작성자: Robert Walters, Donaldson Torit 지역 영업 엔지니어
집진기 설계의 관심은 대개 필트레이션 장치(집진기)에 집중됩니다. 따라서 시스템 설계자는 집진기에서 나오는 공기와 관련하여 고려해야 할 옵션 등 다른 요인을 간과할 수 있습니다. 이 기사/연구에서는 필트레이션 장치에서 디스차지되는 공기를 둘러싼 기회와 과제에 대해 설명합니다. 과거 집진기는 집진기의 배출 공기를 처리하는 매우 간단한 접근 방식을 채택했습니다. 바로 배출 공기를 공기 중으로 배출하는 것입니다. 이 접근 방식은 집진기가 실내든 외부에 있든 관계없이 적용되었습니다. 일부 환경에서는 이러한 접근 방식이 유효할 수 있지만, 에너지 절약, 가연성 분진 및 환경 규제 준수를 둘러싼 현재의 우려가 상당하므로 신중하게 추가로 고려해야 합니다.
1. 에너지 절약 – 배출된 공기를 교체해야 함
집진기가 작동함에 따라, 집진기로 먼지를 빨아들이는 데 사용되는 공기는 교체 공기가 채워질 수 있도록 빈 공간을 남겨 둡니다. 공장 주변의 기후가 온화하다면 간단할 수도 있지만, 보통 여러 공장은 시설을 편안하게 만들기 위해 에너지와 돈을 투자해야만 합니다. 즉, 조절된 공기를 외부로 배출하고 외부 공기로 교체하면 보급 공기 처리기의 부하가 증가하고 운영 비용이 증가합니다.
난방 또는 냉방 투자 손실을 방지하기 위해 집진기를 통해 공기를 처리한 후 조절된 공기를 건물로 반환하도록 결정할 수 있습니다. 이 옵션은 효과적인 재순환을 통해 입자를 효과적으로 제거할 수 있도록 고성능 필터 여과지에 적용됩니다. 이러한 접근 방식은 시설 주변 기후가 극심한 경우 비용을 크게 절감할 수 있지만, 시설로 공기를 반환하기 전에 일부 추가 자본 비용을 평가해야 할 수도 있습니다.
많은 설계 관행에서는 점유 구역으로 공기를 재순환하는 시스템에 모니터링 시스템을 마련하여 공간에 반환되는 공기의 품질을 보장하도록 권장합니다. 비교적 일반적인 접근 방식은 HEPA 또는 ASHRAE 필터와 같은 모니터링 필터를 집진기와 건물 내부 배출 장치 사이에 추가하는 것입니다. HEPA 및 ASHRAE 필터는 상대적으로 적은 양의 먼지를 포집할 때 압력 강하가 상대적으로 빠르게 증가하는 경향이 있습니다. 이러한 필터를 기본 집진기의 다운스트림에 배치하면 반환 공기 중의 분진 포집을 모니터링하고 압력 강하의 증가를 표시하여 기본 필터에 분명한 누출이 있음을 작업자에게 알릴 수 있습니다. 기본 필터를 통과하는 분진은 HEPA가 여전히 포집하므로 점유 구역으로 되돌아가지 않습니다. 정상 조건에서 HEPA 또는 ASHRAE 필터는 분진이 매우 적으므로 압력 강하가 낮고 안정적으로 유지되며 필터 수명도 합리적으로 유지됩니다. 이렇게 하면 모니터링 필터에 대한 유지 관리 비용이 최소화됩니다.
재순환 공기를 절약하면 추가적인 자본 투자가 상쇄될까요? 위스콘신주 매디슨에서 매주 168시간 운영되는 10,000 cfm 집진기의 에너지 절약 추정치는 다음과 같습니다.
보충 공기의 난방 비용은 다음 공식을 사용하여 추정할 수 있습니다.
절감 비용 = (0.154 x Q x T x D x C) ÷ q
이 예시에서 연간 난방 비용은 다음과 같습니다.
= (0.154 x 10,000 x 168 x 7673 x 6.11) ÷ 824,000 = 연간 난방 비용 14,720달러
| 여기서... | |
|---|---|
| 0.154는 변환 계수 | |
| Q는 cfm 내 설계 공기량 | 10,000 cfm |
| T는 주당 작동 시간 | 주당 168시간 |
| D는 연간 도일 수 | 난방 7,673일 |
| C는 장치당 연료를 가열하는 비용(달러, 2013년 11월) | $6.11 연료 장치 |
| q는 장치당 사용 가능한 열 BTU | 장치당 824,000 BTU |
냉각 비용은 다음 공식을 사용하여 추정할 수도 있습니다.
