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문제 정의
- 본 연구는 차세대 핵심환경기술개발사업 중 “대기 inventory 작성과 배출계수 개발 및 오염배출량 산정연구”와 시 .도보건환경연구원과의 공동연구와 함께 수행되었습니다.
- 관계식으로 나타낸다. 본 연구에서는 산정된 SOx배출계수의 검증과 황함량과의 관계 식으로 나타내기 위하여 방지시설이 있는 경우와 없는 경우의 배출원에 대한 SOx 배출계수와 황 함량과의 관계를 최소 자승법을 이용하여 확인하였다(그림 4). 방지시설이 없는 배출원의 경우 황 함량과 SOx 배출계수와의 관계는 r2 값이 0.
- 그러나 우리나라만의 산업공정, 시설 등의 특성 이 있음에도 불구하고 미국의 자료만으로는 대기오염배출량 산정자료의 신뢰성을 높이는데 한계가 있다. 이에 국립환경연구원에서는 국내실정에 맞는 대기오염물질 배출계수를 오염원별로 산정하는 사업을 진행하고 있으며, 본 연구는 발전소에 대한 조사결과를 요약하여 제시하였다.
제안 방법
- 도보건 환경 연구원의 공동조사로 이루어졌으며, 조사자료의 객관성과 정확성 검증을 위하여 사용된 자료는 해당 사업장별 년간 굴뚝 실측자료(자가 측정자료; 1 종 사업장인 경우 년간 48회 이상)와 특히 수은의 경우, 현장에서 시료를 3회 채취하고 이를 직접 분석하여 배줄계수를 산정하였다.
- EPA)의 AP-42, 유럽환경국(European Environment Agency, EEA)에 의하여 발표된 유럽연합의 대기배출 목록집 (CORe INventory of AIR emissions, CORIN AIR), 기후변화에 관한 정부간 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 등의 선진 외국의 보일러 부문 배출원 분류를 참고로 하여 사용연료, 보일러 종류 및 연소 . 버너형식으로 분류하였다(U.S. EPA, 2000; EEA, 1999; IPCC, 1996).
- 본 연구에서 산정한 각 대기오염물질의 배출계수와 U.S. EPA의 배출계수를 비교하기 위하여 배출원과 방지시설이 일치하는 자료를 선정하고 같은 단위로 환산한 후에 자료의 정규분포를 확인한 결과 비정 규분포하여 비 모수검 정 방법 중 Wilcoxon 부호순위 방법으로 검정하였다(표 7). 본 연구에서 대기오염물질별로 산정한 배출계수와 U.
- 연료를 연소하는 시설의 대기오염물질 배출은 알려진 바와 같이 연료종류, 연료성상, 보일러형태, 방지시설 형태 및 연료사용량 등에 의해 영향을 받기 때문에, 본 연구에서는 국내 발전소의 배출특성을 고려하여 국내 시설에 대한 대기오염배출계수를 산정하였다(환경관리공단, 1996; 환경부, 1982).
- 활용하였다. 조사대상 사업장의 선정과정은 총 4단계로, 1단계에서는 조사대상 배출원에 해당되는 업종별로 배출업소 D/B 에 등록된 사업장 (1〜3종)을 파악하고 2단계는 1단계에서 선정된 사업장 중 오염물질 배출량을 조사하여 그 양이 많은 사업장을 우선 대상으로 선정하였고 3단계에서는 업종 대표성 및 업종별 대기 배출특성을 고려하여 연료 종류 및 보일러 종류별 2〜3개 사업장을 선정하였으며, 끝으로 4단계에서는 사업장과 개별 접촉 및 사업장 방문을 통하여 해당업종, 단위공정 및 최종생산물을 검증하여 최종 선정하였다. 이러한 과정을 통하여 최종적으로 선정된 사업장은 12개 사업장이었다.
