여과포 집진장치 적용용 예비하전장치의 개발 및 성능의 평가

김 진철, 박 영옥, 최 호경, 손 재익, 정 진도*

한국에너지기술연구소, 호서대학교*

Development of KIER Type Dust Ionizer for Fabric Filters and

Evaluation of It's Performance

J. C. Kim, Y. O. Park, H. K. Choi, J. I. Son, J. D. Chung*

Energy & Environment Research Dept., KIER, Hoseo Univ.*

1. 서론

대기오염의 심각성이 나날이 증가함에 따라 집진장치의 성능도 보다 고효율이 요구되는 실정이다. 이러한 추세에 따라 최근 복합형 집진장치의 연구가 많이 이루어지고 있다. 본 연구에서도 기존의 여과집진방식에 전기집진방식의 장점을 접목한 예비하전 여과포 집진장치를 개발하였다. 여과집진방식은 높은 압력 손실과 높은 운전비용이란 문제점을 안고 있다1-5). 이러한 근본적인 문제점을 해결하기 위해 처리되는 기체에 정전기력을 부여하여 여과집진시 filter표면에 다공질의 수지상구조를 형성하여 표면 여과를 통한 미세먼지입자의 포집효율 극대화와 탈진시 저탈진에너지 부여로도 쉽게 탈진이 가능한 구조를 형성하게 하는 것이 본 연구의 목적이다. 따라서 본연구에서는 bench scale EB-DEDUSTER에서 수행한 실험을 토대로 pilot scale EB-DEDUSTER로 scale up하여 제작된 먼지하전장치가 여과포 집진장치의 성능 변화에 미치는 영향을 실험을 통하여 분석하고 상용화용 먼지하전장치의 최적구조를 결정하고자 한다.

2.KIER type 먼지하전장치

[그림 1] Flat-type Ionizer

본 연구에서 먼지하전 장치는 낮은 전력으로 하전효율을 극대화시킬 수 있는 구조로 크게 세 type으로 나누어지며 세 가지 모두 처리기체가 여과포 집진장치 본체에 유입되는 기체가 통과하는 duct 등에 장착되어 먼지입자에 정전기력을 띄게 하는 장치이다. 두 가지 type의 하전장치의 개략도를 [그림 1]과 [그림 2]에 나타내었다. 먼저 [그림 1]은 방전효과를 극대화하기위한 톱날형 방전극과 평판형의 접지극으로 구성된 먼지 하전장치이며, [그림 2]는 teflon support로 지지된 여러 개의 disk형 방전극으로 이루어지며 duct 자체를 접지극을 사용할 수 있게 고안되어 있다.  마지막으로 helical type 먼지하전장치는 보다 적은 저항을 갖게하기 위해 방전극 형상을 screw형으로 제작한 장치로서 이것 역시 duct 자체를 접지극으로 사용하고 있다.

[그림 2]  Multi disk-type Ionizer

[그림 3]  Pilot scale test unit

3. 먼지하전장치의 성능특성실험 및 방법

먼지하전장치의 성능특성실험은 pilot scale KIER type EB-DEDUSTER에서 실험을 하였다. 실험장치의 공정도를 [그림 3]에 나타내고 있으며 실험장치의 주요부분으로서는 156□×2500mm 여과포 16본이 장착된 여과포집진장치의 본체부와 실험용 처리기체를 흡입하는 exhaust fan부, 실험용 먼지 공급 및 분산부, 먼지예비하전부, 탈진조작시의 압축공기 공급 및 분사부, 시료채취부, 자료측정 및 처리부로 크게 나누어 진다. 실험용 여과포는 국산 저온용 박막여과포인 L-MEMFILTM을 사용하였다. 실험용 먼지는 flyash (MMD=17.2□, □=2.2 g/□)를 사용하였다. 입구먼지농도는 1g/S□, 3g/S□, 5g/S□로 각각 적용하였고, 여과속도는 1m/min의 조건에서 실험을 수행하였다. 고전압 직류발생장치로 전압을 가하면 코로나 방전원리에 의해 duct내에 코로나 영역에서 방출된 (-)전자가 극간영역으로 퍼지면서 극간영역을 흐르는 먼지 입자에 부착하게 되고 이로 인해 처리기체는 정전기력을 띄게 된다.

4. Type별 하전 특성 및 결과

세가지 type별로 각각 고전압발생장치로 전압을 인가했을 때의 방전특성을 [그림 4]에서 비교해 보면 flat-type의 경우 -9kV정도에서 급격히 증가하는 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 그리고 각각 multi-disk와 helical의 경우는 정도의 차이는 있으나 약 -20kV정도의 고전압을 인가했을 때 증가하는 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 방전 특성을 놓고 비교해보면 flat-type의 경우 저전력으로 다른 두 type에 비해 높은 효율을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.

[그림 ]  세 type의 방전특성

Type별로 하전량을 보면 [그림 5]에 나타나는 것처럼 flat-type의 경우 약 -8kV∼-9kV정도에서 각 농도별로 높은 하전량을 나타내고 있다. [그림 6]과 [그림 7]에 나타나는 multi-disk형과 helical형은 약 -15kV정도의 높은 전압을 걸어주었을 때 서서히 증가하여 전압을 높이면 높일수록 먼지에 대한 하전량이 증가하는 것을 알 수 있었다. 그러나 저전력으로 높은 하전량을 얻을 수 있는 적합한 형태는 flat-type형임을 알 수 있었다.

5. 결론

여과집진방식에 전기집진방식의 장점을 도입하여 처리기체에 정전기력을 부여하는 방법으로 집진효율을 향상시키기 위해 개발된 먼지하전장치의 세가지 type의 방전특성 실험결과와 먼지하전 실험결과를 보면 세가지 type중 flat-type의 경우는 매우 낮은 저전력으로 충분한 하전성능을 보이는 것을 알 수 있었다. 나머지 두 type의 경우에는 flat-type의 약 두배 정도의 전압을 인가했을 때 하전성능이 향상되는 것을 볼 수 있으나 -20kV 이상에서는 높은 하전효율을 나타내는 것을 알 수 있었다. 세가지 type의 먼지하전장치는 각각 인가전압의 정도의 차이는 있으나 비교적 낮은 전압의 공급으로 먼지에 정전기력을 부여하여 여과집진시에 filter표면에 다공질 수지상의 구조를 형성하는 것을 알 수 있었다.

[그림 5]

Flat-type의 하전량

[그림 7]

Helical-type의 하전량

[그림 6]

Multi disk-type의 하전량

6. 참고문헌

1. L. S. Hovis, J. H. Abbott, R. P. Donovan, C. A. Pareja, "Proceedings,           Third EPA Symposium on the Transfer and Utilization of Particle             Control Technology," U. S. EPA, March 1981

2. G. E. R. Ramb, P. A. Costanza, "Electrical Simulation of Fabric Filtration,"       Textile Research Journal, 1976

3. J. D. McCain, W. G. Kistler, D. H. Pontlus, and W. B. Smith,                  "Electrostatic Enhancement of Fabric Filter Performance," Environ. Sci.          Technol., Vol. 18, No.9, 1984

4. T. Ariman, D. J. Helfritch, "Proceedings, Second Symposium on the            Transfer and Utilization of Particulate Control Technology," U. S. EPA,        July, 1979; NTIS PB81-144800.

5. P. W. Chudleigh and N. W. Bainbridge, "Electrostatic Effects in Fabric         Filters During Build-up of the Dust Cake, "Filtration & Separation,            July/August, 1980.