[3. 대기오염방지기술] 02 집진기술

01 집진장치의 종류 및 특성

1. 중력집진장치(Gravitic collection chamber)

1) 원리
기본적으로 입자 (50-100㎛)를 중력하에서 침강할 정도로 수평속도(1~2m/sec)를 감소시키는 확장실과 침강하는 먼지를 포집하는 먼지 퇴적함으로 구성되며 기계적인 제어없이 자연적으로 입자의 분리가 이루어지는 장치

2) 장단점

장점	단점
○ 설치비, 유지비가 적게 듬 ○ 압력손실이 적음(10-15 mmH₂O) ○ 먼지부하가 높은 가스와 고온 가스처리에 용이	○ 집진효율이 낮음(40-60 %) ○ 먼지부하변동 및 유량변동에 적응성이 낮음 ○ 시설의 규모가 큼

3) 관련공식

유도가능

★ 중력집진장치의 이론효율과 실제효율

2. 관성력집진장치

1) 원리
함진가스를 방해판에 충돌시키거나 급격한 기류의 방향 전환을 일으켜 분집입자에 작용하는 관성력을 이용하여 배출가스의 흐름으로부터 입자를 분리, 포집하는 것으로 주로 고효율 집진장치의 전처리용으로 이용하는 장치

2) 종류

구분	특징
충돌식	○ 함진가스의 흐름 방향에 방해판(baffle)을 설치하여 기류의 방향전환을 이용한 방식 ○ 종류 : 1단식, 다단식
반전식	○ 방해판없이 함진가스의 방향전환을 이용한 방식 ○ 종류 : 곡관형, 루버형, 포켓형, 멀티배플형 등

3) 장단점

장점	단점
○ 설치비, 유지비가 적게 듬 ○ 압력 손실이 적음(30-50mmH₂O) ○ 먼지부하가 높은 가스와 고온 가스처리에 용이	○ 집진효율이 낮음(50-70) ○ 먼지부하변동 및 유량변동에 적응성이 낮음

※ 관성력집진장치의 집진율 향상 조건
① 적당한 Dust Box 의 형상과 크기 필요
② 기류의 방향전환 횟수, 충돌직전 속도 커야함
③ 곡률반경, 출구가스 속도가 낮아야함

3. 원심력집진장치

1) 원리
분진 함유 가스를 접전 유입하여 선회효과로 발생되는 원심력에 의해 처리가스 내에 포함된 분진들을 제거하는 장치로 대용량 처리에 적합하며 고효율 집진장치의 전처리용으로 사용

2) 종류

구분		특징
유입방식에 따른 분류	접선유입식	○ 압력손실 : 150mmH₂O ○ 입구유속 : 7-15 m/sec ○ 대용량의 가스를 처리하는데 이용 ○ 원통에 접한 유입구에서 나선형을 따라 돌면서 내부에 진입 ○ 종류 : 나선형, 와류형, 직진형, 반전형
	축류유입식 (도익선회식)	○ 압력손실 : 80mmH₂O ○ 입구유속 : 10m/sec 전후(반전형) ○ 블로우다운이 필요없고 유입구의 안내익에 따라 집진효율이 달라짐 ○ 가스의 균일한 분배가 용이
연결방식에 따른 분류	멀티 싸이클론	○ 처리가스량이 많고 높은 집진효율을 필요로 하는 경우에 작은 몸통경의 싸이클론을 여러개 병렬로 연결해서 사용 ○ 작은 압력손시롤 많은 용량 처리(고농도) ○ 축류식 싸이클론을 병렬로 사용
	멀티 스테이지 싸이클론	○ 동일한 크기의 싸이클론을 직렬로 연결하여 접속시킨 구조 ○ 응집성이 강한 먼지처리에 이용 ○ 통상 3단이하로 연결

3) 장단점

장점	단점
○ 설치비가 저렴 ○ 온도의 영향 없이 운전 가능 ○ 운전이 간단하며 유지관리비가 적게 듬 ○ 먼지부하가 높은 먼지에 적합	○ 작은 입경의 집진효율이 낮음 ○ 가스의 습도가 높거나 점착성 분진의 처리가 어려움