대상 데이터
- 발전시설은 대부분 시설이 표준화되어 있고 비교적 단순한 공정이므로 표준사업장만을 대상으로 오염 배출계수를 산정하여도 큰 무리가 없는 시설이다 본 조사에서는 연료별로 2개 이상의 사업장을 선정하였으며, 사업장 선정에는 국립환경연구원의 2000년도 1 〜3종 대기배출업소 DB (Source Data Management, SODAM)를 활용하였다. 조사대상 사업장의 선정과정은 총 4단계로, 1단계에서는 조사대상 배출원에 해당되는 업종별로 배출업소 D/B 에 등록된 사업장 (1〜3종)을 파악하고 2단계는 1단계에서 선정된 사업장 중 오염물질 배출량을 조사하여 그 양이 많은 사업장을 우선 대상으로 선정하였고 3단계에서는 업종 대표성 및 업종별 대기 배출특성을 고려하여 연료 종류 및 보일러 종류별 2〜3개 사업장을 선정하였으며, 끝으로 4단계에서는 사업장과 개별 접촉 및 사업장 방문을 통하여 해당업종, 단위공정 및 최종생산물을 검증하여 최종 선정하였다.
- 조사대상 사업장의 선정과정은 총 4단계로, 1단계에서는 조사대상 배출원에 해당되는 업종별로 배출업소 D/B 에 등록된 사업장 (1〜3종)을 파악하고 2단계는 1단계에서 선정된 사업장 중 오염물질 배출량을 조사하여 그 양이 많은 사업장을 우선 대상으로 선정하였고 3단계에서는 업종 대표성 및 업종별 대기 배출특성을 고려하여 연료 종류 및 보일러 종류별 2〜3개 사업장을 선정하였으며, 끝으로 4단계에서는 사업장과 개별 접촉 및 사업장 방문을 통하여 해당업종, 단위공정 및 최종생산물을 검증하여 최종 선정하였다. 이러한 과정을 통하여 최종적으로 선정된 사업장은 12개 사업장이었다.
데이터처리
- 본 연구에서 산정된 배출계수를 비교.검증하고 회분 함량과의 관계식으로 나타내기 위하여 최소 자승법으로 배출계수를 평가 하였다(그림 3). 그 결과 관계식은 L*S 844 (황함량)+0.
- 일반적이다. 본 연구에서 산정된 배출계수를 비교.검증하고 회분 함량과의 관계식으로 나타내기 위하여 최소 자승법으로 배출계수를 평가 하였다(그림 3).
- 최종 산정된 배출계수 등급은 미국 환경청의 AP- 42에서 제시한 평가방법을 토대로 자료의 신뢰성을 평가하였다 (U.S. EPA, 2000). 평가방법은 자료와 배출계수 등급 평가로써 총 2단계로 이루어진다.
- 회분함량과 배출계수 및 황 함량과 배출계수와의 관계식을 최소자 승법으로 평가하였으며 SPSS 10K 프로그램을 이용하여 U.S. EPA 배출계수와 본 연구에서 산정된 배출계수와의 비교 평가를 위하여 Wilcoxon 부호순위 검정방법을 이용하였다.
성능/효과
- 1. 발전시설의 먼지 배출계수 산정 결과, 연료 1 ton 을 사용할 때 최소 0.001 kg에서 최대 0.497kg의 범위로 먼지가 배출되고 있으며 가장 큰 값을 보인 배출원은 B-C를 사용하는 대향형연소 보일러였으며, 가장 작은 것은 혼소(무연탄, B-C)를 하는 습식바닥 노 형태의 수직연소 보일러였다. 산출된 먼지 배출계수와 회분함량과의 상관성을 파악한 결과『값이 0.
- 2. SO2 배출계수는 황 함량 4.0%인 B-C유를 사용하는 열병합보일러에서 7.877E+01 kg/ton으로 가장 크게 산정된 반면, 황함량 0.05%인 카본블랙 제조공정 가스를 사용하는 열병합보일러에서는 9.483E-01 kg/ton으로 가장 작게 산정되었다. S02 배출계수와 연료의 황함유량과의 상관성을 분석한 결과『값이 0.
- 3. NOx 배출계수는 석탄 사용 보일러에서 방지시설이 없는 경우 3.775E+00kg/ton으로 산정되었고, 방지시설이 LNB (Low-NOx Burner)인 경우 최소 4.020E+00kg/ton^KT 최대 6.869E+00kg/ton^S. 나타났다.
- 4. CO 배출계수는 최소 3.800E-04kg/ton에서 최대 L291E+00kg/ton의 범위로 산정되었으며, 특히 같은 B-C유를 사용하는 보일러 중에서 열병합 보일러의 배출계수가 크게 나타난 것은 열병합 보일러의 시설용량이 비교적 적었기 때문이다.
