하향 기류식 카트리지 집진기 사례

작성자: John Woolever, Donaldson Torit 제품 관리자

카트리지라고 알려진 플리츠 여과지 필터 엘리먼트는 최근 수십 년간 산업용 벤틸레이션 요건을 위한 공통의 솔루션으로 부상했습니다. 카트리지 집진기는 카트리지 방향과 캐비닛의 공기 흐름 설계에 따라 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다.

1) 카트리지 필터를 수평으로 설치하고 오염 공기 흡입구를 모든 필트레이션 여과지 위에 배치한 하향 기류식 집진기 설계

2) 카트리지 필터를 수직으로 설치하고 필트레이션 여과지의 아래 또는 옆에 오염 공기 흡입구를 배치한 교차 기류식 또는 상향 기류식 집진기 설계

산업용 벤틸레이션 시스템 시장 종사 기업 중 일부는 수직 방향의 카트리지를 탑재한 집진기가 탁월하다고 주장합니다. 증빙 데이터 없이 일화 같은 예를 인용하곤 합니다. 그러나 미국 산업위생전문가협회(ACGIH®)의 산업용 벤틸레이션 시스템 매뉴얼을 비롯한 신뢰할 수 있는 데이터에 따르면, 하향 기류식 집진기 설계에 이점이 있는 것으로 나타났습니다.

산업용 벤틸레이션 시스템 매뉴얼의 8.3.2절에 명시된 EPA 후원¹ 연구는 오염된 공기 흐름은 하향 흐름을 보이기 때문에 하향 기류식이 탁월한 성능을 보인다고 말합니다. 이 하향 기류는 중력이 분진 입자를 호퍼 쪽으로 이동시키는 것을 돕기 때문에 분진이 다시 쌓이는 것을 방지합니다.

이 주제에 대한 다른 요인을 검토하기 전에 카트리지 집진의 기원에 대해 간략하게 검토하는 것이 좋습니다.

1970년대 카트리지 집진기는 처음에 필터 백이 수직으로 설치되어 있으며 필터 아래에 있는 집진기에 더러운 공기를 유입시키는 백하우스 집진기를 복제하여 설계되었습니다. (이미지 A를 참조합니다.) 카트리지 필터 엘리먼트의 플리츠 여과지는 필트레이션 효율이 우수하고 유사한 백 섬유보다 배출량이 낮았습니다. 그러나 새로운 스타일의 집진기는 이전 백하우스와 마찬가지로 여전히 많은 제한 사항을 지니고 있었습니다. 그중 일부는 다음과 같습니다.

• 클리닝된 카트리지 필터에서 배출된 분진이 호퍼/저장 용기에 안착하려면 여전히 유입되는 공기에 저항하며 이동해야 했습니다. 이로 인해 필터 여과지 표면에서 분진이 재유입되었으며, 운전 압력 강하가 증가하고 필터 수명이 단축되었습니다.
• 필터를 정비하려면 작업자가 큰 접근 도어를 지나가 오염 공기 플리넘을 열어야 했기 때문에 필터 교체 작업은 여전히 시간이 오래 걸리고 지저분하며 일반적으로 불쾌한 작업이었습니다.

수직 설치형 집진기 설계는 측면 흡입구를 포함하여 수년에 걸쳐 개선되었습니다. (측면 흡입구를 이용하면 조작자가 여과지 아래 대신 필트레이션 여과지 옆을 통해 집진기에 들어갈 수 있게 됩니다.) 이 덕분에 분진 재유입이 다소 감소했습니다. 그러나 세척된 먼지 입자는 여전히 유입 공기에 영향을 받았으며, 카트리지를 교체하기 위해서는 여전히 조작자와 집진기 주변 환경이 오염 공기 플리넘과 연결된 큰 개구부에 노출되었습니다. (이미지 B를 참조합니다.)