냉각 비용 = (0.0000258 x Q x T x H x C)
이 예시에서 연간 냉각 비용은 다음과 같습니다.
= (0.0000258 x 10,000 x 168 x 293 x 0.0804) = 연간 냉각 비용 1,021달러
| 여기서... | |
|---|---|
| 0.0000258는 변환 계수 | |
| Q는 분당 cfm 내 공기 흐름 | 10,000 cfm |
| T는 주당 작동 시간 | 주당 168시간 |
| H는 등가 정격 최대 포집 냉각 시간 | 냉각 293시간 |
| C는 킬로와트시당 전기 비용(달러, 2013년 8월) | 킬로와트당 0.0804달러 |
| q는 장치당 사용 가능한 열 BTU | 장치당 824,000 BTU |
여과된 공기를 반환하여 필트레이션 장비에서 배출되는 조절된 공기를 교체할 필요가 없으므로, 필요한 보급 공기의 난방 및 냉각에 쓰이는 연간 총 비용을 16,000달러 미만 가까이 절감할 수 있습니다. 이러한 절감 효과는 필트레이션 장비가 작동하는 동안 매년 실현됩니다.
설계 공기 흐름을 유지하고 공기 보급 시스템의 포집을 일정하게 유지하는 가변속 드라이브가 장착된 자동 에어플로우 컨트롤러를 설치하면 추가적인 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 이러한 시스템과 함께 압력 강하가 낮은 표면 포집 여과지를 사용하면 더 많은 절감 효과를 누릴 수 있습니다. 이 시스템이 동일한 10,000 cfm 시스템에서 일반 여과지와 비교할 때 향상된 표면 포집 여과지를 사용하여 2 "wg 저압으로 작동하는 경우, 낮은 압력 강하로 인해 예상되는 연간 에너지 절약액은 2,262달러입니다.
이러한 절감 효과는 보충 공기 시스템에 필요한 낮은 자본을 고려하지 않습니다. 새로운 프로젝트를 고려하는 경우, 에너지 효율적인 시스템에 대한 추가 자본 투자를 장려하는 리베이트 및 인센티브 프로그램의 사용 가능 여부를 지역 설비 기업에 문의하시기 바랍니다.
2. 가연성 분진 고려 사항
가연성 분진을 처리하는 분진 제어 시스템은 화재로 인한 반환 에너지 또는 연기가 건물 내로 유입되는 것을 방지하기 위하여 추가적인 자본 투자가 필요할 수 있습니다. 중단 게이트는 여러 완화 전략 중 하나로 점유 구역으로 다시 유입되는 집진기 내부 연소 상황의 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다 (그림 1 참조).
중단 게이트는 집진기 내부 또는 근처에 위치한 센서 유형으로부터 신호를 수신합니다. 센서가 중단 게이트를 작동시키면 게이트는 밀폐 위치로 들어갑니다. 이 위치에서 집진기가 배출한 공기는 건물 안으로 다시 유입되기보다는 밖으로 나가게 됩니다. 다양한 센서를 사용하여 중단 게이트를 작동시킬 수 있으며, 일반적으로 집진기 뒤의 스파크나 연기를 감지하는 탐지기를 선택할 수 있습니다.
만약 날씨를 중요하게 고려해야 하는 장소에 공장이 있다면, 일 년 중 외부 공기가 건물 안으로 유입되지 않기를 바라는 시기가 있을 수 있습니다. 공정 주변의 공기가 뜨겁기 때문에 여름에는 뜨거운 공기를 밖으로 버리는 것을 선호할 것입니다. 이러한 조건에서는 종종 중단 게이트를 수동으로 작동하여 뜨거운 공기를 건물로 반환하는 대신 외부로 버립니다. 외부로 공기를 버리는 집진기를 가동하면 보충 공기 시스템에 대한 수요가 증가할 것이라는 점을 명심해야 합니다.
