집진기 유형, 원리 및 용도

전 세계적으로 지속 가능성에 대한 관심이 높아지면서 환경 보호는 특히 심각한 오염과 관련된 산업에서 가장 중요한 관심사가 되었습니다. 최근 몇 년 동안 엄격한 환경 규제로 인해 이러한 기준을 충족하지 못한 수많은 공장이 폐쇄되면서 효과적인 오염 제어 조치의 중요성이 강조되고 있습니다.

이러한 추세에 비추어 산업 대기 오염 제어의 핵심 기술인 집진기의 기본 작동 원리에 대해 알아보고자 합니다. 이러한 시스템은 제조 시설 내 공기질을 유지하고 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다. 엔지니어와 시설 관리자는 이러한 원리를 이해함으로써 집진 시스템의 구현과 최적화에 대해 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.

또한 다음 기사에서는 산업 환경에서 다양한 집진 시스템을 관리할 때 프로그래밍 가능 로직 컨트롤러(PLC)를 적용하는 실제 사례 연구를 살펴볼 것입니다. 이러한 실제 사례를 통해 첨단 제어 시스템이 집진 공정의 효율성과 효과를 향상시켜 잠재적으로 환경 성능과 규정 준수를 개선할 수 있는 방법을 설명할 것입니다.

업계 전문가, 환경 엔지니어, 공장 운영 관련 종사자 여러분은 이 귀중한 정보를 계속 지켜봐 주시기 바랍니다. 제공되는 인사이트는 생산적이고 지속 가능한 제조 관행을 유지하면서 환경 규제의 복잡한 환경을 탐색하는 데 도움이 될 것입니다.

집진기의 분류 및 먼지 제거 프로세스

1. 집진기 분류

집진기는 작동 원리, 설치 구성, 먼지 제거 공정에서 액체의 유무 등 다양한 기준에 따라 분류할 수 있습니다.

1. 액션 메커니즘별 분류:
   a) 기계식 집진기:
   • 중력 집진기: 파티클의 중력 침강을 활용합니다.
   • 관성력 집진기: 기류 방향의 급격한 변화를 이용합니다.
   • 원심력 집진기: 회전력을 사용하여 입자를 분리합니다.
     b) 정전기 집진기(ESP): 정전기를 사용하여 입자를 포집합니다.
     c) 패브릭 필터 집진기: 필터 미디어를 사용하여 미립자를 가두세요.
     d) 습식 스크러버: 액체를 사용하여 먼지 입자를 포집하고 제거합니다.
2. 설치 구성에 따른 분류:
   a) 수직 집진기: 수직 방향의 직립형, 제한된 바닥 공간에서 자주 사용됩니다.
   b) 수평 집진기: 측면으로 구성되며 높이 제한이 있는 설치에 적합합니다.
3. 먼지 제거 매체별 분류:
   a) 건식 집진기: 액체의 개입 없이 작동합니다.
   예시: 예: 사이클론, 백하우스, 정전기 집진기.
   b) 습식 집진기: 먼지 제거 과정에서 액체를 활용합니다.
   예시: 예: 벤츄리 스크러버, 스프레이 타워, 습식 동적 분리기.

각 집진기 유형은 입자 크기 분포, 가스 흐름 특성, 집진 효율 요구 사항 및 작동 조건과 같은 요인에 따라 특정 이점을 제공하며 선택됩니다. 집진기의 선택은 산업 공정에서 대기 오염 제어 시스템의 전반적인 성능과 효율성에 큰 영향을 미칩니다.

2. 집진기의 주요 구성 요소

집진기 시스템은 여러 주요 구성 요소로 이루어져 있으며, 각 구성 요소는 산업 공기 흐름에서 입자상 물질을 효율적으로 제거하는 데 중요한 역할을 합니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다:

