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문제 정의
- 본 연구에서는 2단 선회류 약화기의 설치와 직경이 싸이클론 집진기의 집진성능에 미치는 영향을 조사하고자 한다. 또한 상업용과 2단 선회류 약화기를 갖는 변형구조 싸이클론에서 입자흐름의 체류시간분포 특성을 통해 선회강도, 난류성 에디, 벽면 바운싱에 의한 고체흐름의 역혼합이 집진효율에 미치는 영향을 고찰하였다.
제안 방법
- 투명아크릴로 제작된 싸이클론 집진기는 몸통 경과 높이는 20cm와 40cm로 하였으며, 원추부와 몸통높이를 합한 전체 높이는 80cm로 하였다. 3 가지의 2단 선회류약화기(길이 = 26cm, S = 13cm, 15cm, 17cm)는 선회류 강화와 분진 역혼합을 최대로 줄이기 위하여 추가로 설치하였다.
- 본 연구에서는 2단 선회류 약화기의 설치와 직경이 싸이클론 집진기의 집진성능에 미치는 영향을 조사하고자 한다. 또한 상업용과 2단 선회류 약화기를 갖는 변형구조 싸이클론에서 입자흐름의 체류시간분포 특성을 통해 선회강도, 난류성 에디, 벽면 바운싱에 의한 고체흐름의 역혼합이 집진효율에 미치는 영향을 고찰하였다.
- 싸이클론 집진기가 안정상 태에 도달하면, 모터와 속도 조절기로 분진의 유입속도가 조절된 플라이애쉬를 원심력집진기의 입구로 주입하였다. 변형구조와 일반 싸이클론 집진기 집진특성을 평가하기 위해 분진 입경크기 분포와 무게가 측정된 플라이애쉬를 집진기 내로 주입하고 분진 포집함으로 집진되는 플라이애쉬 분진을 포집한다. 분진포집함에 집진된 플라이애쉬 무게를 측정하고, 입경분포를 X-ray 입도계수기(Marverln 2000)를 이용하여 측정하였다.
- Stegowski과 Leclerc은 무한계와 추적자의 델타함수 주입이라는 가정 하에 상류의 한 지점에서 펄스추적자를 주입하고 하류의 한 지점에서 나타난 응답 곡선에 대한 모멘템 해석을 통하여 분산계수를 구하였다[6]. 본 연구에서는 추적자의 주입이 완전한 델타 함수를 형성할 수는 없다는 단점이 있기는 하나, 싸이클론 내의 고체 흐름의 체류시간이 불과 수 초에 불과하며 고체 입자의 샘플링이 용이하지 않기 때문에, 단일 지점 샘플링으로 분산 정도를 추정하는 방법을 사용하였다.
- 변형구조와 일반 싸이클론 집진기 집진특성을 평가하기 위해 분진 입경크기 분포와 무게가 측정된 플라이애쉬를 집진기 내로 주입하고 분진 포집함으로 집진되는 플라이애쉬 분진을 포집한다. 분진포집함에 집진된 플라이애쉬 무게를 측정하고, 입경분포를 X-ray 입도계수기(Marverln 2000)를 이용하여 측정하였다.
- 실험을 통하여 일반 싸이클론과 변형구조 싸이클론에서 플라이애쉬의 집진특성과 글라스비드의 체류시간분포와 역혼합 특성을 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 공기필터를 통해 수분과 유분 등이 제거된 공기는 밸브와 유량계로 유량을 조절하여 변형구조 및 일반 싸이클론 집진기의 입구로 주입한다. 싸이클론 집진기가 안정상 태에 도달하면, 모터와 속도 조절기로 분진의 유입속도가 조절된 플라이애쉬를 원심력집진기의 입구로 주입하였다. 변형구조와 일반 싸이클론 집진기 집진특성을 평가하기 위해 분진 입경크기 분포와 무게가 측정된 플라이애쉬를 집진기 내로 주입하고 분진 포집함으로 집진되는 플라이애쉬 분진을 포집한다.
- 유량이 조절된 공기를 입구로 유입시킨 후, 진동 입자주입기를 이용하여 일정한 속도로 균일한 크기를 갖는 글라스비드(평균입경크기 = 112μm)를 집진기의 입구부분을 통해 주입시킨다.
