개요
산업화 및 공업화에 의한 자동차 대수는 지속적으로 증가하고 있고 그에 따른 도로 및 터널의 건설도 함께 증가하고 있음. 근래에 건설되는 도로 사업은 고급화, 고속화를 목적으로 하여 산악지역 및 도심 통과구간 등에는 터널의 건설이 점증 하여왔음. 이에 터널내 대기오염 및 터널 출구 주변의 국지적 대기오염은 지속적 일어나고 있으며, 특히 도로터널내 차량에 의해 발생되는 미세먼지(PM-10)를 전기집진장치로 정화하여 대기질 수준에 가깝게 정화하여 배출하는 시스템임
도로터널내 미세먼지 분석
중금속 분석
(unit : ㎍/㎥)
| 대상 | Components | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| As | Cd | Cr | Cu | Pb | Zn | |
| 터널 내 미세먼지(1차) | N.D | N.D | 0.099 | 0.313 | 0.220 | 3.833 |
| 터널 내 미세먼지(2차) | N.D | N.D | 0.120 | 0.550 | 0.217 | 4.979 |
| 도로변 미세먼지 | N.D | N.D | 0.12 | 0.386 | N.D. | 8.927 |
- 터널내 미세먼지와 도로변 미세먼지 모두 Zn이 가장 많이 함유되어 있음
- 그 다음으로 Cu, Pb, Cr 순으로 나타남
- 특히, Zn의 경우 터널내 미세먼지 보다 도로변 미세먼지가 상당히 높게 나타났는데 이는 대기 중에 포함되어 있는 중금속 농도가 도로변 미세먼지에 장시간 침착되어 영향을 미친 것으로 판단됨.
표면분석
- 터널내 미세먼지는 직경 10um 이상의 조대입자들로 구성되어 있음
- 특히, 터널내 미세먼지는 도로변 미세먼지 보다 입자와 입자가 응집된 조대입자들이 많은 것을 볼 수 있는데 이는 수분함량과 더불어 차량에서 배출되는 유분의 성분이 도로변 미세먼지 보다 더 많이 함유되어 있기 때문임.
국내 터널내 미세먼지 제거 기술
- 국내의 대형 도로터널내 미세먼지 제거 기술은 현재 대부분 일본 후지전기 전기집진장치를 이용한 먼지 저감 기술이 활용되고 있음.
- 전기집진기는 직류고전압에 의한 코로나 방전에 의해 입자를 대전시켜 전계에 의한 정전방식을 이용하여 집진하는 것을 말함.
- 전기집진설비(E.P Filter) 원리는 축류팬에 의해 터널내부에서 발생된 입자(분진, 매연)를 집진실로 흡입하여 강한 전압으로 하전되어 있는 이온 샤워공간을 통과시키면 미립자는 IONIZER 의 코로나 방전으로 인해 방출되는 전자가 흡착되어 양이온화가 되며, 하전입자가 극판의 집진부를 통과 하면서 접지극판으로 유도ㆍ포집되는 원리를 이용함
도로터널용 습식 전기집진설비 처리 계통도
- 터널에서 주로 사용되는 습식설비의 처리계통도는 그림과 같이 송풍기를 이용하여 터널공기를 전기집진설비내로 유입시켜 극판에 포집하며, 포집된 먼지를 습식 세정하여 오수처리장치를 통해 케이크 형태로 반출하는 체계를 따름.
- 터널용 전기집진기는 2단식 전기집진기에 속하며, 저농도의 매연 미립자를 함유한
- 대 용량의 공기를 처리해야 하므로 집진 부분의 통과풍속을 터널 내의 일반적인 풍속인 1～5m/s에 비해 고속인 7m/s정도로 하는 것이 일반적임
- 터널용 집진기는 미세한 매연입자(대부분 입경 0.2㎛이하)를 함유한 공기에서 집진 하기 때문에, 중량법(하이볼륨샘플러)에 의한 농도에서 구하는 집진율과 매연투과율에 의한 농도에서 구하는 VI 개선율과의 사이에 명료한 상관관계를 얻기 어렵다.
