집진시설의 종류

1. 중력식 집진장치 

ㅇ 분진의 자연침강을 이용하여 분리시키는 방법으로 입자가 비교적 큰 것에 대하여 제거효과가 있고 제거효율이 낮아 연속식 소각로에서는 사용하지 않음 

    배출가스를 용적이 큰 침강실에 끌어 들여 그 내부의 가스유속을 0.5 - 1 m/sec정도로 해주면 분진이 중력작용에 의해 침강한다는 원리를 이용하여 분진을 가스와 분리시키는 방식이다. 50 - 100 μm 이상의 분진에 대해서 40 - 60% 정도의 집진효과를 기대할 수 있다.

2. 관성력 집진장치 

ㅇ 폐가스의 흐름방향을 급격하게 바꾸어 줌으로써 분진의 Impact(충돌)에 의하여 분리시키는 방법으로서 입자가 비교적 큰 것에만 효과가 있고 제거효율이 낮다. 

    분진을 함유한 배출가스를 5 - 10 m/sec의 속도로 흐르게 하면서 장애물들을 이용하여 흐름방향을 급격히 바꾸어 주면 분진이 갖고 있는 관성력으로 인해 분진이 직진하여 장애물에 부딪치는 원리를 이용하여 분진을 가스와 분리하는 방식이다. 10 -100 μm 이상의 분진을 50 - 70%까지 집진할 수 있다. 소각로에서는 특히 전처리 집진장치(Pre-Duster)로서 연도중에 많이 사용한다.

3. 원심력 집진장치 

ㅇ 폐가스에 선회력을 가하여 분진을 제거하는 방식으로 Cyclone이 대표적 

ㅇ Cyclone을 병렬로 여러개 조합하여 설치한 Multicyclone은 종래에 Batch식이나 준 연속식 소각로에 전기 집진기와 병용하여 사용하였으나 신규 소각로에는 사용하지 않음 

    원심력을 이용하여 분진을 함유한 가스에 중력보다 훨씬 큰 가속도를 주게 되면, 분진과 가스와의 분리속도가 무게에 의한 침강과 비교해서 커지게 되는 원리를 이용하는 집진장치이다. 이 장치는 사이클론으로 실용화되었으나 압력손실이 50 - 150mmAq 정도로 비교적 크다는 단점이 있다. 폐기물 소각처리 시설에 직경 300 - 400mm 정도의 소형 사이클론을 여러 개 묶은 멀티 사이클론을 이용할 경우 85 - 95%의 집진효율을 기대하여 분진량을 0.6 - 0.7 g/Nm3 정도로 집진할 수 있다. 

4. 세정식 집진장치 

ㅇ 분진을 함유한 가스를 액적 또는 액막에 접촉시켜 제거하는 방식으로 스크러버가 대표적 

ㅇ 대부분의 경우 세정액으로 물을 사용하거나 특별한 경우 용액이 사용 

ㅇ 분진과 함께 유해가스도 동시 처리가능 

    세정식 집진장치는 종류가 많고 그 성능 또한 다양하지만 종류와 형식에 관계없이 배출가스와 액체와의 접촉을 좋게 하는 것이 집진효율을 높이는 관건이 된다.  세정식 집진장치는 구조가 비교적 간단하고 조작이 용이하나 배출수 처리시설을 함께 설치해야 하기 때문에 운전비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한 부식문제가  건식과 비교해서 크고 친수성이 없는 분진제거에는 적당하지 않다는 결점이 있어 소각처리 시설에 사용하고자 할 경우 신중한 검토가 필요하다.

