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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.18 No.2 pp.112-120
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2019.18.2.112

A study on the efficiency of pollution control using the scrubber with a spiral filter and a cyclone system for decreasing particulate matter and odor inducing compounds

Hong Gu Park1, Chung Hyeon Oh2, Duk-Hyun Kim3, Seung Joon Park4*
1Graduate School of Knowledge-Based Technology & Energy, Korea Polytechnic University
2Yu Sung Hi-tech Co.,Ltd.
3Gyeonggi College of Science and Technology
4Department of Chemical Engineering & Biotechnology, Korea Polytechnic University
Corresponding author Tel : +82-31-8041-0618 E-mail : sjpark@kpu.ac.kr
12/03/2019 04/04/2019 19/06/2019

Abstract


We developed a wet scrubber by applying cyclone flow to the gas flow and using a spiral filter structure. While the size of a new scrubber was about half that of a conventional scrubber, the device showed relatively high efficiency in pollutants removal such as particulate matter and compounds inducing odor. The new scrubber installed in a plating industry showed a higher removal efficiency of about 5% for dust, about 23% for hydrogen chloride, and about 23% for sulfur dioxide compared to the conventional scrubber. Plurality of tubes in the spiral filer housing are arranged to be vertically shifted from each other. Because the upward residual gas does not directly rise vertically, the residence time of gas between the filter plates is extended. Thus, the purification efficiency of the pollutants was enhanced in the new scrubber. In addition, the new scrubber developed in this study is more cost effective because the cost saving in manufacturing it compared with a conventional scrubber increases with increasing the size of equipment. It is expected that a scrubber with better dust collecting efficiency can be obtained by carrying out a study in connection with facilities capable of controlling acidity of washing water.



미세먼지와 악취원인 물질 감소를 위한 나선형 필터와 싸이클론 시스템이 포함된 스크러버의 오염 방지 효율에 관한 연구

박 홍구1, 오 충현2, 김 덕현3, 박 승준4*
1한국산업기술대학교 지식기반에너지대학원
2주식회사 유성하이텍
3경기과학기술대학교
4한국산업기술대학교 생명화학공학과

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    스크러버(scrubber)는 오염가스에 물과 흡수제를 분 사시켜 충진물 표면에서 오염가스와 물이 반응하여 오 염물질을 흡수하고 먼지와 같은 이물질을 제거하는 장 치이다. 스크러버는 처리 방식에 따라 번-웨트(burnwet), 번-필터(burn-filter), 건식(dry), 습식(wet) 등으로 분류될 수 있다. 이 중에 습식 스크러버는 반도체 생산 을 위한 설비 등에 마련되며, 공정 중에 발생되는 오염 가스를 처리하여 정화시킨다. 습식 스크러버는 외관을 이루는 스크러버 몸체와 정화 작용을 위하여 스크러버 몸체 내에 마련되는 물 분사 노즐(nozzle), 폴링(pall ring) 및 데미스터(demister) 등으로 구성된다(Yoo et al., 2001).

    통상의 습식 스크러버, 특히 수직형 스크러버의 경 우에 전단(또는 후단)에 블로워 유닛(blower unit)을 통 한 스크러버 몸체 내로 유입되는 오염가스의 흐름은 스크러버 몸체 내에서 상부로 향한다. 이때 물 분사 노 즐이 오염가스를 향해 물을 분사한다. 물과 오염가스가 잘 섞이게 하기 위하여 일반적으로 스크러버는 낮은 유속을 유지하는 것이 보통이다(DEA, 1999). 이러한 낮은 유속 조건에서 충진물인 폴링을 거친 오염가스는 스크러버 단면으로 고루 퍼져 상승하게 되며, 이렇게 넓게 퍼진 가스는 스크러버 단면적과 동등하거나 그 이상의 분사 면적을 확보한 수개의 노즐을 사용하여 물과의 접촉 가능성 및 접촉률을 향상시키게 된다. 이 과정에서 일부 입자상 물질들은 스크러버 몸체 내의 폴링에 수집된다. 폴링 등에 충돌하여 미세하게 산란된 액적은 유속 조건에 따라 데미스터로 향하고 그 속에 서 액체와 기체가 분리된다. 이와 같이 정화된 가스는 스크러버 몸체 내부의 기체 흐름에 따라 배기부를 통 해 배기된다. 일반적으로 습식 스크러버의 성능 향상을 위해 스크러버 전단에 별도의 설비를 하거나, 필터의 재질 또는 분사 노즐을 개선하는 연구에 치중하였다 (Seo et al., 2016). 수직형 습식 스크러버는 폴링, 데미 스터 등으로 구성되어 있지만, 실질적으로 오염가스를 정화 처리하는 효율이 다소 떨어지고, 폴링을 수시로 교체하여야 하는 등 유지 관리를 위한 노력과 비용이 많이 든다(Lim et al., 2018).

