[표지] 1
제출문 2
최종보고서 3
요약문 4
목차 6
1. 연구개발과제의 개요 14
가. 연구개발의 배경 및 필요성 14
나. 국내·외 기술 수준 및 시장 현황 19
(1) 국내 기술 수준 및 시장 현황 19
(2) 국외 기술 수준 및 시장 현황 21
다. 연구개발의 목표 24
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 25
가. 연차별 연구 개발 목표 및 수행 내용 25
(1) 1차년도 25
(2) 2차년도 64
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 125
1) 연구수행 결과 125
(1) 정성적 연구개발성과 125
(2) 정량적 연구개발성과 125
(3) 세부 정량적 연구개발성과 126
2) 목표 달성 수준 130
4. 목표 미달 시 원인분석 131
5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 131
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 132
부록 133
1. 굴뚝 고정형 미세먼지 측정기 매뉴얼 134
2. 외부 시험 기관 입회 시험 성적서 163
3. 예비형식승인(안) 166
[뒷표지] 200
표 1. 2020년 강화된 대기오염물질 배출허용기준 15
표 2. 먼지의 종류에 따른 배출 허용 기준 및 환경 기준 16
표 3. TMS 광투과 등의 측정장치 비교 19
표 4. 국내특허 등록현황 21
표 5. 국외특허 등록현황 23
표 6. 덕트 유속에 따른 샘플링 장치 특성 실험 조건 및 변수 36
표 7. 샘플링 유속애 따른 샘플링 장치 특성 실험 조건 및 변수 41
표 8. 측정횟수(n)에 따른 t.₉₇₅ 46
표 9. 형식승인 및 정도검사 중 먼지, PM₁₀, PM₂.₅ 관련 목록 56
표 10. Lab test duct 사양 61
표 11. 덕트 측정 포인트별 유속 62
표 12. 덕트 유속 변화에 따른 등속 흡인 성능 평가 실험 조건 및 변수 72
표 13. 고정오염원 배출 실시간 통합 제어 장치 기능 101
표 14. 고정오염원 배출 미세먼지 연속 측정 시스템의 통합 제어 장치 기능 102
표 15. 고정오염원 배출 미세먼지 연속 측정 시스템의 통합 제어 장치 기능_전면 108
표 16. 시험 풍동 내부 시험 유속 조건 110
표 17. 시료 채취 유량 측정 결과 110
표 18. 직선성 시험 결과 111
표 19. 측정 농도별 직선성 112
표 20. 일반 사항 113
표 21. 적용범위 113
표 22. 구조 및 기능 114
표 23. 성능 114
표 24. 기기자체의 성능지표 115
표 25. 기기의 부품의 성능지표 115
표 26. 표시사항 115
표 27. 종합 성능시험 116
표 28. 등가성 평가 116
표 29. TM - 구조 117
표 30. TM - 반복성 117
표 31. TM - 스팬드리프트 117
표 32. TM - 직선성 118
표 33. TM - 안정성 118
표 34. TM - 전압변동에 대한 시료채취 유량의 안정성 119
표 35. TM - 시료채취 유량의 안정성 119
표 36. TM - 시료채취 유량의 정확성 119
표 37. TM - 공시험 120
표 38. TM - 절연저항 120
표 39. TM - 내전압 120
표 40. TM - 종합성능시험 120
표 41. TM - 등가성평가시험 121
그림 1. 초미세먼지 농도에 따른 세계 인구 기대수명의 저하 14
그림 2. 국내 미세먼지 배출원 비율 15
그림 3. 광투과 방식의 미세먼지 농도 측정법 16
그림 4. 발전소 출력량과 미세먼지 변화량 측정값 비교 17
그림 5. 상용 희석장치의 종류 및 한계 18
그림 6. 기존 기술의 문제점에 따른 핵심 연구 기술 18
그림 7. 국내 대기오염물질 배출 및 TMS 부착 사업장 추이 20
그림 8. 본 사업 굴뚝 미세먼지 측정 시스템 개발 개략도 24
그림 9. 입자 희석 장치 (이젝터 + 다공성튜브) 25
그림 10. 입자 희석 장치 성능 시험 Setup 26
그림 11. 이젝터 공급 유량과 다공성 튜브 공급 유량에 따른 희석비 27
그림 12. 이젝터 주입 유량에 따른 흡입 유속 및 유량 수치해석 결과 28
그림 13. 다양한 방법을 통해 도출한 이젝터 유량에 따른 희석비 비교 28
그림 14. 희석 전후 입자 입경별 질량농도 분포 29
그림 15. 수분 응축 억제를 위한 히터 시스템 구축 30