1. 흡입 덕트: 오염된 공기를 시스템으로 유입하는 특수 설계된 입구입니다. 이 흡입구는 최적의 공기 속도를 유지하고 난류를 최소화하여 효율적인 입자 분리를 보장하도록 설계되었습니다.
2. 분리 챔버: 먼지 제거 공간 또는 먼지 제거실이라고도 하며, 고체 가스 분리가 이루어지는 핵심 구성 요소입니다. 집진기의 유형에 따라 이 챔버는 원심력, 직물 여과 또는 정전기 침전 등 다양한 메커니즘을 활용하여 공기 흐름에서 먼지 입자를 분리할 수 있습니다.
3. 수집 호퍼: 분리 챔버의 하단에 위치한 이 부품은 분리된 먼지 입자를 모아 임시로 보관합니다. 일반적으로 먼지를 쉽게 배출할 수 있도록 원뿔 모양으로 설계됩니다.
4. 먼지 배출구: 집진 호퍼에 쌓인 먼지를 제거하는 배출 메커니즘입니다. 먼지 특성 및 시스템 요구 사항에 따라 회전식 밸브, 스크류 컨베이어 또는 공압식 이송 시스템이 포함될 수 있습니다.
5. 청정 공기 플레넘: 먼지 제거 후 여과된 공기를 모으는 챔버입니다. 이 공간은 공기 흐름을 고르게 분배하고 시스템 압력 균형을 유지하는 데 도움이 됩니다.
6. 깨끗한 공기 배출구: 필터링된 공기가 배출되는 지점으로, 일반적으로 시스템에 필요한 공기 흐름을 유지하기 위해 팬 또는 송풍기가 장착되어 있습니다. 이 배출구는 용도에 따라 재순환을 위해 덕트에 연결하거나 대기로 배출할 수 있습니다.
7. 필터 미디어: 패브릭 필터 시스템에서 이 구성 요소는 미세 입자를 포집하는 데 매우 중요합니다. 필터 백, 카트리지 또는 특정 먼지 특성 및 작동 조건에 적합한 다양한 재료로 만들어진 봉투 필터로 구성될 수 있습니다.
8. 청소 메커니즘: 필터 미디어를 주기적으로 청소하여 과도한 압력 강하를 방지하고 집진 효율을 유지하는 시스템입니다. 여기에는 집진기 설계에 따라 펄스 제트 청소, 역방향 공기 청소 또는 기계적 흔들기 등이 포함될 수 있습니다.

3. 먼지 제거 과정

(1) 캡처 분리 프로세스

캡처 및 전환 단계: 먼지 농도

이 초기 단계에서는 처음에 운반 매질에 분산되거나 부유된 먼지 입자가 집진기의 먼지 제거 챔버로 들어갑니다. 외부의 힘이 이 입자에 작용하여 분리 인터페이스로 향하게 합니다. 먼지가 이동함에 따라 농도가 점진적으로 증가하여 효율적인 고체 가스 분리를 위한 준비가 완료됩니다.

분리 단계:

고농도 먼지 흐름이 분리 인터페이스에 도달하면 두 가지 주요 메커니즘이 작동합니다:

첫째, 운반 매체의 먼지 운반 능력이 한계에 가까워집니다. 먼지 현탁과 침전 사이의 균형이 주로 침전 쪽으로 이동하여 중력 침강을 통해 운반 매체에서 먼지를 쉽게 분리할 수 있습니다.

둘째, 고농도 먼지 흐름 내에서 입자 거동은 확산에서 응집으로 전환됩니다. 입자는 서로 뭉치거나 매체 인터페이스에 달라붙어 흡착되는 경향이 있어 분리 효율이 더욱 향상됩니다.

(2) 먼지 추출 프로세스

분리 후 농축된 먼지 입자는 지정된 먼지 배출구를 통해 수거 또는 추가 처리를 위해 배출됩니다.

(3) 배기 프로세스

이제 미세먼지가 거의 없는 정화된 공기 흐름이 배기구를 통해 배출되어 먼지 제거 사이클이 완료됩니다.

일반적인 집진기와 그 원리

1. 백 필터

백 필터는 여과 원리에 기반한 먼지 제거 장비의 일종입니다. 유기 또는 무기 섬유 필터 천을 사용하여 가스 속 먼지를 걸러냅니다.

펄스 제트 집진 백 필터의 구조는 상부 박스, 중간 박스, 하단 박스 및 제어 밸브로 구성됩니다. 먼지 함유 가스는 백형 집진기의 중간 박스에서 공기 흡입구를 통해 백 외부에서 천 백으로 들어갑니다.

