선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- Water-cyclone에 물을 유입하지 않아 water film이 없을 때와 물을 순환하여 water film이 있을 때를 비교하기 위해 실험을 진행하였다. 입자의 유입 농도는 10,000mg/m3로 일정하게 유입하였으며, 모든 실험은 오차를 최소화하기 위해 반복하여 평균값을 사용하였다.
- 이와 같은 연구들과 더불어 본 연구에서는 5㎛ 이하의 미세입자까지도 처리 가능한 사이클론을 개발하고자 세정기와 사이클론의 원리를 접목시킨 Water-cyclone을 개발하여 미세입자 및 기체상 오염 물질의 제거 성능을 확인하였다.
제안 방법
- Water-cyclone은 Stage 1-3의 구성으로 되어 있다. Stage 1은 고효율 집진기인 Pencil cyclone을 벤츄리(Venturi) 효과가 나타나도록 변형하였으며, Stage 2는 물을 순환시켜주어 내벽에 수막을 형성하여 입자는 흡착되고, 가스는 수용될 수 있도록 하였다. 마지막으로 Stage 3의 경우는 Stage 2에서 가스의 흐름으로 발생될 수 있는 미세 액적을 처리할 수 있도록 Fig.
- Water-cyclone으로 유입되는 물은 상수를 사용하였으며, 70L/min급 펌프를 사용하여 순환되도록 하고, 실제 Water-film을 이루는 물 순환량은 총 20, 40L/min으로 하였다. Water-cyclone전, 후단에는 PT(pressure transmitter) sensor(S-10, WIKA KOREA)를 설치하여 압력손실을 확인하였으며, 유입되는 입자량은 입자가 충전된(charged) 병(case)의 전, 후 무게 차이를 측정하고, 배출된 입자량은 배출 배관에 설치된 Filter의 여과 전, 후 무게 차이를 측정하여 집진율을 계산하였다.
- Water-cyclone으로 유입되는 물은 상수를 사용하였으며, 70L/min급 펌프를 사용하여 순환되도록 하고, 실제 Water-film을 이루는 물 순환량은 총 20, 40L/min으로 하였다. Water-cyclone전, 후단에는 PT(pressure transmitter) sensor(S-10, WIKA KOREA)를 설치하여 압력손실을 확인하였으며, 유입되는 입자량은 입자가 충전된(charged) 병(case)의 전, 후 무게 차이를 측정하고, 배출된 입자량은 배출 배관에 설치된 Filter의 여과 전, 후 무게 차이를 측정하여 집진율을 계산하였다.
- 기체상 오염 물질인 HCl, SO2를 제거하기 위한 실험 조건의 경우 미세입자 제거 실험 방법과 동일한 조건이며, 투입 가스 변경과 측정 방법을 변경하였다. 이는 그림 4와 같다.
- 1 ②)에 의해 생성된 Center wall water film에 의해 충돌 및 흡착되어 제거될 수 있도록 하였다. 또한 Side water overflow zone에 의해 생성되는 수막은 가스의 흐름과 동일한 방향으로 생성되어 유입되도록 설계하여 가스 선회류 형성에 영향이 없을 수 있도록 하였다.
- 이와 같이 세정과 같이 살수를 통해 입자와의 접촉면적을 넓혀 제거하는 방식과는 달리 물이 넘쳐흐르게 하여 내벽에 수막을 형성할 수 있도록 하였다. 즉, 원심력에 의해 분리된 입자들은 Side water overflow zone(Fig.
- 입자의 유입량은 MFC(mass flow controller)로 조절하여 전체 유입 유량에 따른 일정 농도의 입자가 유입될 수 있도록 하였으며, Water-cyclone 하부에는 Circulation water tank를 만들어 Water pump를 통해 물을 순환시킬 수 있도록 설치하여 주었으며, 물이 유입되는 각 배관마다 밸브를 설치하여 유입량을 조절하였다.
- Water-cyclone은 음압의 조건에서 운전 하였으며, 이는 후단 송풍기를 이용하였다. 입자의 유입은 상용된 Al2O3 입자를 사용하므로 정확한 크기의 입자를 투입하였으며, 투입 방법은 펌프의 유량과 진동에 의해 부유시켜 Water-cyclone 내에 생성되는 음압에 의해 자연스럽게 유입될 수 있도록 Fig. 2와 같이 설치하였다. 실험에 사용한 Al2O3 입자는 분자량 101.
- 이와 같이 세정과 같이 살수를 통해 입자와의 접촉면적을 넓혀 제거하는 방식과는 달리 물이 넘쳐흐르게 하여 내벽에 수막을 형성할 수 있도록 하였다. 즉, 원심력에 의해 분리된 입자들은 Side water overflow zone(Fig. 1 ③)에 의해 형성되는 Inside wall water film에 충돌 및 흡착되어 제거되도록 하였으며, 원심력에 의해 분리되기 어려운 선회류 중심부의 미세입자들은 Top water overflow zone(Fig. 1 ②)에 의해 생성된 Center wall water film에 의해 충돌 및 흡착되어 제거될 수 있도록 하였다. 또한 Side water overflow zone에 의해 생성되는 수막은 가스의 흐름과 동일한 방향으로 생성되어 유입되도록 설계하여 가스 선회류 형성에 영향이 없을 수 있도록 하였다.
