대기오염 방지기술 - 집진기술

사이클론의 원추부 하단에서 외부선회류가 내부 선회류로 바뀌어 상승기류가 될 때, dust box, hopper의 압력은 부압이 되며, 선회류에 의해 난류 현상이 생겨 집진된 입자가 재비산 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 처리가스의 5~10%를 분진퇴적함으로부터 흡입해 주는데 이를 블로우 다운이라고 한다.

-> 처리가스량(유량)과 효율 공식은 역수 관계이며, 점도와 효율 관계는 비례 관계이다.



세정집진장치에서 관성충돌을 크게 하기 위해서는 분진의 입경이 크고, 물방울의 입경이 작아야 한다. 분진의 밀도가 커야 한다. 처리가스와 액적의 상대속도가 커야 하며 처리가스의 온도와 점도가 낮아야 한다.

- 유수식 : S impeller, 로터형, 분수형, 나선가이드 베인형

- 가압수식: 충전탑, 분무탑, 스크러버

- 회전식 : Theisen washer(350~750rpm,송풍기는 필요 없지만 동력비 많이 든다.), impulse scrubber(송풍기)

impulse 스크러버의 물방울 직경 Dw= 200/N(R)1/2

- 세정식 집진장치에서는 유속이 빠를수록 효율이 증가하지만 충전탑에서는 속도가 느릴수록 효율이 증가한다. 액가스비가 클수록 효율이 증가한다.

친수성이 너무 크거나, 점착성이 강한 경우에는 폐색이 발생할 수도 있다. -> 폐쇄염려가 있다.

세정집진장치는 배기가스의 온도가 낮아져 처리가스의 확산이 어려운 단점이 있다.



큰 입자와 작은 입자 간의 응집현상은 쉽게 응집되기 때문에 단기간에 걸쳐 진행되고, 바람 부는 날의 구름 속의 입자는 맑은 날보다 응집이 더 쉽다.



여과집진장치의 압력손실은 100~200 mmH2 O 정도이며 150 mmH2 O 전 후로 탈진을 실시한다. 

여과집진장치의 여과속도는 1~10cm/sec 정도이다.(1um 이하의 미세먼지의 경우에는 1~2cm/sec) 처리가스 속도는 3m/sec 정도이다.

여과재의 길이와 직경의 비는 30 이하로 하며 통상 20 이하로 많이 설계한다. 길이가 너무 길면 마찰이 생기고 제작이 어려워진다. 여과자루 간의 최소 간격은 5cm 이상이 되어야 한다.

내면여과는 재생이 어려우므로 주로 건식이 많이 사용되고, 저농도의 함진가스 처리에 이용한다. 종류로는 Package fileter, 방사성 먼지용 air filter 등이 있다.

표면여과는 초청을 이용하는 방식으로 계속해서 재사용할 수 있다. 대표적으로 Bag filter가 있으며 고농도의 함진가스를 처리하는 산업용에 가장 많이 이용되고 있다.



먼지부하 Ld = (Cin- Cout) *V*t*n / 분진층 두께 d = Ld/p



여과재의 잦은 탈진은 여과재의 수명을 단축시키기 때문에 운전이 가능한 범위 내에서 탈진주기를 되도록 길게 하는 것이 바람직하다.



glass fiber은 내열온도가 250도로 높지만 쉽게 손상된다. 알칼리에 약하고 산성에 강하다.

목면은 값이 저렴하나 흡수성이 높고, 산성에 약하고 알칼리에 강하다.



전기집진장치에 작용하는 입자의 집진력: 정전기적 인력, 전계경도에 의한 힘, 전기풍에 의한 힘, 입자 간의 흡인력

-> 이 중에서도 대전입자의 하전에 의한 쿨링력, 정전기적 인력이 주 집진력이다.



일반적인 전기집진장치는 음극코로나로 코로나 개시 전압이 매우 낮고, 불꽃 개시전압이 높아 강한 전계를 얻을 수 있어 높은 코로나 방전이 가능하기 때문에 공업용, 산업용으로 이용한다. 하지만 방전극에서 발생하는 산소 라디칼이 공기 중의 산소와 결합하여 오존이 다량 발생된다는 문제점이 있다.



