박용디젤기관의 대기오염 저감을 위한 습식 다단 임팩션 시스템의 집진특성

습식 다단 임팩션 시스템, 압력손실, 집진효율, 물분사, 스크러버각종 산업 및 발전시설, 운송시설 등 산업 활동에 따른 대기오염물질 배출 증가로 인해 국‧내외적으로 배출규제가 강화되고 있는 실정이다. 선박 디젤엔진으로부터 배출되는 유해한 배기배출물은 크게 입자상 및 가스상 오염물질로 나눌 수 있으며 이는 연료의 불완전 연소, 고온 고압에서 혼합물의 반응, 윤활유 및 첨가제의 연소 그리고 연료의 첨가제와 연료 중에 들어있는 유황 성분의 연소 등에 의해 생성된다. 디젤엔진에서 배출되는 입자상물질은 주요한 유해물질로서 국제해사기구 및 미국 유럽연합 등에서는 대기오염 배기배출물로 규정하여 그 배출량에 대한 규제를 시행하고 강화해 나가고 있다. 가스상 오염물질은 선박의 경우에 현재 국제해사기구는 Tier Ⅰ, Ⅱ 등을 통해 SOx 및 NOx를 규제하고 있고, 향후 점차 강화될 예정이다 (Oh et al, 2006; Lee and Doo, 2011; Kim et al, 2013). SOx농도 저감을 위해 현재 연료의 황 함유량으로 규제를 하고 있으나, 황 함유량 규제를 강화시킬 경우, 초저황유를 사용하거나, Global 및 ECA 지역별 엔진 연료를 변환하는 등의 방식으로 선박을 운전해야 하므로, 경제적으로 실현 불가능하다는 의견이 있다. 이와 같은 이유로 MEPC에서는 2009년 배기가스 정화시스템의 가이드라인을 공개하여 SOx 후처리 장치를 설치하여 배기가스 조성으로 동등한 황함유량의 연료를 사용하는 것으로 간주할 수 있도록 하였다 (Kim et al, 2013). 또한, NOx 농도 저감을 위해 일반 산업현장에서는 선택적 환원촉매(SCR)를 사용하는데, 이는 별도의 부가적인 처리시스템이 요구되므로 제한된 공간에서 SOx 및 NOx를 단일 시스템에서 동시에 처리할 수 있는 후처리 설비가 필요하다. 따라서 선박디젤기관에서 배출되는 입자상 및 가스상 오염물질 (SOx, NOx)을 단일 시스템에서 동시처리하기 위해 습식 세정집진기가 도입될 수 있다. 세정집진기는 분진을 수반하는 가스 등을 미세 액적에 의해 세정하여 제거하는 장치이다. 주요 세정집진기로는 벤튜리 스크러버, 스프레이 챔버, 충전탑, 분무탑 등이 있다. 이 중 벤튜리 스크러버는 세정 집진기 중 고효율 (90% 이상)의 장점을 지니지만, 압력손실 (300 mmH2O 이상)이 타 세정기에 비해 매우 높으며 세정액이 대량으로 요구되어 운전비가 많이 소요된다는 단점을 가지고 있다. 더욱이 기존 세정집진기의 문제점은 오염물질 처리 시 분사되는 미세 액적의 장치외부로의 배출 가능성이 크며, 이를 해결하기 위해 장치 출구에 디미스터 (demister, 일종의 filter)를 설치하여 액적의 배출을 최소화 되도록 한다 (Coker, 1993). 그러나 디미스터 설치 시 미세 액적과 함께 응집된 먼지 등에 의하여 디미스터의 공극이 폐쇄되어 디미스터를 주기적으로 교체해주어야 하는 문제점이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 적정 압력손실 (111 mmH2O 이하) 및 고효율 (99% 이상)을 유지할 수 있으며 입자·가스상 (SO2, NO2) 오염물의 동시처리가 가능한 컴팩트형 집진 시스템으로 기존의 습식세정기의 문제점인 디미스터의 설치 없이 미세 액적의 배출을 최소화할 수 있는 습식 다단 임팩션 시스템을 연구·개발하고자 한다. 본 시스템의 압력손실 및 집진효율 특성을 해석하기 위해 유입유속 (튜브 통과유속), stage 수, 튜브직경, 물 분사량, 화학 첨가제 등의 물리적 변수에 따른 실험적 연구를 수행한다.