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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 서정민
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수0
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2023
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최근 대기 중에 배출되는 입자상 오염물질이 심각한 사회문제로 대두되고 있어 2015년부터 초미세먼지(PM 2.5)의 환경기준을 신설하였으며, 2018년 3월부터 초미세먼지의 환경기준을 연간 평균치는 15㎍/m3 이하로, 24시간 평균치는 35㎍/m3 이하로 강화하여 시행하고 있다. 입자상 오염물질 처리 장치인 전기집진설비에 비해 투자 비용이 적고 오염물질의 전기 저항치에 구애받지 않고 전 범위에 걸쳐서 집진효율이 높을 뿐만 아니라, 생산 공정에 관계없이 포집효율이 높고, 장치의 대형화 및 운전이 용이하다는 장점이 있는 충격기류식 여과집진장치를 산업체에서 주로 사용되고 있다.
충격기류식 여과집진장치는 방지시설 설계 및 시공 업체의 경험에 의존하여 여과집진장치를 설치하여 이에 따른 탈진 성능저하, 여과포의 수명 단축 등의 문제가 발생되고 있으며, 이는 여과속도, 입구부하량을 비롯한 설계인자를 산업현장의 복잡한 공정 및 운전에서는 이론적인 해석이 어렵기 때문이다.
따라서 본 연구는 여과면적 6 m2을 가진 충격기류식 여과집진장치를 이용하여 제철소 coke분진으로 실험한 측정 결과를 바탕으로 여과포의 저항 계수를 산출하여, 상용 CFD 프로그램인 Ansys fluent V19.0로 분사 노즐 직경, 여과속도 변화, 탈진 압력 변화에 따른 여과포의 탈진 특성을 예측하여 향후 충격기류식 여과집진장치의 효율적인 운전조건과 경제적인 설계 기초자료로 활용하고자 하였으며, 결과는 다음과 같다.
연속탈진형 충격기류식 여과집진장치의 노즐 직경 10 mm, 여과 속도 1.5 m/min, 탈진 압력 5 bar에서 충격기류의 도달 거리는 2,285 mm로 여과포 하부 76.2%까지 도달하여 여과포에 부착된 분진이 충분히 제거될 것으로 사료되며, 노즐 직경 12 mm에서는 유효 탈진 거리가 1,744 ~ 2,952 mm로 최대 유효 탈진 거리는 2,952 mm로 여과포 바닥까지 압축공기가 도달하는 것을 알 수 있었다. 노즐 직경을 12 mm로 설치하면 유효 탈진 거리가 노즐직경 8 mm 대비 40 ~ 47%, 10 mm 대비 10 ~ 17% 증가하는 것을 알 수 있었다. 연속탈진형 충격기류식 여과집진기 여과포의 효율적인 탈진을 위해서는 탈진 압력은 5 bar 이상, 노즐 직경은 10 mm 이상으로 설계하여야 할 것으로 사료된다.
간헐탈진형 충격기류식 여과집진장치는 여과포에 전체 공기 공급량을 42 L/m2 이상이면 공기 공급량 증가에 관계없이 반사 거리는 1,000 mm 전·후로 연속탈진형 여과집진장치 보다 여과포 길이를 1,000 mm 길게 설치하여도 탈진에도 큰 영향이 없을 것으로 판단된다.
간헐탈진형 여과집진장치에서 효율적인 1차, 2차 탈진을 위해서는 탈진 압력 5 bar 이상, 여과포 단위 면적당 전체 공기 공급량은 42 L/m2 이상임을 알 수 있었다.
향후, 입구부하량 및 탈진 간격 등 주요 설계인자를 모두 고려한 후속 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
충격기류식 여과집진장치는 방지시설 설계 및 시공 업체의 경험에 의존하여 여과집진장치를 설치하여 이에 따른 탈진 성능저하, 여과포의 수명 단축 등의 문제가 발생되고 있으며, 이는 여과속도, 입구부하량을 비롯한 설계인자를 산업현장의 복잡한 공정 및 운전에서는 이론적인 해석이 어렵기 때문이다.
