[논문]가스터빈 유입공기 정화용 에어 필터 여재 국산화 개발 기초 성능실험

박현설; 박석주; 김상도; 최호경; 임정환; 박영옥

가스터빈 유입공기 정화용 에어 필터 여재 국산화 개발 기초 성능실험
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박현설 (한국에너지기술연구소 집진기술연구센터) , 박석주 (한국에너지기술연구소 집진기술연구센) , 김상도 (한국에너지기술연구소 집진기술연구센) , 최호경 (한국에너지기술연구소 집진기술연구센) , 임정환 (한국에너지기술연구소 집진기술연구센) , 박영옥 (한국에너지기술연구소 집진기술연구센터)

항공기나 발전용 가스터빈(gas turbine) 및 대용량 압축기(compressor) 등과 같이 흡입공기의 유량이 매우 클 경우, 유입되는 공기 내부에 함유된 입자상 오염물질은 터빈의 기계적 성능에 큰 장애를 일으킬 수 있다(Klink and Schroth, 1996, Schroth, 1993). 이러한 입자상 오염물질을 효과적으로 제어하기 위해서는 처리기체의 유입구 부분에 대형 공기 정화용 여과시스템이 요구되며, 일반적으로 카트리지형 에어 필터(cartridge air filter)나 포켓형(pocket), 카세트형(cassette) 에어 필터가 적용 현장의 조건에 따라 사용된다. (중략)

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문제 정의

본 연구에서는 합성섬유를 이용하여 2층 또는 3층 구조를 갖는 가스터빈 유입 공기 정화용 필터 여재를 개발하였고, 성능 향상을 도모하고자 개발된 여재에 정전기적 성질을 부여하여 고효율의 집진성능을 유지하면서도 압력손실을 최대한 줄일 수 있도록 하였다. 그리고, 이의 성능 평가를 위해 외국 업체의 필터 여재와 비교 실험을 실시하였다.

제안 방법

압력손실을 최대한 줄일 수 있도록 하였다. 그리고, 이의 성능 평가를 위해 외국 업체의 필터 여재와 비교 실험을 실시하였다.
성능실험은 300×300 mm²의 각 실험용 여재에 대해 여과 속도를 1, 2, 3 m/min으로 조정하면서, 필터 전후에서의 먼지 농도를 Aerodynamic Particle Sizer(TSI)로 측정하는 방법으로 이루어졌다. 압력손실은 U자형 액주계로 측정하였고, 실험용 입자로는 NaCl 입자(d_g=0.
이상과 같이 본 연구에서는 가스터빈 유입 공기 정화용 에어필터 여재를 3종 개발하였으며, 이의 성능 평가를 위해 외산 필터와 비교실험을 수행하였다. 그 결과, 본 연구를 통해 개발된 필터 여재 중 한 개의 제품이 집진효율이 매우 우수한 것으로 평가되었고, 압력손실 측면에서도 외산제품에 비해 뛰어난 성능을 보여주었다.

대상 데이터

압력손실은 U자형 액주계로 측정하였고, 실험용 입자로는 NaCl 입자(d_g=0.8㎛) 및 AC Fine Dust(d_g=l.l㎛)가 사용되었다.

이론/모형

필터 여재의 정전처리는 코로나 방전을 이용하였다.

성능/효과

이러한 필터 여재별 여과성능 특성은 필터 여재를 구성하는 각 섬유층의 재질과 구조, 제조방법에 기인한 것으로 판단된다. Sample 2와 sample 3, JVC 제품은 3층 구조를 갖고 있음에도 불구하고 2층 구조를 갖는 sample 1에 비해 그 성능이 낮게 평가되었다. 이들은 동일한 재질을 사용하였지만 제조방법에 있어서 차이를 두고 있어, 각 섬유층의 제조 방법과 섬유층 간의 접합 방법에 의해서도 여과 성능이 크게 달라질 수 있음을 보여주고 있다.
평가를 위해 외산 필터와 비교실험을 수행하였다. 그 결과, 본 연구를 통해 개발된 필터 여재 중 한 개의 제품이 집진효율이 매우 우수한 것으로 평가되었고, 압력손실 측면에서도 외산제품에 비해 뛰어난 성능을 보여주었다. 향후 여재를 구성하는 섬유층의 구조 및 제조 방법의 개선을 통해 보다 우수한 성능의 필터를 개발하기 위한 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.
여과 속도는 1 m/min인 경우이고 실험용 입자는 NaCl(그림 1)과 AC Fine Dust(그림 2)가 각각 사용되었으며, 실험용 입자의 입경 분포 특성상 2 ㎛ 입자까지만 효율을 표시하였다. 그림에 나타난 바와 같이 본 연구에서 개발한 sample 1의 경우에 효율이 가장 우수한 것으로 나타났으며, sample 2는 매우 낮은 집진효율을 보이고 있다. 그림 3은 필터 여재별 압력손실 특성을 나타낸다.

후속연구

그 결과, 본 연구를 통해 개발된 필터 여재 중 한 개의 제품이 집진효율이 매우 우수한 것으로 평가되었고, 압력손실 측면에서도 외산제품에 비해 뛰어난 성능을 보여주었다. 향후 여재를 구성하는 섬유층의 구조 및 제조 방법의 개선을 통해 보다 우수한 성능의 필터를 개발하기 위한 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.

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