고효율 집진기술 개발

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국립환경연구원 대기연구부 대기화학과 389-8720

<> 국립환경연구원은 '97.7.15일 13:00-18:00 대강당에서 선도기술 개발사

업(일명 G-7 프로젝트)의 일환으로 개발중인 "고효율 집진기술"에 대한

4년 6개월간(정부투자 47억 3천 5백만원)의 연구결과의 중간평가와 성과

발표회를 개최하였다. 이들 기술개발로서 대기오염 방지기술중 집진분야

는 세계 유수의 국가수준에 근접하였고 타 분야에 대한 파급효과도 매우

큰 것으로 알려졌다.

<> 본 사업은 3개의 단위과제로 구성되어 있으며 다음과 같다.

가. 전기집진기 개발(함병훈 한국중공업 기술연구원 부장)

나. 고온.고압 세라믹여과제 집진기술개발(홍민선 아주대학교 교수)

다. 산업용 직물여과포 집진장치 국산화 개발(손재익 한국에너지기술연구

소 선임연구부장)

<> 산업체에서 배출되는 먼지를 효율적으로 제거하는 장치는 크게 "전기집

진기"와 "여과집진기"가 있으며 본 과제에서는 이들 모두를 포함하고 있

다.

각 과제별 주요 개발성과는 다음과 같다.

가. 신기술 전기집진기 완전국산화 개발

- 국내 최초로 광폭전기집진기 독자 설계.개발 실증실험 완료, 보급단

계

- 조합형(광폭전극 및 전국이동형) 전기집진기 Pilot Plant 완성

- 핵심요소기술인 고유방전극 및 Micro-pulse 하전제어 장치개발로 수

입 대체

- 중량 25% 감소, 제작비, 운전비 각 10% 절감, 에너지 절약 30%, 유지

보수 탁월, 미.일.덴마크 등 선진국 수준

- 특허 출원 3건, 국내외 학술발표 10건, 중국에 수출 상담중, 예상매

출액 연 200억, 수입대체 연 50억

나. 고온(600도씨), 집진용 세라믹 필터의 100% 국산화

- 차세대 신기술인 고온.고압 여과집진장치의 핵심부품인 세라믹여과재

를 100% 순수 국내기술로서 개발, 미국, 영국, 독일과 동일한 수준으

로 제조(본 기술은 외국제조사에서 극비로 다루는 기술임).

- 600도씨의 고온하에서 입경 0.3마이크로미터 크기의 극미세먼지까지

를 99.5% 이상 제거함.

- 기존 여관집진장치에 비해 설치비 및 설비부지 50% 이상 절감

- 특허출원 6건, 논문 및 학술발표 9편

다. 고성능 원심여과 집진장치와 난연여과포의 국산화 개발

- 원심력 및 여과집진일체형인 원심여과 집진장치(제품명 : Cybagfilter)

와 난연직물여과포(제품명 : Resismex)의 국산화 성공(세계 최초)

- 기존 직물여과포 집진기에 비해 압력손실 40% 저감, 집진효율 99.9%,

여과포 수명 2년 이상 연장, 설치 및 설비공간 30% 이상 절감

- 난연여과포 한계산소지수 50% 이상으로 여과포에 불이 붙지 않음.

* 한계산소지수 : 여과포가 3분동안 연소가 지속되는 산소의 농도(난

연기준 : 한계산소지수 30% 이상, ASTM D2863-91)

<> 신기술 고효율 전기집진기의 완전국산화 개발

o 한국중공업(대표 박운서) 기술연구원은 한국기계연구원 및 한국전기연

구소와 공동으로 환경부주관 G7 선도기술 개발사업을 국립환경연구원

관리하에 약 42억원을 투자하여(정부투자 24억) 외국의 도움없이 국내

최초로 광폭 전기집진기를 독자적으로 설계.개발하였으며 외국에서 전

량 수입의존하던 하전제어장치인 MICRO-PULSE 장치를 개발하여 수입대

체가 가능하게 되었다. 또한 대형발전소 및 대형집진설비에 중량, 설치

부지, 유지보수면에서 탁월한 장점을 갖춘 조합형 전기집진기를 설계하

여 파일럿 규모로 제작을 완료하고 시험가동중에 있다.