5. 여과식 집진장치 

ㅇ Fabric filter에 가스를 통과시켜 분진을 분리하는 방법으로서 Bag filter가 대표적 

ㅇ 과거에는 배기가스 중의 HCl 및 SOx에 의한 부식과 배출가스 온도(250～350℃)로 인한 여포의 수명 문제로 쓰레기 소각로에 사용하지 않았으나 최근 Dioxin 처리에 효과가 있는 것으로 판명되어 Bag filter의 사용이 가속화 

ㅇ 역압식과 Pulse jet 식이 대부분 

    여과식 집진장치는 백 필터(Bag Filter)로 널리 알려져 있으며 전기집진기와 병렬로 설치하면 집진효율이 높아 일반적인 설비의 집진에는 가장 많이 이용되고 있다. 테프론이나 유리섬유를 사용한 여과포로 분진을 함유한 배출가스를 여과하면 미세한 입자까지 집진할 수 있고 건식처리이므로 배출수 처리시설이 필요없게 된다.   압력손실은 100 - 200 mmAq로 비교적 크기 때문에 운전비가 많이 들고 함수율이 높은 가스와 고온가스(200℃ 이상)에는 부적합하다는 단점이 있다. 따라서 폐기물 소각처리 시설의 배출가스 처리에는 사용하지 않는 것이 일반적이다. 

6. 전기 집진장치 

ㅇ 분진을 Corona 방전에 의하여 하전시키고 Coulomb힘을 이용하여 집진 

ㅇ 현재까지 가장 많이 사용하고 있은 집진장치로서 집진효율도 대단히 높아 분진 배출량은 0.1～0.03g/N㎥이며 최근에는 0.02g/N㎥이하까지도 성능이 향상 

ㅇ 전기집진기를 통과할 때 Dioxin이 생성되는 것으로 조사됨 

    전기집진기는 산업계에서 널리 이용되고 있는데 운전비도 적게 들고 압력손실도 20 mmAq 이하로서 집진효율도 우수하다. 온도 또한 350℃ 정도까지 견딜 수 있어 적용범위가 넓다. 습식과 건식의 2종류가 있으며 어떤 종류의 분진도 코로나 방전에 의해 하전시켜 집진극에서 쿨롱력을 이용하여 집진할 수 있다. 폐기물 소각처리 시설에는 일반적으로 건식집진기가 많이 이용되고 있으며 분진의 특성, 소각시설의 성격 등을 고려하여 볼 때 어떠한 배출허용 기준치에도 적용할 수 있는 가장 적합한 집진기라 할 수 있다.

 

 (1) 분진의 특성과 집진시설의 선정

    폐기물 소각처리 시설의 분진제거 시설을 선정할 때에는 배출허용 기준치를 만족시켜야 함은 물론 평시의 보수관리, 운전비, 안전성 등 여러가지 요소를 고려해야 한다. 폐기물 소각처리 시설에서 발생하는 분진의 특징을 살펴보면 다음과 같이 요약할 수 있다.

      ① 흡수성이 크고 냉각되면 고착하기 쉽다.

      ② 부피에 비해 비중이 작고 가볍다

      ③ 입자가 큰 분진은 가스 냉각장치 등의 비교적 가스 통과속도가 느린 부분에서 침강하기

           때문에 분진의 평균입경이 작다.

      ④ 염화수소나 황산화물을 포함하기 때문에 설비의 부식을 방지하기 위해 일반적으로 가스

           냉각장치 출구에서 250℃ 정도의 온도가 되어야 한다

 

    이와같은 집진조건을 전체적으로 충족하고 기준치를 만족시킬 수 있는 집진기는 멀티 사이클론과 전기집진기의 2종류로 한정된다. 멀티 사이클론은 0.6 - 0.7 g/Nm3정도로 집진하는 것이 한계이고 그 이하로 분진농도를 낮추기 위해서는 전기집진기를 사용해야 한다. 전기집진기의 성능은 매우 높아 분진농도를 0.03 g/Nm3 이하로 낮게 유지하는 것이 가능하여 어떠한 엄격한 규제치에도 만족시킬 수 있다.