    본 연구에서는 수직형 습식 스크러버의 문제점을 해 결하기 위하여 스크러버 내부의 공기 흐름에 싸이클론 (cyclone) 흐름의 원리를 도입하였고 나선형 필터(filter) 구조를 적용하였다(Yoa and Kim, 2014; Park, 2015). 이를 통하여 폴링을 사용하지 않고 스크러버 내부에서 액적의 비산을 막고 유지관리를 편리하게 할 뿐만 아 니라 수직형 습식 스크러버와 대비하여 장치의 크기를 감소시켜 경제적으로 유리한 스크러버를 개발하였다.

    본 연구에서는 싸이클론 흐름과 나선형 필터를 사용 한 스크러버(이하 Type A로 표시)와 폴링을 사용한 수 직형 스크러버(이하 Type B로 표시)와의 성능 비교를 위해 도금 처리 업체의 산 처리 공정에 직접 장치를 설 치하여 악취 유발 물질인 염화수소(HCl), 이산화황 (SO2) 및 먼지(dust)의 3가지 물질을 대상으로 전단과 후단의 오염 물질량을 측정한 뒤 개별적인 제거효율을 비교하였다.

    2. 연구방법

    2.1 연구개요

    본 연구에서 개발한 스크러버는 Fig. 1에 나타낸 바 와 같이 유체의 회전력을 이용한 원심력 집진 장치로, 스크러버 내부의 기체 흐름에 싸이클론의 회전 원리를 도입하였다(Kim, 2010;Kim et al., 2016). 또한, 인입 된 유해가스와 세정액과의 접촉면적을 넓히기 위하여 통상 사용되는 폴링 시스템을 사용하지 않고, 세정액과 의 접촉면적을 효과적으로 넓히고 액적의 비산을 방지 하면서 유지관리를 편리하게 하기 위한 나선형 필터 구조를 적용하였다.

    본 연구에서 사용한 Type A 스크러버에서는 사이클 론 흐름에 의하여 발생하는 입자의 원심력이 분진입자 를 스크러버 벽면의 경계층 내로 이동시키게 되고 경 계층 내에 존재하는 항력 및 입자와 벽면과의 기계적 마찰에 의하여 분진입자는 관성력을 잃고 중력에 의하 여 제거되게 된다(Kang, 2013).

    스크러버에서 사용되는 분사 노즐의 분사 형식에 따 른 평균 분사면적에 관한 수치해석 연구에 따르면 수 직형 분사만을 사용하는 경우에 비하여 수평분사 방식 을 병행하는 경우 분사효율이 크게 상승하는 결과가 얻어졌다(Ko et al., 2007). 본 연구에서는 이 결과를 기반으로 사이클론 스크러버에 수직분사 시스템과 수 평분사 시스템을 동시에 적용하여 기체와 액체의 최대 접촉면적을 확보하고자 하였다.

    본 연구에서 사용한 나선형 필터는 Fig. 1에 나타난 바와 같이 필터 하우징(filter housing) 내부에 여러 개 의 튜브(tube)가 존재하고, 상하로 이웃하게 배치되는 튜브들끼리 어긋나게 배치되어 있다. 이를 통하여 상향 잔류가스가 곧바로 수직 상승하지 않고 필터 플레이트 (filter plate) 사이에 체류하는 시간을 연장시켜 오염물 질의 정화 효율을 높이는데 더욱 유리하게 작용할 수 있다(Yoa, 2014).

