초록 ▼

개발 목적 및 필요성
○ 백필터 집진기는 중소형 집진기 시장의 80% 이상 점유하고 있으며, 먼지 배출농도 및 작업환경 규제 강화에 따라 산업용 백필터 집진기 수요증가 추세임. 현재 국내 집진기 시장규모는 4500억원/년, 해외시장은 5조원/년 수준이며 년평균 4% 성장률 보임.
○ 국내 산업체의 경우, 신규 공장 증설보다는 기존 공장내에 백필터 집진기를 추가해야 하는 상황에서 집진기 설치공간문제가 가장 큰 선결과제임.
○ 기존 먼지배출업종이 밀집된 산업단지는 조성된지 20년 이상된 곳이 많고,조성 당시에 비해 현재

개발 목적 및 필요성
○ 백필터 집진기는 중소형 집진기 시장의 80% 이상 점유하고 있으며, 먼지 배출농도 및 작업환경 규제 강화에 따라 산업용 백필터 집진기 수요증가 추세임. 현재 국내 집진기 시장규모는 4500억원/년, 해외시장은 5조원/년 수준이며 년평균 4% 성장률 보임.
○ 국내 산업체의 경우, 신규 공장 증설보다는 기존 공장내에 백필터 집진기를 추가해야 하는 상황에서 집진기 설치공간문제가 가장 큰 선결과제임.
○ 기존 먼지배출업종이 밀집된 산업단지는 조성된지 20년 이상된 곳이 많고,조성 당시에 비해 현재 각 업체는 집진장치를 비롯한 환경설비가 이미 포화된 상태로 집진기 설치 공간이 부족하여 생산설비를 추가하거나 확장할수 없는 상황이 발생하고 있음.
○ 산업체의 공간부족 문제이외에도 지속적인 먼지배출기준 강화로 인해 먼지 배출농도를 획기적으로 줄일 수 있는 고효율 집진장치를 도입해야 하는 상황에 직면하고 있음.
○ 본 연구에서는 집진기 사용 업체의 가장 현실적인 문제인 설치공간 최소화를 위해 길이 10M 이상의 백필터를 적용할 수 있는 집진기 개발을 핵심연구목표로 하고 있음.
○ 또한 본 연구는 설치면적 최소화와 더불어 최근 국내에서 사회문제화되고 있는 초미세먼지(PM2.5)를 높은 집진효율을 처리할 수 있으며, 보다 구체적으로는 집진기를 통해 대기중으로 배출되는 초미세먼지의 농도를 0.5mg/m³ 이하로 제어할 수 있는 백필터 복합재생기술 개발을 연구목표로하고 있음.

연구개발결과
○ 1차년도 연구개발결과
• 600Nm³/hr 규모 3M 백필터 시험설비 Hole 노즐, Nipple 노즐, KIER 인젝터 적용 백필터 재생장치 성능평가
• 여과속도, 재생공기압에 따른 백필터 재생특성, 압력손실, 배출먼지농도 평가
• CFD를 통한 Hole 노즐, Nipple 노즐, KIER 인젝터 적용 시 필터재생 공기 유동해석을 통한 재생성능 분석
• 600Nm³/hr 규모, 4-챔버 3M 백필터 복합재생시스템 제작 설치 및 성능평가: 여과속도, 재생공기압 조건별 복합재생시스템 적용 유무에 따른 백필터 재생특성, 압력손실, 먼지배출특성분석
• 600Nm³/hr 규모, 3M 백필터 복합재생시스템 성능평가 결과
- PM2.5 배출농도: 0.2mg/m³ 이하 유지(입구농도 1.0g/m³ 기준)
- PM2.5 제거효율: 99.98% 이상
- 필터 재생에너지: 기존 대비 20% 절감
• 6,000Nm³/hr Pilot Scale 10, 12, 15M 백필터 성능실험장치 제작 및 설치
• 6,000Nm³/hr Pilot Scale 시험설비를 활용한 여과속도, 재생노즐, 재생공기압에 따른 10, 12, 15M 백필터 재성특성, 압력손실, 먼지배출 특성 실험

○ 2차년도 연구개발결과
• 600Nm³/hr 규모, 3M백필터 실험용 백필터 복합재생시스템 성능개선 모델 설계/제작/설치
• 3M 백필터 처리유량 및 복합재생시스템 조건에 따른 백필터 먼지 배출농도, 압력손실, 집진효율, 재생에너지 평가
• 600Nm³/hr 규모, 3M 백필터 성능개선 복합재생시스템 성능평가 결과
- PM2.5 배출농도: 0.5mg/m³ 이하 유지(입구농도 30g/m³ 기준)
- PM2.5 제거효율: 99.99% 이상, - 필터 재생에너지: 기존 대비 40% 절감
• 6,000Nm³/hr 규모 15M백필터 복합재생시스템 설계/제작/설치
• 복합재생시스템 실험조건별 10/12/15M 백필터 재생특성, 필터압력손실, 집진성능 실험 및 복합재생시스템 신모델 설계

