개념 한 쪽
집진설비는 여러 원리로 입자성 오염물질을 포집하여 배기가스를 정화하는 장치로, 각 방식의 작동 원리와 운전 조건을 이해해야 적절히 선정하고 유지관리할 수 있다.
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출제기준 단원 「집진설비의 운전 및 유지관리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 집진기 원리와 조건 판단 | 1 | 세정·전기·중력집진의 작동 원리와 효율 영향을 가리기 |
| 입자 분포와 장치 선정 | 1 | 로진-램블러 분포곡선의 용도와 입자 분포 활용을 묻기 |
| 여과집진의 적재시간 계산 | 1 | 여과속도와 제거농도로 누적먼지 도달 시간을 계산하기 |
세정집진장치는 물방울(액적)과 먼지 입자의 충돌로 먼지를 포집하는 방식으로, 관성충돌계수(Nc)가 클수록 집진효율이 좋아진다. 관성충돌계수를 크게 하려면 입자 직경과 밀도가 클수록, 가스 점도가 낮을수록, 액적 속도가 클수록 유리하지만 액적 직경이 커지면 오히려 계수가 감소한다는 점을 기억해야 한다.
중력집진장치는 입자의 중력 침강을 이용하므로 처리가스의 유속을 느리게 유지하여 침강 시간을 확보하는 것이 효율 향상에 유리하다. 기류의 균일성 확보와 침강실의 형상 조정도 효율 개선에 도움이 된다.
전기집진장치는 이온화→대전→이동→응착의 전기적 물리 과정으로 작동하며, 화학적 산화와 같은 반응은 집진 기전에 포함되지 않는다. 관형과 평판형 집진극은 적용 범위와 유지관리성에서 차이가 있으므로 처리량과 고집진효율 요구 여부에 따라 형식을 선택해야 한다.
여과집진(백필터)은 필터 표면에 먼지층이 쌓이면서 포집이 이루어지므로 단위면적당 누적먼지량(먼지부하 M)을 기준으로 주기적 탈락(펄싱) 운전이 필요하다. 여과속도와 제거농도에 따라 누적 속도가 결정되므로 단위 환산에 유의하여 탈락 주기를 설정해야 한다.
입자 크기 분포를 파악하기 위해 로진-램블러 분포곡선과 같은 분포 모델을 사용하면 집진기 선정과 효율 분석에 활용할 수 있다.
여과집진장치의 누적먼지량 계산 예시는 다음과 같다. 유입농도 8g/m³, 유출농도 0.5g/m³이므로 제거농도는 7.5g/m³이다. 여과속도 1.0cm/s는 0.01m/s에 해당하므로 1m²당 초당 적재량은 7.5g/m³×0.01m = 0.075g가 된다. M이 160g/m²에 도달할 때까지 시간은 160g ÷ 0.075g/s ≈ 2133.33s로, 분으로 환산하면 약 35.56분이 된다.
직렬 연결된 두 집진기의 효율 계산 예시는 다음 절차를 따른다. 전체 투과율은 최종 출구농도 ÷ 입구농도이며, 직렬일 때 각기 투과율의 곱이 전체 투과율이 된다. 2차 집진기 투과율이 0.1(효율 90%)이면 1차 투과율은 전체 투과율을 0.1로 나누어 구하고, 1에서 그 값을 빼어 1차 효율을 얻는다.
다음은 전기 집진 장치의 집진극에 대한 설명이다. 잘못된 것은?
정답 ② · 문제는 전기 집진 장치의 집진극에 대한 설명 중 옳지 않은 것을 묻고 있다. 관형 집진극은 구조상 평판형에 비해 처리량이 큰 경우와 고집진효율이 요구되는 상황에 적합하지 않다는 점에서 2번이 잘못된 설명임을 알 수 있다.
관형 집진극은 구조적 한계로 처리가스량이 많고 고집진효율을 요구할 때 평판형보다 적합하지 않다.
Rosin-Rammler 곡선을 이용하는 것은?
정답 ② · 문제는 Rosin–Rammler 곡선의 적용 분야를 묻고 있다. Rosin–Rammler 분포는 입자 크기 분포를 경험식으로 모델링하는 방법으로, 입자 직경에 따른 분포를 이용해 먼지 제거 방법이나 집진기 선택에 활용하는 것이 주된 용도이다.
Rosin-Rammler 곡선은 입자 크기 분포를 수학적으로 모델링하여, 입자 크기에 따른 집진 장치의 제거 효율을 분석하는 데 사용됩니다.
여과집진장치에서 분진을 제거할 때 백필터(bag filter)에 부착된 먼지층을 주기적으로 떨어지는 조작이 필요한데 백필터의 단위면적당 누적먼지량을 먼지부하 M(g/m²)이라 한다. 배출가스의 유입농도 8g/m³를 유출농도 0.5g/m³로 제거하고자 백필터의 여과속도를 1.0㎝/sec로 운전한다. 만일 M 값이 160g/m²에 도달할 때 먼지를 탈락시킨다면 먼지층을 몇 분마다 떨어야 하는가?
정답 ④ · 백필터의 먼지부하 M이 160g/m²에 도달할 때 탈락시킨다는 조건에서, 걸러내는 먼지의 양은 유입 농도에서 유출 농도를 뺀 값입니다. 즉, 단위 부피당 제거량은 8g/m³ - 0.5g/m³ = 7.5g/m³입니다.
제거된 먼지 양과 여과속도로 단위 면적당 누적 시간을 계산하여 분 단위로 환산한다.
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