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제안 방법
- 공해 방지 용 저유황탄 보일러에서 발생하는 고저항분진을 효과적으로 집진하기 위해, 전기집진기에 새로운 nanosecond 펄스하전방식을 적용하였다. 중첩 펄스 파형의 특성, 인가 형태에 따른 전력 및 집진효율을 비교 분석하였다.
- 그림 1에서 보는 바와 같이 습도 조절용 증기발생기, 온도조절용 증기발생기, 온도 조절용 가열기, 분진공급기, 분진비 저항 측정용 사이클론 전 기저항 측정장치, 직류 및 펄스를 발생하는 고전압 전원 장치, 고저항 분진 및 미세분진을 집진할 수 있는 집진기본처], 집진기를 거친 후 가스 중의 분진함진량을 측정하는 함진량 측정장치, 반옹기에 부압이 걸리도록 반웅기 입구에는 압인 송풍기, 출구 측에는 유인송풍기를 설치하였다.
- 중첩 펄스 파형의 특성, 인가 형태에 따른 전력 및 집진효율을 비교 분석하였다. 또한 기존 직류하전과 비교하여 중첩펄스하전의 전력 절감 정도 및 집진 면적 축소 정도를 산출하였다. 본 실험을 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
- 본 실험장치의 주파수 영역은 0~950 [Hz]이었다. 또한 직류(DC) bias 전압 공급을 위해 슬라이덕스 SD2을 가변해 고전 압변압기(HVTR2)의 입력전압을 0~220 [V]로 가변함으로써 HVTR2로부터 0~ 17.5 [kV] 까지 의 출력 전압을 얻었으며, 이를 브리지(bridge) 정류회로를 통해 정류한 다음 유도기 LDC를 통해 반응기에 직류 전원을 공급하였다. 이때의 전압 그림 7은 분진 공급 없이 7, 10, 14, 17 [kV] 직류 bias 전압에 각각 총 펄스전압이 22 [kV] 되도록 인가 한 상태에서 주파수를 30 - 950 [Hz]까지 변화시켜 전력을 측정하였다.
- 반응기 입구 측에는 가스 흐름을 균일하게 해주는 다 공판을 설치하였고, 집진된 분진을 떨어뜨리기 위해 고무망치를 사용하였으며, 반응 기 하부호퍼(hopper)는 60° 경사지게 하여 분진이 쉽게 흘러내리도록 설계하였다.가스 및 장치의 온도 강하를 막기 위해 전체를 ceramic wool로 보온하였다.
- 하지만 인가 전압도 완전한 불꽃 방전으로 이어지기 전까지 인가할 수 있는 한계를 가지고 있다. 본 실험에서는 최적의 직류 bias 전압과 중첩 펄스 전압을 찾고 인가 형태별 집진효율을 비교하기 위해서 집진기에 직류전압만 인가하거나 직류bias전압 7, 10, 14, 17 [kV] 위에 각각 펄스 전압을 증대시키면서 전압별 집진효율을 비교하였다. 전기집진기 집진효율(collection efficiency) 은 수정 Deutsch - Anderson 또는 Matts-Ohnfeldt 공식으로 표현되어진다.
- 본 연구에서는 펄스하전 방식의 전기집진기 개발에 관련한 기본적인 사항부터 시작하여, hydrogen thyratron을 이용한 nanosecond 펄스의 구현, 직류하전과 펄스하 전의 성능 비교 및 다양한 펄스인자를 도출하였다.
- 5 [kV] 까지 의 출력 전압을 얻었으며, 이를 브리지(bridge) 정류회로를 통해 정류한 다음 유도기 LDC를 통해 반응기에 직류 전원을 공급하였다. 이때의 전압 그림 7은 분진 공급 없이 7, 10, 14, 17 [kV] 직류 bias 전압에 각각 총 펄스전압이 22 [kV] 되도록 인가 한 상태에서 주파수를 30 - 950 [Hz]까지 변화시켜 전력을 측정하였다. 총 전압이 22 [kV]가 되도록 한 것은 이전압에서 최대의 집진율을 보였기 때문이며, 실험장치의 최대 주파수 값인 950 [Hz]에서는 완전한 불꽃 방전으로 이어졌다 중첩 펄스전압형 태에서는 주파수 증가에 따라 선형적으로 비슷한 상승률을 보이면서 전력이 증가하였지만, 펄스 전압만의 전력 상승률은 중첩 펄스 전압보다 높아 250 [Hz] 이상에서는 14 [kV] 직류bias전압보다 높은 전력을 보였다.
