7.6 μm 파장 영역의 다중 광 흡수 신호 파장 변조 분광법을 이용한 이산화황 농도 측정
Measurement of Sulfur Dioxide Concentration Using Wavelength Modulation Spectroscopy With Optical Multi-Absorption Signals at 7.6 μm Wavelength Region
송아란(한국생산기술연구원); 정낙원(한국생산기술연구원); 배성우(한국생산기술연구원); 황정호(연세대학교); 이창엽(한국생산기술연구원); 김대해(한국생산기술연구원)
26권 4호, 293~303쪽
초록
세계보건기구에 따르면 대기오염은 건강에 대한 주요 위험원으로 대기오염으로 인해 매년 약 700만 명의 조기 사망이 발생하고 있다. 이산화황(SO2)은 대표적인 대기오염물질로 황 성분이 포함된 연료의 연소에서 다량 발생한다. SO2 발생량을 감소시키기 위해서는 대형 연소 환경에서 이를 실시간으로 정밀하게 측정하고 측정 값을 바탕으로 저감 설비를 최적화하는 과정이필요하다. 이 논문에서는 미세먼지 전구물질인 SO2의 농도를 측정하기 위해 파장 가변형 다이오드 레이저 흡수 분광법 중 파장 변조 분광법을 이용하였다. 광원으로는 7.6 μm 양자 폭포 레이저를 사용하였고 7623.7 ~ 7626.0 nm 사이의 64개 다중 광흡수선으로 SO2 농도 측정이 가능함을 증명하였다. 실험은 1 atm, 296 K에서 28, 76 m multi-pass cell을 사용하여 수행되었다. SO2 농도는 고농도(1000 ~ 5000 ppm)와 저농도(10 ppm 이하)로 두 종류로 실험 하였다. 추가적으로 가스 셀 외에 레이저가 지나가는 경로에 질소를 채워 대기 중의 H2O가 SO2 측정에 미치는 영향을 확인하였다. SO2는 3 ppm까지 측정하였고 측정된 SO2 농도는 전기 화학식 센서와 NDIR 센서 측정 결과와 비교되었다.
Abstract
According to the World Health Organization (WHO), air pollution is a typical health hazard, resulting in about 7million premature deaths each year. Sulfur dioxide (SO2) is one of the major air pollutants, and the combustion process withsulfur-containing fuels generates it. Measuring SO2 generation in large combustion environments in real time and optimizingreduction facilities based on measured values are necessary to reduce the compound’s presence. This paper describes theconcentration measurement for SO2, a particulate matter precursor, using a wavelength modulation spectroscopy (WMS) oftunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS). This study employed a quantum cascade laser operating at 7.6 μm as a light source. It demonstrated concentration measurement possibility using 64 multi-absorption lines between 7623.7 and 7626.0nm. The experiments were conducted in a multi-pass cell with a total path length of 28 and 76 m at 1 atm, 296 K. The SO2concentration was tested in two types: high concentration (1000 to 5000 ppm) and low concentration (10 ppm or less). Additionally, the effect of H2O interference in the atmosphere on the measurement of SO2 was confirmed by N2 purging thelaser’s path. The detection limit for SO2 was 3 ppm, and results were compared with the electronic chemical sensor andnondispersive infrared (NDIR) sensor.
- 발행기관:
- 한국청정기술학회
- 분류:
- 화학공학