1980년대에는 마침내 필터 카트리지 방향을 수직에서 수평으로 회전시키고 오염 공기 흡입구를 모든 필트레이션 여과지 위에 배치함으로써 돌파구가 마련됐습니다. 이러한 변화로 인해 유입 공기 패턴과 클리닝된 필터 카트리지에서 배출된 분진의 최종 위치가 일치하게 되었습니다. 중력이 방출된 분진 입자를 집진기 하단에 위치한 저장 용기 쪽으로 자연스럽게 유도하기 때문에, 이제 하향 기류식 집진기의 유입 공기 패턴이 입자 이동을 방해하지 않고 오히려 장치 하단에 있는 저장 용기로 입자가 이동하도록 도움을 줄 수 있습니다. (이미지 C를 참조합니다.)

이렇게 공기 흐름 관리 설계를 개선한 덕분에 분진 재유입이 감소했으며, 표면 포집 나노섬유 필트레이션 여과지가 들어 있는 필터 카트리지가 사용되면서 이는 더욱 개선되었습니다. 분진 재유입을 줄이면 작동 압력 강하가 낮아지고, 필터 수명이 연장되며, 펄스 클리닝 필터 엘리먼트에 사용되는 압축 공기 소비량을 줄일 수 있습니다. 이러한 이점은 집진기의 운영 비용과 총 유지 관리 비용을 낮추는 데 도움이 됩니다.

저손실 사전 분리를 위해 더러운 공기 유입 위치를 조정하는 새로운 접근 방식은 훨씬 더 많은 이점을 제공합니다. 최근의 설계 발전에 따르면 오염 공기 흡입구가 필트레이션 여과지에서 멀리 떨어져 하향 기류 방향으로 설치되면 공기량이 증가합니다. 이 드롭아웃 구역은 무거운 입자가 여과지에 도달하지 않고 공기 흐름으로부터 방출되고, 공기 흐름을 균일하게 분산시켜 필트레이션 여과지를 조기에 마모시키는 고속 "핫스팟" 영역을 없애 줍니다. (이미지 D를 참조합니다.)

일부 집진기 제조업체는 수평식 필터에 분진이 쌓여서 필터 엘리먼트의 상단 표면에 브리징이 발생한다는 입증되지 않은 이야기를 지적합니다. 적절하게 설계되고 작동하며 유지 관리되는 하향 기류식 집진기의 경우, 실제로 필트레이션 여과지 표면에 이러한 분진이 축적되지 않게 방지하는 역류 펄스 클리닝 시스템을 갖추고 있습니다. 전문지식을 갖춘 카트리지 집진기 공급업체는 필트레이션 여과지에 전달되는 클리닝 에너지를 계량화하는 종합적인 펄스 시그니처 데이터를 제공할 수 있어야 합니다.

펄스 클리닝 기술의 획기적인 발전이 최근 시장에 소개되었으며, 현재로서는 하향 기류식 카트리지 구성으로만 사용할 수 있습니다. 펄스 클리닝 시스템의 압축 공기 팽창과 에너지 전달 손실의 최소화를 제어하는 설계를 갖춘 새로운 클리닝 시스템은 27%나 더 높은 임펄스 클리닝 에너지를 제공하는 것으로 입증되었습니다. 클리닝 에너지가 증가하면 필트레이션 성능이 증가하고 압축 공기 에너지 소비량이 감소할 수 있습니다.

뛰어난 공기 흐름 관리 설계, 효과적인 펄스 클리닝 성능, 표면 포집 나노섬유 필트레이션 여과지가 한 패키지에 통합된 경우, 하향 기류식 집진기는 공기 여과 성능 측면에서 뛰어난 이점을 제공합니다. 집진기의 공기량을 평가하는 한 가지 방법은 체적 유량 속도를 필트레이션 여과지 면적과 비교하는 것입니다. 이 여과지 대비 공기 비율(AMR) 또는 필트레이션 속도는 일반적으로 특정 작업에 맞게 장비의 크기를 조정하는 데 사용됩니다.

