[대기이론] 원심력집진시설(사이클론)(1)_대기오염 방지시설

원심력집진시설

 

대기오염방지시설중 하나인 원심력 집진시설에 대해 알아보겠습니다.

현장에서는 사이클론이라는 단어를 더 많이씁니다.

 

1. 원심력집진시설 정의

• 고체 또는 액체상태의 먼지를 가스로부터 분리시키기 위해 가스를 회전시킬 때 발생되는 원심력을 이용하여 먼지를 제거함.
• 함진가스가 하향으로 나사운동을 함에 따라 입자는 둘레 부분의 벽쪽으로 이동한 다음 바닥으로 침전하며, 청정가스는 하향의 나사운동을 끝마치고 상향 나사운동을 하게 되며 출구 내경을 통하여 배출됨.

원심력 집진시설 원리

 

 

2. 원심력집진시설 특성

• 취급입자 : 3~100 um (5um이상의 입자에 대하여 98%이상의 효율을 보이나, 압력손실이 요구되어 운전비 증가 등의 제약조건이 따름)
• 압력손실 : 50-150mmH2O
• 집진효율 : 85-95%
• 입구유속 7-15m/sec

 

3. 원심력집진시설 종류

 

(1) 유입방식에 따른 분류

종류	정의
접선유입식	가스가 장치의 측면에서 접선방향으로 유입되어 회전운동을 통해 입자를 분리. 일반적으로 '사이클론'이라 불리며 산업현장에서 널리 사용됨
축류식	가스가 장치의 축 방향으로 직접 유입되어 직선 흐름을 유지하며 입자를 분리

 

접선유입식(좌) 축류식(우)

 

 

(2) 유동 특성에 따른 분류(보통 접선유입식을 나눌 때 사용)

종류	정의
층류사이클론 (Laminar flow cyclone)	가스의 흐름이 층류상태를 유지하여 입자를 분리하는 방식
난류사이클론 (Turbulent flow cyclone)	가스의 흐름이 난류 상태로 혼합되어 입자를 분리하는 방식, 내부에 장애물이나 특정 형상을 추가하여 유동에 혼란을 주어 난류를 유도

• 층류와 난류 사이클론의 선택은 처리하려는 가스의 특성, 입자의 크기, 분리 효율 요구사항 등에 따라 결정됨.
• 층류 사이클론은 안정적인 유동을 통해 예측 가능한 분리를 제공하며, 난류 사이클론은 혼합을 증가시켜 분리 효율을 높일 수 있음

 

(3) 구조에 따른 분류(보통 축류식을 나눌때 사용):

종류	정의
직진형	가스가 유입된 방향으로 직선적으로 흐르며 입자를 분리하는 구조
반전형	가스가 유입된 후 흐름 방향을 반대로 전환하여 입자를 분리하는 구조

축류사이클론 반전형, 직진형

 

 

3.1 축류식 사이클론의 특징

• 처리가스를 축방향으로 유입하는 것으로, 반전형(내통을 통해 나오는 것)과 직진형(내통이 없는것) 이 있음
• 입구가스 속도는 12m/sec전후
• 반전형과 직진형 중 반전형이 많이 사용된다

  	직진형	반전형
  특징	압력손실 : 40-50mmH2O로 작은 편 설치면적이 작음 장치내부의 압력이 일정하지 않아 집진율이 낮음 관내에 분진이 퇴적됨	압력손실 : 80-100mmH20이며 접선유입식과 큰 차이가 없음  입구유속 : 10m/sec전후 Blow down이 필요없으며 함진가스 입구의 안내익(aeroaynamic vane)에 따라 집진효율이 달라짐 가스의 균일한 분배가 용이함 접선유입식에 비해 동일한 압력손실로 약3배의 함진가스 처리 가능. 처리용량이 큰 멀티사이클론에 주로 사용됨.

3.2 접선유입식 사이클론

• 집진효율의 변화가 비교적 작음
• 유입가스 속도 :  7-15m/sec
• 종류 : 입구모양에 따라 나선형과 와류형으로 분류
• 압력손실 : 100mmH2O전후
• 단일유닛으로 구성되며 대용량 가스를 처리하기 위해서는 여러개를 병렬로 설치해야 함.
• 구조가 단순하며 제작과 유지보수 용이

 

3.3 멀티사이클론(Multicyclone)의 특징

• 유입가스 속도 : 8-13m/sec정도
• 포집입자 : 3-100um
• 집진율은 70-95%정도로 접착성이 있는 먼지 등으로 인하여 막히기 쉬움
• 대부분 축류식 반전형
• 대단위 사이클론의 내경이 작을수록 작은 입자가 포집되고 blowdown방식은 쓰지 않음
• 멀티사이클론은 처리가스량이 많고 높은 집진율을 필요로 하는 경우에 사용
• 멀티사이클론은 작은 몸통경의 사이클론 여러개를 병렬로 연결하여 사용
• '단위사이클론 한개의 압력손실 = 전체의 압력손실' 이므로, 작은압력손실로 많은 용량 처리가능, 처리가스를 균일한 압력분포로 단위 사이클론으로 공급

멀티사이클론

 

 

 

4. 원심력 집진장치의 특징

장점	단점
- 비중이 크고 굵은 분진처리 용이 - 높은 집진율이 요구되지 않을 때 농도가 높은 분진처리에 적합 - 과부하 운전에 잘 견딤 - 간단한 구조로 낮은 설치 및 유지보수 비용 - 고온,고에서 운전이 가능	- 미세입자에 대한 집진효율이 낮음 - 압력손실이 비교적 높아 동력소비량이 큼 - 먼지부하 유량변동에 민감 - 접착성, 마모성, 조해성, 부식성 가스에 부적합 → 상기 사유로 최근에는 전기 및 여과집진장치 등의 전처리장치로 사용

 

(1) 고농도는 병렬로 연결, 응집성이 강한 먼지는 직렬로 연결(단수3단 한계)하여 주로 사용

     (응집성이 강한 먼지 -> 건식에서 처리 어려운 물질, 습식 처리 필요함

      원심력 집징장치는 건식이므로 처리가 어려움. 빨리 바깥으로 배출하기 위해 직렬로 연결)

(2) 일반적으로 축류식 집진형, 접선유입식, 소구경 multiclone에서 blow down효과를 얻을 수 있음

     *blowdown : 처리가스량의 5~10%를 return해서 효율을 증가시키는 방법

(3) 함진가스의 온도가 높아지면 집진효율은 저하되나 그 영향은 크지 않음

(4) 가동부(moving part)가 없는 것이 기계적 특징임

(5) 원심력과 중력이 동시에 작용하며 중력은 보다 큰 입자의 먼지에 작용

(6) 유입속도 변화 없이 입구면적이 증가하면 압력손실은 증가하고 효율은 감소

(7) 원통하부 깊숙히 와류가 침강해야 효율 우수

멀티사이클론 직렬연결 및 병렬연결

 

 

 

 

출처 : 대기오염방지시설 설계실무편람, 유튜브, 싸이클론 집징장치 연구동향, 국립환경인재개발원