○ 3차년도 연구개발결과
• 6,000Nm³/hr 규모, 10, 12, 15M 백필터 복합재생시스템 성능개선 모델 제작/설치
• 6,000Nm³/hr 규모, 10, 12, 15M 백필터 성능개선 복합재생시스템 성능평가 결과
- PM2.5 배출농도: 0.356mg/m³ 이하 유지(입구농도 20g/m³ 기준)
- PM2.5 제거효율: 99.99% 이상
- 단일백필터 처리유량: 660Nm³/hr 이상 (15M 백필터 여과속도 1.5m/min 적용시)
- 필터 재생에너지: 기존 대비 40% 이상 절감
• 6,000Nm³/hr 규모 10/12/15M 백필터 복합재생시스템 성능평가 결과분석
• 300,000Nm³/hr 규모 복합재생시스템 적용 10M 백필터 집진장치 상세 설계 및 일반 배치도면 확보
• 300,000Nm³/hr 규모 복합재생시스템 적용 10M 백필터 집진장치 기준 경제성 평가(설치면적, 시설비용, 3M필터대비)
- 10M 백필터 집진장치 설치면적 : 3M필터대비 40% 절감
- 10M 백필터 집진장치 시설비용 : 3M필터대비 30% 절감
• 6,000Nm³/hr 규모, 10/12/15M 백필터 실험결과 분석을 통한 백필터 사용수명 도출
- 복합재생적용시 기존대비 필터수명 2배향상 : 필터수명 3년이상
- 제철전기로 적용시 필터수명 2.25년, 시멘트공정 적용시 필터수명 4년이상

성능사양 및 기술개발 수준
○ 6,000Nm³/hr 규모, 10, 12, 15M 백필터 복합재생시스템 성능 사양
• 적용 백필터 길이: 10M / 12M / 15M
• 단일 백필터 처리유량:
- 10M 백필터 적용 시: 최대 600 m³/hr (여과속도 2m/min)
- 12M 백필터 적용 시: 최대 720 m³/hr (여과속도 2m/min)
- 15M 백필터 적용 시: 최대 670 m³/hr (여과속도 1.5m/min)
• 집진장치 설치면적 절감율: 기존 3M백필터 집진장치 면적 대비 40% 저감
• PM2.5 저감효율(배출농도):
- 10M 백필터 적용 시: 99.99% 이상 (0.5 mg/m³ 이하 유지)
- 12M 백필터 적용 시: 99.99% 이상 (0.5 mg/m³ 이하 유지)
- 15M 백필터 적용 시: 99.99% 이상 (0.5 mg/m³ 이하 유지)
• 집진장치 시설비용 저감율: 기존 3M백필터 집진장치 시설비용 대비 30% 절감
• 기존 Pulse Jet 방식 Hole Type 재생장치 대비 필터재생에너지 절감율:
- 10M 백필터 적용 시: 40% 이상 (여과속도 1.5m/min 조건에서)
- 12M 백필터 적용 시: 40% 이상 (여과속도 1.5m/min 조건에서)
- 15M 백필터 적용 시: 40% 이상 (여과속도 1.5m/min 조건에서)
• 백필터 사용수명: 3년 (석탄발전기준), 제철-전기로 2.25년, 시멘트 4년

○ 6,000Nm³/hr 규모, 10, 12, 15M 백필터 복합재생시스템 기술개발 수준
• 6,000Nm³/hr 규모 백필터 시험설비 및 화력발전소 배출 먼지를 이용하여 10M /12M / 15M 백필터 적용 시 복합재생시스템의 Pilot Scale 실증 성능 평가
• 다양한 여과속도, 필터재생 공기압에서 복합재생시스템의 성능 특성 평가
• 50시간 연속운전을 통한 복합재생시스템의 운전 안정성 확인
• 공인 인증 시험을 통한 복합재생시스템 적용 시 백필터 집진설비의 먼지배출 농도 인증
• Pilot scale 시험 결과를 바탕으로 300,000Nm³/hr 규모 10M 백필터 집진장치 설계기술 확보
• 300,000Nm³/hr 규모, 복합재생시스템 적용 10M 백필터 집진장치 기준 경제성 및 설치면적, 시설비용 계산 비교 평가
• 6,000Nm³/hr 규모, 10/12/15M 백필터 실험결과 분석을 통한 백필터 사용수명 도출

