화력발전소 집진장치

왜 배우는가: 화력발전소는 석탄·중유 연소로 많은 비회(fly ash)와 황산화물·질소산화물을 배출하므로 집진장치는 대기환경 규제 준수와 발전설비 운영의 핵심 설비다. 기술사 시험에서는 집진장치의 원리, 종류, 설치 위치 비교가 1교시 용어 문제와 4교시 논술 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제124회 4교시 4번, 제116회 4교시 6번, 제111회 1교시 8번, 제89회 1교시 9번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장

집진장치는 연소 배기가스 속 비회(fly ash) 등 입자상물질을 기계적·전기적 힘으로 포집해 대기 배출량을 줄이는 설비다.

핵심 키워드

• 집진장치: 배기가스 중 입자상물질을 분리·포집하는 설비
• 비회(fly ash): 연소 후 배기가스에 섞여 나가는 미세한 회 입자
• 전기집진기(ESP): 코로나 방전으로 입자를 대전시켜 집진극에 포집하는 장치
• 여과집진장치(백필터): 여과포로 입자를 걸러 내는 장치
• 관성력·원심력 집진장치: 관성 또는 원심력으로 입자를 분리하는 장치
• 집진율·배출허용기준: 설비 성능과 법적 기준을 나타내는 지표
• 여과성 먼지·응축성 먼지: 배출 단계에서 고체·액체로 나오는 먼지와 대기 중 응축되는 먼지

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 집진장치는 굴뚝으로 나가기 전에 연기 속 재를 잡아 내는 장치다. 화력발전소에서는 보일러 연소 가스가 수만 ㎥/min 규모로 나오므로 입자를 효율적으로 포집할 설비가 필요하다.

정식 정의는 다음과 같다. 대기환경보전법은 먼지를 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상물질로 정의하고, 여과성 먼지와 응축성 먼지를 포함한다고 규정한다. 입자상물질은 파쇄·선별·연소·합성·분해 등에서 발생하는 고체상 또는 액체상의 미세 물질이다. 집진장치는 이러한 입자상물질을 대기오염방지시설로서 제거하거나 줄이는 설비다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 여과성 먼지: 대기오염물질배출시설에서 고체 또는 액체 상태로 배출되는 먼지다.
• 응축성 먼지: 기체 상태로 배출된 뒤 대기 중에서 즉시 고체 또는 액체로 응축되는 먼지다.
• 매연: 연소할 때 생기는 유리(遊離) 탄소가 주가 되는 미세 입자다.
• 검댕: 유리 탄소가 응결해 입자 지름이 1미크론 이상이 된 입자다.

화력발전소의 비회는 주로 여과성 먼지에 해당한다. 입자 지름과 전기 저항에 따라 집진 방식이 달라진다.

3. 등장 배경과 필요성

석탄 화력은 연소 후 회분이 많이 남는다. 회분 중 일부는 바닥재(bottom ash)로 빠지고 나머지는 비회로 배기가스에 실려 나간다. 비회를 그대로 배출하면 주변 대기 질과 주민 건강을 해치므로 법적 배출허용기준을 맞춰야 한다.

대기환경보전법은 사업자가 배출시설에서 나오는 오염물질이 배출허용기준에 맞는지 확인하도록 측정기기를 부착하는 등의 조치를 하여 배출시설과 방지시설이 적정하게 운영되도록 하게 한다. 다만, 중소기업인 경우에는 기후에너지환경부장관 또는 시·도지사가 사업자의 동의를 받아 해당 조치를 할 수 있다. 측정기기 운영·관리 기준을 지키지 않으면 조치명령과 조업정지 등 제재를 받을 수 있다. 따라서 집진장치는 설비 성능뿐 아니라 측정과 운영 관리까지 함께 설계해야 한다.