모니터링 필터나 중단 게이트를 고려하든, 배기 덕트의 양쪽 모두를 고려하든, 장비의 자본 비용뿐 아니라 기기를 통해 공기를 밀어내는 데 드는 에너지 비용을 반드시 기억해야 합니다. 기존 시스템을 통해 공기를 계속 이동시키는 데 드는 에너지(정압) 비용을 계산할 때, 집진기로 먼지를 흡입하기 위해 장비 주변의 공기를 가속하여 후드로 이동시키는 에너지 비용을 포함했습니다. 또한 공기와 분진이 집진기에 도달할 때까지 덕트의 턴, 연결부 및 직선 주행을 통해 이동시키는 데 드는 정압 비용을 추가했습니다. 집진기에서 배기 지점을 잇는 덕트에서 발생하는 저항에 대한 에너지 비용을 포함했습니다. 마지막으로 집진기와 필터를 통해 공기를 이동시키는 정적 에너지 비용도 포함했습니다. 이러한 집진기 에너지 손실은 결국 필터가 더러워져서 교체해야 할 때도 필터를 통해 공기가 이동할 수 있도록 충분한 정압 용량을 포함해야 합니다. 이 모든 에너지 비용을 합쳐 보면 필요한 팬을 찾을 수 있습니다.
모니터링 필터 또는 중단 게이트를 고려하는 경우, 이러한 기기를 통해 공기를 이동시키는 데 에너지가 들기 때문에 추가 정압 용량이 필요할 수 있습니다. 설계 흐름 조건을 유지하기 위해 현재 팬을 수정하거나 교체해야 하는지 확인합니다.
가연성 분진을 둘러싼 추가적인 고려사항은 공정 장비 간 또는 점유 구역으로 공기를 반환하는 덕트 간 격리에 대한 NFPA와 같은 표준 요구 사항입니다. 이러한 기기는 에너지와 스파크를 점유 구역으로 반환하는 집진기에서 폭연 사고가 일어날 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다. 격리 기기는 집진기 근처의 센서를 사용하여 집진기 내부에서 시작되는 사고를 탐지합니다. 사고가 탐지되면 격리 기기를 작동시켜 덕트를 닫아 스파크와 에너지가 점유 구역으로 다시 유입되지 않도록 합니다. 기계적 격리 기기는 압축가스와 같은 고에너지 폐쇄 메커니즘을 활용하여 초 단위로 폐쇄되는 게이트를 주로 사용합니다. 화학적 격리는 특수 캐니스터나 캐넌을 사용하는 격리 방식으로 압축가스를 사용하여 덕트에 소화제를 신속하게 배치합니다. 격리 기기는 집진기의 공기 반환 덕트뿐만 아니라 집진기로 향하는 흡입구 덕트에도 사용되므로 에너지와 불꽃이 공정을 다시 통과하는 가능성을 줄일 수 있습니다.
3. 공기 모니터링에 대한 규제 준수 요건:
유해한 대기 오염물 처리나 생산이 포함되는 공정의 경우, 현지, 연방, 주 정부 요건에 따라 대기 중으로 배출되는 공기 질을 모니터링해야 할 수 있습니다. 집진기에서 나오는 배출 공기의 분진 포집을 모니터링하고 집진기에 대한 성능 기록을 제공하기 위해 경보 기능이 있는 백 파손 탐지기가 필요할 수 있습니다(그림 2 참조). 이러한 탐지기는 깨끗한 공기 배출 덕트 또는 굴뚝에 위치하며 설계 공기량으로 보정되어야 합니다. 이러한 탐지기를 설치하고 보정한 다음에는 분진 포집을 시간별로 모니터링하고 기록할 수 있도록 구성하여 집진기 성능에 대한 영구적인 기록을 설정할 수 있습니다. 또한 여러 개의 백 파손 탐지기 설계를 통해 집진기의 펄스 클리닝 시퀀스를 모니터링하고 분진 배출 증가를 특정 펄스 이벤트와 연관시킬 수 있습니다. 이렇게 구성하면 장치는 집진기 조작자가 손상된 필터에 대한 검색 범위를 좁힐 수 있도록 돕는 예방적 유지 관리 도구 역할을 합니다.
모니터에는 흔히 작업자에게 이상 상태를 알리기 위한 오디오 경보 또는 시각 표시등 회로가 장착되어 있습니다. 이러한 모니터는 입자 수준이 급격히 증가할 때(예: 필터에 발생한 화재로 인한 연기) 중단 게이트와 같은 기기를 작동시키는 데도 사용되었습니다.
요약:
집진기의 배출 공기를 무시하는 함정에 빠지지 마십시오. 집진기의 배출 공기가 연방, 주, 지역 요건을 충족하도록 사전 대책을 강구해야 합니다. 또한 난방 또는 냉방 비용을 절감하거나 모니터링 및 유지 관리의 안정성을 개선하여 집진기의 가치를 높일 수 있는 기회를 모두 활용해야 합니다. 집진기의 배출 공기는 그저 아무 생각 없이 외부로 배출할 수 없습니다.
