집진설비에 의한 공기질 제어( 원심력 집진기 효율예측 )

토목환경시스템공학과

2100932

민경원

2006 Termproject

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개요

- 연구 배경 및 목적 - 집진 이란 ?

본론 - 집진 배기 시스템 - 집진 시설의 설치 - 오염물질의 제어 - 집진 처리방식 - 원심력집진기

( 효율산정 )

결론

목 차

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수도권 인구 과다밀집

미세먼지 , NOx, SOx, CO.. 등

대기오염물질이 존재

공업지역 , 주거지역 근접

( 인천 남동공단 , 부평공단 , 주안공단 )

인체 피해 심각

각종 환경 문제 ( 스모그 , 악취 , 호흡기 질환 )

배출되는 대기오염물질에 대한 제어기술이 필요배출되는 대기오염물질에 대한 제어기술이 필요

연구배경 및 목적

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건 식

집진기는 집진방식에 따라 습식 , 건식 으로나누어짐

습 식

집진 집진시설

집진집진

싸이클론 , 백필터 ( 입자물질 처리 )싸이클론 , 백필터 ( 입자물질 처리 )

유해가스 ( 화학물질 ) 제거 시설

(scrubber, a/c tower)

유해가스 ( 화학물질 ) 제거 시설

(scrubber, a/c tower)

집진이란 ?

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HOOD - 유해물질 발생원 근처에 설치 - 유해물질이 확산되기 전 발생된 고농도 상태로 흡입 - 작업자가 오염기류에 폭로방지

집진 배기 시스템

DUCT -Hood 를 통해 유입된 오염물질이 국소배기시스템 내에서 이동하는 길 - 외부로부터의 오염 및 외부오염을 방지하는 설비로 주로 사용된다

집진기 -HOOD 와 DUCT 를 통해 이송된 오염가스를 각 처리방식을 통해 처리 대기중 배출

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대기환경보전법에 명시되어 있지 않더라도 악취와 같이 인근의 주민에 의해 민원이 제기될 소지가 있거나 , 배출된 오염물질이 작업장내로 재유입되어 심각한 문제를 발생시킬 경우 설치해야 함

집진시설의 설치

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•주어진 조건에 따라 선택 ( 처리가스 , 공정 , 경제성등 )

•두가지 이상 설비 복합적으로 사용 (효율, 제거오염물질의 차이)

집진시설의 설치

집진 설비

중 , 대규모산업시설

소각시설소규모

유해가스 ( 악취 )제거

실내 공기질 제어

분진 제거

규모에 따른 집진 시설 용도

집진시설의 설치

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대기오염 물질대기오염 물질

흡수원리 및 장치

입자물질처리

흡착원리 및 장치 세정탑전기집진기

세정탑전기집진기

배연탈황설비배연탈황설비

싸이클론백필터

싸이클론백필터

입자상 물질입자상 물질

가스상 물질가스상 물질

오염물질의 제어

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집진 처리방식

SCRSNCR

흡착제거 접촉수소화제거 생물학적 제거

직접연소접촉연소

세정

중력식

공장내 배출되는 가스에 포함된 먼지

발전소 , 소각로의 배가스의 처리

먼지 미포함가스 자체가 오염물질(SOx, NOx, Vocs 등 )

유해가스 ( 악취 ) 제거( 가스상물질 )

분진제거( 입자상물질 )

관성력식

전기식

원심력식여과식

세정식

선정

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원심력 집진시설- 원리 -

선회운동을 통한 원심력에의해 입자분리

유입구 , 날개등 의해 선회류 형성

함진가스내 분진 원심력 발생

선회류를 벗어남 , 본체 내벽과 충돌

바닥 분진 퇴적함 낙하 집진

특징 : 원통하부로 갈수록 좁아짐 즉 선회류 속도증가 ( 원심력증가 ) -> 미세입자 포집 증가

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•Cyclone가스의 선회를 가속에 의한 원심력을 이용기체로부터 고체의 입자를 분리다소 효율이 낮은점은 있으나 입자가 큰 경우에는 높은 효율을보인다 . 처리가스량의 범위는 3 ㎥ /min 이상에 적용된다 .