o 광폭전기집진기는 기존 집진판 간격 300mm에서 400-500mm까지 간격을

넓혀 집진기의 중량감소와 유지보수가 용이한 장점이 있다. 이 집진기

는 3차원 유동분진의 분포를 고르게 하고 전기장 특성을 최적화한 자체

고유 방전극을 개발, 사용하는 방식과 집진된 분진을 최적으로 제거시

키는 방법을 이용하는 것으로서 이론적인 해석과 요소 기초실험을 토대

로 개발하였다. 이에 대한 실증실험을 위하여 한국전력공사 삼천포화력

본부의 협조를 얻어 동 발전소 4호기의 보일러 연소배출부에 연결하여

약 6개월간의 실증실험을 성공적으로 완료하였다. 광폭전기집진기의 개

발결과로 집진면적을 25% 절감하고 운전비, 설치비가 각각 10% 이상 절

감되어 국제경쟁력을 확보하였다.

o 전기집진기의 필수 핵심요소기술로서 국내 최초로 개발한 MICRO-PULSE

형 하전장치는 기존의 DC 하전방식을 사용할 때 전기저항이 높거나 분

진이 미세할 때 집진효율이 낮아지는 현상을 개선하기 위해서 개발되었

다. 이 원리는 전원에 주파수와 파장 등을 조정하여 극단시간으로 고전

압을 발생하면 피크전압을 얻을 수 있고 집진성능이 개선되며 30% 이상

의 에너지절약을 할 수 있다. 전기부분에 대한 이러한 연구는 외국에서

도 미국, 일본, 덴마크에서만 사용화되고 있다.

o 조합형 전기집진기는 당사가 기 개발한 광폭 전기집진기와 전극이동형

전기집진기를 기본으로 하여 설계되었다. 전극이동형 전기집진기는 현

재 집진효율을 저하시키는 역전기현상과 재비산을 억제할 수 있는 장점

이 있으며 이 두 전기집진기를 조합한 것이 조합형 전기집진기이다. 또

한 플랜트별 분진의 종류 및 저항치를 분석하여 각종 간헐하전 방식을

적용하여 효율을 극대화하였다. 이러한 방식은 일본외에는 연구된 바가

없으며 대량으로 분진이 발생하는 발전소같은 플랜트의 경우 입구부분

은 광폭전기집진기형으로 미세분진이 많은 출구부분은 이동

<> 고성능 원심여과 집진장치와 난연여과포의 국산화개발

o 한국에너지기술연구소(소장 손영목), 손재익/박영옥 박사팀과 (주)우다,

(주)새론기계와 공동으로 환경부의 환경공학기술개발(G-7)의 2단계 사

업인 산업용 직물여과포 집진장치 국산화 개발연구를 2년간 걸쳐 연구

한 결과 세계 최초로 원심력 집진기술과 여과포 집진기술을 접목한 일

체형 고성능 원심여과 집진장치(개발 제품명 CYBAGFILTER)를 개발하였

다. 또한 기존 여과 집진장치에서 자주 화재가 발생되는 부분인 여과포

를 불에 타지 않도록 대체하는 난연여과포(개발 제품명 RESISMEX)의 국

산화 개발에 세계 최초로 성공하였다.

o 현재 국내 산업체에서는 배출가스에 함유된 큰 먼지입자를 미리 포집

제거하기 위해 먼저 원심력 집진장치를 설치하고 후단에 직물 여과포

집진장치를 설치하여 운전하고 있어 장치의 설치비와 설치공간의 소요

가 많을 뿐만 아니라 운전 유지비가 과다하게 소요되고 관리에 어려움

이 커 장치의 성능이 극히 저하된 상태에서 운전되고 있는 실정이다.

o 그러나 이번에 개발한 원심여과 집진장치는 두 가지의 집진장치가 한

개의 일체형 장치로 조합되어 있어 관리가 간편하고 최적구조로 결합되

어 있어 집진효율을 99.9% 이상 고효율 유지가 가능할 뿐만 아니라  압

력손실이 기존 장치보다 약 40% 이상 낮고 여과포의 수명을 2년 이상

연장 사용이 가능하여 설치비와 소요공간을 기존 장치보다 약 30% 이상

절감효과를 얻을 수 있고 운전유지비는 연간 약 500억원 이상 절감효과

를 얻을 수 있다.