- 그러나 디젤차의 매연을 대상으로 한 집진기의 성능시험에 있어서 중량법으로 집진율을 80%이상 확보하면 매연투과율 개선율도 거의 80%를 기대할 수 있음
후지전기 전기집진기 설비개요
- 제1세대：１９７８～공기세정식 처리풍속７m/ｓ 집진효율８０％
- 제2세대：１９８６～수세정방식 처리풍속７m/ｓ 집진효율８０％
- 제3세대：１９９８～처리풍속９m/ｓ 집진효율９０％
- 제4세대：２００３～교류전계형 집진장치 처리풍속１３m/ｓ 집진효율８０％
| 구분 | 교류 전계형(AC) 집진기 | 직류 전계형(DC) 집진기 |
|---|---|---|
|
집진효율 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 집진율 저하 |
| 운전시간 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 집진율 저하 |
|
하류벽면의 오염 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 대입경 입자의 부착 |
|
유지비용 |
〇 재생 회수 1/2 |
× 재생빈도 2배 |
후지전기 국내설치 사례
- 형식 : 교류고전압(AC) / 수세정방식
- 처리풍속 : 9.0m/sec
- 처리효율 : 중량법, 계수법 90%이상(@9.0m/sec)
구축사례
수정산 터널
- 터널길이 : 2,330m
- 집진설비 : 300CMS x 2기
- 2000.11 ~ 2002. 1
- 부산시건설본부/㈜쌍용건설
우면산 터널
- 터널길이 : 2,460m
- 집진설비 : 100CMS x 2기
- 2002. 4 ~ 2003. 12
- 서울시/㈜두산중공업, 두산건설
싸리재 터널
- 터널길기 : 2,470m
- 집진환기설비 285CMS x 1기
- 2003.4 ~ 2004.12
- 원주지방청/㈜벽산건설
사패산 터널
- 터널길이 : 3,995m
- 집진설비 : 350CMS x 2기 / 130CMS x 1기
- 2006.1 ~ 2007.12
- 한국도로공사/㈜GS건설
분당내곡 지하차도
- 터널길이 : 1,980m
- 집진설비 : 180CMS x 1기 / 160CMS x 1기
- 2007.12 ~ 2009.5
- 대한주택공사/㈜삼호
후지전기 전기집진기 소개 다운로드
후지전기 회사소개서 다운로드
후지전기 교류형(AC) 전기집진장치 특성
“세계에서 처음으로 재비산 억제”
- 학술논문 : 20건 이상
- 국제회의 : 35건 이상
- 국내학회발표 : 40건 이상
- 전기설비학회 논문상수상 : IEIEJ in 1998
| 1995 | 1995재비산 현상에 따른 대입경 입자의 집진효율 저하를 발견 [J.IEIE Jpn, Vol.15, No.2] |
| 1996 | 1996수분 분무 에 따른 재비산 억제 방법을 제안 [J.IEIE Jpn, Vol.16, No.12] |
| 1998 | 재비산 현상과 유속의 관계를 검토 [J.IEIE.Jpn, Vol.18, No.12] |
| 1999 | 전극응집 현상과 재비산 현상의 관계를 해명 [IEEE Trans. Ind. Applicat., Vol.35, No.2] |
| 2002 | 시야와 재비산의 관계를 해석 [T.IEE Japan, Vol.122-A, No.9] |
| 2003 | 교류전계에 따른 재비산 방지를 제안 [Safety in Rord and rail Tunnels 2003] |
| 2006 | 교류전계형 전기집진장치의 재비산 방지와 하류벽면의 입자 부착 방지 [J.Soc.Powder Technol., Japan, Vol.13, No.3] |
| 구분 | 교류 전계형(AC) 집진기 | 직류 전계형(DC) 집진기 |
|---|---|---|
|
집진효율 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 집진율 저하 |
| 운전시간 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 집진율 저하 |
|
하류벽면의 오염 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 대입경 입자의 부착 |
|
유지비용 |
〇 재생 회수 1/2 |
× 재생빈도 2배 |
교류전개형 특장점
종래, 직류전개형(DC) 문제점
- 재비산의 발생
- ESP하류벽면 등의 오염방지
- 전극판의 ½에 분진 포집
현재, 교류전개형(DC) 전기집진기 오염억제 모델
포집상대 비교
입경별 집진율의 시간적 특성비교
교류ESP에서 재비산 방지
입자수 및 체적 집진율 시간적 특성 비교
교류ESP에서 고집진 효율 장시간 유지
먼지 입자 벽면 부착상태
직류(DC) ESP
교류(AC) ESP
먼지 입자 벽면 부착율의 시간적 특성
교류ESP의 벽면 오염은 직류 ESP의 1/5
먼지 입자 벽면 부착율의 시간적 특성
| 구분 | 교류 전계형(AC) 집진기 | 직류 전계형(DC) 집진기 |
|---|---|---|
|
집진효율 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 집진율 저하 |
|
운전시간 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 집진율 저하 |
|
하류벽면의 오염 |
〇 재비산 억제 |
× 재비산에 따른 대입경 입자의 부착 |
|
유지비용 |
〇 재생 회수 1/2 |
× 재생빈도 2배 |