4) 관련공식

★ 블로우다운
정의 : 더스트박스 또는 멀티싸이클론의 호퍼부에서 처리가스량의 5-10%를 흡인하여 재순환시키는 방법
① 유효원심력 증가
② 분진의 재비산 방지
③ 집진효율 증대
④ 내통의 분진 폐쇄방지

4. 세정집진장치

1) 원리
액적 ,액막, 기포 등을 이용하여 함진가스를 세정한 후 입자의 부착, 상호 응집을 촉진시켜 먼지를 분리 및 포집하는 장치

※ 물방울 입경과 효율 관계
분진입자의 집진은 세정집진장치의 종류와 관계없이 물방울 입경이 감소함에 따라 효율 감소
세정액 방울의크기가 100㎛ 이하시 집진효율 감소
물방울 입경과 분진의 최적 직경비는 150:1 이 적당

2) 집진 메커니즘

종류	특징
관성충돌	○ 분진이 액적과 충돌 포집되는 것 ○ 입자경이 1㎛ 이상 될때 지배적으로 발생
차단	○ 액적과 미세입자의 중심과의 거리가 반지름보다 짧게 되면 입자는 액적과 직접 충돌하여 집진 ○ 입자경이 0.1 ~ 1㎛ 지배적으로 발생
확산	○ 입자가 브라운 운동을 하는 정도가 적으면 이 확산 작용에 의해 입자는 물방울 표면에 접촉 부착하면서 분리 ○ 입자경이 0.1㎛ 에서 지배적으로 발생
응축	○ 수분이 가스내 흐름에서 응축하여 안개를 형성할 때 입자상 물질들이 응축핵으로 작용하여 더욱 큰 입자를 형성한 후 충돌에 의해 제거
중력	○ 입자가 액적을 통과하는 동안 중력이 작용하여 액적 표면에 침적 ○ 입자경이 50㎛ 이하에서 지배적으로 발생

※ 액가스비 크게 하는 요인
농도, 점착성, 처리가스온도 높게
친수성, 먼지입경 작게

3) 종류

구분		특징
유수식	가스선회형	You gas 로 분수 만들어 ~ 압력손실 100-200 mmH₂O
	로터형
	분수형
	S임펠러형
가압 수식	벤츄리스크러버	가수들은 벤을 사적으로 이용하기 충분 ○ 집진율이 가장 높고 광범위 ○ 먼지부하 및 가스유동에 민감 ○ 목부유속 60-90 m/sec ○ 압력손실 300-800mmH₂O ○ 액가스비 : 10㎛ 이상 : 0.3L/㎥ , 10㎛ 이하 : 1.5L/㎥
	사이클론 스크러버	○ 충돌, 확산 부착력과 원심력을 이용하여 함진가스를 세정하는 방식 ○ 입구유속 15-35 m/sec ○ 압력손실 50-300 mmH₂O ○ 액가스비 0.5-1.5L/㎥
	제트 스크러버	○ 입구유속 10-20 m/sec ○ 압력손실 0-150 mmH₂O ○ 액가스비 10-50L/㎥
	충전탑	○ 공탑속도 0.5-1.5m/sec ○ 압력손실 100-250 mmH₂O ○ 액가스비 2-3L/㎥
	분무탑	○ 공탑속도 1-2m/sec ○ 압력손실 25mmH₂O 보다 작음 ○ 액가스비 0.5-2L/㎥
회전식	타이젠 와셔
	임펄스 스크러버

4) 장단점

장점	단점
○ 포집된 먼지의 재비산 염려가 없음 ○ 단일장치로 입자상 물질과 가스상 물질 동시 처리가능 ○ 설치비용이 저렴 ○ 점착성, 조해성 먼지처리 용이 ○ 부식성 가스 중화 및 고온가스 냉각	○ 처리후 가스확산 어려움 ○ 소수성 먼지의 처리가 어려움 ○ 압력손실이 크며 동력비가 많이 듬 ○ 폐수 발생 , 부식의 위험성이 있음 ○ 먼지가 습식상태라 회수가 어려움

5) 관련공식

5. 여과집진장치
1) 원리
함진 가스를 여과재에 통과시켜 미세한 입자를 관성충돌, 확산, 차단, 중력작용 등에 의해 제거

2) 집진메커니즘

종류	특징
관성충돌	○ 1㎛ 이상인 입자는 유선에 의해 이동하지못하고 관성에 의해 충돌하여 부착
직접차단	○ 1㎛정도의 입자는 관성이 작아 직접 부착
확산포집	○ 0.1㎛ 이하인 아주 작은 입자는 브라운 운동을 통한 확산에 의해 포집
중력
정전기적 인력	○ 오염입자나 여과재의 부착력이나 응집력으로 인해 입자사이의 정전기적 인력에 의해 섬유에 부착 및 제거됨