먼지는 필터 백 외부 표면에서 차단되고 정화 된 공기는 백으로 들어간 다음 천 백의 상부에서 상부 상자로 들어가 최종적으로 배기관을 통해 배출됩니다.

여과 중에 필터 백이 빨려 들어가거나 수축되는 것을 방지하기 위해 필터 백에 지지 프레임이 설치되어 있습니다. 펄스 밸브는 펄스를 제어하여 고속 및 고압의 공기 흐름을 필터 백으로 배출하여 필터 백이 급격하게 팽창 및 수축하여 충격과 진동을 발생시킵니다.

백 외부에 부착된 먼지의 일부는 중력에 의해 하부 애쉬 백으로 떨어지고, 일부는 내부에서 외부로 순간적인 공기 흐름에 의해 날려져 애쉬 호퍼로 들어갑니다. 마지막으로 먼지 배출 밸브를 통해 배출됩니다.

이 유형의 집진기는 공기를 멈추지 않고 재를 청소할 수 있습니다.

주로 산업 폐가스에서 입자상 물질과 미세먼지를 분리하는 데 사용되며 야금, 광업, 시멘트, 화력발전소, 건축 자재, 주조, 화학 산업, 담배, 아스팔트 믹서, 곡물, 기계 가공, 보일러 먼지 제거 등의 산업에서 널리 사용되고 있습니다.

2. 정전기 집진기

전기 집진기 공기 청정기의 작동 원리는 고전압 직류 전기장을 사용하여 공기 중의 가스 분자를 이온화하여 전기장 힘의 작용으로 두 극으로 이동하는 많은 수의 전자와 이온을 생성하는 것입니다.

이렇게 하전된 입자가 이동하면서 공기 흐름에서 먼지 입자와 박테리아를 만나 전하를 띠게 됩니다. 하전된 입자는 전기장의 힘에 의해 반대 전하를 띠는 극판으로 이동합니다. 전기장의 작용에 따라 공기 중의 자유 이온도 두 극으로 이동합니다.

전압과 전기장 강도가 높을수록 이온의 이동 속도가 빨라집니다.

정전기 집진기의 장점:

높은 분리 효율로 입자를 효과적으로 제거할 수 있습니다;

처리된 가스의 양이 많고 저항이 낮습니다;

고온 및 부식성 가스에 적합 ③ 고온 및 부식성 가스에 적합합니다;

낮은 운영 비용.

단점:

높은 투자 비용, 거대한 장비, 넓은 바닥 면적;

장비 제조, 설치 및 유지보수에 대한 높은 요구 사항;

먼지의 특성에 민감합니다.

1) 정전기 집진기의 기본 유형

전기 집진기는 집진기 본체와 전원 공급 장치로 구성됩니다.

집진기 본체는 방전 전극, 집진 전극, 공기 흐름 분배 장치, 재 청소 장치, 단열 장치, 쉘 및 기타 부품을 포함합니다.

단일 구역(스테이지) 전기 집진기

단일 구역 집진기에서는 입자의 충전 및 집진 공정이 동일한 영역에서 수행되므로 코로나 전극과 집진기가 동일한 영역에 있습니다.

더블존(스테이지) 전기 집진기 ② 더블존(스테이지) 전기 집진기

이중 구역 전기 집진기에서는 입자 충전 및 침전 집진이 두 개의 별도 영역에서 수행됩니다.

첫 번째 영역에는 먼지 입자를 충전하기 위해 전극 그룹이 설치되고 두 번째 영역에는 먼지 입자를 침전 및 수집하기 위해 다른 전극 그룹이 설치됩니다.

주로 에어컨 시스템에 사용됩니다.

3. 기계식 집진기

기계식 집진기는 중력, 관성력, 원심력 등 기계적 힘을 사용하여 먼지 입자를 기체에서 분리하는 장치입니다.

이 유형의 집진기에는 주로 중력 집진기, 관성 집진기, 사이클론 집진기가 포함됩니다.

기계식 먼지 제거 장치는 구조가 간단하고 비용이 저렴하며 사용 및 유지 보수가 편리하며 입자 농도가 높고 가스 부피가 큰 가스를 처리 할 수 있다는 특징이 있습니다. 또한 고온 연도 가스 처리에도 적응할 수 있습니다.