- 공해 방지 용 저유황탄 보일러에서 발생하는 고저항분진을 효과적으로 집진하기 위해, 전기집진기에 새로운 nanosecond 펄스하전방식을 적용하였다. 중첩 펄스 파형의 특성, 인가 형태에 따른 전력 및 집진효율을 비교 분석하였다. 또한 기존 직류하전과 비교하여 중첩펄스하전의 전력 절감 정도 및 집진 면적 축소 정도를 산출하였다.
- 본 전원장치에서 구현된 nanosecond 펄스는 현재 일부 상용화된 microsecond 펄스보다 높은 첨두 전압을 인가할 수 있을 뿐만 아니라, 배기가스 중의 SO2, NOx, VOCs, 다이옥신 등의 공해가스를 플라즈마 상태로 만들어 제거할 수 있는 특징을 가지고 있다. 집진기본체는 실제 발전소에서 사용되고 있는 전기집진기를 참고로 가스온도, 비집진 면적, 집 진기내에서의 처리가스 속도, 방전극과 집진극의 거리 및 형상비가 동일하도록 설계제작하였다. 사용된 고저항 분진도 직접 발전소에서 구하였으며, 함진가스 농도 측정장치 및 분 진저항 측정장치도 실제 산업용으로 사용되고 있는 것을 이용하였다.
- 그림 2는 전원장치의 회로도를 나타낸 것이다. 펄스 전원 공급을 위해 슬라이덕스(가변변압기) SDK 가변해 고전압 변압기(HVTR1)의 입력전압을 0~220 [V]로 가변함으로써 HVTR1 로부터 0~25 [kV] 까지의 출력 전압을 얻었으며, 이를 브리지(bridge) 정류회로를 통해 정류한 다음 유도기 LPS 를 통해 Resonance charging에 의해 pulse generator의 콘덴서 (Cc)에 축전한 후 (내압: 0~50 [kVD, hydrogen thyratron을 통해 방전시킴으로써 고전압고전류 펄스가 만들어지며 °1 펄스를 1:3 pulse transformer를 통해 3배로 승압(0~45 [kV]) 하여 DC전압에 중첩하여 반웅기에 인가하였다. 이때 펄스 주파수 조정은 Hydrogen thyratron내 그리드(grid)에 인가해주는 발진 펄스 제어를 통해 가변하였다.
- 표 1에서 보는 바와 같이 집진기는 wire-plate 형식으로 방전극직경이 01 [mm], 높이가 120 [mm], wire-wire 간격이 43 [mm] 으로 총 7줄(길이: 840 [mm])로 설치하였으며, 방전시 흔들림올 방지하도록 테프론봉 340 [mm])을 매달았다.
대상 데이터
- 방전극의 재질은 부식에 강한 스테인레스강(STS 304, Φ1 [mm])을 사용하였다. 집진극은 방전된 전자에 의해 하전된 분진을 집진하는 판으로 스테인레스강(STS 304, 2 [mm])을 사용하였다.
- 집진기본체는 실제 발전소에서 사용되고 있는 전기집진기를 참고로 가스온도, 비집진 면적, 집 진기내에서의 처리가스 속도, 방전극과 집진극의 거리 및 형상비가 동일하도록 설계제작하였다. 사용된 고저항 분진도 직접 발전소에서 구하였으며, 함진가스 농도 측정장치 및 분 진저항 측정장치도 실제 산업용으로 사용되고 있는 것을 이용하였다.
- 방전극의 재질은 부식에 강한 스테인레스강(STS 304, Φ1 [mm])을 사용하였다. 집진극은 방전된 전자에 의해 하전된 분진을 집진하는 판으로 스테인레스강(STS 304, 2 [mm])을 사용하였다.
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