3) 종류(탈진 방식에 따른 분류)

종류	특징
간헐식	○ 종류 : 진동형, 역기류형 ○ 연속식에 비해 먼지의 재비산이 적음 ○ 집진율이 좋음 ○ 대량의 가스와 점성이 있는 조대먼지 처리에 부적합 ○ 여포의 수명이 긴 편
연속식	○ 종류 : 리버스 제트형, 펄스 제트형 ○ 포집과 탈진을 동시에 하는 방식 ○ 여포의 수명이 짧음 ○ 압력손실이 일정 ○ 고농도, 대용량의 가스처리에 효율적 ○ 재비산이 많아 집진율이 낮음

※ 여과방식에 따른 분류
표면여과 : 눈막힘 방지를 위해 처리가스 온도를 산노점 이상으로 유지하여 250℃ 이하로 조절
내면여과

※ 눈막힘현상(Blinding Effect)
처리가스 중에 수분이 있는 먼지나 점착성 분진이 유입될 경우 여과막 사이가 막혀 압력손실이 증대되는 현상

5) 장단점

장점	단점
○ 집진효율이 높음 ○ 다양한 입자에 적용이 가능 ○ 유용한 물질 회수 용이	○ 온도, 수분, 여과속도에 대한 적응성이 낮음 ○ 폭발성, 점착성 먼지의 제거가 곤란함 ○ 여과재가 고가여서 유지비가 많이 듬

6) 관련공식

6. 전기집진장치
1) 원리
전기력, 관성력, 중력 등의 집진작용이 이용되고 있으며 전기력에 의한 분진포집 원리는 코로나 방전의 형성 및 분진의 대전, 대전입자의 이동, 집진극에 포집 등의 메커니즘으로 집진

2) 종류

종류		특성
하전형식	1단식	○ 산업용으로 사용 ○ 재비산 발생 억제에 효과적 ○ 함진 농도가 높은 가스처리에 유용
	2단식	○ 공로용 ○ 역전리 현상 억제 ○ 재비산 발생 ○ 1단식에 비해 오존의 생성 감소
탈진방식	건식	○ 재비산, 역전리 발생 ○ 대용량 가스처리 적합 ○ 구조 및 유지보수가 간단
	습식	○ 낮은 전기저항때문에 발생하는 재비산 방지 ○ 역전리 현상이 발생하지 않음 ○ 집진 후 폐수처리 문제 발생 ○ 처리가스 속도를 건식보다 2배 정도 높일 수 있음

3) 장단점

장점	단점
○ 운전비용이 적게 소요 ○ 건식, 습식 모두 가능하며 집진효율 우수(99% 이상) ○ 광범위한 온도 범위에 적용가능 ○ 보수가 간단하고 보수 및 유지비가 적음 ○ 압력 손실 20 mmH₂O , 처리가스 유속 4m/sec 이하	○ 소요면적, 설치비가 많이 소요 ○ 부하변동 적응이 곤란 ○ 비저항이 큰 분진제거에 어려움이 있음

4) 관련공식

5) 장애현상의 원인 및 대책

장애현상	원인	대책
재비산	○ 비저항 10⁴Ω·㎝ 이하 ○ 입구의 유속 빨라	○ 처리가스의 속도를 낮춤 ○ NH₃ 주입 ○ 온도, 습도 조절 ○ 집진극에 Baffle 설치 ○ 미연탄소분 제거
역전리	○ 비저항 10⁴Ω·㎝ 이상 ○ 미분탄 연소시 ○ 배가스의 점성이 높을때(백코로나현상)	○ 황함량 높은 연료 주입 ○ SO₃, TEA 주입 ○ 온도, 습도 조절 ○ 전극 청결 유지
2차 전류 현저한 저하	○ 먼지 비저항이 너무 높을때 ○ 입구 분진농도가 클때	○ 입구분진 농도 조절 ○ 조습용 스프레이 수량 증가 ○ 스파크 횟수 증가