그림 16. 전처리 프로브 온도 제어를 이용한 수분 및 응축성 성분 제거 성능 평가 31
그림 17. 희석 장치 자동 세정 시스템 32
그림 18. 세척 테스트 결과 33
그림 19. 불충분한 세척 및 시스템 안정화로 노즐 막힘 현상 33
그림 20. 세척 프로세스 최적화 34
그림 21. 정체 공기 샘플링 원리 34
그림 22. 정체 공기 샘플러 설계 변수 선정 및 제작된 정체 공기 샘플러 35
그림 23. 등속 흡인 노즐 및 정체 공기 샘플러 표기 방식 35
그림 24. 덕트 유속에 따른 3가지 샘플링 특성 비교 실험 장치 setup 36
그림 25. 덕트 유속 2m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 37
그림 26. 덕트 유속 4m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 38
그림 27. 덕트 유속 6m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 39
그림 28. 덕트 유속 8m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 39
그림 29. 덕트 유속 10m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 40
그림 30. 샘플링 유속에 따른 3가지 샘플링 장치 특성 비교 실험 장치 setup 40
그림 31. 샘플링 유속 조건에 따른 입경별 농도 분포(ISO4.4 샘플러) 42
그림 32. 샘플링 유속 조건에 따른 입경별 상대 농도 비교(ISO4.4 샘플러, 6m/s 유속 기준) 42
그림 33. 샘플링 유속 조건에 따른 입경별 농도 분포(SAS4-50D 샘플러) 43
그림 34. 샘플링 유속 조건에 따른 입경별 상대 농도 비교(SAS4-50D 샘플러, 6m/s 유속 기준) 43
그림 35. 샘플링 유속 조건에 따른 입경별 농도 분포(SAS4-30D 샘플러) 44
그림 36. 샘플링 유속 조건에 따른 입경별 상대 농도 비교(SAS4-30D 샘플러, 6m/s 유속 기준) 44
그림 37. 굴뚝 미세먼지 연속측정기 현장 설치 모습(하동화력발전소 3호기) 45
그림 38. 대기오염공정시험기준에 따른 미세먼지 현장 측정(M201A, ISO23210) 45
그림 39. 하동화력발전소 3호기 측정 정확도(M-201A PM₁₀ 기준) 47
그림 40. 하동화력발전소 3호기 측정 정확도(ISO23210 PM₁₀ 기준) 47
그림 41. 하동화력발전소 3호기 측정 정확도(ISO23210 PM₂.₅ 기준) 48
그림 42. 고정오염원 배출 측정 장치 실시간 통합 제어 시스템 장치 구성도 48
그림 43. 고정오염원 배출 측정 장치 실시간 통합 제어 시스템 제어 소프트웨어 구성도 51
그림 44. 제어 소프트웨어 알고리즘 52
그림 45. 통합 제어 시스템 소프트웨어 UI-시험 화면 53
그림 46. 통합 제어 시스템 소프트웨어 UI - 계측기 농도 표시 화면 54
그림 47. 통합 제어 시스템 소프트웨어 UI - 세척 및 유량 세팅 화면 54
그림 48. 형식 승인 절차 55
그림 49. Lab test duct 장치 61
그림 50. 0.5, 1, 5m/s 풍동 유동 균일도 수치해석 결과 62
그림 51. 덕트 샘플링 포트 연결 구조 63
그림 52. 굴뚝 성능평가 장치 모습 63
그림 53. 저농도 환경용 입자 희석장치(이젝터+다공성 튜브 구조) 64
그림 54. 고농도 환경용 입자 희석장치(다공성튜브+이젝터+다공성 튜브 구조) 65
그림 55. 희석기 공급유량에 따른 희석비 비교 65
그림 56. 희석 전후 입경별 질량농도 비교 결과 66
그림 57. 희석비 성능 인증 평가 현장 사진 및 시험 성적서 67
그림 58. 1단 이젝터 단면 구조 68
그림 59. 2단 이젝터 단면 구조 68
그림 60. 2단 이젝터 형상 및 제작 도면 69
그림 61. 덕트 유속 및 압력 변화에 따른 이젝터 흡입 유량 70
그림 62. 샘플링 유속과 입자 흡입과의 상관관계 70
그림 63. Stokes Number 및 샘플링 유속과 입자 흡입과의 상관관계 71
그림 64. 덕트 유속 변화에 따른 등속 흡인 성능 평가 실험 setup 72
그림 65. 덕트 유속 0.7m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 73
그림 66. 덕트 유속 1.6m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 73
