원심력 집진기와 싸이클론 집진기의 장단점

싸이클론은 약 100여 년 동안 미국에서 사용되어 왔고, 여전히 모든 산업가스의 처리장치 중 가장 널리 사용되는 장치 중의 하나이다.

 

싸이클론이 광범위하게 사용되는 주된 이유는 가격 면에서 경제적이고, 구조가 간단하여, 운전조건이 나쁘더라도 구조적으로 튼튼하기 때문이다.

 

전형적 싸이클론의 모형은 분진을 함유한 가스, 싸이클론의 상단부에서 접선으로 유입된다. 단지 가스의 접선 유입 형태와 싸이클론의 구조 자체 때문에 가스는 아래쪽으로 나선형의 힘을 받는다.

 

반면, 축상유입식의 싸이클론은 나선형 흐름을 인위적으로 만들기 위해 날개가 설치되고 축상으로 유입된다. 분진은 원심력과 관성력에 의해 아래로 이동되고, 싸이클론 내벽에 충돌하여 하단의 분진 퇴적함으로 미끄러져 떨어진다. 싸이클론 하단부에서는 하향하던 가스의 나선형 흐름의 방향이 바뀌어 안쪽에 역류로 상승하는 나선 흐름을 만든다. 정화된 가스는 선회류 출구를 통해 위로 배출되고 분진 입자는 용수철이 달린 밸브로 밀봉된 파이프를 통해 싸이클론의 밑 쪽으로 빠져나온다.

 

싸이클론 자체만으로는 엄격한 대기오염 규정을 만족시킬 수 없지만 중요한 역할이 있다. 싸이클론은 자본비용이 적게 들며 유지보수가 거의 필요 없기 때문에, 전기집진 장치나 여과장치와 같은 비용이 비싼 최종처리의 전처리 장치로써 이상적이다. 싸이클론은 방지 장치로의 이용뿐만 아니라, 전반적인 산업공정에 광범위하게 사용되고 있다.

 

과거에 싸이클론의 효율은 항상 낮은 것으로 간주하였다. 하지만 효율은 싸이클론의 설계와 분진의 크기에 따라 다양하다. 과거 10년 동안 진보된 설계작업으로 싸이클론의 성능은 크게 개선되었다. 최근 한 문헌에 의하면, 어떤 싸이클론은 10um 이상의 입자를 90% 이상의 효율로 제거한다고 선전하기도 하며, 심지어 어떤 싸이클론은 5um 이상의 입자에 대해 99% 이상의 효율을 보인다고 선전하고 있다. 일반적으로 효율이 증가할수록 운전비용도 증가한다. 따라서, 싸이클론은 크게 고효율, 일반, 고용량 싸이클론 등 3가지 종류로 분류한다.

 

* 싸이클론의 장점

 

1. 적은 비용

2. 고온에서 운전가능

3. 간단한 구조 때문에 적은 유지보수 비용

 

* 싸이클론의 단점

 

1. 낮은 효율

2. 비싼 운전비용

 

 

- 표준 싸이클론의 치수

 

집중적인 연구를 통해 성능에 영향을 주는 싸이클론의 치수를 결정할 수 있게 되었다. 2가지의 고전적 연구결과가 오늘날까지 사용되고 있으며 최적 조건의 싸이클론 치수를 결정하였다. 모든 치수는 일반화될 수 있도록 싸이클론 몸통 직경과 비교되고 있다. 다른 연구자들 역시 비슷한 연구결과를 발표했고, 소위 말하는 표준 싸이클론이 만들어졌다.

 

 

- 설계 시 고려사항

 

이론적으로 보았듯이, 100% 집진효율을 얻을 수 있는 최소 직경은 가스의 밀도, 유입구의 폭과 비례관계가 있으며, 유효 회전수, 유입가스의 속도, 입자와 가스와의 밀도차와는 반비례 관계가 있다. 실제 집진효율은 이와 같은 변수들에 의존한다. 하지만 유도된 모델은 중대한 결점이 있다. 개발된 준경험식은 50% 집진효율을 갖는 입자의 직경, 즉 50% 절단 입경을 계산하였다.

 

- 압력손실

 

 효율 이외에 싸이클론에서 고려되는 가장 중요한 사항은 압력손실이다. 일반적으로 고효율은 고속으로 싸이클론을 운전할 때 얻어진다. 그러나 이로 인해 압력손실은 증가한다. 압력손실의 증가로 송풍기의 역할이 커지므로 설계과정에서 경제성을 고려해야 한다.

 

비록 압력손실에 관한 여러 모델 식이 존재하지만 근사 식이 가장 사용하기 간편하다. 이 식의 정밀도는 다른 방법과 비교할 만하다.