- 5. 발전시설의 굴뚝에서 실측한 자료를 토대로 산정한 수은 배출계수는 유연탄 사용 보일러의 경우, 평균 1.220E+01mg/ton의 값을 보였으며, 무연탄 사용 보일러의 경우 평균 1.021E + 02〜3.108E + 02 mg/ton으로 무연탄 사용시설에서의 수은 배출계수가 더 큰 것으로 나타났다.
- 6. 미국 배출계수와 본 연구결과의 오염물질별 배출계수 통계학적 검증결과 유의확률 0.499로 U.S. EPA에서 제시하고 있는 배출계수와 본 연구에서 산정한 오염물질별 배출계수는 거의 유사하게 나타났다 (p>0.05).
- 각 보일러 종류와 연료별로 산정한 일산화탄소의 배출계수를 표 5에 나타내었으며 석탄 사용 보일러에서 석탄 1 ton을 연소할 경우 최소 0.001 kg에서 최대 0.164 kg의 CO가 대기 중으로 배출되는 것으로 나타났다.
- 또한 빙■지시설을 LNB 또는 SCR으로 설치한 경우 각각 4.487E + 00, 3.160E + 00kg/ton으로 산정되었으며, NOx 저감효율은 LNB에 비해 SCR이 크게 나타났다.
- 775E + 00 kg/ton으로 산정되 었다. 방지시설이 LNB (Low- NOx Burner)인 경우는 석탄 1 ton을 연소할 경우 최소 4.020 kg에서 최대 6.869 kg가 배출되는 것으로 나타났다.
- EPA의 배출계수를 비교하기 위하여 배출원과 방지시설이 일치하는 자료를 선정하고 같은 단위로 환산한 후에 자료의 정규분포를 확인한 결과 비정 규분포하여 비 모수검 정 방법 중 Wilcoxon 부호순위 방법으로 검정하였다(표 7). 본 연구에서 대기오염물질별로 산정한 배출계수와 U.S. EPA에서 제시하고 있는 배출계수는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(p>0.05). 이러한 결과는 발전시설의 규모나 사용 연료 등이 매우 유사하여 큰 차이가 나타나지 않는 것으로 판단된다.
- 497kg의 범위로 먼지가 배출되고 있으며 가장 큰 값을 보인 배출원은 B-C를 사용하는 대향형연소 보일러였으며, 가장 작은 것은 혼소(무연탄, B-C)를 하는 습식바닥 노 형태의 수직연소 보일러였다. 산출된 먼지 배출계수와 회분함량과의 상관성을 파악한 결과『값이 0.864로 먼지 배출량은 연료의 회분 함량과 높은 선형관계가 있음을 알 수 있었다.
- 표 3과 같다. 석탄 사용 보일러에서 석탄 1 ton을 연소할 경우 최소 4.345kg에서 최대 6.150kg의 SO2 가 배출되는 것으로 나타났으며, 흡수시설이 설치되어 있는 시설의 배출계수가 2.060E-03 kg/ton으로 가장 적었다.
- 146 kg의 먼지가 대기 중으로 배출되는 것으로 나타났다. 습식바닥노 대향형연소의 보일러에서 전기 집진시설이 설치된 경우, 배출계수는 1.460E-01 kg/ton으로 가장 큰 값을 나타내었고, 전기집진시설과 흡수시설로서 2차 방지시설까지 있는 경우 8.671E-05 kg/ton으로 가장 작게 배출되었다. 즉 먼지 저감에 있어서 전기집진시설 단독으로 제어하는 것보다 2차 방지시설을 설치하여 제어하는 것이 더욱 효과적임을 확인할 수 있었다.
- 유류 사용 보일러에서 방지시설이 없는 경우 최소 L578E—02 kg/ton에서 최대 9.800E + 00 kg/ton_으_로_ 산출되 었으며, 공정부생유인 석유 코크스를 사용하는 automizing steam점화방식의 열병합보일러에서 1.578E—02 kg/ton으로 가장 작게 산정되었으며, B- C(4.0%)를 사용하는 같은 방식의 열병합 보일러가 9.800E+00 kg/ton으로 가장 큰 값을 보이고 있다.