•Multi-clone멀티콘은 많은 소구경의 사이클론을 병열연결( 공통 가스유입구와 유출구 사용 )구조상 단독 사이클론보다 길이가 더 길고 직경이 더 작음( 효율면에서 단독 사이클론 보다 효율적 )처리가스량의 범위는 7 ㎥ /min 이상에 적용된다

원심력 집진시설

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원심력 집진시설

- 형식 및 종류 -

- 보일러분진 - 금속분진 - 식품공장 - 요업 , 고무 , 약품제조공장 - 섬유 , 화학공장 - 곡물 및 사료공장 - 제철 , 제강 , 주물공장 - 목재 , 종이가공 공장 - 소각로 후단설비 - 함진농도 및 입경이 큰 분진 - 방지시설의 전처리 - 기타 산업현장의 분진제거

- 장 , 단점 -

- 응용 -

- 효율증대 방안 -

- 적용분야 -

장점 : 구조가 간단하고 설치비 및 유지비가 저렴하며 고 온에서 운전 가능

단점 : 운전 비용 증가 , 낮은 효율 ( 미세입자에 대한 집진효율이 낮아 효율증가를 위해 압 력손실을 증가시키므로 )

접선 유입식 - 입구유속 : 보통 7~15m/s - 집진효율 : 일반적으로 낮 , 음 단독 또는 전처리용- 압력손실 : 100mmH2O 정도 , 와류형이 직상형보다 적다 .

축류 유입식 - 원통의 수직방향으로 함진가스를 10m/s 전후로 도입하여 안 내익과 충돌시켜 선회운동을 유발시킴 - 가스의 균일한 분배가 용이 , 큰 용량의 가스 처리가능-블로우 다운 (blow down) 은 필요 없다 .

1. 대직경 사이클론 -몸체는 입구관경의 3.5~6 배 - 대용량의 처리가스 , 높은 분리효율이 요구시 적합 - 목재부스러기 , 연마 및 윤내기 공정의 분진 - 전처리장치 : 압력손실이 낮음 , 분진 출구가 큼 , 유지관리가 용이

2. 다단 사이클론 ( 직렬연결 ) - 분진의 밀도 , 처리배기의 분진농도 , 기류편향의 분진누출방지 - 집진효율증대 . 압력손실이 크다

3. 멀티 사이클론 ( 병렬연결 ) - 소직경 사이클론을 병렬로 다수 연결 한 것 ( 처리가스량 과다 , 집진효율증대 )

1.블로우 다운 효과 - 사이클론내 난류현상억제로 집진 먼지의 비산 방지 먼지의 장치내벽 부착으로 일어나는 먼지의 축척도 방지

2. 배기관경 - 배기관경 ( 내경 ) 이 작을수록 입경이 작은 더스트를 제거

3. 입구유속 - 한계 내에서 속도증가시 효율 증가 , 압력손실 증가

4. 일반적으로 축류식 직진형 , 접선유입식 , 소구경 multiclone 에서는 블로우 다운 효과를 얻을수 있다 .

5. 사이클론의 직열단수 , 적당한 dust box 의 모양과 크기

6. 사이클론을 직렬로 사용하는 경우 먼지에 응집성이 있 으면 집진율도 높아진다 .

8. 점착성이 있는 먼지의 집진에는 적당치 않으며 딱딱한 입자는 장치의 마모를 일으킨다 .

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Lapple’s 효율예측 - 효율과 입경과의 관계를 경험 에 의하여 선도화하여 사용

1. 절단입경을 구한다 . 2. Lapple 효율선도에서 (Dp)cut 의 (D

p)/(Dp)cut 구함 3. 총집진효율 Wt(%) x ηi(%)

원심력집진장치의 효율예측

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- 가정된 조건 -

dp : 절단입경 (m) µ : 공기의 점도 (kg/m.sec) = 2.0 10-0.5kg/m.sec B : 입구폭 (m) = 0.9m N : 선회류수 ( 5 ~ 10 ) = 5 vi : 입구유입속도 (m/sec) = 12m/sec p : 입자밀도 (kg/ ㎥ ) = 1.2 kg/ ㎥ a : 가스의 밀도 (kg/ ㎥ ) =2900 kg/ ㎥

