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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박승준
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수26
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스크러버(scrubber)는 유해 가스에 물과 흡수제를 분사함으로써 오염 물질을 흡수하고 먼지 등의 이물질을 제거하는 세정식 집진 장치이다. 기존의 충전탑 방식의 웨트 스크러버(wet scrubber)는 폴링(pall ring)이나 데미스터(demister) 등이 포함되지만 유해 가스를 정화 처리하는 효율이 떨어지는 단점이 있으며, 폴링을 비롯한 소모품을 정기적으로 교체해야 하므로 유지 관리 비용이 과다하게 발생하게 된다.
본 연구에서는 기체 흐름에 싸이클론 흐름을 도입하고 나선형 필터구조를 적용한 습식 스크러버를 개발하였다. 본 연구에서 개발한 스크러버는 내부에서 유체의 회전력과 원심력을 이용한 집진 장치이며, 인입된 유해 가스와 세정액과의 접촉 면적을 최대한 효과적으로 넓히고 액적의 비산을 방지하면서 유지 관리를 편리하게 하기 위해 기존의 폴링이 아닌 나선형 필터를 사용하였다. 또한, 분사 효율을 크게 향상시키기 위하여 수직분사 시스템과 수평분사 시스템을 둘 다 적용하였고, 기체와 액체의 최대 접촉 면적을 갖게 함으로써 기존 스크러버의 문제점을 해결할 수 있었다.
본 연구에서는 기존 스크러버와의 성능 비교를 위해 염화수소(HCl), 황산화물(SOx), 먼지(dust) 3가지 요소로 나누어 비교 실험을 실시하였다. 도금 관련 산업체에 실증 설비로 설치 후 두 설비를 비교 실험한 결과, 신규 개발된 싸이클론 스크러버는 염화수소(HCl)는 23% 이상의 제거 효율 향상을 보였다. 황산화물(SOx)의 경우에도 약 23% 정도의 효율이 개선되었고, 먼지의 경우에는 기존 스크러버대비 약 5% 이상의 효율 향상을 보였다.
본 연구에서 사용한 싸이클론 방식의 스크러버는 충전탑 방식의 스크러버에 비해 장치의 크기는 절반 정도임에도 불구하고 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.
또한, 본 연구에서 개발된 싸이클론 방식의 스크러버는 용량이 증가할수록 충전탑 방식의 스크러버와 비교하여 제조 단가를 크게 줄일 수 있어 실제 산업 현장에 적용될 수 있는 경제형 싸이클론 스크러버임을 알 수 있었다. 한편 추가 연구로 세정수 오염도를 조절할 수 있는 시설과 연동하는 연구 및 마이크로 버블을 이용한 세정수 오염도 지연에 관한 연구와 연계하여 연구를 진행한다면 더 좋은 집진효율과 악취유발 물질 제거성능을 가진 스크러버를 구성할 수 있을 것으로 예상된다.
본 연구에서는 기체 흐름에 싸이클론 흐름을 도입하고 나선형 필터구조를 적용한 습식 스크러버를 개발하였다. 본 연구에서 개발한 스크러버는 내부에서 유체의 회전력과 원심력을 이용한 집진 장치이며, 인입된 유해 가스와 세정액과의 접촉 면적을 최대한 효과적으로 넓히고 액적의 비산을 방지하면서 유지 관리를 편리하게 하기 위해 기존의 폴링이 아닌 나선형 필터를 사용하였다. 또한, 분사 효율을 크게 향상시키기 위하여 수직분사 시스템과 수평분사 시스템을 둘 다 적용하였고, 기체와 액체의 최대 접촉 면적을 갖게 함으로써 기존 스크러버의 문제점을 해결할 수 있었다.
본 연구에서는 기존 스크러버와의 성능 비교를 위해 염화수소(HCl), 황산화물(SOx), 먼지(dust) 3가지 요소로 나누어 비교 실험을 실시하였다. 도금 관련 산업체에 실증 설비로 설치 후 두 설비를 비교 실험한 결과, 신규 개발된 싸이클론 스크러버는 염화수소(HCl)는 23% 이상의 제거 효율 향상을 보였다. 황산화물(SOx)의 경우에도 약 23% 정도의 효율이 개선되었고, 먼지의 경우에는 기존 스크러버대비 약 5% 이상의 효율 향상을 보였다.
본 연구에서 사용한 싸이클론 방식의 스크러버는 충전탑 방식의 스크러버에 비해 장치의 크기는 절반 정도임에도 불구하고 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.
또한, 본 연구에서 개발된 싸이클론 방식의 스크러버는 용량이 증가할수록 충전탑 방식의 스크러버와 비교하여 제조 단가를 크게 줄일 수 있어 실제 산업 현장에 적용될 수 있는 경제형 싸이클론 스크러버임을 알 수 있었다. 한편 추가 연구로 세정수 오염도를 조절할 수 있는 시설과 연동하는 연구 및 마이크로 버블을 이용한 세정수 오염도 지연에 관한 연구와 연계하여 연구를 진행한다면 더 좋은 집진효율과 악취유발 물질 제거성능을 가진 스크러버를 구성할 수 있을 것으로 예상된다.
목차
Table of ContentsTable of Contents iList of Table ivList of Figure vi논문요약 ix제 1 장 서 론 11. 연구의 개요 12. 연구 배경 4제 2 장 이론적 배경 61. 스크러버 일반 이론 61.1 스크러버의 구조 61.2 스크러버의 동작 원리 81.3 스크러버의 종류 132. 국내외의 스크러버 관련 기술의 현황 172.1 스크러버 시장 동향 172.2 스크러버 관련 기술 현황 개요 182.3 연구 개발 동향 192.4 유사 연구 현황 21제 3 장 나선형 필터와 싸이클론 스크러버 241. 싸이클론 스크러버의 개요 241.1 싸이클론 스크러버의 구성 241.2 싸이클론 스크러버의 결합 구조 251.3 물 탱크 및 펌프 262. 싸이클론 시스템 272.1 싸이클론 시스템의 구성 272.2 싸이클론 회전부 282.3 호퍼부 292.4 세정 노즐 293. 필터부 363.1 나선형 필터의 구조 363.2 나선형 필터의 동작 원리 374. 배출부 414.1 배출부의 구성 414.2 세척 노즐 41제 4 장. 연구수행내용 및 실험방법 431. 기존 스크러버의 처리효율 및 경제성 431.1 기존 스크러버의 효율 분석모델 이론 431.2 수직형 분사 시스템의 집진효율 441.3 본체의 설계 및 계산근거 491.4. 노즐의 선정 601.5. 기존 스크러버의 경제성 602. 본 연구 스크러버 처리효율 및 경제성 622.1 본 연구 스크러버 처리효율 이론 622.2 필터부의 효율성 검토 662.3 싸이클론 시스템 효율성 검토 692.4 본 연구 스크러버 경제성 723. 실험 내용 743.1 실험 장치 및 물질 743.2 실험 설비의 설치 및 배치 763.3 실험 측정 기구 794. 실험 방법 83제 5 장 실험 결과 및 고찰 851. 입자상 물질(분진 및 먼지) 제거효율 비교 852. 가스상 물질 제거효율 비교 882.1 염화수소(HCl) 측정결과 882.2 황산화물(SO2) 측정결과 903. 입자상 물질과 가스상 물질의 실험 결과 924. 경제성 고찰 934.1. 스크러버 용량에 따른 스크러버 제조단가 비교 93제 6 장 결 론 96Reference 97ABSTRACT 100
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