개념 한 쪽
집진설비는 관성력·전기력·여과·세정 등 서로 다른 물리적 원리로 분진과 기상 오염물을 제거한다는 점이 핵심이다. 각 방식은 작동 원리와 효율 결정 요인, 장단점이 달라 용도와 운전조건에 맞추어 선택·운전해야 한다는 점을 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「집진설비의 종류 및 특징」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 관성집진 효율 판단 | 1 | 곡률반경·각도·속도 등 관성력 인자와 효율 관계를 묻는 문제 |
| 전기집진 공식 계산 | 1 | Deutsch-Anderson 식을 이용한 집진효율 계산 능력을 평가하는 문제 |
| 세정집진 장단점 판별 | 1 | 세정식 집진의 액가스비, 장단점 및 적용성을 구분하는 문제 |
관성력 집진장치는 기류의 방향을 급격히 바꾸거나 입자를 장애물에 충돌시키는 방식으로 먼지를 분리하는 장치이다. 관성력 기반에서는 방향전환 각도가 크고 곡률반경이 작을수록, 처리 가스의 속도가 빠를수록 입자의 관성에 의해 분리 효율이 증가한다는 점이 핵심이다. 반전식 설계에서 곡률반경이 크고 전환 횟수가 많으면 흐름이 부드러워져 저항(압력손실)이 줄어든다는 설명이 참고사항으로 제시된다.
전기집진장치는 분진을 하전시켜 전기력으로 집진극에 유인·부착시키는 방식이다. 집진실을 전기적으로 구획하여 각 구획에 독립적인 하전설비를 두면 구획별 전압 제어가 가능해져 집진 효율을 극대화하고 전력 소비를 최적화할 수 있다는 점이 중요한 설계 포인트이다.
세정식 집진장치는 세정액과 가스를 접촉시켜 입자를 제거하는 방식으로, 제트스크러버는 고액가스비(약 10~50 L/m³)를 필요로 하며 분무탑·살수탑은 상대적으로 저액가스비(약 0.1~0.5 L/m³)를 특징으로 한다는 점을 구분해야 한다. 세정집진은 물과 접촉하기 때문에 고온 가스 냉각에 유리하고 폭발성·연소성 가스 처리에서 안전성 측면의 장점이 있으나 물 소비·동결 문제·소수성 입자 처리 어려움 등 단점도 존재한다.
여과집진장치는 필터를 통해 입자를 물리적으로 걸러내는 방식이며, 내면여과와 외면여과의 운전 특성이 다르다. 내면여과는 여과속도가 느리고 압력손실이 작은 특성을 가지는 반면, 외면여과는 상대적으로 고속 여과 및 높은 압력손실과 연관되는 경우가 많다는 점을 기준으로 장단점을 판단해야 한다.
집진설비와 관련된 계산 유형도 자주 출제되는데, 예를 들어 전기집진 이론식(Deutsch-Anderson 식)과 송풍기 축동력 계산식 등은 변수의 단위 변환과 지수 계산 절차를 정확히 따르는 것이 중요하다.
전기집진의 Deutsch-Anderson 식 η = 1 - e^(-2VL/(R U))를 이용한 대표 계산 예를 보인다. 문제에서 분진 이동 속도 V=0.15 m/s, 집진극 길이 L=1 m, 집진극 반지름 R=0.05 m, 가스 유속 U=1.5 m/s로 주어지면 지수항은 -2×0.15×1/(0.05×1.5) = -4가 된다. 따라서 η = 1 - e^-4 ≈ 1 - 0.0183 = 0.9817, 즉 약 98.2%의 집진 효율을 얻는다고 계산한다.
송풍기 축동력 계산 예도 참고한다. Q=12,000 Sm³/hr를 초당 유량으로 환산하여 Q≈3.33 m³/s, 압력손실 H를 200 mmH2O(약 200 kgf/m²)로 보고 수동력 P수동 = Q×H/102 공식을 적용하면 약 6.53 kW가 나온다. 송풍기 효율이 75%이면 축동력은 P축 = 6.53/0.75 ≈ 8.7 kW가 된다고 계산한다.
관성력 집진장치에서 집진율을 높이는 방법으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 관성력 집진장치는 입자의 관성을 이용하여 기류의 방향을 급격히 바꿀 때 입자를 기류에서 분리시키는 원리입니다. 방향전환 각도가 클수록, 곡률반경이 작을수록, 기류 속도가 빠를수록 관성력이 커져 집진 효율이 높아집니다.
관성력 집진에서는 곡률반경이 작을수록 급격한 방향전환으로 관성력이 커져 집진 효율이 높아진다.
직경 10cm 이고 길이가 1m 인 원통형 집진극을 가진 전기집진 장치에서 처리되는 가스의 유속이 1.5m/sec이고 분진 입자가 집진극을 향하여 이동한 속도가 15cm/sec일 때 분진제거 효율(%)은? (단, η =1-e-2VL/RU 이다.)
정답 ② · 이 문제는 도이치-앤더슨(Deutsch-Anderson) 식인 η = 1 - exp(-2VL/RU)을 사용하여 전기집진기의 효율을 계산하는 문제입니다. 주어진 값을 대입하여 계산하면, 지수 항은 exp(-(2 * 0.15 * 1) / (0.1 * 1.5)) = exp(-2)가 됩니다.
Deutsch-Anderson 식에 주어진 변수를 대입하여 지수항을 계산한 후, 1에서 빼면 집진 효율이 나온다.
세정집진장치의 장·단점을 기술한 것으로 틀린 것은?
정답 ③ · 문제는 세정집진기의 특징 중 틀린 설명을 찾는 것이다. 세정집진기는 물을 매개로 하여 입자상 및 일부 가스상 물질을 동시에 제거할 수 있고 물과의 접촉으로 재비산 우려가 적으며 물의 높은 열용량 때문에 고온가스의 냉각에도 효과적이다.
세정집진기는 물과 접촉하므로 폭발성·연소성 가스 처리에 적합하며, 고온 가스 냉각용으로도 사용된다.
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