- 유류 사용 보일러의 경우 대향형연소식 보일러에서 산정된 먼지 배출계수가 4.966E-01 kg/ton으로 가장 크게 나타났으며, 석탄사용 보일러와 마찬가지로 전기집진시설과 2차 방지시설로 흡수시설이 설치된 보일러가 8.679E-02 kg/ton으로 가장 작았다. 본연구결과와 대비할 수 있는 미국 환경청의 자료가 적어 정확한 비교분석이 곤란하지만 산출된 자료가 국내 시설에 대한 세분화된 자료로서 매우 중요한 의미를 가질 것으로 기대하고 있다.
- EPA 101A 방법과 동일)에 따라 굴뚝에서 실측하였다. 조사결과, SNCR과 전기집진기가 설치된 유연탄 사용 보일러의 경우, 유연탄 Iton을 연소할 경우 평균 12.20mg 의 수은이 대기로 배출되는 것으로 나타났고 무연탄을 사용하는 석탄보일러의 경우 평균 1.021E+02 ~3.108E+02mg/ton무연탄 사용시설에서의 수은 배출계수가 더 큰 것으로 나타났다. 본 연구에서는 3회 측정으로 자료가 부족하기 때문에 향후 보다 충분한 조사를 통해 수은배출계수의 보완이 이루어져야 할 것으로 사료된다(표 6).
- 671E-05 kg/ton으로 가장 작게 배출되었다. 즉 먼지 저감에 있어서 전기집진시설 단독으로 제어하는 것보다 2차 방지시설을 설치하여 제어하는 것이 더욱 효과적임을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 검증하고 회분 함량과의 관계식으로 나타내기 위하여 최소 자승법으로 배출계수를 평가 하였다(그림 3). 그 결과 관계식은 L*S 844 (황함량)+0.081 로 나타났으며, 『 값은 0.8644로 높은 상관관계를 보이고 있으나, 본 연구에서 연료별 회분 함량의 분석 자료가 3개로써 충분치 않고 방지시설의 효율에 따라 배출계수도 달라질 수 있어 향후 지속적인 자료의 보완이 필요하다. 표 2에는 먼지 배출계수 산정결과를 나타내었다.
- 또한 NOx, CO의 배출량은 서로 상대적인 관계를가지는 경우가 많아, 연소온도, 체류시간, 산소 공급량, 보일러의 운전 조건에 의하여 많은 변화가 생길 수 있기 때문에 향후 계속적 인 보완 조사가 이루어져 좀 더 대표성을 가지는 자료를 생성할 필요가- 있다. 배출계수의 목적은 최종적으로 배출량을 산정하는 것이므로 향후 기존에 산정된 국가 배출량과 본 연구에서 산정된 배출계수와 활동도를 이용한 배출량과 반드시 비교 및 활용하여야 하며, 현재 시 .
- 있다. 배출계수의 목적은 최종적으로 배출량을 산정하는 것이므로 향후 기존에 산정된 국가 배출량과 본 연구에서 산정된 배출계수와 활동도를 이용한 배출량과 반드시 비교 및 활용하여야 하며, 현재 시 . 공간적 해상도를 갖는 국가 배출량과 활동도 조사는 국립환경연구원에서 주관하여 체계적으로 연구하는 중이다.
- 108E+02mg/ton무연탄 사용시설에서의 수은 배출계수가 더 큰 것으로 나타났다. 본 연구에서는 3회 측정으로 자료가 부족하기 때문에 향후 보다 충분한 조사를 통해 수은배출계수의 보완이 이루어져야 할 것으로 사료된다(표 6).
- 679E-02 kg/ton으로 가장 작았다. 본연구결과와 대비할 수 있는 미국 환경청의 자료가 적어 정확한 비교분석이 곤란하지만 산출된 자료가 국내 시설에 대한 세분화된 자료로서 매우 중요한 의미를 가질 것으로 기대하고 있다.
- 국한된다는 것이다. 이로 인해 일반적인 공정대신 개별 공정상 특성이 있는 경우는 반영되기 어려우며, 특히 측정자료 및 선택된 대표사업장의 자료가 부족하여 배출계수 등급이 낮은 경우, 향후 계속적인 조사를 통하여 보완하여 야 한다.
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