석회분진 포집공정의 KIER type EB-DEDUSTER 적용

최호경, 박영옥, 임정환, 김상도, 길인섭1), 김진철2)

1) 한국에너지기술연구소, 2) 호서대 환경공학과

Applying KIER type EB-DEDUSTER

to lime dust collecting process

H. K. Choi, Y. O. Park, J. H. Lim, S. D. Kim, I. S. Kil1), J. C. Kim2)

1) Korea Institute of Energy Research,

2) Hoseo University

서  론

KIER type EB-DEDUSTER는 여과포 집진장치와 먼지하전장치가 일체형으로 조합된 집진장치로서 먼지하전에 의한 집진효율 증가, 압력손실 저감 및 소요에너지 절감 등의 효과를 확인한 바 있다1-3).

본 연구에서는 KIER type EB-DEDUSTER의 상용화를 위한 최종단계로서 실험실에서의 산업체 현장 모사조건 실험과 산업체 현장에서의 실증실험을 통해 KIER type EB-DEDUSTER의 상용화 가능성을 타진해 보고자 한다.

산업체 현장 모사조건 실험장치

산업체 현장 모사조건 실험에는 pilot scale KIER type EB-DEDUSTER를 사용하였다. Pilot scale EB- DEDUSTER의 전체적인 공정 구성을 [그림 1]에 나타내었다. 본 장치는 여과성능 및 탈진성능을 규명하기 위한 장치 본체부분, 공기중에 분산된 먼지를 전기적으로 대전시키기 위한 먼지 하전부분, 처리기체 내의 먼지농도를 조절하기 위한 먼지공급 및 분산부분, 집진장치를 통과하는 기체의 유량조절 및 배출을 위한 처리기체 흡인부분, 산업체 현상조건 모사를 위해 고온의 기체를 발생시키는 열풍발생부분, 탈진용 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급 및 분사부분, 실험용 장치로 유입되는 기체의 압력, 온도, 유량측정 및 시료 채취부분, 그리고 자료 획득 및 처리부분으로 구성된다.

[그림 ]  Pilot scale KIER type EB-DEDUSTER의 공정도

먼지의 하전에는 톱날형 방전극과 평판형 접지극으로 구성된 flat type 먼지하전장치를 사용하였다3).

[그림 ]  석회먼지의 하전특성

실험 방법

실험은 상온에서 여과포의 압력손실 및 집진효율을 먼지를 하전시킨 경우와 하전시키지 않은 경우에 대해 비교 측정하여 EB-DEDUSTER의 효용성을 파악하는 것이다. 실험용 여과포로는 국산 저온용 박막여과포(L-MEMFILTM, 156□×2500L×16EA)를 사용하였다. 실험용 먼지는 CaO와 Ca(OH)2가 주성분인 lime dust (MMD=14.4□, □=2.25g/□)를 사용하였고, 먼지 정량 공급장치에 의해 180□/S□으로 일정하게 여과포 집진장치 내로 유입시키며, 여과속도는 1.36m/min으로 유지하였다.

석회 먼지의 하전특성

[그림 2]는 처리기체의 유량이 26.7□/min일때 인가전압에 따른 먼지하전장치의 방전량 및 먼지 하전량을 나타낸다. 그림에서 인가전압이 증가함에 따라 방전량 및 먼지의 하전량이 증가하지만 방전전류량이 약 -12kV를 넘어서면서 먼지의 하전량은 더 이상 증가하지 않는 특성을 보인다. 이러한 결과를 바탕으로 먼지하전에 의한 여과포 성능변화 실험에는 -12kV의 전압을 인가하여 실험하였다.

[그림 ]  먼지하전에 의한 여과포의 잔류압력손실 변화

압력손실의 변화

[그림 3]은 먼지의 하전 유무에 따른 여과포의 탈진 직후 압력손실, 즉 잔류압력손실 변화경향을 나타낸다. 여과포 집진장치로 유입되는 먼지를 예비하전시킨 경우 그렇지 않은 경우에 비해 잔류압력손실의 증가 경향이 완만하며 탈진간격도 2배 이상 연장되는 것으로 나타났다. 을 알 수 있다. 이러한 경향은 하전된 먼지가 여과포 표면에 다공질 수지상 구조의 먼지층을 형성하여 나타난 결과라 판단된다.

