전기 집진과정은 극히 많은 기초과정(elementary process)이 같은 무게로 관여하고 있으며, 이것이 문제의 해명과 기술의 향상을 복잡하게 그리고 곤란하게 만들고 있다. 이와같이 다변수의 복잡한 프로세스란점이 전기집진장치가 다른 집진장치 혹은 다른 화학공학적 프로세스에 비해 크게 다른 점이다. 그러므로 집진과정에 관한 연구는 아직 불충분할 뿐만아니라, 그 성과와 전기집진장치의 설계가 직접 연결될 단계에 이르지 못하고 있다. 이 공백을 메우기 위하여는 금후 위에서 기술한 여러 기초과정에 관하여 보다 더 연구를 진행시킴과 동시에, 각개의 프로세스변수를 집진시스템으로서의 전집진율로 관련지을수 있는 가능성을 제시할 수 있는 시스템적 관점에 입각한 성능시가법과 설계이론의 연구 및 그 확립이 크게 요망되고 있다.
미세 입자의 포집효율을 향상시키고 집진필터의 수명을 연장시키기 위해 여과집진 장치에 전기집진 기술을 접목시켜 미세 입자의 제어 성능을 향상시키기 위한 다단계 집진장치에 대해 많은 연구가 진행되어 왔다(Hautanen, 1996). 그 가운데 전기장 내에서의 입자 응집을 이용한 미세입자의 제거는 전기집진기의 효율을 높이기 위한 방법의 하나로 제시되었고(Lehtinen, 1996), 교류 전기장 내에서의 입자들의 충돌로 인하여 미세입자의 크기가 성장하여 전기 집진 장치에서 미세입자의 제거효율이 상승한다는 연구결과가 발표되었다(Watanabe, 19950. (중략)
전기집진기는 산업 분진 및 폐가스 집진을 위해 널리 이용되며, 고전기 저항 분진에 의한 집진극 표면의 역전리가 전기집진기에서 가장 큰 문제이다. 이런 역전리 현상을 방지하기 위해 가스온도 제어, 가스조건, 하전 제어 등 다양한 방법이 시도되고 있다. 전기집진기에서 고 비저항 분진 및 역전리의 영향으로부터 높은 집진효율을 얻기 위한 방법 중 하나로 이동 전극형 방식(Moving Electrode Electrostatic precipitator, MEEP)과 고정전극형 (Fixed Electrode Electrostatic precipitatior, FEEP)에 펄스하전 방식으로 구성된 조합형 전기집진기가 개발되고 있다.(Toshiaki Misaka etc. 1996)(중략)
음파 에너지가 인가된 상태에서 전기집진기의 성능 변수 변화에 따른 집진 효율 특성에 대한 실험적인 연구를 수행하였다. 실험을 위하여 주파수 2 kHz 및 음압 141 dB의 음파 에너지를 2단 전기집진기로 유입되는 함진 가스에 인가하였으며, 인가되는 고전압의 크기를 일정하게 유지하고 집진부에서의 가스유속의 변화를 실험 변수로 사용하였다. 실험의 결과, 음파에너지의 인가에 의하여 전기집진기의 집진 효율은 증가하였으며, 또한 집진효율의 증가 경향은 집진부에서의 가스 유속이 증가할수록 뚜렷하게 나타남을 보였다. 이 결과로부터 음파에너지는 전기집진기의 비집진 면적을 증가시키는 효과로 나타남을 알 수 있었다.
