집진장치는 중력 · 관성 · 원심력 · 세정 · 여과 · 전기력으로 배기가스 속 먼지를 붙잡고, 원리마다 잘 잡는 입자 크기가 다르다. 효율이 50%가 되는 입경인 컷 지름(d50)이 작을수록 미세 입자에 강하며, 장치를 직렬로 이으면 총효율은 1 - (1 - η₁)(1 - η₂)가 된다. 첫 그림은 고른 장치의 입경별 부분집진효율 곡선이고, 집진 원리 버튼은 곡선을, 입경 슬라이더는 곡선 위 점과 효율 값을 바꿔요. 그 아래 두 번째 입경 슬라이더는 원심 → 여과 직렬 조합의 단별 효율과 총효율 값을 바꿔요.
먼지를 붙잡는 여섯 가지 원리
배기가스 속 먼지를 걸러 내는 원리는 여섯 가지다. 무게로 가라앉히고(중력), 흐름을 꺾어 떨구고(관성), 빙글 돌려 벽에 던지고(원심), 물방울로 씻고(세정), 천으로 거르고(여과), 전기로 끌어당긴다(전기).
👀 입경이 클수록 잡기 쉽다
①큰 입자는 관성과 중력이 커서 값싼 장치로도 잘 잡힌다
②작은 입자(미세먼지)일수록 여과 · 전기 집진 같은 고성능 장치가 필요하다
③컷 지름(d50)은 효율이 50%가 되는 입경이고, 작을수록 미세 입자에 강해요
④그래서 원심 집진으로 큰 입자를 먼저 걸러 낸 뒤 여과 · 전기 집진으로 마무리한다
집진 원리별 부분집진효율 곡선
5 μm
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부분집진효율 η = dp² / (dp² + d50²). d50 = 효율이 50%가 되는 입경. 전기 · 여과는 d50이 작아 미세 입자에 강함.
고른 집진 원리의 입경별 부분집진효율 곡선. 원리를 바꾸면 컷 지름(d50)이 달라져 곡선이 좌우로 옮겨 가고, 입경 점으로 그 입경의 집진효율을 읽는다
💡 장치별로 잘 잡는 입경
①중력 · 관성은 20 μm 이상 굵은 입자용이라 전처리에 알맞다
②원심(사이클론)은 5 ~ 10 μm급이고, 값싸고 튼튼해 전처리의 대표다
③세정(스크러버)은 1 μm급까지 잡고 가스도 함께 흡수하지만 폐수가 생겨요
④여과(백필터)와 전기(EP)는 1 μm 이하 미세 입자까지 99% 이상 잡는다
직렬로 이어 총집진효율 끌어올리기
원심 집진(전처리)으로 굵은 먼지를 걸러 낸 뒤 여과 집진(후처리)으로 미세먼지를 잡으면, 앞 단이 놓친 먼지만 다음 단이 처리하므로 총효율이 크게 올라간다.
3 μm
1단 원심 효율
η1 = 12.3%
d50 = 8 μm
2단 여과 효율
η2 = 97.3%
d50 = 0.5 μm
직렬 총집진효율
ηtotal = 97.63%
1 - (1-η1)(1-η2) · 앞 단이 놓친 것만 다음 단이 처리
⚡ 효율이 아니라 놓친 비율을 곱하는 까닭
①1단을 빠져나간(놓친) 비율은 (1-η_1)이다
②그 가운데 2단도 놓친 비율은 (1-η_1)(1-η_2)예요
③마지막에 빠져나간 비율을 1에서 빼면 총효율이에요 → η_total = 1-(1-η_1)(1-η_2)
④한 단의 효율이 낮아도 다른 단이 메워 주므로 직렬이 유리해요
집진장치 특징 총정리
집진 원리 · 적용 입경
집진장치별 원리와 적용 입경
중력 · 관성 집진
침강 · 방향 전환 · 저효율 전처리
20 μm 이상
원심(사이클론)
원심력으로 벽면 충돌 · 대표 전처리
5~10μm
세정(스크러버 · 벤투리)
액적과 접촉 · 가스도 함께 제거 · 폐수 발생
1 μm급
여과(백필터)
여과포 통과 · 고효율 · 탈진 필요
1 μm 이하
전기(EP)
코로나 방전으로 대전시켜 집진 · 초고효율 · 고전압
0.1 μm 이하
집진효율 정의
η = Cin - CoutCin × 100
입구 농도에 대해 제거한 먼지의 비율(%)
다단 직렬 총효율
ηtotal = 1 - (1-η1)(1-η2)
각 단 통과율의 곱을 1에서 뺀 값
정리와 시험에서 묻는 것
🎯 시험에서 묻는 것
①집진 원리 여섯 가지는 중력 · 관성 · 원심 · 세정 · 여과 · 전기다
②집진효율 η = (C_in - C_out)/C_in × 100
③직렬 총효율 η_total = 1-(1-η_1)(1-η_2)
④미세 입자를 높은 효율로 잡는 것은 여과(백필터)와 전기 집진(EP)이에요
⑤전기 집진기는 코로나 방전으로 입자를 대전시켜 잡으며, 압력 손실이 작고 효율이 아주 높다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 입구 10 g/Sm³, 출구 0.2 g/Sm³일 때 집진효율은? (답: (10-0.2)/10×100 = 98%)