따라서 본 연구는 여과면적 6 m2을 가진 충격기류식 여과집진장치를 이용하여 제철소 coke분진으로 실험한 측정 결과를 바탕으로 여과포의 저항 계수를 산출하여, 상용 CFD 프로그램인 Ansys fluent V19.0로 분사 노즐 직경, 여과속도 변화, 탈진 압력 변화에 따른 여과포의 탈진 특성을 예측하여 향후 충격기류식 여과집진장치의 효율적인 운전조건과 경제적인 설계 기초자료로 활용하고자 하였으며, 결과는 다음과 같다.
연속탈진형 충격기류식 여과집진장치의 노즐 직경 10 mm, 여과 속도 1.5 m/min, 탈진 압력 5 bar에서 충격기류의 도달 거리는 2,285 mm로 여과포 하부 76.2%까지 도달하여 여과포에 부착된 분진이 충분히 제거될 것으로 사료되며, 노즐 직경 12 mm에서는 유효 탈진 거리가 1,744 ~ 2,952 mm로 최대 유효 탈진 거리는 2,952 mm로 여과포 바닥까지 압축공기가 도달하는 것을 알 수 있었다. 노즐 직경을 12 mm로 설치하면 유효 탈진 거리가 노즐직경 8 mm 대비 40 ~ 47%, 10 mm 대비 10 ~ 17% 증가하는 것을 알 수 있었다. 연속탈진형 충격기류식 여과집진기 여과포의 효율적인 탈진을 위해서는 탈진 압력은 5 bar 이상, 노즐 직경은 10 mm 이상으로 설계하여야 할 것으로 사료된다.
간헐탈진형 충격기류식 여과집진장치는 여과포에 전체 공기 공급량을 42 L/m2 이상이면 공기 공급량 증가에 관계없이 반사 거리는 1,000 mm 전·후로 연속탈진형 여과집진장치 보다 여과포 길이를 1,000 mm 길게 설치하여도 탈진에도 큰 영향이 없을 것으로 판단된다.
간헐탈진형 여과집진장치에서 효율적인 1차, 2차 탈진을 위해서는 탈진 압력 5 bar 이상, 여과포 단위 면적당 전체 공기 공급량은 42 L/m2 이상임을 알 수 있었다.
향후, 입구부하량 및 탈진 간격 등 주요 설계인자를 모두 고려한 후속 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 이론적 배경 41. 여과집진장치 41) 개요 42) 집진 원리 73) 분진 통과 매커니즘(Dust particle penetration mechanism) 114) 여과집진장치 종류 125) 탈진방식에 따른 분류 146) 연속탈진형과 간헐탈진형 187) 압력손실 198) 여과포의 수명단축 원인과 대책 239) 여과집진장치의 구조와 구성 요소 2610) 공기 공급량 332. 전산 유체역학 시뮬레이션(Computational fluid dynamics) 351) 개요 352) 지배방정식 (Governing equation) 353) 난류 해석 기법 38Ⅲ. 재료 및 방법 431. 기초 실험 재료 432. 집진기 모델링 463. 시뮬레이션 조건 및 방법 47Ⅳ. 결과 및 고찰 481. 벤츄리 유무에 따른 공기 공급량 예측 482. 탈진 압력에 따른 유효 탈진 거리 변화 예측 521) 연속탈진형 충격기류식 여과집진장치의 유효 탈진 거리 변화 522) 간헐탈진형 충격기류식 여과집진장치의 반사 거리 변화 563. 여과면적에 따른 유효 탈진 거리 예측 581) 연속탈진형 충격기류식 여과집진장치의 유효 탈진 거리 비율 변화 592) 간헐탈진형 충격기류식 여과집진장치의 반사 거리 비율 변화 62Ⅴ. 결론 65참고문헌 67Abstract 71감사의 글 73
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