- 일반 및 변형구조의 싸이클론 집진기 내에서 분진의 체류시간 분포와 분산정도를 추정하기 위한 고체입자의 주입은 내경 10cm, 높이 30cm인 진동 입자주입기를 이용하였고 추적자는 평균 입경크기가 시료의 크기와 동일한 글라스비드 입자에 KCl로 담지시킨 고체입자를 이용하였다. 추적자는 타임머에 의하여 개폐시간이 조절되는 솔레노이드 밸브를 이용하여 0.
- 일반 및 변형구조의 싸이클론 집진기 내에서 분진의 체류시간 분포와 분산정도를 추정하기 위한 고체입자의 주입은 내경 10cm, 높이 30cm인 진동 입자주입기를 이용하였고 추적자는 평균 입경크기가 시료의 크기와 동일한 글라스비드 입자에 KCl로 담지시킨 고체입자를 이용하였다. 추적자는 타임머에 의하여 개폐시간이 조절되는 솔레노이드 밸브를 이용하여 0.1초 동안 펄스형태로 0.3g 정도를 주입하였다. 분진 포집함 위치에 원추형 아크릴 튜브를 설치하여 포집된 글라스비드의 상승속도를 보정한다.
- 1시간 동안 침출시킨 용액의 전기전도도를 측정한다. 측정된 전기전도도와 보정곡선을 이용하여 고체입자의 체류시간분포와 혼합특성을 조사하였다.
대상 데이터
- 변형구조의 집진특성을 평가하기 위한 분진은 보령화력발전소에 설치된 전기집진기에 의해 포집된 플라이애쉬를 사용하였다. 그림 3은 플라이애쉬의 입경 크기분포를 나타낸 것이다.
- 그 외의 기하치수비는 Lapple의 공업용 싸이클론 집진기와 동일하게 제작되었으며, 그림 1에 나타내었다. 투명아크릴로 제작된 싸이클론 집진기는 몸통 경과 높이는 20cm와 40cm로 하였으며, 원추부와 몸통높이를 합한 전체 높이는 80cm로 하였다. 3 가지의 2단 선회류약화기(길이 = 26cm, S = 13cm, 15cm, 17cm)는 선회류 강화와 분진 역혼합을 최대로 줄이기 위하여 추가로 설치하였다.
- 1마이크로미터를 중심으로 하는 비대칭분포를 갖고 있다. 확률대수분포를 이용하여 구한 플라이애쉬의 기하표준편차는 1.72마이크로미터이다.
성능/효과
- 1) 변형구조 싸이클론(S = 13, 15cm)에서 플라이애쉬의 집진효율이 일반 싸이클론보다 높게 나타났다.
- 2) 플라이애쉬의 집진효율은 2단 선회류약화기 직경(S) 13cm에서 가장 높게 나타났다.
- 3) S = 17cm인 변형구조 싸이클론에서 플라이애쉬의 집진효율은 강화된 역혼합과 선회강도에 의한 고체의 벽면 바운싱으로 인하여 일반 싸이클론보다 낮게 나타났다.
- 4) 글라스비드의 체류시간분포의 분산값과 평균체류 시간은 선회강도와 난류성 에디로 인하여 2단 선회 류약화기의 직경(S)가 증가할수록 증가하였다.
- 5) 변형구조 싸이클론에서 고체흐름의 역혼합은 기체 유입속도가 증가할수록 증가하였으며, 증가 상승폭은 일반 싸이클론보다 높게 나타났다.
- 처리가스 유입속도의 증가는 난류성 에디에 의한 분진의 역혼합, 몸통이나 원추부 벽면에서 분진의 바운싱과 분진-벽면에서의 마찰응력 등의 증가를 유발한다. 또한 처리가스의 입구속도가 증가하면 입자상 물질의 통과궤적이 길어지므로, 난류성 에디와 바운싱 효과가 상승 효과를 나타낸다. 이와 같은 분진 통과궤적의 상승효과로 인해 변형구조에서의 분산값이 일반 싸이클론 집진기보다 크고, 유속에 대한 상승폭도 더 커지는 것으로 사료된다.
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