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문제 정의
- 본 연구는 활성탄을 카트리지에 충진하여 주름필터에 장착과 원심력 집진원리, 전기집진원리 및 여과집진원리를 한 장치내에 조합한 융합형 여과집진장치에서 먼지입자와 원소수은의 동시 제거 특성을관찰하였다. 융합형 여과집진장치의 압력손실 변화경향은 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 완만하게 증가하는 경향을 나타냈고, 탈진간격은 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은조건에 비해 약 2배 정도 길게 유지하는 것을 확인하였다.
제안 방법
- 수은과 같은 중금속물질을 제거하고 활성탄의 재생이 용이한 구조의 입상 황참착활성탄을 충전하는 카트리지를 고온용 주름필터백내부에 장착하였다. 따라서 본 연구에서는 입상 활성탄이 충진된 카트리지를 장착한 고온용 주름필터백을 융합형 여과집진장치에 설치하여 먼지입자와원소수은의 제거 특성을 운전조건 변화에 따라 고찰하였다.
- 02 ㎛의 해상도를 가진다. 융합형 여과집진 실험장치의 먼지입자와 원소수은 제거성능 실험은 활성탄이 충진된 카트리지가 장착된 주름필터를 설치한조건에서 전기집진부를 운전하는 조건과 운전하지않은 조건에서 수행하였다. 융합형 여과실험장치의배가스 처리유량은 250M/hr이며 배가스의 온도는 130℃를 유지하였다.
- 실험용으로 제작된 본 장치의 용량은 250Nm3/hr 이며 지름 156 mm, 길이 1,000 mm 규격의 주름필터 2본이 융합형 여과집진장치의 내부에 장착되어 있다. 주름필터의 탈진장치는 충격기류 탈진방식이며, 탈진시유입되는 유량을 극대화시키기 위해 코안다 효과를 이용하는 하이브리드 펄스 인젝터(Model , (주)안성정기)를 설치하였다. 집진필터 주위에는 6개의 방전극과 2열의 집진극이 설치되어 있으며, 방전극과 집진극에 부착된 먼지입자층을 털어내기 위한 햄머형래퍼로서 무거운 추의 자연 낙하를 이용하는 추타장치가 설치되어 있다.
대상 데이터
- 1 您/疝이다. 미세 먼지입자의 크기와 농도의 측정에는 입자분석기 (Aerodynamic Particle Sizer 3321, TSI)를 사용하였으며, 먼지입자의 측정 범위는 0.5~20㎛이며, 0.02 ㎛의 해상도를 가진다. 융합형 여과집진 실험장치의 먼지입자와 원소수은 제거성능 실험은 활성탄이 충진된 카트리지가 장착된 주름필터를 설치한조건에서 전기집진부를 운전하는 조건과 운전하지않은 조건에서 수행하였다.
- 실험용 먼지로는 석탄화력 발전소의 전기집진장치에서 포집된 미분탄 연소 비산재(fly-ash)를 사용하였다. 실험에 사용된 입자의 밀도는 약 1.
- 집진극에 포집되지 않은 먼지입자는 집진필터에 도달하여 마지막으로 포집되고 집진필터를 통과한 청정 가스는융합형 여과집진장치의 외부로 배출된다. 실험용으로 제작된 본 장치의 용량은 250Nm3/hr 이며 지름 156 mm, 길이 1,000 mm 규격의 주름필터 2본이 융합형 여과집진장치의 내부에 장착되어 있다. 주름필터의 탈진장치는 충격기류 탈진방식이며, 탈진시유입되는 유량을 극대화시키기 위해 코안다 효과를 이용하는 하이브리드 펄스 인젝터(Model , (주)안성정기)를 설치하였다.
이론/모형
- Instruments)를 사용하였다. 이 분석기의 원소수은 검출 방법은 CVAAS(Cold Vapor Atomic Absorption Spectroscopy) 법을 사용하였으며, 수은의화학종 중 원소수은만 측정하며, 반응속도가 빠르고연속적인 측정이 가능하다. 원소수은의 측정 농도의범위는 0.