    Type A 스크러버 제작 시 기체 흐름에 의한 액적의 비산과 오염 제거 메커니즘(mechanism)의 오차를 줄이 기 위하여 실제 장치 제작 전에 전산유체역학 시뮬레 이션(simulation)을 통하여 액적의 비산 방지를 위한 기 체 유량 검토를 진행하였다(Yu, 2001;Yoa and Kim, 2014). 비교에 사용한 Type B 스크러버는 통상 산업현 장에 사용되고 있는 것으로, 대기오염방지시설 설계실 무편람의 기준에 따라 제작되었다(Noh, 2001).

    Type A 스크러버와 Type B 스크러버의 성능 및 효 율은 염화수소(Gu, 2017), 이산화황(Park, 2001), 먼지 (Hwang, 2010)의 3가지 요소를 대상으로 비교하였다. 실험은 실제 방지시설이 사용될 산업현장과 가장 유사 한 환경을 고려하여, 염소가스와 황산가스를 이용하여 제품을 생산하고 오염물질에 대한 방지시설을 갖춘 도 금 관련 업체를 선정하였다. Type A 스크러버 설비와 Type B 스크러버 설비를 현장에 설치하고 함진 가스를 직접 포집하여 오염물질 제거 효율을 비교 분석하였다.

    2.2 실험 재료 및 장치

    본 연구의 스크러버의 오염물질 제거 성능 실험은 도금 관련 기업의 산 처리 공정에서 발생하는 악취유 발 물질인 염화수소와 이산화황 및 미세먼지 등을 포 함하는 기체를 대상으로 진행하였다. 수용성 기체의 효 율적인 용해를 위하여 분사면적에 관한 설계치를 확정 하고, 물을 분사하였다(Park et al., 2004). 7회 측정한 각각의 실험 간 독립성을 확보하기 위하여 세정액은 매 실험 시 교환하였으며, 평균 pH는 5~7 정도의 범위 로 통일하였다.

    집진효율은 중량법을 기준으로 하였다. 가스 제거효 율에 따른 산성도 변화를 검토하기 위하여 pH meter를 사용하였다. 실험 장치를 통과하는 기류는 실험 장치의 전단에 설치되어 있는 흡입 송풍기에 의해 형성되도록 하였다. 산 처리 공정 중 발생하는 염화수소 및 이산화 황을 일정 시간 포집하여 스크러버에 투입하였다. 실험 에 사용한 분진은 산업현장에서 발생하는 미세먼지를 직접 포집하여 스크러버에 강제 송풍한 후 입자 측정기 를 사용하여 입자상 물질의 입경별 분포를 측정하였다.

    2.3 실험 설비의 배치

    Fig. 2에 현장에 설치된 Type A와 Type B 스크러버 를 비교하여 나타내었다. Type A 스크러버가 Type B 스크러버에 비하여 크기가 절반 정도에 불과함을 볼 수 있다. 실험에 사용하는 인입 가스에 대한 동일성을 유지하기 위하여 분진 및 가스를 포집하기 위한 후드 는 Fig. 3과 같이 동일한 라인을 구성하고 각각의 스크 러버를 구별하여 설치하였다. Fig. 3에 나타난 바와 같 이 Type B 스크러버의 효율을 측정할 때는 Type A 송 풍기 정지 및 댐퍼로 공기의 유입을 차단하고, Type A 스크러버 효율을 측정할 때에는 Type B 송풍기 정지 및 댐퍼를 차단하여 인입 가스에 대한 처리 데이터를 수집하였다.

    Table 1에 두 가지 스크러버의 제작 사양을 표시하 였다. 연구방법이 비교연구인 만큼 Type A와 Type B 모두 동일한 처리용량으로 선정을 하되 Type B의 경 우 기존의 스크러버 설계 방식에 맞게 대기오염방지시 설 설계실무편람(DEA, 1999)에서 스크러버 본체 내부 에서 가스상 물질의 적정처리 유속으로 알려져 있는 1m/s 이하로 설계하였다. 실제로는 가스량과 경제적인 여건에 따라 본체 설계유속을 1.3 m/s 이상으로 설정하 는 경우도 있으나 이는 Type B 스크러버의 구조상 액 체와 기체의 접촉률을 저하시킬 수 있어서 주의하여야 한다. 한편, Type A의 인입관경은 먼지의 관내 최소 이송속도인 15~20 m/s 확보가 되어야 하므로, 설계 유 속을 그 중간점인 17 m/s로 선정하고 인입관경을 250 mm로 하였다. Type B의 경우는 가스상물질의 처 리를 위한 인입 유속인 10~15 m/s를 확보하여야 하는 데 설계유속은 그 중간점인 12 m/s로 하여 관경을 300 mm로 선정하였다.

