여과집진(Bag filter) 기술
1. 개요
배출가스에 함유되어 있는 먼지를 Filter Bag에 의해서 분리하여 기계적 방법 등을 이용하여 탈리·포집하는 설비로 처리율이 99%이상이며 건식설비와 폐수발생이 전혀 없는 고성능 제진장치이다.
함진가스를 여재(濾材:Filter)로 통과시켜 입자를 포집·분리하는 장치로, 내면 여과와 비교적 얇은 여과재를 이용하여 표면에 초기 부착된 입자층을 여과층으로 하여 입자를 포집하는 표면여과방법으로 구분된다. 표면여과의 경우 초층(初層)의 눈막힘 방지를 위해 처리가스의 온도를 산노점(Acid dew point) 이상으로 유지하여야 한다.
대부분 산업용 여과집진장치는 보통 직물의 여포를 사용함으로 Bag Filter라 칭한다. 초기 여포에 부착된 입자층이 여과층으로 되며 1㎛ 이하의 입자에 대해서도 95% 이상의 높은 효율로 집진할 수 있다. Type은 여포의 모양에 따라 원통식(Tube type), 평판식(Flat type), 봉투식(Envelope type) 등으로 구분된다. Filter Bag(濾材)에 포집된 dust는 퇴적층이 두터워져 압력 손실이 증가하면 fan은 본래의 용량을 발휘할 수 없으므로 보통 Filter의 clean 및 flue gas line과의 차압이 150mmH20 전후에서 탈진시키도록 하여야 한다.
역학적으로는 확산, 관성충돌, 차단, 중력등이 이용된다. 여포는 원통형(Tubular Type) 또는 평판형(Envelope Type)으로 가공되며, 몇 개씩 모은 형태로 필요 여과면적을 얻도록하여 1실로부터 수 개 실의 백하우스내에 세트된다.
1.1 집진장치의 원리
▨ 관성충돌(Inertia Impaction)
- 함진기류가 Filter를 통과할 때, Gas는 섬유 사이를 통과한다.
- 그때 비교적 거칠고 큰 덩치의 Dust는 섬유에 충돌, 부착한다.
- 관성충돌에 의한 Dust포집은 Dust Size, 밀도, 여과속도가 클수록, Gas점도가 작을수록 효과가 있다
▨ 차폐(遮蔽-Interception)
- B.F에 의해 포집이 가능한 Dust충 가장 미세한 것은 0.02㎛정도의 Carbon Black이다. 그러나 Gas의 분자경은 대개 0.0001㎛정도로 미세한 Dust에 비해서 훨씬 작다. 따라서 그림에서 볼 수 있는 것처럼 관성력에 따라 Gas 기류로부터 분리할 수 없는 미세분진도,
- Gas분자보다는 훨씬 크기 때문에 FiIter의 섬유에 접촉하면서 부착 포집된다. 이것을 차폐(遮蔽)라 하며, B.F집진에 있어서는 상당히 중요한 집진원리이다.
▨ 확산(擴散-Diffusion)
- 함진 Gas의 Dust 농도에 차이가 있으면 고농도 영역으로부터 저농도 영역으로 Dust 가 이동하여 농도를 균일화하려는 하는 성질이 있다. 또한, 농도에 차가 없어도, Dust는 일반적으로 Brown motion을 한다.
- 기류와 각 방향으로 이동하는 요소가 있다. 이 때문에 함진Gas가 Filter를 통과할 때 섬유에 포착, 포집된다. 확산작용에 따른 Dust포집은 Dust Size Gas점도가 작을수록 효과가 있다.
▨ 중력(重力-Gravity)
- 함진기류의 유속은 Dust내에서는 18~22m/sec이지만, B.F의 Filter를 통과할 때는 2m/min(0.033m/sec)이하의 저속이 된다. 이 때문에 입경수 ㎛이상의 Dust의 대부분은 분리되어 낙하한다. 중력에 의한 Dust의 분리는 Dust Size Dust밀도가 클수록 또는 Gas밀도, 유속이 작을수록 효과가 있다.
▨ 브라운 운동( Brownian Movement )
- 극히 작은 미스트 입자는 가스분자와 부딪쳤을 때 불규칙적인 요동운동을 한다. 또한 입자가 작으면 작을수록 큰 불규칙적인 요동운동을 한다. 즉, 미스트 입자가 0.1㎛이면 1㎛ 크기의 입자보다 약10배의 요동운동을 하므로 섬유(Fiber)와 충돌할 가능성 높고, 이 불규칙적인 요동운동을 하는 도중 섬유와 충돌하게 되어 집적된다.
▨ 정전기 효과(Electrostatic effect)
- 건조한 Dust가 Filter에 접촉하고, 헐어내기 조작에 의하여 Dust와 Filter가 접촉,
- 분리를 반복하면, Filter와 Dust에 정전기가 발생하여 Filter는 Dust를 흡착한다.
- 화학섬유는 특히 정전기가 발생하기 쉽다.
- 정전기에 의한 집진효과를 적극적으로 이용한 것이 전기집진기이다.
- B.F에 있어서 과잉한 정전기는 털어내기 불량, 분진폭발 등의 좋지 않은 상태를 일으키는 경우도 있다
▨ 가교현상(架橋現象-Bridge)
- Filter의 구멍(섬유의 간격)은 직포(Woven Filter)에서는 약50~10㎛,부직포(Felt)에서는 약 5㎛정도이다. 이것은 미세한 Dust입경이 0.1㎛~1㎛이므로, 생각해 보면 극히 크다고 할 수 있다.
1.2 여과 집진 장치 - 여과 속도 결정
1.3 여과집진기의 종류
① 여과방식에 의한 분류
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◎ 내면여과방식 - package형, filter형 및 방사먼지용 air filter - 일반적으로 건식사용 - 부착된 분진의 제거 곤란으로 여재 압력손실 증가 - 재생 곤란 - 저농도∙소용량 배기가스처리에 제한적 사용 | |
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◎ 표면여과방식 - Bag filter - 얇은 직조한 여포나 여지 사용 - 초층을 여과층으로 하여 미립자를 포집 - 산업용 배기가스처리에 사용 |
② 탈진주기에 의한 분류
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◎ 간헐식 - 압력손실 및 분진부하가 일정수준에 이를 때마다 포집분진층을 탈리하는 방식 - 저농도 소량가스를 고효율로 집진할 때 적합 |
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◎ 연속식 - 여과조작과 탈진조작을 동시에 행하는 방식 - 고농도 함진가스나 부착성이 큰 함진가스를 처리하는데 적합 | |
③ 탈진방식에 의한 분류
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◎ 진동형(Shaking type) - 기계적으로 진동하여 분진제거 | |
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◎ 역기류형(Reverse Air type) - 여과기류를 차단하고 반대방향으로 기류를 통과시켜 분진제거 | |
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◎ 충격제트형(Pulse Jet type) - 압축공기를 분사하고 노즐에서 일정시간마다 분사하여 순차적으로(0.1초 이내) 분진제거. |
1.4 여과집진기의 장·단점
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장점 |
단점 |
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미세입자의 집진효율 높음 |
넓은 설치 공간 필요 |
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다양한 형태의 분진 포집 |
폭발성, 점착성 분진제거 곤란 |
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집진율에 비하여 설치비 및 유지비 낮음 |
가스온도에 따른 여재 선택 제한 |
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다양한 용량 처리 |
수분, 여과속도의 적응력 낮음 |