활용계획
• 국내 산업단지 일반 제조업, 철 및 비철금속 주물주조업체 등 집진장치 설치공간 문제를 당면하고 있는 업체에 우선 적용예정.
• 제철 분야에 10,000Nm³/hr 규모 이상의 10M 백필터 적용을 위한 타부처 연계 실증화 연구사업을 통해 실증기술 확보 및 향후 사업확대를 위한 기반 조성.
• 제철산업, 시멘트공정, 석탄화력발전소, 산업용 보일러, 소각로 배가스 처리시설 등 대용량 처리공정에 적용하여 세계 최고 기술수준의 집진장치로서 입지 확보.
• 10M 이하의 기존 백필터의 성능개선 사업으로서 본 연구에서 개발된 백필터 복합재생기술 적용 사업을 확대하여, 국내외 집진설비 시장 점유율 증대.
• 제안된 기술은 높은 집진성능을 유지하면서도 집진기 시장의 가장 큰 문제인 설치면적을 최소화한 길이 10M 이상의 백필터 적용 집진기술로 기존의 집진기술에 비해 기술의 수준이 한 단계 향상된 것으로 향후 새로운 개념의 집진기술을 개발하는데 있어 기반이 될 것임.
• 본 연구에서 제안한 하이브리드 집진장치의 먼지 배출농도 목표는 기존 집진기의 1/20 수준인 0.5 mg/m³이하로 유지되기 때문에 대기환경 개선에 크게 기여할 것으로 예상됨.

( 출처: 요약서 4p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
◦ A high-efficiency low-cost long bag filter equipped with an integrated filter cleaning methoud was developed through this study. The 10M long bag filter showed 60% reduction of the installation area and 30% reduction of capital cost compared to the existing 3M bag filter, and it also

Ⅳ. Results
◦ A high-efficiency low-cost long bag filter equipped with an integrated filter cleaning methoud was developed through this study. The 10M long bag filter showed 60% reduction of the installation area and 30% reduction of capital cost compared to the existing 3M bag filter, and it also reduced the dust emission through the filter down to 0.356mg/m³.

◦ The core technology of the high-efficiency low-cost long bag filter is the integrated filter cleaning technology. By applying the integrated filter cleaning method, stable operation of the bag filter is possible even when the 15M-long bag filter is applied. At the same time, it could be lowered the dust emission to less than 1/5 ~ 1/10 level compared to existing methods.

◦ The filter cleaning interval was very stable when the integrated filter cleaning was performed at a filtration velocity of 1.5m/min for 15M long filter bag applied to the pilot scale test unit of 6,000Nm³/hr. As a result, it was confirmed that the total dust emission was 0.356mg/m³ by KTL.

◦ The integrated cleaning type long bag filter technology developed in this study has completed the pilot experiment on actual bag filters with lengths of 10, 12, and 15M. Therefore the technology readiness level of the long bag filter is almost commercialization level.

◦ In order to compare the installation area and facility cost of the integrated cleaning type long bag filter with the conventional 3M bag filter, detailed design and drawing was conducted for both of 10M filter dust collector and 3M filter dust collector of 300,000Nm³/hr. The installation cost of the 10M bag filter dust collector was only about 40% of that of the 3M bag filter, and the facility cost of the 10M bag filter dust collector was 70% of that of 3M bag filter. In other words, when using 10M long bag filter, it was possible to reduce installation area by 60% and facility cost by 30%.

◦ Based on the experimental results of the pilot-scale integrated cleaning type long bag filter, 3 years of the filter lifetime was estimated to be twice longer than that of the conventional method. The filter life was expected as 2.25 and 4 years when applied to steel mill furnace process and cement process, respectively.

( 출처: SUMMARY 17p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 10
• SUMMARY ... 15
• 목차 ... 19
• 표목차 ... 20
• 그림목차 ... 21
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 35
• 1-1. 연구개발 목적 ... 37
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 37
• 1-3. 연구개발 범위 ... 38
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 41
• 2-1. 해외 기술개발 동향 ... 43
• 2-2. 국내 기술개발 동향 ... 44
• 2-3. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 45
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 47
• 3-1. 연구개발내용(범위) 및 최종목표 ... 49
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 54
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 282
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 291
• 4-1. 목표달성도 ... 293
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 297
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 299
• 5-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 301
• 5-2. 사업화계획 및 효과 ... 301
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 303
• 6-1. 백필터 관련 해외과학기술정보 ... 305
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 311
• 7-1. 연구개발결과의 보안등급 ... 313
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 315
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 319
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 323
• 10-1. 시작품 ... 325
• 10-2. 논문 ... 326
• 10-3. 특허 ... 327
• 10-4. 학술대회 발표 ... 327
• 11. 기타사항 ... 329
• 12. 참고문헌 ... 333
• 끝페이지 ... 336