    2.4 측정기기

    본 연구에서는 입자상 물질의 측정 및 분석을 위하 여 ASTEK (Korea)사에서 제작한 AST-MC모델을 사용 하였다. 염화수소와 이산화황 측정에는 각각 ASTEK 사의 SGS-1 개량 모델과 AFRISO EURO INDEX GmbH (Germany)사의 MAXILYZER NG PLUS 모델 을 사용하였다. 범용으로 사용할 수 있는 스크러버 개 발 여부와 기타 시스템 간의 호환성 가능 여부를 판단 하기 위하여 세정수 탱크에서 채취한 순환수를 pH 센 서를 이용하여 측정 및 모니터링 하였다. 스크러버 기 체의 유입 유속과 압력손실은 각각 풍속계(Anemometer, Model 6162, Kanomax LTD, Australia), 차압계 (Differential Pressure Transmitter; midi LOGGERGL800, GRAPHTEC, Japan)를 사용하여 측정하였고, 순환수 펌프와 순환수의 유량을 육안으로 확인하고 밸 브로 조절할 수 있는 AUTOFLOW (Korea)사의 면적 식 유리관 유량계(AGT-1)를 설치하여 실험에 필요한 유량을 확보하였는지를 검토하였다.

    2.5 오염물질 제거효율 분석

    본 연구에서는 스크러버 내부의 가스 유동해석을 위 하여 대표적인 난류모델인 κ-ε 모델을 활용하여 전산 유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 해석을 수행하였다. CFD 해석에서 입자상 물질과 액적의 거 동해석은 Lagrangian method를 이용하여 모사하였으 며 시간에 따른 단일 액적의 속도 변화는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    d u d d t = F d ( u g u d ) + g ( ρ d ρ g ) ρ b
    (1)

    여기서, Fd(ug - ud) 는 액적에 작용하는 항력을 의미 하며, ugud는 기상과 액적의 속도, ρgρd는 기상과 액적의 밀도, g는 중력가속도를 나타낸다. 모델링은 Dassault systems (France)의 Solidworks를 사용하여 수 행하였고, Autodesk (USA)사의 CFD 2017을 활용하여 mesh 생성 및 tracing flow를 확정하고, Ansys (USA) 사의 Fluent 2.1을 활용하여 입자 추적 모델을 해석하 였다.

    Type A 스크러버 설계에서 액적의 비산을 최소화하 는 것이 집진효율과 직결되기 때문에 다양한 유속조건 에서의 상태를 확인할 필요가 있었다. Fig. 4에 나타난 바와 같이 유동해석 결과를 보면, 인입구에서의 유속이 빠른 28 m/s의 조건에서는 나선형 필터에서의 충돌과 정을 거치지 않고 바로 외기로 오염된 액적이 배출되 는 현상이 예측되었다. 반면 인입 유속이 21 m/s인 경 우에는 액적이 스크러버 내부에 충분한 시간 체류하고 있음을 확인하였고, 이와 같은 체류시간 변화가 사이클 론 흐름을 갖는 Type A 스크러버의 오염물질 제거 효 율향상에 큰 기여를 하는 것으로 예측된다. CFD 해석 결과에 따르면 기체의 인입 속도가 21 m/s 이하인 경 우에서는 액적의 체류시간이 충분히 확보되지만, 먼지 의 관내 이송 속도가 최소 15~20 m/s는 확보가 되어야 하기 때문에 스크러버의 설계 유속을 17 m/s로 설정하 였다.

    본 연구에서 Type B 스크러버를 설계함에 있어서 50 CMM (Cubic Meter per Minute) 용량의 가스량을 처리할 수 있는 크기를 기준으로 하였다. 이보다 용량 이 커질 경우에는 설치 공간의 협소함으로 인하여 기 존 설계방식의 스크러버를 본 연구 대상 기업체에 적 용하는 데 어려움이 있고, 이보다 용량이 작을 경우에 는 배출되는 가스량이 적기 때문에 오염제거 효율을 구하는 것이 실효성이 없기 때문이다. 본 연구에서는 최소 가스량이 50 CMM 이상 60 CMM 이하 환경에서 실험을 수행하였다.