- 이는 그림 4와 같다. 측정 방법의 경우 FT-IR(Midac社, USA) 10cm-cell을 이용하여 Inlet, Outlet을 실시간 측정하였으며, 측정 전과 후 Calibration을 통해 오차를 최소화하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용한 Al2O3 입자는 분자량 101.9g/mol, 밀도 3.97g/cm3의 불활성 백색 입자로 1, 5, 10 그리고 20μm의 입자를 Fig. 3과 같이 SEM(scanning electron microscope)으로 입자크기 확인 후 유량 100~1,000L/min으로 실험을 진행 하였다.
데이터처리
- Water-cyclone에 물을 유입하지 않아 water film이 없을 때와 물을 순환하여 water film이 있을 때를 비교하기 위해 실험을 진행하였다. 입자의 유입 농도는 10,000mg/m3로 일정하게 유입하였으며, 모든 실험은 오차를 최소화하기 위해 반복하여 평균값을 사용하였다.
성능/효과
- 따라서 유입 농도 500ppm, 1,000ppm일 때 유량에 따른 처리 효율은 확인한 결과 그림 10～13과 같다. HCl이 SO2 보다 용해도가 높아 처리 효율의 경우 HCl이 약간 높은 것을 확인하였으며, 미세입자 집진율과 달리 유량이 증가하면서 처리효율이 낮아지는 것을 확인 할 수 있다.
- 그림 10과 11의 경우 HCl 500, 1,000ppm의 처리 효율 결과이며 물 공급량 20L/min일 때 각각 평균 86%, 89% 처리 효율을 나타냈으며, 물공급량 40L/min일 때 각각 평균 88%, 90%의 처리 효율이 나타났다.
- 또한 Cyclone의 원리를 이용한 system으로 유량이 클 경우 큰 선회류의 작용으로 인해 미세입자 집진율이 더 높은 것으로 나타났다. 기체상 오염 물질인 HCl과 SO2의 경우는 물 공급량에 따른 처리 효율 차이가 거의 없으며, 유량이 클 경우 미세입자 집진율과 반대로 처리 효율이 떨어지는 것을 확인하였다.
- 본 연구에서 미세입자의 경우 Water film이 있을 때가 없을 때보다 최대 30% 이상 향상된 집진율을 나타냈으며, 물 공급량에 따른 차이는 나타나지 않았다. 또한 Cyclone의 원리를 이용한 system으로 유량이 클 경우 큰 선회류의 작용으로 인해 미세입자 집진율이 더 높은 것으로 나타났다. 기체상 오염 물질인 HCl과 SO2의 경우는 물 공급량에 따른 처리 효율 차이가 거의 없으며, 유량이 클 경우 미세입자 집진율과 반대로 처리 효율이 떨어지는 것을 확인하였다.
- 집진율은 크게 물 공급량이 있을 때와 없을 때의 차이가 명확하게 나타났으며, 1,000L/min일 때 최대 30% 차이가 나는 것을 확인 할 수 있다. 또한 물 공급량이 없을 때는 유량이 증가하면서 제거율이 낮아지는 반면 물 공급량이 있을 때는 유량이 증가하면서 제거율이 올라가게 나타났다. 1μm의 경우 평균 집진율 85%, 5μm 평균 집진율 89%, 10μm 평균 집진율 92%, 20μm 평균 집진율 94%로 나타났다.
- 본 연구에서 미세입자의 경우 Water film이 있을 때가 없을 때보다 최대 30% 이상 향상된 집진율을 나타냈으며, 물 공급량에 따른 차이는 나타나지 않았다. 또한 Cyclone의 원리를 이용한 system으로 유량이 클 경우 큰 선회류의 작용으로 인해 미세입자 집진율이 더 높은 것으로 나타났다.
- 그림 5~8은 유량에 따른 입자 크기 별 집진율을 나타내었다. 집진율은 크게 물 공급량이 있을 때와 없을 때의 차이가 명확하게 나타났으며, 1,000L/min일 때 최대 30% 차이가 나는 것을 확인 할 수 있다. 또한 물 공급량이 없을 때는 유량이 증가하면서 제거율이 낮아지는 반면 물 공급량이 있을 때는 유량이 증가하면서 제거율이 올라가게 나타났다.
후속연구
- 즉 Water film의 경우 유량이 커질수록 미세입자는 선회류에 의해 물과 접촉할 수 있는 면적을 넓혀주었기 때문에 집진율이 높지만 기체의 경우 Water film을 통과해 처리 효율이 낮아지는 것으로 예상되므로 최적의 물 공급량과 적절한 가스처리 유속에 대한 연구가 추가적으로 필요할 것이라 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.