<10주차>

5.9.C 세정집진기(scrubber, wet collector)

▶ 원리

세정액을 분산하거나 가스를 분산하는 것에 의해 생성된 액적, 액막, 기포 등에 의해

가스 중의 미립자를 분리. 포집하는 장치

액적에 입자가 충돌하여 부착 (관성충돌) - 1μm 이상

미립자의 확산에 의해 액적과 접촉 (확산력) - 0.5μm 이하입자

배기가스의 증습에 의해 입자표면에 액의 응축이 일어나 입자가 서로응집 (응집력)

액막에 입자가 접촉 (중력, 관성력)

▶ 종류- 종류

분무형(spray chamber)

원심력형

벤츄리형

유수식 : Impera형, Rota형, 분수형, 나선 guide vane형

집진실內에 일정한 양의 액체를 채워 놓고 처리가스의

유입에 의해 다량의 액적, 액막, 액포를 형성시켜 함진 gas 세정

가압수식 : 물을 가압 공급하여 함진 gas 세정

scrubber (venturi, jet, cyclone), 충전탑, 분무탑

- 분무탑(spray chamber scrubber, spray tower)

․ 가스와 액적의 접촉방식 : counter current flow, cross flow

․ baffle : 기액접촉을 향상시키기 위해 사용

․ 세정액 0.4-1L/1m3 gas, 세정액은 재순환하여 사용, 노즐분사압력 35-50 psi

․ 노즐의 막힘을 방지하기 위한 흡수액의 여과시설 필요

․ 8 이상의 분진은 90% 이상 제거

․ 동력소비량이 적다. : 3-6ft/sec의 속도에서 1-4inch H2O 혹은 0.5-2hp/1000cfm

- 원심력세정기(cyclone scrubber)

․ 150-250 ft/sec의 유입속도, 10ft/sec의 겉보기속도에서 5 이상의 분진 95%제거

․ 흡수액 0.5-1.25 L/1m3 gas ․ 압력손실 1-3.5 hp/1000cfm 일 때 4-8inH2O

- orifice scrubber

․ 세정액의 재순환량은 증발에 의한 손실의 보충량이다.(0.5 gal/1000ft3)

․ 압력손실 : 2-4 hp/1000cfm에서 8-12 inH2O

․ 2 이상의 분진 90%제거

- wet impingement scrubber(습식충돌세정기)

․ perforated plate scrubber(기공판상세정기)

․ 세정액 : 2-5 hp/1000cfm에서 2-3 gal/1000ft3

․ 압력손실 : 2-4 hp/1000cfm에서 8-12 inH2O

․ 5 이상의 분진 97%제거

- venturi scrubber

․ 세정집진기 중 가장 고집진율 (5μm 이상 분진 100% 제거)

․ 압력손실이 가장 크다. 7.5～250 cmH2O

․ 먼지농도 10 g/sm3 이하의 가스에 적절

․ 유입구와 throat간의 면적비 4 : 1

발산각 5～7˚, 수렴각 20～30˚

․ throat부 유속 50～180m/s

throat 부 : 유체의 운동에너지 증가, 정압 감소

세정액을 주입하면 고속의 가스에 의해 분무화(atomization)

․ 조해성, 점착성의 입자도 처리가능

※ 벤츄리스커러버의 압력손실

- ×

(5-83)

: cmH2O

: cm/s

-

× (5-84)

: inH2O

: 스로트에서 가스유속, ft/s

: 가스밀도, lb/ft3

A : 스로트단면적, ft2

L : 액가스비, gal/1000ft3

▶ 세정집진기 장단점

- 장점

연소성, 폭발성 분진도 처리 가능

분진, 유해가스, 냄새 동시제거

mist도 제거 가능

고온가스의 냉각

집진율을 변화시킬 수 있다.

부식성 가스와 분진은 중화될 수 있다.

작은 입자제진 효율 大 ( 일반적으로 0.1～20μm까지 제거)

재비산 방지

연속운전가능. 구조간단, 가동부분이 없다. 설치면적 적다.