집진효율의 변화

[그림 ]  먼지하전에 의한 여과포의 부분집진효율 변화

[그림 4]는 여과포의 평균 부분집진효율 특성이다. 그림에서 두 경우 모두 약 0.6□정도의 입자에 대한 집진효율이 떨어지는 경향을 보인다. 그러나 여과포 집진장치로 유입되는 먼지를 예비하전시킨 경우 거의 모든 크기의 먼지에 대한 집진효율이 향상되며, 특히 미세먼지입자에 대한 포집효율의 향상이 현저함을 알 수 있다. 이것은 먼지의 포집 메커니즘에 정전기적 인력이 추가되면서 미세 먼지입자에 대한 포집이 활발해지기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 먼지를 예비하전시킨 경우 총괄집진효율 또한 향상되는 것을 알 수 있다.

소요 동력

[그림 5]는 먼지를 예비하전시킨 경우와 그렇지 않은 경우에서의 집진장치 운전에 소요되는 에너지를 비교하여 나타낸 것이다. 소요에너지는 흡입 팬의 동력과 탈진을 위한 공기의 압축 동력을 합한 것이며, 먼지를 하전시킨 경우는 먼지 하전에 필요한 전력에너지를 포함시킨 것이다. 먼지를 하전시키지 않은 경우 운전시간이 경과함에 따라 전반적인 여과포 압력손실이 높기 때문에 처리기체 흡인에 필요한 에너지가 그만큼 많이 소요되며, 또한 거듭되는 탈진 조작으로 인해 탈진용 공기 압축에 필요한 동력이 증가하게 되어 총 에너지가 급격히 상승하는 것을 알 수 있다. 그러나 먼지를 예비하전시킨 경우는 압력손실이 낮고 탈진간격이 연장됨으로 인해 예비하전에 필요한 에너지가 추가로 사용됨에도 불구하고 총 에너지는 먼지를 하전시키지 않은 경우에 비해 낮게 나타남을 알 수 있다.

[그림 ]  먼지하전에 의한 집진장치의 소요에너지 변화

산업체 현장 실증용 EB-DEDUSTER

[그림 ]  산업체 현장에 설치된 장치 전경

이상의 Pilot scale 실험장치에서의 성능 평가 결과를 바탕으로 실제 산업체 현장에 실증실험용 EB-DEDUSTER를 설계 및 설치하였다. [그림 6]에 실제 산업체 현장에 설치된 KIER type EB- DEDUSTER를 나타내었다. 적용된 공정은 석회 가공 공정으로서 석회 원석을 소석회 및 생석회로 가공 및 분쇄할 때 발생하는 부유 먼지를 덕트로 흡입하여 포집하는 공정이다. 장치의 제원을 <표 1>에 나타내었다.

<표 > 실증용 실험장치의 제원

먼지종류	부유 석회먼지
재질	SUS400
용량	200□/min
여과포	156□×3000L -100EA
적용온도	상온

결  론

본 연구에서는 KIER type EB-DEDUSTER의 상용화를 위해 산업체 현장조건을 모사한 실험을 수행하고, 이 결과를 바탕으로 실제 산업체 현장에 본 장치를 설치하여 운전을 수행하였다. 이상의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1.  먼지를 예비하전시킨 경우 여과포의 압력손실 증가가 30%가량 감소하고, 탈진간격이 2배 가량 연장되며, 집진효율이 향상된다.

2.  먼지를 예비하전시킨 경우 먼지의 예비하전에 필요한 전기적 에너지가 추가로 사용되더라도 총 에너지는 먼지를 하전시키지 않은 경우에 비해 약 15% 가량 낮게 나타난다.

3.  Pilot scale 실험장치에서의 연구 결과를 바탕으로 실제 산업체 현장 실증을 위해 석회 가공 공정에 본 장치를 설치하여 실증 실험을 수행하였다.

참고문헌

1. 한국에너지기술연구소, "대기오염 방지를 위한 배가스 처리요소기술 개발사업(II)," 1998.

2. 한국에너지기술연구소, "고효율 먼지하전 박막여과포 집진장치 개발(II)," 1998.

3. 최호경, 박영옥, 손재익, 김동진, 김진철, "Pilot scale KIER type EB- DEDUSTER의 성능평가," 99 한국화공학회 추계학술대회 논문집, 1999.