성능/효과
- 9%의 유지를 확인하였고, 충진된 활성탄의 황첨착 농도를 19wt.% 이상 유지하면 원소수은 제거효율은약 80% 이상 유지 할수 있음을 확인하였다.
- 이는 고전압을 인가한 조건에서는 유입되는먼지입자의 대부분이 원심력 집진부분과 전기집진부분에서 포집 제거되어 주름필터 먼지부하는 저감하였고, 또한 주름필터 표면에 포집된 먼지층이 정전기력에 의한 먼지입자의 응집으로 먼지층의 공극율이 커져 유체 흐름에 대한 통과저항이 감소한 것으로 확인되었다. 고전압을 인가한 조건의 부분집진효율이 인가하지 않은 조건에 비해 전체 먼지입자크기 범위에서 높게 유지하였고, 총괄집진율도 여과속도에 관계없이 높게 유지하는 것을 확인하였다. 또한 고전압의 인가하거나 인가하지 않는 조건에관계없이 여과속도가 빨라지면 집진효율이 감소하는 경향을 나타냈으나, 감소경향은 고전압을 인가한조건이 인가하지 않은 조건에 비해 완만하였다.
- 7%를 각각 유지하였다. 고전압의 인가에 관계없이 여과속도가 빨라지면 부분집진효율이 가장 낮은 입자크기는 다소 작아 지는 경향을 확인하였다. 특히 여과속도가 1.
- 7%로 가장 높은 값으로 나타났다. 따라서 황의 첨착농도가 낮은 활성탄은 원소수은 제거효율이낮고 황의 첨착량 농도가 높으면 높게 유지되는 것을 확인하였다. 원소수은은 활성탄과의 접촉에 의해활성탄의 외부 표면에서 확산이 일어남과 동시에활성탄의 기공내로 확산되면서 흡착이 일어난다.
- 5 m/min 조건에 비해 약 7배 정도 짧아졌다. 따라서, 본 실험에서 확인한 결과에 의하면 고전압을 인가하면 탈진간격은 고전압을 인가하지 않은 조건에비해 약 2배 정도 길어 진다는 것을 확인하였고, 여과속도가 빨라지면 탈진간격도 급격히 감소한다는것을 확인하였다. 이와 같은 현상은 유입가스중에함유된 먼지입자 중 큰입자 들은 cyclone 부분에서먼저 제거된 후 나머지는 상부로 상승하여 전기집진부에 유입되어 고전압을 인가하게 되면 먼지입자들은 하전되어 집진극에 포집되고, 포집되지 않는일부는 주름필터로 유입되어 포집된다.
- 그림에서보면 잔유압력손실은 고전압 인가조건에 크게 관계없이 여과속도가 증가하면 증가하는 경향을 나타냈다. 또한 고전압을 인가한 조건의 잔유압력손실이인가하지 않은 조건에 비해 다소 낮게 유지되는 경향을 나타냈다. 여과속도가 느린 조건에서 필터표면에 부착된 먼지입자층이 잘 털어지는 특성이 있고, 여과속도가 빠른 조건이 느린 조건에 비해 잔유압력손실이 높게 유지 하는 현상은 필터 표면에서 털어진 먼지입자가 여과속도가 빠르면 느린 조건에비해 재 부착하는 량이 증가하기 때문에 나타난 현상으로 확인 되었다 (Y.
- 고전압을 인가한 조건의 부분집진효율이 인가하지 않은 조건에 비해 전체 먼지입자크기 범위에서 높게 유지하였고, 총괄집진율도 여과속도에 관계없이 높게 유지하는 것을 확인하였다. 또한 고전압의 인가하거나 인가하지 않는 조건에관계없이 여과속도가 빨라지면 집진효율이 감소하는 경향을 나타냈으나, 감소경향은 고전압을 인가한조건이 인가하지 않은 조건에 비해 완만하였다. 융합형 여과집진장치에 설치된 주름필터에 장착한 활성탄 종류에 따라서 원소수은 제거효율의 변화경향을 여과속도의 변화에 따라 나타났다.
