접선형유입방식 여과집진장치의 동 스크랩 공정 적용 특성

Theories and Applications of Chem. Eng. 2002. Vol.8, NO.1

화학공학의 이론과 응용 제8권 제1호 2002년

김상도, 박석주, 임정환, 박현설, 최호경, 박영옥

한국에너지기술연구원 에너지환경연구부

Applying Characteristics to Cu Scrap Process of Tangential Inlet Type Baghouse

S.D. Kim, S.J. Park, J.H. Lim, H.S. Park, H.K. Choi, Y.O. Park

Energy & Environment Research Department, KIER

서  론

여과집진장치는 산업체에서 배출되는 입자상 오염물질을 포집 제거하는 장치의 하나로서 기후조건이나 작업공정에 관계없이 성능이 안정적이며 높은 집진효율 유지가 가능하여 전세계적으로 많이 사용되고 있다. 또한 최근에는 필터 제조기술의 발전으로 단일 여과집진장치로 먼지입자 외에 가스상 유해물질도 동시에 처리할 수 있어 여과집진장치의 수요는 더욱 증가할 전망이다. 그러나 여과집진장치는 필터 자체 및 필터 표면에 부착된 먼지층에 의한 압력손실로 인한 운전 동력비 상승과 필터 교체 등으로 인한 유지 및 보수비 등의 경제적 부담이 커지는 단점을 가지고 있다1,2).

이러한 단점을 극복하기 위하여 필터로 유입되는 먼지의 부하량을 줄이고 효율적인 집진조작을 위해 여과집진장치 내부에 내통(inner tube)이 설치되어 있는 접선유입방식 여과집진장치를 개발하고자 하였으며, 그 동안 연구를 통해 내통에 의한 여과집진장치 내부에서 유동장 및 입자거동 영향, 내통형상의 최적화 대한 연구가 수행되었다3,4).

본 연구에서는 접선유입방식 여과집진장치의 상용화를 위한 최종단계로서 고온의 배가스가 배출되는 동 스크랩 공정의 산업체 현장에 설치하여 성능을 평가하여 보고, 접선유입방식 여과집진장치의 상용화 가능성을 타진해 보고자 한다. 또한 본 장치에 적용되는 여과포는 내열물질을 기존의 합성섬유여과포에 코팅한 것으로 내열성능을 향상시키고자 하였고, 이에 대한 적용가능성도 함께 알아보았다.

접선형유입방식 여과집진장치의 실증장치

접선형유입방식 여과집진장치는 함진기체 유입부분설비, 장치의 본체부, 탈진공기 공급 및 분사장치 부분, 포집먼지 배출 및 수송 부분, 청정가스 흡인 부분, 장치 제어 부분 등으로 구성되어 있다. 실증장치의 제작사양은 표 1과 같다.

표 1. 실증장치의 사양
구 분	제 작 사 양	재 질
Flow rate BODY INLET DUCT OUTLET DUCT	250m3/min □3758 x 7694H □594 (V = 15m/sec) □728.6 (V = 10m/sec)	SS 400 SS 400 SS 400

그림 1은 접선형유입방식 여과집진장치의 실제 설치모습을 나타낸 것이다. DUO-DEDUSTERTM는 본 장치를 명명한 것이다.

그림 1. 접선형유입방식 여과집진

장치의 설치모습.

실증장치에 적용된 여과포로는 내열물질이 코팅된 합성섬유여과포를 사용하였고, 여과포의 크기는 □156X3000mm로 총 116본의 여과포가 사용되었다. 여과속도는1.47m/ min, 탈진압력은 6kg/cm2으로 하였다. 탈진 기준압력손실은 100mmH2O로 하였다.

실증장치의 입구 및 출구에서의 먼지농도를 측정하기 위하여 사용한 장비는 stack sampler(auto dust suction set, CE-22 ADS)를 사용하였다. 이 장비는 먼지 채취시 원통여지법을 사용하며, 원통여지는 88R(Whatman, silica glass micro fiber)을 사용하였다. 먼지를 샘플링 할 때는 등속흡인(isokinetic suction)으로 배출가스 및 먼지를 채취하며, 채취된 먼지는 후처리를 거친 다음 무게를 측정하여 배출가스 흡입유량과 가스메타 온도 등을 표준상태로 환산하여 먼지농도를 계산하였다.  입자크기분포의 측정은 Anderson사의 굴뚝용 다단 임팩터(Model No. 50-80 series Mark Ⅲ)를 사용하였다.

결과 및 고찰

동 스크랩 공정에서 배출되는 배가스의 온도분포에 대하여 그림 2에 나타내었다. 각 공정에 따라 공급되는 산소량과 연료량이 변화되기 때문에 온도가 다르게 나타났다. 특히 환원공정시에는 최고 300℃까지 온도가 상

승한다. 현재 사용되고 있는 합성섬유여과포중에서 최고의 온도에 적용할 수 있는 재질은 PTFE로 최고 적용온도가 260℃ 이다. 동 스크랩 공정에서 배출되는 300℃ 정도의 배가스에 적용하기 위해서는 금속섬유 또는 세라믹 필터를 사용하던지 아니면 여과집진장치의 전단에 냉각기 또는 열교환기 등을 설치하여 온도를 하강시켜야 한다. 현재는 주로 후자의 방법이 많이 적용되고 있다.

본 실증장치에는 기존의 합성섬유여과포에 내열물질을 코팅하여 내열성능이 향상가능성을 알아보았는데, 그림 3은 동 스크랩 공정에서 300℃ 배가스 온도가 배출되는 환원공정시의 압력손실 분포를 나타낸 것이다. 탈진후 평균잔류압력손실이 85-90mmH2O로 나타났고, 탈진간격은 3-4분 정도로 나타났다. 배출가스의 온도가 증가하면 배가스의 유량이 높아지게 되는데, 이로 인하여 압력손실이 증가되는 것으로 판단된다.

압력손실의 결과로부터 내열물질이 코팅된 합성섬유여과포가 300℃의 고온에서도 적용 가능한 것으로 판단된다.

총괄집진효율은 99.96%로 나타났고, 배출되는 먼지의 농도는 1mg/Sm3 이하로 나타났다.

그림 3. 동 스크랩 공정별 온도분포.

그림 4. 환원공정중 압력손실 변화.

결  론

접선형유입방식 여과집진장치 실증장치를 산업체 현장에 적용하여 성능평가를 실시하여 보았다. 또한 내열물질이 코팅된 합성섬유여과포의 경우 300℃ 고온 배가스에도 적용 가능한 것으로 나타나 기존의 적용온도 보다 내열성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.

감사의 글

본 연구는 환경공학선도기술개발(G7) 사업의 일환으로 수행되었습니다.  연구비 지원에 감사드립니다.

참고문헌

1. Ogawa A., "Separation of Particles from Air and Gases", CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida (1984)

2. McIlvaine R.W., "Fabric Filter Market Rises, Replacing

Precipitators", Environment Solutions, pp.21, November (1995).

3. 박석주, 김상도, 최호경, 박영옥, "접선유입방식의 여과집진장치 내에서의 내통이 유동장 및 입자거동에 미치는 영향", 한국대기환경학회 추계학술대회, pp.263-264(2000).

4. 최호경, 박석주, 임정환, 김상도, 박현설,  박영옥, "접선유입방식 여과집진기의 먼지부하 저감을 위한 내통형상 최적화 연구□, 화학공학의 이론과 응용, Vol.7, No.2, pp.3707-3710(2001).