개념 한 쪽
보일러 배출가스의 분진을 제거하기 위한 집진장치는 원리와 목적에 따라 여러 형식으로 나뉜다. 각 방식은 포집 가능한 입경 범위, 처리량, 설치비용과 압력손실 등에서 차이를 보이므로 분진의 특성과 처리 조건에 맞춰 선택해야 한다.
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출제기준 단원 「슈트블로우 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 질량 기준 집진효율 계산 | 1 | 서로 다른 크기 입자 혼합물의 질량 기준 집진효율을 계산하기 |
| 세정식 집진장치의 포집능력 판단 | 1 | 세정식(스크러버) 형식별로 미세입자 포집능력과 효율 순위를 가리기 |
| 대용량·굵은 입자용 집진장치 선택 | 1 | 입경이 크고 대용량 처리에 적합한 집진장치 유형을 고르기 |
집진장치는 분진을 포집하는 작동 원리에 따라 사이클론류(원심력), 전기집진(코트렐), 여과집진(백필터 등), 습식집진(스크러버) 등으로 분류한다. 사이클론류는 가스를 선회시켜 원심력으로 무거운 입자를 벽 쪽으로 밀어내어 분리하는 방식으로, 입경이 비교적 큰 재·매연의 포집에 적합하고 구조가 단순하며 대용량 처리에 유리하다고 설명한다.
전기집진장치는 코로나 방전으로 입자에 전하를 부여한 뒤 전극판에 유인하여 포집하는 방식이다. 이 방식은 집진효율이 높고 미세입자 처리에 탁월하며, 통로 저항이 적어 압력손실이 작다는 장점을 지닌다. 다만 고전압 장치와 정전 설비가 필요하여 설비비가 크다는 점을 고려해야 한다.
습식집진장치는 물을 이용해 입자를 포집하는 방식으로, 장치 형식에 따라 포집 가능한 최소 입경과 효율이 달라진다고 설명한다. 분무탑식·충전탑식은 비교적 굵은 입자나 가스 흡수에 적합하다고 보고, 사이클론 스크러버는 원심력을 더해 중간 정도 효율을 보인다고 설명한다. 벤츄리 스크러버는 가스를 가속하여 물방울과의 강한 충돌로 초미세 입자까지 포집할 수 있어 세정식 중 가장 높은 집진효율을 갖는다고 한다.
건식과 습식의 구분은 물 사용 여부로 간단히 판단한다. 백필터, 사이클론·멀티클론 등은 물을 사용하지 않는 건식에 속하고, 스크러버(벤츄리 포함)는 물을 사용하는 습식에 해당한다. 집진장치 선정 시에는 분진 입경, 목표 집진효율, 설치장소 및 경제성 등을 종합적으로 고려해야 한다.
대표 계산 문제는 서로 다른 크기 입자가 섞인 경우 질량 기준으로 집진효율을 구하는 방식이다. 예를 들어 단위 부피당 직경 1μm 입자 1,000개와 10μm 입자 10개가 있던 혼합물이 집진 후 1μm 입자 500개와 10μm 입자 1개로 변했다고 할 때 질량 기준 효율을 구한다.
입자 질량은 지름의 세제곱에 비례하므로 초기 질량 = 1,000×1³ + 10×10³ = 1,000 + 10,000 = 11,000, 잔류 질량 = 500×1³ + 1×10³ = 500 + 1,000 = 1,500이다. 따라서 집진효율 = (11,000 − 1,500) / 11,000 × 100 ≈ 86.4%가 된다. 큰 입자 하나가 작은 입자 여러 개의 질량에 해당하므로 개수 기준이 아닌 질량 기준으로 계산해야 정답을 얻는다.
단위 부피당 직경 1μm 입자가 1000개, 10μm 입자가 10개 섞여 있는 유체가 집진장치를 거쳐 직경 1μm 입자 500개, 10μm 입자 1개가 있는 유체로 변화하였을 때 집진효율은?
정답 ④ · 문항은 입자가 섞인 유체의 집진효율을 물으며 질량 기준 계산이 요구된다. 입자 질량은 입경의 세제곱에 비례하므로 처음 질량은 1μm 1000개×1³ + 10μm 10개×10³ = 1000 + 10000 = 11000(단위 비례값), 잔류 질량은 500×1³ + 1×10³ = 500 + 1000 = 1500이므로 효율 η = (11000−1500)/11000 = 9500/11000 ≈ 0.864 → 86.4%.
집진효율은 질량 기준으로 계산: 입자 질량은 지름의 3제곱에 비례하므로 (11,000−1,500)/11,000=86.4%이다.
다음 세정식 집진장치중에서 가장 미세한 입자의 집진과 높은 집진효율을 가진 것은 어떤 장치인가?
정답 ③ · 문제는 세정식 집진장치들 가운데 미세입자 포집 능력이 가장 뛰어난 장치를 묻고 있다. 미세입자 집진 성능은 가스와 액적의 충돌·응집을 유발하는 속도와 액적 크기 등에 의해 결정되며, 벤츄리 스크럽은 좁은 스로트에서 가스를 고속으로 가속시켜 강한 충돌과 미세한 분무를 통해 1μm 이하의 초미세 입자까지 효과적으로 포집한다.
세정식 집진장치 중 최고의 미세입자 포집·집진효율은 벤츄리 스크래버다.
보일러의 배출가스용 집진장치중 재나 매연의 입경이 비교적 크고 대용량의 설비에 적절한 것은?
정답 ① · 문제는 보일러 배출가스의 재나 매연처럼 입경이 비교적 큰 입자를 대용량으로 처리할 때 적합한 집진장치를 묻고 있다. 사이클론류(멀티사이클론)는 원심력을 이용해 입자를 관성으로 분리하므로 수~수십 μm 수준의 굵은 입자에 효과적이고 구조가 단순해 대용량 처리에 유리하다.
멀티사이클론(원심력) 집진은 입경이 큰 재·매연 포집과 대용량 설비에 적합하다.
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