개념 한 쪽
집진설비는 기체 중의 입자상 물질을 효율적으로 제거하기 위해 장치의 원리와 운전조건을 적절히 설계해야 한다. 세정식은 액체와의 접촉을 이용해 조해성 또는 점착성 먼지를 제거하고, 전기집진기는 전기적 포집 메커니즘으로 필요한 집진극 면적을 계산해 설계한다. 운전 중 응결, 배관 막힘, 비저항 변화 같은 물리현상은 유지관리와 집진율에 큰 영향을 미친다.
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출제기준 단원 「집진설비의 설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 세정집진 장단점 판별 | 1 | 세정집진의 장점과 막힘 위험 같은 단점을 구분한다 |
| 전기집진 면적 계산 | 1 | 도이치-안드레센 식으로 집진극 면적을 산출한다 |
| 운전조건과 부식 관계 | 1 | 노점 이하 응결이 부식으로 이어지는지 판단한다 |
세정집진장치는 물이나 액체를 이용해 입자를 포집하는 방식으로, 조해성이나 점착성 먼지에 특히 유리하다. 물에 잘 섞이거나 달라붙는 입자는 세정액에 의해 쉽게 제거되며 재비산 우려가 적다. 그러나 친수성 또는 부착성 먼지는 배관이나 노즐에 달라붙어 막힘이나 폐쇄를 일으킬 수 있으므로 막힘 위험을 설계 시 고려해야 한다.
전기집진기의 집진효율은 도이치-안드레센 식 η = 1 − e^(−AV/Q)로 표현되며, 여기서 A는 집진극 면적, V는 입자 이동속도, Q는 가스 유량을 의미한다. 주어진 효율을 달성하기 위해서는 이 식을 변형하여 필요한 집진극 면적을 산출한다. 계산 과정에서 단위 변환을 정확히 수행해야 한다.
운전조건과 설비 보호를 위해 온도 관리가 중요하다. 배관 온도가 노점(이슬점) 이하로 내려가면 수증기가 응결되어 배관 내부에 물이 맺히고 이로 인해 부식이 촉진된다. 따라서 부식을 방지하려면 배관 온도를 노점 이상으로 유지해야 한다는 원리를 설계와 운영에서 적용한다.
집진장치별 특징과 적용 조건을 비교하여 선택해야 한다. 예를 들어 제트 스캐버는 송풍기 설치가 어려운 소규모 계통에서 사용하기 적합하고, 액가스비가 높아 물 사용량이 많은 편이다. 관성력 집진은 큰 입자에 유리하고, 중력집진은 가스 속도를 낮춰 침강 시간을 확보하는 것이 효율 향상에 핵심이다.
전기집진기의 필요한 집진극 면적을 계산하는 대표 예시를 다룬다. 식 η = 1 − e^(−AV/Q)를 A에 대해 정리하면 A = −(Q/V) ln(1−η)가 된다. 문제에서 η=0.998, V=10 cm/s=0.1 m/s, Q=100 m³/min=100/60 m³/s≈1.67 m³/s를 대입한다. ln(1−0.998)=ln(0.002)≈−6.21이므로 A=−(1.67/0.1)×(−6.21)≈103.7 m²가 되어 약 104 m²를 요구한다.
세정집진 관련 설계 판단 예시는 특성 대비이다. 세정식은 재비산 방지와 가스 동시 제거가 장점이나, 친수성·부착성 분진이 배관을 막아 폐쇄를 일으킬 수 있다는 점을 들어 세정식 적용 시 배관 설계와 세정수 관리 계획을 마련해야 한다.
운전관리 예시는 온도 유지의 중요성 확인이다. 배관 온도가 노점 이하로 떨어지면 응결과 부식을 유발하므로 설비 보호를 위해 노점 이상으로 온도를 유지하는 대책을 수립해야 한다.
세정집진장치의 장점이라 볼 수 없는 것은?
정답 ④ · 문항은 세정집진장치의 장점이 아닌 항목을 묻고 있다. 세정집진은 물을 사용해 입자와 가스의 동시 제거가 가능하고 재비산 우려가 적으며 연소성·폭발성 가스 처리가 가능한 장점이 있다.
세정집진장치는 물과 먼지가 접촉하므로 친수성 및 부착성 먼지가 배관을 막을 수 있어 폐쇄 염려가 있다.
화력발전소에서 전기집진기로 100m³/min의 배출가스를 처리하고자 한다. 입자의 이동속도가 10cm/sec 일 때, 이 집진장치의 효율을 99.8%로 유지하려면 집진극의 면적은 얼마이어야 하는가? (단, η= 1 - e-AV/Q)
정답 ③ · 도이치-안드레슨(Deutsch-Anderson) 식 를 사용하여 집진 면적(A)을 구합니다. 여기서 효율 , 유입 가스량 , 입자 이동속도 입니다.
집진장치의 효율은 도이치-안드레슨 식을 통해 집진극 면적, 입자 이동속도, 가스 유량으로 계산된다.
전기집진기의 집진율 향상에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문항은 전기집진기 운전에서 옳지 않은 설명을 찾는 것이다. 배출가스 내 수분이 증가하면 분진의 비저항이 낮아져 집진 효율이 좋아지고, 고비저항 분진에는 수증기나 물 분사로 비저항을 낮추는 것이 유효하다.
노점 온도 이하로 유지하면 배관이 응결되어 부식되므로, 노점 온도 이상으로 유지해야 한다.
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