 

    멀티 사이클론과 전기집진기를 동시에 설치하는 경우 직렬로 늘어 놓은 형식이 많으며 멀티 사이클론을 앞에 설치하는 경우에는 전기집진기 용량을 줄일 수 있다.  반대로 전기집진기 뒤에 멀티 사이클론을 설치하는 경우도 있으나 이때에는 전기집진기 내부에서 분진을 떨어뜨릴 때 다시 비산한 분진이 연도로 나가는 것을 집진하기 위한 목적이다. 이 경우 멀티 사이클론에 흘러오는 분진이 하전되어 있기 때문에 부착성이 좋아 정기적인 청소가 필요한 반면 전기집진기는 보수 및 청소의 필요성이 줄어 들게 된다. 0.2 g/Nm3 이하의 규제치를 만족시키지 못하는 경우 멀티 사이클론과 전기집진기를 동시에 설치할 것인가 아니면 전기집진기만 설치할 것인지 등에 대해서는 여러가지 의견이 있으나 운전비, 설치면적, 유지보수라는 측면에서는 단독으로 하는 것이 유리하고 건설비도 절약할 수 있다.

 

(2) 유해가스 처리시설

  소각로 배출가스 중의 유해가스인 염화수소(HCl), 질산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등을 규제치

  이하로 제거하기 위해 여러가지 종류의 방지시설이 사용되고 있는데, 이들을 분류하면 다음과

  같이 크게 물리적 흡수방식과 화학적 흡수방식으로 나눌 수 있다.

   ▶ 물리적 흡수

       습   식(물에 의한 흡수)

       건   식(활성탄 흡착)

   ▶ 화학적 흡수

       건   식(석회분 분산, 암모니아 가스 주입)

       반건식(소석회 분산)

       습   식(알칼리 용액세정)

 

  ① 간이 세정방식

    간이 세정방식은 구조가 간단하고 압력손실이 적어서 설치비, 운전비 모두가 적어 경제적이나 제거효율은 50% 전후밖에 기대할 수 없다. 그러나 현재의 쓰레기소각 시설에서 발생하는 유해가스의 농도를 생각하면 이 장치에 의해 기준치 이하로 낮추는 것이 가능하다. 흡수액은 가성소다(NaOH)를 주로 사용한다. 

  ② 완전 세정방식

    이 세정장치에는 여러가지 형식이 있으나 공통적으로 가성소다와 냉각수를 분사하여 가스를 냉각시킴과 동시에 유해한 가스와 흡수액의 접촉이 잘 이루어지도록 하고 있다.

    기체와 액체가 접촉하는 방식에 따라 트레이(Tray)식, 벤츄리(Venturi)식, 충전탑 방식 등의 각종 형식이있으며, 유해가스의 제거율은 90% 이상을 기대할 수 있고 소각시설의 부하변동에 대한 대처가 용이하다.

    습식 세정방식에서는 유해가스뿐만 아니라 분진도 30 - 50% 정도 제거된다. 따라서 세정액 중에 유해가스 처리 부산물인 각종 염류 외에도 중금속류가 혼입되기 때문에 세정액의 폐수처리가 필요하다. 

  ③ 건식 세정방식 

    완전한 건식 유해가스 처리장치로는 가스 중의 황산화물을 제거하기 위한 활성탄흡착법 및 암모니아 가스 취입법 등이 있다. 그러나 쓰레기 소각설비에 있어 큰 문제가 되는 염화수소를 완전히 건식으로 처리하는 경우는 거의 없다.

  ④ 반건식 세정방식

    반건식 유해가스 제거장치의 장점은 유해가스 흡수제로 슬러리상의 소석회 등의 용액을 사용하여 유해가스와의 화학반응을 일으킨 부산물을 분체로서 회수하는 것이다.

    예를 들면 작은 세라믹볼을 매체로 사용하여 유해가스를 볼표면에서 화학반응에 의해 흡수하고 부산물은 가스의 온도에 의해 건조하여 분체로서 회수하는 것이다. 볼은 장치 내를 순환하며 반복사용하므로 물의 사용량이 적은 것이 특징이다.  그러나 부산물이 배출가스로도 비산하기 때문에 분진량은 이 장치를 설치하지 않을  경우보다도 증가한다.