양극코로나는 음극코로나에 비해 전계강도가 약하기 때문에 주로 공기정화용으로 사용되며 오존 발생이 적은 것이 장점이다.



전기집진장치는 초기 시설비가 고가이고 부지면적을 크게 차지한다는 단점이 있다. 하지만 압력손실이 적어 소요동력은 적다. 전압변동과 같은 조건변동에 쉽게 적응하기 어렵다는 특징이 있다.

건식 집진에는 주로 평판형이 사용되며 대용량에 적합하다. 습식 집진에는 주로 원통형이 이용되며 액체상의 연무나 안개의 집진에 사용된다.



진동으로 먼지를 털어내는 타봉장치가 있는데 습식 전기집진장치의 경우 집진극에 수막을 형성시켜 분진을 제거하기 때문에 타봉장치는 필요 없다.



1 단식 전기집진장치는 하전과 집진이 같은 전계에서 일어나도록 되어 있으며 고전압이 이용(50~70 kVolt)되어 고전압 단단 전기집진장치라고도 한다. 주로 음극 코로나를 이용되어 산업용에서 많이 이용된다. 하지만 전압이 높아 역전리가 발생하며 재비산은 발생하지 않는다. 음극코로나에 의해 다량의 오존발생이 문제가 된다.



2 단식 전기집진장치는 하전부와 집진부가 분리되어 있으며저전압(12~13 kVolt)이 사용되어 저전압 이단전기집진장치라고도 한다. 주로 공기정화기에 사용될 수 있도록 개발된 것으로 양극코로나를 이용한다. 오존발생이 적고 역전리의 문제가 없으나 재비산이 발생한다.



n = A*We/ Q or L*We/R*V



저항이 낮은 경우에는 쉽게 대전되나 곧 전하를 방전하고 중화된다. 이로 인해 결합력이 소실되어 재비산이 발생한다. NH3 가스를 주입하면 함진가스 중 황산과 반응하여 (NH4) 2SO4를 생성하는데 이는 저항을 증가시켜 주는 역할을 한다.



저항이 높은 경우에는 대전시키기도 어려울 뿐만 아니라 대전된 분진 또한 탈진 시 집진극에서 쉽게 제거되지 않는다. 이 경우 절연파괴에 의해 역전리 현상이 일어나게 되는데 역전리 현상이 발생하면 집진극인 양극이 방전극 역할을 하므로 양이온이 발생되어 실제 방전극 쪽으로 가속되어 정상적인 코로나 방전이 불가능하게 되어 집진율이 급격하게 저하된다.

-> 탈진의 빈도를 늘리거나, 물, 수증기, SO2, H2SO4, NaCl, 소다회, TEA 등의 전해질을 첨가한다.



재비산 현상은 입구의 유속이 크거나 비저항이 낮을 때 발생,

역전리 현상은 저항이 크거나, 미분탄 연소를 하거나 배기가스의 점성이 클 경우에 달라붙어서 잘 안 떨어지기 때문에 발생하는 경우도 있다. 따라서 집진극의 타격을 강하게 하거나 빈도를 늘려주어야 한다.



전기집진장치의 방전극의 재료로는 고탄소강, 스테인리스강, 구리, 티타늄 합금 및 알루미늄 등이 사용된다.



전기집진장치에서 저항이 10-12~10-13 범위에서는 스파크 발생이 없으나 절연파괴가 발생한다.



부속장치인 baffle을 설치하는 경우는 저비 저항으로 인한 재비산이 일어날 경우를 위해서이다.



전기집진장치는 접지저항이 10 이하, 절연저항이 100 이상이 되어야 한다.



관형, 원통형, 격자형은 주로 수직으로 가스를 흐르게 한다.



전기집진장치는 VOC 제거의 효율이 좋지 않다. 입자에만 적용된다.