그러나 일반적으로 다단계 먼지 제거 또는 높은 먼지 제거 효율이 필요하지 않은 용도에 사용됩니다.

1. 중력 먼지 제거 챔버

중력 침전실이라고도 합니다.

먼지 입자와 기체 사이의 밀도 차이를 이용해 중력의 작용에 의해 먼지 입자가 공기 흐름에서 자연스럽게 가라앉고 분리되도록 하는 먼지 제거 장비입니다.

가장 간단한 유형의 먼지 제거 장비입니다.

2. 관성 집진기

주요 기능:

이 장치는 구조가 간단하고 저항이 낮습니다.

중력 침전 챔버에 비해 먼지 제거 효율은 높지만 여전히 저효율 집진기의 범주에 속합니다. 일반적으로 1차 먼지 제거 또는 고효율 집진기의 전단계 먼지 제거에 사용됩니다.

이 장비는 입자 크기가 10~20µm 이상인 금속 또는 광물성 먼지를 포집하는 데 적합합니다. 그러나 응집성 및 섬유질 먼지는 막히기 쉬우므로 적합하지 않습니다.

4. 습식 집진기

먼지의 폭발적인 특성으로 인해 먼지의 잠재적 위험성에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

그 결과 습식 집진기의 사용도 더욱 보편화되었습니다.

모든 습식 집진기의 기본 원리는 물방울과 상대적으로 작은 먼지 입자의 접촉과 결합을 촉진하여 포집하기 쉬운 더 큰 입자를 생성하는 것입니다.

이 과정에서 먼지 입자는 더 큰 물방울과 먼지 입자의 결합, 질량 또는 밀도를 높이기 위한 물의 흡수, 집진기의 낮은 온도에서 응축 가능한 입자의 형성 및 성장 등 다양한 방법을 사용하여 크기가 커집니다.

습식 집진기는 구조에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

1. 중력 스프레이 습식 먼지 제거제

중력식 스프레이 스크러버는 구조가 간단하고 저항이 적으며 작동이 쉬운 것으로 알려져 있습니다. 하지만 물 소비량이 많고 장비와 면적이 넓으며 먼지 제거 효율이 낮다는 단점이 있습니다.

스프레이 스크러버와 같은 중력식 습식 집진기가 이 범주에 속합니다.

스프레이형 세척 집진기

2. 사이클론 습식 집진기

사이클론 스크러버는 5μm보다 큰 먼지 입자를 제거하는 데 적합합니다. 서브 미크론 먼지의 정화를 위해 벤츄리 스크러버 뒤에 직렬로 연결하여 응축된 물방울의 탈수기 역할을 하는 경우가 많습니다. 사이클론은 특정 기체 오염 물질을 흡수하는 데에도 사용할 수 있습니다.

수직 사이클론 수막 집진기

3. 자체 여기 습식 집진기

자체 여기 집진기는 컴팩트한 구조, 작은 설치 공간, 시공 및 설치 용이성, 우수한 부하 적응성, 낮은 물 소비량 등의 장점이 있습니다.

하지만 상대적으로 가격이 비싸고 압력 손실이 클 수 있습니다.

자체 여기 습식 집진기

4. 포장형 습식 집진기

포장된 타워 및 난류 볼 타워와 같은 포장된 습식 집진기.

포장된 타워

난기류 볼 타워

5. 폼 습식 먼지 제거제

거품 집진기 및 사이클론 집진기와 같은 거품 습식 먼지 제거기.

거품 세척 먼지 제거제

6. 벤츄리 습식 집진기

벤츄리 스크러버는 미세먼지에 대한 높은 먼지 제거 효율과 고온 가스를 냉각하는 기능으로 유명합니다.

따라서 제철 용광로 및 제강 전기로에서 발생하는 고온 연도 가스의 냉각 및 먼지 제거에 자주 사용됩니다. 또한 비철 제련 및 화학 생산에서 다양한 용광로 연도 가스를 정화하는 데에도 사용됩니다.

벤츄리 스크러버는 간단한 구조, 작은 크기, 유연한 레이아웃, 낮은 투자 비용의 장점을 가지고 있지만 압력 손실이 클 수 있습니다.

벤츄리 스크러버