- 단점

부식 가능성이 크다.

유출수는 수질오염을 일으킨다.

세정액의 동결 방지, off gas의 백연(visible plume)을 피하기 위해 재가열이 필요할 수

있다. (배기가스의 온도저하. 습도상승 ⇒ 부력약화 - 연기 상승력 저하)

포집된 분진은 재사용할 수 없다.

waste sludge의 폐기가 고비용이다. →소량가스 처리에 적합

소수성 dust는 집진효과 감소

동력비가 크다

▶ 관성충돌(Inertial Impaction) 이론

1 이상의 분진은 관성충돌이 지배적

입자가 기체흐름의 유선을 이탈하여 세정액 방울 쪽으로 접근

→ 관성력, 마찰저항력에 의해 粒子는 정지상태가 됨(중력, 전기력 등은 무시)

정지거리가 입자가 유선을 이탈한 점부터 세정액 방울까지 거리 보다

크다면 粒子와 액적충돌

≡

(5-68)

: 세정액 방울 직경

: 정지거리

: 충돌수(impaction number)

F = 관성력 + 마찰저항력 =․

: 액적에 대한 입자의 상대속도

․

π

ρ

x =0에서 입자의 상대속도

∴ ρ

μ (5-69)

(5-70)

: 흐름방향의 입자속도

: 액적의 속도

: cunningham correction factor

(5μm 이하 분진에 적용)

가 클수록 관성충돌에 의한 제진 효율증대

ⅰ) 입자와 액적의 상대속도 大

ⅱ) 액적이 미세할수록 大 : 세정액분산성 (동력 요구량증대)

- 제거하려는 분진의 입경에 대한 최대집진율을 보이는 최적액적입경이 존재

식(5-70)에서 dD가 작을 수록 NI가 증가하여 효율이 증가될 것으로 예상되나 입자와 액

적의 상대속도항에 의해 최대효율을 보이는 최적액적직경이 존재 : 크기가 매우 작은 액

적은 처리가스 속도까지 급속히 가속되어 액적에 대한 입자의 상대속도가 감소되며 큰

액적은 동일 질량에 대해 상대적으로 작은 표면적을 가짐.

분무탑에서 입자밀도 2 g/cm3의 경우 600㎛ 이하의 액적은 효율 급격히 감소

▶ scrubber 설계에서 접촉력 이론

- Semrau(1963, 1980)의 이론 ← Lapple과 Kamack의 이론을 확장

▶ entrainment(飛沫동반, 액적의 동반배출 현상) 방지

세정장치는 배출가스의 재오염을 방지하기 위하여 동반하는 액적을 적어도 95% 제거

해야 함.

대기오염및연습 참고자료

1. 대기오염제어, 이상권 외 9명 공역, 도서출판 동화기술, 2009년 원저 : AIR POLLUTION ITS ORIGIN AND CONTROL, Kenneth Wark, Cecil F. Warner, Wayne T. Davis, Prentice Hall, INC, 2004

2. 대기오염방지공학, 김동술, 김태오 공역, 도서출판 동화기술, 2003년 원저 : Air pollution Control : A Design Approach, C. David Cooper, F. C. Alley, 2-nd Edition, Waveland Press, Inc. 1994년

3. 2013 대기환경기사. 산업기사, 이승원, 성안당, 2013년

4. 대기오염측정분석학, 박기학, 손종열 공저, 형설출판사, 2000년

5. Air Pollution Engineering Manual, 2-nd Edition, US. EPA

6. Handbook of Air Pollution Technology, Edited by Seymour Calvert and Harold M. Englund, John Wiley & Sons, 1984

7. 대기오염제어공학, 이규성 외 5인 공저, 형설출판사, 2000년

8. 최신 대기오염방지기술, 김종석 외 11인 공저, 동화기술, 2000년

9. 대기오염과 방지기술, 동종인, 신광출판사, 2000년