조건 변화에 따른 In-stack 및 Out-of-Stack 사이클론의 PM2.5 측정 오차 비교
Comparison of PM2.5 Measurement Error in In-stack and Out-of-Stack Cyclones under Varying Conditions.
- 주제(키워드) Cyclone
- 주제(DDC) 628.5
- 발행기관 아주대학교 공학대학원
- 지도교수 이재영
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 공학대학원 환경안전공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034552
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
현행 대기 환경 미세먼지의 연속 자동측정을 위한 공정시험기준은 베타선 측정법으로써, 스토크스 직경을 활용한 밀도 값에 따른 입경 분리를 통하여 입 자상 물질의 농도를 측정 했을 시 중량농도 법과 가장 높은 일치율을 보여준 다. 정확도가 높은 연속 자동측정을 위해서 고정오염배출원에서도 미세먼지 (PM10) 및 초미세먼지(PM2.5)를 측정하는 방법으로 베타선 측정방식을 활용하도 록 대기오염 공정시험기준에 적용이 필요하다. 미세먼지의 측정을 위한 베타선 자동측정을 고정오염배출원에 적용하기 위 해 입경에 따른 분리가 반드시 선행되어야 한다. 국내 공정시험기준에서는 미 국환경보호국의 시험기준인 EPA Method 201A와 같이 미세먼지 측정을 위한 방법으로 원심력입경분립장치인 사이클론(Cyclone)을 채택하고 있다. 사이클론 입경 분립의 경우 유속 및 온도에 따른 부하 변동에 대한 대응성이 낮아 연속 자동측정에 적용하기 위하여 일정한 유속 및 온도조건을 유지하는 기계적인 유도과정을 요구한다. 본 연구에서는 고정배출원의 연속 자동측정 구축을 위한 시스템 구축 조건 중 하나인 사이클론 입경 분립장치를 배출원 내부로 삽입 후 시료 채취하는 방식(In-stack)과 배출원 외부에 사이클론 장치를 배치해 온도 조건을 일정하 게 유지하는 방식(Out-of-stack)을 활용하여 온도에 따른 분리 효율을 고농도 조건으로 PM2.5 50μg/m³ 이상, 저농도 조건 PM2.5 20μg/m³ 이하로 구분하여 분석하였다. In-stack 사이클론은 온도가 상승함에 따라 PM2.5의 오차가 증가하였으며, Out-of-stack 사이클론은 온도 상승과 무관하게 비교적 일정한 오차율을 보 여주었다. 또한, 챔버의 유속이 증가함에 따라 분리 오차가 불규칙하게 변동하였으며 고정배출원의 연속자동측정 구축을 위해 유속대응이 가능한 후속 연구가 필요함 을 시사한다.
more목차
제 1 장. 서론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 (Research Background and Necessity) 2
1.2 연구의 목표 및 방법 (Research Objectives and Methods) 4
제 2 장. 이론적 배경 7
2.1 Isokinetic Sampling Flow 8
2.2 사이클론 입경분리 (Cyclone Particle Size Separation) 11
2.2.1 사이클론 기본 구조 11
2.2.2 사이클론 종류 및 특징 12
2.2.3 배출가스 시료 채취 사이클론 설계 치수 14
2.2.4 사이클론 분리 원리 15
2.3 입자상 물질 측정 기기별 특징 (Characteristics of Particle Measuring Devices) 19
2.3.1 광산란 측정 방법(Light Scattering Method) 19
2.3.2 베타선 측정 방법(Beta Attenuation Method) 19
2.3.3 중량 농도 측정 방법(Gravimetric Method) 20
2.3.4 측정 방법에 따른 비교(Distinctions Between Measurement Methods) 21
제 3 장. 연구 방법 22
3.1 Chamber Sampling 23
3.1.1 Chamber 26
3.1.2 유량 발생기 29
3.1.3 Sampling Pump 29
3.1.4 Sampling Nozzle (In-stack & Out-of-stack) 30
3.1.5 기타 부속 기기 (Additional Equipment) 31
3.2 Cyclone Particle Size Separation & Sampling 31
3.2.1 In-stack Cyclone PM2.5 32
3.2.2 Out-of-stack Cyclone PM2.5 33
3.2.3 Particle Separator 34
3.2.4 Particle Counter 35
3.3 측정 보정 (Measurement Calibration) 36
3.3.1 광학 밀도 산정 (Optical Density Calculation) 36
3.3.2 분리 계수 보정 (Correction of Separation Coefficients) 37
제 4 장. 연구 결과 38
4.1 In-stack 사이클론 연구 결과 39
4.1.1 In-stack 사이클론 저농도 연구 40
4.1.2 In-stack 사이클론 고농도 연구 43
4.2 Out-of-stack 사이클론 연구 결과 46
4.2.1 Out-of-stack 사이클론 저농도 연구 47
4.2.2 Out-of-stack 사이클론 고농도 연구 50
4.2.3 Out-of-stack 사이클론 유속별 연구 53
제 5 장. 결론 56
제 6 장. 참고문헌 (References) 59
