일반기술

굴뚝배출 멀티가스 측정기

본 기술은 굴뚝에서 배출되는 대기오염 배출가스 상 물질(CO, SO2, NOx)들을 동시에 실시간으로 측정할 수 있는 측정분석장비 기술로서 기존의 비분산적외선 분석법(NDIR, non dispersive Infrared)에 multi correlation gas filter를 적용하여 여러 종류의 가스 상 물질을 동시에 측정할 수 있도록 하는 측정장비 기술이다. Gas filter correlation(GFC) 에 의한 비분산적외선 분석법 (NDIR)은 감도가 좋고 다른 성분에 의한 간섭영향이 적으며 비교적 안정한 광학계의 구성으로 연속분석이 가능하기 때문에 대기 중의 오염물질 성분 정밀분석에 중요하게 이용되고 있다. 대기배출가스의 대부분은 독특한 적외선 흡수스펙트럼을 갖고 있으며 측정 셀 내에서의 오염물질의 흡수도는 Beer-Lambert의 법칙에 의해 가스 셀의 길이와 가스농도에 비례하게 되므로 단색광을 측정가스에 통과시켜 투과된 빛의 세기를 측정하면 다른 가스의 방해 없이 측정대상가스만의 농도를 계산해 낼 수 있다. GFC 방법은 고농도의 표준가스를 충진한 reference cell과 질소가스를 충진한 measuring cell을 교대로 chopping 함으로서 간섭성분에 의한 영향을 상호 상쇄시키는 방법으로 측정 시에 다른 간섭물질의 영향을 제거할 수 있다. 본 기술개발에서는 다중 GFC wheel을 적용함으로써 오염물질간의 상호 간섭영향을 제거하고 real time으로 다종의 오염물질을 동시 측정할 수 있는 측정장비를 개발하였다. 검출기 설계에 있어서 가장 중요한 요소는 측정 하한을 낮추는 것이며 이를 위해서 적외복사선의 셀 내 전파 거리, 고 에너지 광원의 사용, 고감도 검출 센서의 선정, 전자적인 신호의 증폭 및 S/N비의 확장방법 등이 고려되어 설계되었다. NDIR 광학 셀은 측정대상가스의 유로를 형성하며 광원으로부터 복사된 적외선이 이 셀 내를 채운 가스에 의해 흡광이 일어나도록 하는 흡수 셀의 일종으로서 셀 내의 양단에 반사거울을 두어 입사된 복사선의 반복반사에 의해 통과거리를 늘려주도록 설계된 셀이다. IR 복사선의 통과거리를 늘려주기 위해서는 일차적으로 셀 길이를 늘려주는 방법을 생각할 수 있으나 이는 시스템 구성 및 셀 제작 상 한계가 있다. 따라서 입사된 복사선이 반사거울에 의해 일정 길이의 셀 내를 반복해서 통과하도록 하여 실제 투과거리를 늘려주는 방법이 고안되어 있는데 이것을 White Cell이라 한다. 이 cell을 이용할 경우에도 빛의 반사회수를 과도하게 늘려주어 빛의 통과거리를 너무 크게 하면 빛의 산란 등에 의해 센서에 도달되는 빛의 세기가 감소되어 오히려 측정감도를 저하시킬 우려가 있으므로 실제 셀의 길이와 반복투과횟수를 적절히 선정하여야 한다. 본 연구에서는 측정대상 굴뚝 배출가스 오염물질의 흡수특성 및 농도 등을 검토 분석하여 최적의 광학 셀 경로를 갖는 측정 셀을 설계하였다.