 측정라인
13 : 가스상 물질 측정라인
14 : P라인
20 : 이젝터
30 : 챔버
31 : UV광원
40 : 모바일 분석기
41 : 입자농도성분 분석기
42 : 입자계수기
43 : 탄소분석기
44 : VOC 측정기
45 : 가스 모니터기
100 : 이동형 배출가스 측정시스템

Claims (10)

  1. 배출가스 측정시스템에 있어서,
    배출가스를 일정시간 체류시키는 챔버;
    상기 챔버 내의 체류가스에 조사되는 UV광원;
    상기 챔버 내 일정시간 상기 UV광원에 의해 조사된 후,
    상기 체류가스의 성분을 분석하며 이동가능한 모바일 분석기;를 포함하고,
    상기 챔버로 유입되기 전에 상기 배출가스의 농도를 일정 희석비로 낮추기 위한 이젝터를 포함하며,
    상기 희석비에 따라 상기 챔버의 부피를 변경가능하며, 상기 챔버의 부피의 증감에 따라 상기 챔버 내 체류가스가 일정 체류시간 이상을 상기 UV광원에 의해 조사되는 이동형 배출가스 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모바일 분석기는,
    상기 배출가스 및 상기 체류가스에서 미세입자의 농도 및 미세입자의 성분을 분석하는 입자농도성분 분석기, 미세입자의 크기별 농도를 측정하는 입자계수기, 미세입자의 탄소성분을 분석하는 탄소분석기, VOC 측정기 및 가스모니터기를 포함한 이동형 배출가스 측정시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배출가스 및 상기 체류가스를 각각 상기 모바일 분석기로 측정해 비교하는 이동형 배출가스 측정시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모바일 분석기는 상기 체류가스의 체류시간만큼 지연시간 후에 상기 체류가스 및 상기 배출가스를 각각 상기 모바일 분석기로 측정해 비교하는 이동형 배출가스 측정시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 모바일 분석기와 함께 이동가능한 이동형 배출가스 측정시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모바일 분석기는,
    상기 배출가스 또는 상기 체류가스 중 입자상물질 측정라인 및 가스상물질 측정라인으로 구분되며, 상기 입자상물질 측정라인은 미세입자의 농도 및 성분을 분석하는 입자농도성분 분석기, 미세입자의 크기별 농도를 측정하는 입자계수기, 미세입자의 탄소성분을 분석하는 탄소분석기를 포함하고, 상기 가스상 물질 측정라인은 VOC 측정기 및 가스모니터기를 포함하는 이동형 배출가스 측정시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 체류가스로부터 2차 생성된 입자상물질의 생성을 판단하는 이동형 배출가스 측정시스템.
  10. 배출가스 측정시스템에 있어서,
    배출가스를 일정시간 체류시키는 챔버;
    상기 챔버 내의 체류가스에 조사되는 UV광원;
    상기 챔버 내 일정시간 상기 UV광원에 의해 조사된 후,
    상기 체류가스의 성분을 분석하며 이동가능한 모바일분석기;
    상기 모바일 분석기는 미세입자의 농도 및 성분을 분석하는 입자농도성분 분석기, 미세입자의 크기별 농도를 측정하는 입자계수기, 미세입자의 탄소성분을 분석하는 탄소분석기, VOC 측정기 및 가스모니터기를 포함하고,
    상기 챔버로 유입되기 전에 상기 배출가스의 농도를 일정 희석비로 낮추기 위한 이젝터를 포함하며,
    상기 희석비에 따라 상기 챔버의 부피를 변경가능하며, 상기 챔버의 부피의 증감에 따라 상기 챔버 내 체류가스가 일정 체류시간 이상을 상기 UV광원에 의해 조사되고,
    상기 배출가스 및 상기 체류가스에 대해 각각 상기 모바일 분석기를 이용해 상기 체류가스로부터 2차 생성된 입자상물질의 생성을 판단하는 이동형 배출가스 측정시스템.
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