유해입자 배출 저감을 위한 대기오염 제어장치로는 필터(filter), 관성장치(inertialdevices), 침전조(settling), 스크루버(scrubber), 전기집진기(ElectroStatic Precipitator, ESP)등이 있다. 이 중, 정전기력을 이용한 전기집진기는 대전과정과 집진과정이 동일한 곳에서 이루어지는 1단식(one-stage)과 독립적으로 이루어지는 2단식(two-stage)으로 분류되며, 2단식의 경우, 대전부(charging section)와 집진부(collecting section)는 몇 개의 대전셀(charging cell)과 집진셀(collecting cell)들로 구성되어져 있다. (중략)
산업공정에서 배출되는 입자상 오염물질은 인체 및 환경에 미치는 영향이 직접적이고 가시공해의 주된 원인이 되므로 인관 주민의 민원을 유발시키는 등 주요 지역현안 문제의 원인이 되고 있다. 먼지를 제거하기 위한 대표적인 기술로는 전기집진기, 여과집진기, 사이클론, 습식집진기를 들 수 있으며, 대규모 산업공정에서는 정전기적 힘에 의해 집진하는 전기집진기가 일반적으로 적용되고 있다. 전기집진기는 비교적 높은 효율의 집진 성능을 보장하나 전력소모량이 비교적 많으며 미세먼지, 특히 고비저항을 가진 먼지의 제거효율이 낮다는 단점을 가지고 있다. (중략)
전기집진기(ESP)는 보일러, 소각로등 많은 산업 공정에서 발생되는 입자상 물질을 제거하는데 일반적으로 사용되어 왔다. 가장 널리 쓰이는 ESP의 집진효율을 예측하기 위한 수식으로는 Deutsch-Anderson식으로 다음과 같다.(equation omitted) 여기서 η는 포집효율, Ac는 집진판의 표면적(surface area), Ve는 전기집진기 내 입자의 유효 이동속도(effective migration velocity), 그리고 Q는 단위면적을 통과하는 가스의 부피 유량이다. (중략)
반도체 공정에서 배출되는 미세입자를 포집하기 위하여 전기집진장치가 적용되고 있으나, 배출가스 내 포함된 강부식성 오염원에 의한 전기집진장치 내부 오염 및 부식 문제가 심각하여, 이를 해결하기 위한 방안이 절실하다. 본 연구에서는 탄소섬유로 이루어진 하전부와 PET 필름 사이에 금속 박막이 삽입된 집진부로 이루어진 내부식 전기집진장치를 개발하여, 하전부 및 집진부 인가전압, 처리유량, 하전부 채널 수 등의 운전 조건에 따른 전기집진기의 초미세입자 집진 성능을 평가하였다. 평균입경이 100 nm인 KCl 입자를 시험입자로 사용하였으며, 전기집진기 전/후단 입자 농도 변화를 측정하기 위하여 SMPS를 사용하였다. 본 연구에서 개발된 9채널 하전부와 65 mm 집진부로 구성된 전기집진기의 성능평가 결과, $500\;m^3/hr$ 유량조건에서 하전부 및 집진부에 7 kV와 10 kV를 각각 인가하였을 때, 300 nm입자에 대한 포집효율이 90% 이상으로 높게 나타났다.
이단식 소형 전기 집진 장치는 작업 환경에서 오존 발생이 극히 적은 정극성 코로나를 널리 사용하고 있지만 이에 관한 과학적 연구보고는 적은 실정이다. 그러므로 이단식 소형전기 집진 장치의 기초 복성에 관하여 연구하였다. 모델 이단식 전기 집진 장치는 이론적 해석이 쉽고 하던부 집진부의 상대 위치를 이동시킬 수 있는 구조로 제작하여 다음의 실험적 결론을 얻었다. 하전부의 코로나 방전은 집진부 전극의 전체 강도에 영향을 받고, 집진부 후방에서의 입자 농도는 집진부의 고압전극과 접지전극 사이에서 크게 변화하고 있다. 집진효율은 집진부의 고압전극 후방이 집진전극 후방보다 높다. 측정 범위의 전 구간에서 입자농도를 적분하여 계산한 종합 접진 효율로부터 하전부의 방전극 바로 뒤에 집진부의 고압전극이 위치하는 구조가 접지전극이 위치하는 구조보다 높은 효율을 보이고 있다. 이것은 하전부와 접진부의 상대적 위치 관계가 집진 효율 특성에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
대부분의 화력발전소에서 전기집진기의 각각의 호파에서 포집된 fly ash는 하나의 라인으로 수송되어 fly ash 원분 사이로에 저장된다. 필요량은 분급장치에 공급되어 기류식 분급기에 의해 정제회와 조분으로 분리되어 각각의 사이로 등에 저장된다. 그러나 전기집진기의 호파에 포집된 fly ash는 전기집진기의 후단 호파일수록 비표면적이 커지는 등 fly ash의 성질이 다르므로 전기집진기 호파 위치 자체가 분급 효과가 있는 것으로 생각할 수 있다. 본 연구는 화력발전소의 전기집진기 각각의 호파에서 채취한 fly ash의 물리적, 화학적, 광물학적 성질을 조사하여 전기집진기가 분급기로서의 가능성을 검토하였다. 그 결과 새로운 fly ash 분급 프로세스로 전기집진기의 호파의 위치별 채취를 제안하고 분급능력이 있다는 것을 확인하였다. 그리고 기류식 분급기로는 얻을 수 없는 고품질 fly ash를 획득하는 것도 가능하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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