    스크러버의 특성 분석은 인입부 오염가스의 농도와 토출부 오염도 측정으로 두 설비의 효율을 직접적으로 측정하는 방법을 사용하였고, 총 7회의 측정실험에서 매회 각 설비마다 1시간씩 가동하여 측정되는 데이터 를 종합하여 합산 비교하는 것으로 진행하였다. 입자상 물질의 제거 효율 비교를 위하여 스크러버 전단과 후 단에 시료 채취를 위한 점검구를 설치하고, 측정 프로 브(probe)를 통하여 포집된 입자상 물질을 중량법을 사 용하여 분석하였다. 분석에 사용한 두 개의 스크러버 설비는 동일 용량으로 설계하되 Type A 스크러버의 싸이클론 특성을 최대한 활용할 수 있는 최적의 유속 을 확정하여, 대조용 설비와 동일 시간대 동일 가스에 대한 제거효율을 비교하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 입자상 물질 제거효율 비교

    일반적으로 입자상 물질인 분진이나 먼지의 경우 Type B 스크러버에서의 제거효율은 약 50-55% 정도가 예상되고 있다(Byeon et al., 2008). 그러나 Table 2에 나타난 바와 같이 본 연구에서 측정된 결과를 보면 4 회차의 경우 출구의 먼지농도가 입구보다 높게 나오는 결과가 나왔다. 산업현장에서의 오염가스 포집의 불안 정성은 동일한 규격 제품을 생산하더라도 화학적 반응 배출이 아닌 이상 오염가스의 농도가 일정하게 측정되 기는 어려울 수 있다. 특히 스크러버의 경우 오염가스 와 분사된 액적의 접촉효율을 높이기 위하여 본체에 유입된 오염가스는 급격하게 유속이 느려질 수밖에 없 다는 점을 고려하면 Type B의 경우 2단의 폴링에 오염 가스가 충분히 농축된 후에 시간차를 두고 분사노즐 방향으로 비산 될 수 있는 여지가 있다. 특히 Type B 는 먼지를 주로 제거하기 위한 장치가 아닌 만큼 인입 초반에 액적과 접촉하지 못한 먼지의 브라운 운동에 대한 액적의 접촉성을 확보하기 힘들 수 있다. 이러한 먼지들은 측정시 시간에 따른 오차를 발생하기도 하며, 측정량이 적을수록 오차 발생가능성은 높아질 수 있다.

    Table 2와 Fig. 5에 나타낸 7회에 걸친 측정 결과를 보면 Type B 스크러버가 먼지 제거에 있어서 일정하 지 않은 제거 효율로 24.5%의 제거효율을 보였다. 본 연구에서 오염물질의 제거 효율은 식(2)와 같이 계산하 였다.

    η t = ( 1 m o m i ) × 100 ( % )
    (2)

    ηt: 제거효율, mi: 입구농도, mo: 출구농도

    Type A 스크러버는 비교적 일정한 수치로 제거효율 을 보였고, 평균적으로 29.2% 제거 효율을 보였다. Type A 스크러버가 Type B 스크러버에 비하여 절반 정도의 크기를 갖고 있음에도 제거 효율면에서 동등 이상의 결과를 확인할 수 있었다. Type A의 경우 먼지 에 대한 처리를 향상시키기 위하여 유입된 오염가스에 대하여 싸이클론 하강기류를 통한 먼지 제거를 시도하 였다. 이런 하강기류는 본체 전체에 반영되며, 먼지 외 에 1차 수평분사를 통하여 1차 처리된 악취가스에도 동등하게 적용될 수 있다. 이는 일단 하강운동성을 가 진 오염가스가 다시 상승력을 회복하기 어렵게 하여 2 차 수직분사를 통한 기액의 접촉성을 향상시킬 기회를 제공한다.