- 5m/min 조건에서 고전압을 인가한 조건에서는 탈진간격이 약 1,000분을 유지하였으나, 고전압을 인가하지 않는 조건 에서 는 약 500분의 탈진간격 을 유지하여 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 탈진간격이 약 2배 정도 길게 유지되는것을 확인하였다. 또한, 여과속도 0.8m/min 조건에서는 고전압을 인가한 조건이 탈진간격이 약 400분 정도 유지하였으나 고전압을 인가하지 않은 조건에서는 약 130분 정도의 탈진간격을 유지하여 고전압을인가하는 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 약 3배길게 유지되는 것을 확인하였다. 여과속도 1.
- Figure 9에 나타냈다. 먼지입자크기에 따른 부분집진효율은 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 조건에 비해 높게 유지되었고 여과속도가 느린 조건이 빠른 조건에 비해 높게 유지되었다. 여과속도가 0.
- 실험결과에 의하면 탈진간격은 여과속도가 증가함에 따라 급격히 감소하는 경향을 나타냈고, 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 여과속도가 증가함에 따라 탈진간격의 감소가 급격한 경향을 나타냈다. 평균 탈진간격을 비교해보면 여과속도가 0.
- 여과속도 0.5m/min 조건에서 고전압을 인가한 조건에서는 탈진간격이 약 1,000분을 유지하였으나, 고전압을 인가하지 않는 조건 에서 는 약 500분의 탈진간격 을 유지하여 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 탈진간격이 약 2배 정도 길게 유지되는것을 확인하였다. 또한, 여과속도 0.
- 8m/min 이상 조건에서 부터는 총괄집진효율의감소 경향이 고전압을 인가하지 않은 조건이 고전압을 인가한 조건에 비해 급격히 감소하는 경향을나타냈다. 여과속도가 0.5m/mi 조건에서 고전압을인가한 조건의 총괄집진효율은 99.9%이었으나 고전압을 인가하지 않은 조건에는 99.1%로 약 0.8%의차이가 있었으나, 여과속도가 1.0m/min 조건에서는고전압을 인가한 조건에서는 99.4%이었으며 고전압을 인가하지 않은 조건에는 96.5%로 약 3% 정도의차이가 났다. 일반적으로 집진필터에 의한 먼지입자의 포집에서 여과속도가 빨라지면 먼지입자의 운동에너지지가 크기 때문에 먼지입자들이 필터내부로침투가 쉬워지고 필터 메디아를 통과하는 량도 증가하는 경향이 있다.
- %로 가장높은 농도의 황을 첨착하였다(박영옥 등 2010: 정주영, 2011). 여과속도가 0.5m/min 조건에서 ACF의 원소수은 제거효율은 29.7%, RB4 은 40.3%, RBHG3 는 71.9%로 나타났으나, 황의 첨착량이 가장 높은 HGR 는 78.7%로 가장 높은 값으로 나타났다. 따라서 황의 첨착농도가 낮은 활성탄은 원소수은 제거효율이낮고 황의 첨착량 농도가 높으면 높게 유지되는 것을 확인하였다.
- 먼지입자크기에 따른 부분집진효율은 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 조건에 비해 높게 유지되었고 여과속도가 느린 조건이 빠른 조건에 비해 높게 유지되었다. 여과속도가 0.5m/min 조건에서 가장 통과율이높은 먼지입자크기는 2.5 ㎛로서 고전압을 인가한조건과 인가하지 않은 조건에서 부분집진효율은 98.37 %, 93.57 %로 각각 유지되었다. 그러나 여과속도가 1.
- 이와 같은 현상은 흡착제와 원소수은과의 접촉시간이 증가하여야 흡착성능이 증가하고 접촉시간이 짧아지면 감소하는 특성이 있기 때문에 나타난 현상으로 볼 수 있다. 원소수은의 제거효율은 ACF 가 가장 낮게 유지하였고 다음은 RB4, RBHG3 이며 HGR 이 가장 높게 유지하였다. 실험에 사용된 활성탄 종류별 황 첨착량을 비교해 보면 ACF의 황 첨착량이 0.