그림 67. 덕트 유속 2.8m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 74
그림 68. 덕트 유속 6.4m/s 조건에서 샘플링 노즐 종류에 따른 입경대별 질량 농도분포 74
그림 69. 등속 흡인율 현장 측정 평가 현장 및 시험 성적서 75
그림 70. 당진 소각장 굴뚝 내부 사진 76
그림 71. 프로브 가열 온도에 따른 입경별 질량 농도 분포 77
그림 72. 하동화력발전소 실증을 위한 현장 설치 작업 사진 77
그림 73. 굴뚝 미세먼지 연속 측정 장치 설치 개략도 78
그림 74. 하동화력발전소 굴뚝 미세먼지 측정기 설치 모습 78
그림 75. 하동화력발전소 굴뚝 장기 측정 수행 결과(21.02.08-21.05.27) 79
그림 76. 중량법(EPA Method 201A)과 개발 측정기 측정 결과 비교(3월) 80
그림 77. 중량법(EPA Method 201A)과 개발 측정기 측정 결과 비교(4월) 80
그림 78. 중량법(ISO23210)과 개발 측정기 측정 결과 비교(7월) 81
그림 79. 중량법(ISO23210)과 개발 측정기 측정 결과 비교(8월) 81
그림 80. 하동화력발전소 개발 측정기 측정 정확도(PM₁₀) 82
그림 81. 하동화력발전소 개발 측정기 측정 정확도(PM₂.₅) 82
그림 82. 하동화력발전소 입자 크기에 따른 질량농도 분포 83
그림 83. 발전량과 개발 희석장치 PM₁₀ 농도 측정값의 관계 83
그림 84. ELPI stage 별 입자 크기 및 입자 구분 원리 84
그림 85. ELPI stage 별 측정 성분 비율(Wt 기준) 85
그림 86. 입자 크기에 따른 개수농도 분포 및 성분 85
그림 87. 입자 크기에 따른 부피농도 분포 및 성분 86
그림 88. Stage 1에서 포집된 입자 상 물질의 SEM 및 EDS 측정 결과 86
그림 89. Stage 9에서 포집된 입자 상 물질의 SEM 및 EDS 측정 결과 87
그림 90. Stage 12에서 포집된 입자 상 물질의 SEM 및 EDS 측정 결과 87
그림 91. Stage 13에서 포집된 입자 상 물질의 SEM 및 EDS 측정 결과 87
그림 92. 당진 충청환경에너지 현장 및 굴뚝 미세먼지 연속 측정 장치 설치 사진 88
그림 93. 프리히터 온도에 따른 PM₁₀ 농도 변화 88
그림 94. 프리히터 온도에 따른 이젝터 전후단의 온도 변화 89
그림 95. 이젝터 히터온도에 따른 입자 크기 별 농도 분포 90
그림 96. 당진 충청환경에너지 장기 연속 측정 데이터 91
그림 97. 개발희석장치를 통해 측정된 1분 간격 농도 데이터 91
그림 98. 개발 희석장치를 통해 측정된 농도, 스팀 유량 및 스팀 생산량 92
그림 99. 1차 고온 희석 공기 공급 유량 제어 장치 구성도 93
그림 100. 2차 고온 희석 공기 공급 유량 제어 장치 구성도 94
그림 101. 고온 희석 온도 제어 장치 구성도 95
그림 102. 내부 관로 청소 및 압력 센서 구성 96
그림 103. 고정오염원 배출 미세먼지 연속 측정 시스템의 소프트웨어 구동 절차 98
그림 104. 고정오염원 배출 미세먼지 연속 측정 시스템의 제어 소프트웨어 GUI_Main 화면 99
그림 105. GRIMM 11-D 화면 99
그림 106. 제어값 입력 화면 100
그림 107. 시제품 제어 케이스 설계안(1차)_(좌) 전면부, (우) 후면부 100
그림 108. 미세먼지 연속 측정 시스템의 통합 제어 장치 전면 101
그림 109. 고정오염원 배출 미세먼지 연속 측정 시스템의 통합 제어 장치 후면 102
그림 110. 통합 제어 프로그램_Login 화면 103
그림 111. 통합 제어 프로그램_Main 화면 104
그림 112. 통합 제어 프로그램_Graph 화면 104
그림 113. 통합 제어 프로그램_Control 화면 105
그림 114. 통합 제어 프로그램_Setting 화면 105
그림 115. 통합 제어 프로그램_Table 화면 106
그림 116. 통합 제어 프로그램_Configuration 화면 106
그림 117. 시제품 제어 케이스 설계안(2차)_(좌) 전면부, (우) 후면부 107
그림 118. 고정오염원 배출 실시간 통합 제어 장치(2차) 전면 107
그림 119. Lab test 기반 개발제품 성능 평가 109
그림 120. 개발 제품의 유량 성능 평가 110
그림 121. 개발 제품의 직선성 평가 111
그림 122. 예비형식승인(안) 검토 의견서 124