    3.2 가스상 물질 제거효율 비교

    3.2.1 염화수소 측정 결과

    악취유발 물질인 염화수소의 경우도 먼지 입자의 경 우와 같이 실험 환경 여건에 따라 전단과 후단의 농도 역전현상이 있었다. Table 3와 Fig. 6에 나타낸 바와 같이 역전 회차를 포함하여 전체 평균 효율을 구하면 Type A가 약 29.3% 정도의 제거 효율을 보였고, Type B는 약 6.1% 정도의 제거 효율을 보였다. 전단과 후단 의 농도가 역전된 경우를 제외하면 Type A가 약 37.7%, Type B는 약 16.7%의 제거 효율을 나왔다. 여러 환경 변수를 감안하더라도 Type A 스크러버가 Type B 스크 러버 대비 우수한 제거 효율을 나타냈다. 이것은 싸이 클론 회전부를 통과한 악취유발가스가 세정수의 측면 분사를 통한 1차 제거 효과를 발휘한 것으로 이후 수 직분사에 의한 제거 효과의 증대에 기여한 부분으로 판단된다. 다만, 2회~3회 제거효율이 낮은 것은 방지시 설의 특성상 오염물질의 발생량이 과도하게 적은 경우 약간의 변수만으로도 결과 값에 큰 영향을 줄 수 있는 실험오차가 발생할 수 있다. 그러한 경우에도 Type A 와 Type B가 동시에 효율 하강이 이루어진 것은 작업 공정상 여건의 정확한 반영으로 볼 수 있다.

    본 연구에서는 세정수에 대한 객관성을 유지하기 위 하여 매 실험마다 세정수를 양쪽 스크러버에서 모두 교환하였고, 각각의 회차마다 세정수의 pH를 측정하였 다. 실험이 완료된 후에 Type A의 경우 세정수 pH가 2.8-3.1 범위의 값을 갖는 반면, Type B의 경우 3.5-4.2 의 범위로 나타났다. 세정수의 pH는 흡수된 HCl의 양 에 따라 감소하게 된다. 따라서 세정수의 pH를 통해서 도 Type A의 HCl 제거 효율이 Type B에 비해 더 좋 은 것을 간접적으로 확인할 수 있었다.

    3.2.2 이산화황 측정결과

    스크러버 장치가 설치된 업체의 경우 측정 시 현장 에서 검출되는 SO2 농도가 너무 낮아 측정 데이터 산 정에 어려움이 있어 일정량의 황을 태워 스크러버의 제거효율을 비교하였다. Table 4에 나타낸 바와 같이 1-3회 차수는 약 50 g 황을 태워 제거효율을 비교하였 고, 4-7회는 약 20 g의 황을 태워 스크러버 전단과 후 단의 농도를 측정하였다.

    Fig. 7에서 볼 수 있듯이 확연하게 효율 차이가 발생 되었고, Type A 및 Type B 모두 큰 변동요소 없이 일 정한 효율을 보여주고 있다. 당초 예상했던 것과 유사 하게 Type B의 경우 약 49.8%의 제거효율을 보였다. 다만, Type B의 경우 고농도의 오염물질을 위한 방지 시설이 아닌 만큼 높은 농도의 가스가 배출되면 불안 정한 처리효율을 보일 수 있다. 반면에, Type A의 경 우는 약 73.4% 제거효율을 나타내었다. Type A 스크 러버의 경우 고농도의 SO2 인 경우에도 제거 효율이 매우 높게 나옴을 확인할 수 있었다. 앞서 설명한 바와 같이 Type A는 싸이클론 회전부를 통하여 악취가스의 하강기류를 강제한다. 일단 형성된 하강기류는 입자의 크고 작음 혹은 단위 부피당 농도가 높고 낮음을 불문 한다. 일단 형성된 하강기류에서 악취가스가 상승력을 회복하는 동안 수직분사를 통한 2차 처리를 시도한다. Type B 스크러버의 경우는 일단 상승력을 가진 악취가 스는 지속적으로 상승만을 한다는 점에서 기액의 접촉 가능성은 분사노즐의 층에 따라 달라진다. 따라서 Type A의 경우 농도가 높고 낮음과 상관없이 일정한 액체와 기체의 혼합비를 유지할 수 있는 장점이 있다.