1.절단입경

dp = [9 B / {2 N Vi (p - g)}] 0.5

= [90.000020.9/{2 12 5(2900-1.2)}] 0.5 = `12.178 10 의 -6 m = 12.178m

2. 부분집진율 nd

nd ={1/1+(dp50/dp)2 }*100

원심력집진장치의 효율예측

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n x( )1 100

112.178

x

2

x 0.1 0.2 100 f x( )

x

12.178

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 951000

20

40

60

80

100

n x( )

x

•Mathcad 이용 <부분 집진효율 예측 >

x: 분진의 입경 (micrometer) n(x): 부분효율 (%)

원심력집진장치의 효율예측

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분진 입경에 따른 효율차이가 존재

집진설비 선정시 고려

- 산업의 종류 ( 유해가스 , 분진 , 복합적 )- 경제성- 피 집진시설의 규모

유지 , 관리 중요

결론

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감사합니다 ~

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여과포로 분진을 함유한 배출가스를 여과 (테프론 , 유리섬유 사용 )

건식처리이므로 배출수 처리시설이 불필요

압력손실은 100 - 200 mmAq로 비교적 큼

운전비과다 , 높은 함수율 가스 , 고온가스 (200℃ 이상 ) 부적합 ( 소각처리시설에서는 보통 사용하지 않음 )

여과식 집진시설

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부유하는 미립자 (dust) 를 이온화시켜 분진을 포집하는 장치

( 시멘트공장이나 제철소 , 화력발전소 ) -코로나 원리 사용 -

낮은 압력손실 (10~30mm H₂O)

고온 배가스의 처리가능 (150~400℃)

높은 집진효율

넓은 범위의 포집가능 입자크기 (0.1㎛ ~50㎛이상 )

전기 집진시설

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•액적 , 액막 , 기포 등에 의하여 함진 가스를 세정 , 입자의 부착 , 입자 상호응집을 일으켜 입자를 분리하는 장치

•유체분체가 고체표면에 접촉 부착되는 원리 이용 ( 흡착 현상 이용 )

-wet scrubber ,activated carbon tower 등의 설비가 있다 -

- 미세분진의 포집효율이 높고 2 차 분진 처리 불필요

- 고온 , 고압가스취급 가능 ( 가스 폭발 위험감소 )

- 분진 및 가스 ( 특히 습한 가스 ) 동시 처리가능

- 수질오염

- 압력손실 및 동력이 높고 장치의 부식 및 침식가능

유해가스 ( 악취 ) 제거시설

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- 복합적 설치 사례 -유해가스 ( 악취 ) 제거 소각로 후단 설비 - 세정식과 여과식 병행

( 각 시설별 제거 인자가 다름 ) 세정식 ( 스크러버 )

- 산성가스 처리율이 높다 .

- 산성가스 (HCI,SO2,HF등 ) 를 알칼리세정수 로 흡수 및 액상화학 반응시켜 처리함 .

여과식 ( 백 필터 )분진 제거설비와 겸용이 가능하여 구성단순화

- 중금속 제거 탁월 -활성탄 투입설비 겸용 - 다이옥신 제거기능 우수 - 미세분진 제거기능 우수

집진시설 설치사례

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배출가스 처리

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소규모 집진 시설소규모 집진 시설

중 , 대규모 집진 시설중 , 대규모 집진 시설

소형 산업용 집진기 공기청정기 등

Plant 설비( 제철소 , 소각로 , 목재공장 등 )

공기청정기 ( 건식 , 습식 )

•건식 : 필터로 먼지나 세균류를 걸러냄1 차 : 부유물질 ( 큰 입경 ) 2 차 : 미세먼지 여과 (0.3㎛ ) 3 차 : 항균성 , 살균력이 강화 (활성탄 )

•전기 집진식 (코로나원리 이용 )

•습식 : 물에 접촉 오염물질 침전

• 음이온 정화방식 : 음이온 발생 , 오염된 먼지 양이온을 중화 ( 저비용 , 유지관리 용이 , 오존발생 )

집진시설의 설치

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이처럼 하향의 선회류가 내부원통의 말단부를 지나므로 직경이 큰 외부 와류의 내층은 와 중심축을 따라 낮은 압력 영역으로 이탈하여 스스로 분리된다 .(외부 와류로 부터의 이러한 분리는 원추하부의 정점에 접근함에 따라 더욱 커져 최종적으로 상승하는 내부와류에 합류되어 상향으로 선회운동을 하면서 내부 원통을 통하여 흘러 나가게 됨 )