o 폐기물 소각로와 비철금속 정련공정 등에 설치 운전하는 여과포 집진장

치 공정에서 배출된 불씨가 여과포에 부착하여 화재가 종종 발생하므로

생산공정과 집진장치의 운전중단과 새로운 여과포의 교체 등으로 생산

활동에 큰 손실을 주고 있다.

o 그러나 이번에 개발한 난연여과포는 한계산소지수(LOI)가 50% 이상으로

여과포 표면에 불씨 등이 부착되어도 불이 나지 않고 집진작용만 계속

할 수 있어 운전중에 화재가 자주 발생하는 산업공정에 적용하므로서

화재발생으로 인한 손실을 방지할 수 있는 큰 효과를 기대할 수 있다.

또한 난연여과포는 특수한 표면처리기술과 제조방법으로 제조된 것으로

집진효율이 높고 압력손실이 낮아 기존 일반 여과포와 대체하면 99.9%

이상의 먼지 포집제거 효과와 100%의 화재발생 방지효과가 있어 난연여

과포의 활용도가 크게 확장될 것으로 기대된다.

전극형 집진기를 조합하면 설치공간의 절감과 고효율의 집진이 가능하

다. 이 방식은 기존 제품에 비해 경량화 20%, 설치부지의 절감 20%, 운

전 및 유지보수비 절감 20%가 가능하다.

o 이러한 연구결과로 당사는 특허출원 3건과 10여건의 국내외 발표회를

갖은 바 있으며 중국 칭조후 프로젝트 등 상용화가 계획되고 있고 2단

계 완료후 연 매출액 200억과 수입대체 50억이 예상된다.

<> 고온(600도씨), 집진용 세라믹 필터 100% 국산화

o 환경부 주관 G-7 선도기술개발 사업중 아주대학교(홍민선 교수), (주)

가람, 원진기공(주)의 산학협동으로 기존 대기오염 방지시설을 대폭 대

체할 수 있는 세라믹 필터가 국내 기술로서 최초로 개발되었다.

o 섬유형 및 입자형 세라믹 필터제조기술은 차세대 대기오염 방지시설의

핵심요소기술로서 각광을 받고 있으며 미국의 3M, 영국의 Cerel사, 독

일의 Schmacher사만이 개발하였고 성능개선에 대한 연구를 지속적으로

수행하고 있다. 세라믹 필터의 성형, 결합기술 등은 외국에서 극비로

다루는 비공개 기술로서 많은 시행착오와 반복실험, 그리고 장시간의

실증시험을 거쳐 100% 순수 국내기술로 외국의 제품과 제원, 집진효율,

차압 안정화, 내구성이 거의 동등한 길이 1m 크기의 캔들 필터를 상용

화하게 되었다.

o 본 연구진은 개발된 필터를 제철, 석유화학, 제지, 그리고 소각장에서

배출되는 먼지를 이용해 600도씨에서 장시간 성능시험을 마쳤으며 0.3

마이크로미터 입자의 99.5% 이상의 집진효율과 600도씨 고온에서도 안

정적으로 운전할 수 있는 고온 집진기 설계.제작 및 운전기술을 확보하

였다. 연간 3,000억 이상의 국내 대기오염 방지기술시장에서 설치비 및

설비부지의 50% 이상의 절감이 가능하다.

o 세라믹 필터는 촉매 담지시 먼지와 유해가스를 동시에 처리할 수 있으

며 이에 관한 기술도 3년후 상용화될 것이며, 차세대 발전기술인 PFBC

및 IGCC의 고온가스정화에 필요한 입자형 세라믹 필터도 본 연구진이

개발중이며 2000년에는 상용화 단계에 진입할 것이다.

o 국내 대기오염 방지기술의 설계 및 시공이 상당부분 외국기술에 의존하

고 있는 현실에 비추어 본 기술의 개발은 지속적인 연구개발이 경제성

제고에 크게 이바지할 수 있는 한 예를 보여주고 있다.