    3.3 용량에 따른 스크러버 제조단가 비교

    본 연구에서는 50 CMM 용량의 가스량을 처리할 수 있는 스크러버를 기준으로 분석을 진행하였다. 실제 산 업현장에서 좀 더 다양한 용량의 스크러버를 필요로 하기 때문에 Table 5에 일반적으로 사용되는 플랜트 설비의 제작 단가를 기준으로 두 종류 스크러버의 용 량별 단가를 비교하였다. Table 5에서 알 수 있는 바와 같이 Type A 스크러버는 Type B 스크러버와 비교하여 용량이 커질수록 제작 단가 차이가 더 증가함을 알 수 있다. 따라서 Type A 스크러버는 Type B 스크러버와 비교하여 적은 시설비용으로도 오염가스로 인한 환경 을 효과적으로 개선할 수 있는 경제적인 스크러버로 산업현장에 적용할 수 있을 것이다.

    처리효율의 증가에 따른 경제적 비용은 Type B 스 크러버나 Type A 스크러버나 동일하게 상승할 수 있 으나 Type B 스크러버의 처리효율의 상승은 설비의 양적 증가를 반드시 수반한다. 그러나, 본 연구의 Type A 스크러버는 설비 크기를 기존 설비 대비 감소시키면 서도 효율성에서 우수하므로 경제성 면에서 더욱 우수 하다 하겠다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 기체 흐름에 싸이클론 흐름을 도입하 고 나선형 필터구조를 적용하여 액적의 비산을 막고 폴링을 사용하지 않아 유지관리를 편리하게 할 수 있 는 습식 스크러버를 개발하였다. 본 연구에서 사용한 싸이클론 흐름의 Type A 스크러버는 수직형 Type B 스크러버에 비해 장치의 크기는 절반 정도임에도 불구 하고 미세먼지 및 악취 유발 물질인 염화수소와 같은 오염물질 제거효율이 상대적으로 우수하였다. 이것은 싸이클론 회전부를 통과한 악취유발가스가 세정수의 측면분사를 통하여 1차로 제거되고 이후 수직분사에 의하여 제거되기 때문이다. 또한, 나선형 필터 구조가 세정액과 기체와의 접촉면적을 효과적으로 증가시켰기 때문이다. 도금 관련 산업체에 실증 설비로 설치된 Type A 스크러버는 Type B 스크러버와 비교하여, 먼 지의 경우에는 약 5%, 염화수소의 경우에는 약 23%, 황산화물의 경우에는 약 23% 정도 제거효율이 상승하 였다. 또한, 본 연구에서 개발된 Type A 스크러버는 용량이 증가할수록 Type B 스크러버와 비교하여 제조 단가를 크게 줄일 수 있어 실제 산업 현장에 적용될 수 있는 경제형 스크러버임을 알 수 있었다. 한편 추가 연 구로 세정수 오염도를 조절할 수 있는 시설과 연동하 는 연구(Chung et al., 2015) 및 마이크로 버블을 이용 한 세정수 오염도 지연에 관한 연구(Lim et al., 2019) 와 연계하여 연구를 진행한다면 더 좋은 집진효율과 악취유발 물질 제거성능을 가진 스크러버를 구성할 수 있을 것으로 예상된다.

    감사의 글

    본 연구는 2018년도 시흥녹색환경지원센터(과제번 호:18-10-04-01-17)의 연구개발사업 연구비 지원에 의 해 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

    Figure

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    Sectional view showing the inner structure of the wet scrubber and the spiral filter used in this study (a) structure of the wet scrubber (b) spiral filter.

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    Comparison of size of Type A and Type B scrubbers.

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    Experimental layout for placement of Type A and Type B scrubbers.

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    Geometry modeling of Type A scurubber for CFD simulation and droplet tracing mode at different flow rates in CFD study; (a) inlet wind velocity: 28 m/s, (b) inlet wind velocity: 21 m/s.

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    Comparison of efficiency of dust removal obtained in Type A and Type B scrubbers.

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    Comparison of efficiency of HCl removal obtained in Type A and Type B scrubbers.

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    Comparison of efficiency of SO2 removal obtained in Type A and Type B scrubbers.

    Table

    Design specifications of scrubbers used in this study

    Experimental results of dust removal obtained in Type A and Type B scrubbers (unit: mg/m3)

    Experimental results of HCl removal obtained in Type A and Type B scrubbers (unit: ppm)

    Experimental results of SO2 removal obtained in Type A and Type B scrubbers (unit: ppm)

    Comparison of manufacturing costs for Type A and Type B scrubbers (Unit: million won)

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