소결 금속 필터의 성능 평가

서정민, 김상도, 박영옥, 손재익, 이봉희*

한국에너지기술연구소 에너지환경연구부

충북대학교 화학공학과*

Performance Evaluation of Sintered Metal Filter

J.M. Seo, S.D. Kim, Y.O. Park, J.E. Son, B.H. Lee*

Energy & Environment Dept., KIER

Dept. of Chem. Eng., Chung-Buk National University*

서론

국내 산업체의 폐기물 소각로와 비철금속 정련공정용 여과포 집진장치에서는 먼지와 함께 불꽃을 함유한 먼지입자의 유입으로 인해 filter에서 화재가 발생하여 생산공정의 중단과 전체공정의 화재발생을 위협하는 사례가 자주 발생되고 있다.  더욱이 중유 연소 보일러 사용의 증가로 먼지 발생량이 증가하고 있으며 이에 대한 대응책으로 고효율 여과포 집진장치의 사용을 의무화하고 있지만 발생되는 먼지입자에 중유성분이 다량 함유되어 있어 filter 표면에서의 화재발생 요인이 되고 있다1).  또한 탈진에 의한 filter 마모로 인해 여과포의 수명이 운전유지비 결정에 중요한 요소로 작용하고 있다.  따라서 여과포 집진장치에서 화재 발생을 방지하고 filter 수명을 연장시키 위해 환경공학기술사업의 일환으로 다른 여과포 보다 내열성 및 강도가 우수한 소결 금속 필터를 국산화 개발하게 되었다2).

본 연구에서는 소결 금속 여과포를 국산화하기 위한 기초 자료로 활용하기 위해 일본에서 개발된 filter의 성능을 평가하였다.

실험

가. 실험용 소결 금속 필터

stainless steel fiber를 소결과 압축공정을 거쳐 제조한 일본 Seisen사의 □FINEPORE" 중 NF-03, NF-05, NF-06, NF-07을 사용하였다.  여기서 NF는 상품명 □FINEPORE"를 명명하는 방식이고, 뒤의 숫자는 filtering accuracy를 나타내며 숫자가 클수록 filtering accuracy가 높다.  filter표면을 1000배 확대하여 Fig. 1에 나타내었다. FINEPORE "NF"는 stainless steel fibers를 얇게 펴고 소결시켜 fiber와 fiber사이를 결합시켜 만들어진다.  따라서 pore의 막힘을 막을 수 있고 높은 filtering accuracy를 얻을 수 있다.

나. 실험방법

소결 금속 필터의 기초 성능실험을 수행하기 위하여 Flat Sheet Type 기초실험장치를 사용하였고, 장치의 공정도를 Fig. 2에 나타내었다.  실험용 먼지의 유입부분에는 Kr 85 Neutralizer가 설치되어 있어 먼지에 부여된 정전기를 완전히 제거 가능하다.  장치의 용량은 최대 0.45m3/min, 여과면적은 0.09m2(300mm×300mm) 이다.

본 실험에 적용한 여과속도는 3m/min, 입구농도는 2.85g/m3 이며, 입구 및 출구에서의 먼지농도는 Aerodynamic Particle Sizer(APS 3320A, TSI)를 이용하여 측정하였다.

NF-03

NF-05

NF-06

NF-07

Fig. 1. 실험용 filter의 표면 SEM 사진

Fig. 2. Flat sheet type 기초실험장치 공정도

결과 및 고찰

가. 압력손실

실험용 소결 금속 필터의 자체 압력손실을 여과속도의 변화에 따라 실험한 결과를 Fig. 3에 나타내었다.  filter는 4종류(NF-03, NF-05, NF-06, NF-07)를 적용하였고, 여기에서 나타내는 숫자는 filter의 pore size와 연관되어 있는 것으로 숫자가 커질수록 pore size는 커짐을 의미한다.  따라서, pore size가 가장 큰 경우인 NF-07 filter의 경우 압력손실이 가장 적게 나타났고, pore size가 가장 작은 경우인 NF-03의 압력손실이 가장 큰 것으로 나타났다.

실험용 소결 금속 filter의 실험용 먼지부하량 증가에 따른 압력손실 변화 결과를 Fig. 4에 나타내었다.  먼지부하량이 증가함에 따라 압력손실은 선형적으로 증가하였고, 3종류의 filter에 있어 압력손실 증가 경향은 완만한 것으로 나타났다.

Fig. 3. 실험용 filter의 자체 압력손실

Fig. 4. 먼지부하량에 따른 압력손실

나. 집진효율

Fig. 5는 금속 filter NF-06, NF-05, NF-03 3종류에 대한 총괄 집진효율을 나타낸 것이다.  NF-06의 경우는 99.99226%, NF-05의 경우는 99.99964%, NF-03의 경우는 99.99972%의 높은 집진효율을 나타내었다.  이는 앞에서 설명하였던 바와 같이 filter 종류의 숫자가 작을수록 pore size가 작아지므로, NF-06 보다 NF-03의 경우 집진효율이 더 높게 나타남을 예측할 수 있다.

다. 부분먼지통과율

Fig. 6은 금속 filter의 부분먼지통과율을 나타낸 것이다.  pore size가 큰 NF-06의 경우 다른 filter에 비해 높은 부분먼지통과율을 나타내었고, 이 경우의 최대통과입자크기(MPPS, Most Penetration Particle Size)는 0.583□로 통과율은 3.33%를 나타내었고, NF-05의 경우 MPPS는 0.626□로 통과율은 0.188%을 나타내었고, NF-03의 경우 MPPS는 0.542□로 통과율은 0.013%의 낮은 값을 나타내었다.

Fig. 5. 금속 filter의 총괄 집진효율

Fig. 6. 금속 filter의 부분먼지통과율

감사의 글

본 연구는 환경공학선도기술개발(G7) 사업의 일환으로 수행되었습니다.  연구비 지원에 감사드립니다.

참고문헌

1. 손재익 외, □고효율 집진기술 산업용 직물 여과포집진장치 국산화 개발(Ⅱ)□, 환경부,한국에너지기술연구소, 제2단계2차년도 년차보고서 KIER-966417, 1997

2. □Perfectig an Ideal Filter Medium", Metal Powder Report, vol. 46, pp. 19-20, 1991