집진기의 성능과 용량 외에도, 확장성 및 구성 용이성은 수직 설치형 집진기와 비교했을 때 하향 기류식 집진기가 지니는 두 가지 추가적인 이점입니다. 하향 기류식 집진기에 필터를 수평으로 설치하면 카트리지가 망 형태로 장착되어 높이와 폭이 늘어나고, 이로 인해 작업장의 유연성이 증대되고 총 설치 면적을 줄일 수 있습니다. 수직 설치형 집진기는 필터층이 하나만 있으므로, 필트레이션 여과지 면적이 증가하면 높이가 고정되어 있기 때문에 폭과 깊이도 늘려야 합니다. 따라서 공기 처리량이 증가할 경우 총 설치 면적이 더 커집니다.

폭발 벤팅은 하향 기류식 집진기와 수직식 엘리먼트 집진기의 또 다른 차이점입니다. 폭발 완화 벤트는 장비 설치 면적을 변경하지 않고도 지붕이나 하향 기류식 집진기의 측면에 설치할 수 있습니다. 폭발 벤트는 수직 설치형 집진기의 측면에 설치해야 하므로, 일반적으로 벤트를 위로 향하게 하기 위해서는 더 큰 설치 면적이 필요합니다. 많은 시설에서는 폭연 화염 선단과 폭연 중에 방출되는 물질이 모두 점유 구역에 대한 노출이 적은 위쪽을 향하기 때문에 상향식 폭발 벤트 또는 지붕 장착형 폭발 벤트를 선호합니다.

마지막으로, 하향 기류식 집진기의 필터를 교체할 때는 필터 엘리먼트를 간단하게 교체할 수 있으며, 기존 수직 설치형 집진기 설계보다 포집되는 오염물에 대한 작업자의 노출이 최소화됩니다. 하향 기류식 집진기에는 일반적으로 한 번에 몇 개의 카트리지에만 접근할 수 있는 커버가 있습니다. 이러한 설계는 집진기가 잠재적으로 바람이 많이 부는 옥외에 있는 경우 큰 장점이 될 수 있습니다. 기존의 수직 설치형 집진기에는 일반적으로 더 큰 접근 도어가 필요하며, 따라서 조작자와 주변 환경이 전체 오염 공기 플리넘에 노출됩니다. 또한 하향 기류식 집진기의 수평 카트리지를 제거할 때는 조작자가 자신의 팔만 집진기에 넣으면 되므로 간단하고 깔끔하게 제거할 수 있습니다. 수직 설치형 집진기는 움푹한 오염 공기 플리넘을 잡기 위해 특수 도구를 사용하거나, 캐비닛 구조의 깊숙한 곳에 있는 카트리지 필터에 접근하기 위해 조작자가 실제로 직접 진입(잠재적으로 밀폐된 공간으로 진입)해야만 합니다. 거의 모든 집진기에는 필터 접근을 위한 산업용 플랫폼이 있지만, 하향 기류식 집진기는 사다리를 통해 접근할 수 있으므로 작업장 설치 면적에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.

수직 설치형 집진기의 필터를 교체하는 경우, 도어가 크고 카트리지 필터에 접근하기 어렵고, 필터가 크고 무겁기 때문에 일반적으로 플랫폼, 맨리프트 또는 다른 종류의 정교한 접근 장치가 필요합니다.

카트리지 집진기는 도입된 지 40년 이상 지난 지금까지도 여러 산업의 시설 운영자들에게는 여전히 매력적이고 경제적인 솔루션으로 사용되고 있습니다. 하향 기류식 집진기는 분진 재유입을 차단하고, 설치 면적을 최소화하며, 구성 유연성이 뛰어나고, 우수한 필터 교체 경험을 제공합니다. 이러한 사용자 이점을 감안할 때 하향 기류식 카트리지 집진기의 장점은 분명합니다.