- 융합형 여과집장치에서 활성탄에 의한 원소수은 제거효율은 활성탄의 종류에 관계없이 여과속도가 빨라짐에 따라감소하는 경향을 나타냈으며, 황의 첨착농도의 활성탄이 황의 첨착농도가 낮은 농도에 비해 높은 것을확인하였다. 융합형 여과 집진 장치에서 여과속도가느린 조건인 0.5m/min조건에서 고전압을 인가하므로서 탈진간격은 약 1, 050분, 잔유압력손실은 10 mmH2O, 총괄집진효율은 99.9%의 유지를 확인하였고, 충진된 활성탄의 황첨착 농도를 19wt.% 이상 유지하면 원소수은 제거효율은약 80% 이상 유지 할수 있음을 확인하였다.
- 융합형 여과집진장치에 설치된 주름필터에 장착한 활성탄 종류에 따라서 원소수은 제거효율의 변화경향을 여과속도의 변화에 따라 나타났다. 융합형 여과집장치에서 활성탄에 의한 원소수은 제거효율은 활성탄의 종류에 관계없이 여과속도가 빨라짐에 따라감소하는 경향을 나타냈으며, 황의 첨착농도의 활성탄이 황의 첨착농도가 낮은 농도에 비해 높은 것을확인하였다. 융합형 여과 집진 장치에서 여과속도가느린 조건인 0.
- 융합형 여과집진장치의 압력손실 변화경향은 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 완만하게 증가하는 경향을 나타냈고, 탈진간격은 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은조건에 비해 약 2배 정도 길게 유지하는 것을 확인하였다. 이는 고전압을 인가한 조건에서는 유입되는먼지입자의 대부분이 원심력 집진부분과 전기집진부분에서 포집 제거되어 주름필터 먼지부하는 저감하였고, 또한 주름필터 표면에 포집된 먼지층이 정전기력에 의한 먼지입자의 응집으로 먼지층의 공극율이 커져 유체 흐름에 대한 통과저항이 감소한 것으로 확인되었다.
- 융합형 여과집진장치의 압력손실 변화경향은 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 완만하게 증가하는 경향을 나타냈고, 탈진간격은 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은조건에 비해 약 2배 정도 길게 유지하는 것을 확인하였다. 이는 고전압을 인가한 조건에서는 유입되는먼지입자의 대부분이 원심력 집진부분과 전기집진부분에서 포집 제거되어 주름필터 먼지부하는 저감하였고, 또한 주름필터 표면에 포집된 먼지층이 정전기력에 의한 먼지입자의 응집으로 먼지층의 공극율이 커져 유체 흐름에 대한 통과저항이 감소한 것으로 확인되었다. 고전압을 인가한 조건의 부분집진효율이 인가하지 않은 조건에 비해 전체 먼지입자크기 범위에서 높게 유지하였고, 총괄집진율도 여과속도에 관계없이 높게 유지하는 것을 확인하였다.
- 실험결과에 의하면 탈진간격은 여과속도가 증가함에 따라 급격히 감소하는 경향을 나타냈고, 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 여과속도가 증가함에 따라 탈진간격의 감소가 급격한 경향을 나타냈다. 평균 탈진간격을 비교해보면 여과속도가 0.5, 0.8, 1.0 m/min인 조건에서 고전압을 인가한 조건에서는 1, 060분, 416분, 144분으로 각각 나타났고, 고전압을 인가하지 않는 조건에서는 459분, 130분, 76분으로 각각 나타나, 고전압을 인가한 조건이 인가하지 않은 조건에 비해 약 2배 정도 길어진 것으로 확인되었다. 따라서 탈진간격이 길어지면탈진조작 횟수가 줄어들어 탈진용 압축공기의 소요량도 급격히 감소되고 탈진조작에 의한 주름필터에 부가되는 물리적인 충격의 횟수를 줄일 수 있어 주름필터의 마모파손을 방지하여 주기 때문에 주름필터의 수명 연장에 크게 기여하는 장점이 있다.
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