기존 백필터를 촉매필터백으로 바꿀 수 있나?
확인할 다섯 가지부터 한 구획 시범 적용 순서까지
01 · WHAT CHANGES
촉매필터백으로 바꾸면 무엇이 달라지나요?
촉매필터백은 먼지를 거르는 필터백의 섬유에 탈질 촉매를 담지해, 백필터 안에서 먼지와 질소산화물(NOx)을 함께 줄이는 필터백입니다. 먼지를 거르는 백필터 안에서 탈질까지 맡으므로, 별도의 SCR 반응탑을 두는 방식과 구조가 다릅니다.
교체 범위는 다음과 같이 나눠 볼 수 있습니다.
- 그대로 두는 것(규격이 맞을 때): 백필터 하우징, 튜브시트, 케이지, 탈진 설비
- 바뀌거나 더해지는 것: 필터백, 필터 앞 환원제 주입 설비, 온도·차압 관리 기준
필터백 교체만으로 NOx가 줄어드는 것은 아닙니다. 촉매 반응은 환원제가 필터에 닿기 전에 배가스와 섞여 있어야 일어납니다. 제조사 자료인 Topsoe의 촉매필터백 제품 페이지도 NOx를 줄이려면 NH₃ 같은 환원제가 필터 앞에 있거나 주입돼야 한다고 설명합니다.[1]
촉매필터백의 구조는 제조사마다 다릅니다. Topsoe는 표준 필터백 안쪽에 촉매 섬유층을 넣은 구조로 설명합니다.[1] Gore는 먼지를 거르는 ePTFE 멤브레인과 PTFE 기반 촉매 펠트를 결합한 구조로 설명합니다.[2] CataFill®은 촉매를 담지한 PTFE 부직포에 ePTFE 멤브레인을 라미네이션한 촉매필터백입니다. 구조가 다르므로 이 글에서 소개하는 공개 사례의 수치는 다른 구조의 사례로만 읽어야 합니다.
그림 속 번호는 02절의 확인 항목과 같습니다. 왼쪽 덕트로 배가스가 들어와 필터백을 지나 오른쪽 덕트로 나갑니다. 남색 필터백이 촉매필터백이고, 주황색 탱크와 배관은 새로 더하는 환원제 주입 설비입니다.
자료: ㈜마이크로원 자체 기술자료 기반 · AI 활용 개념도 · 실제 형상·치수와 다름
02 · FIVE CHECKS
교체 전에 무엇을 확인해야 하나요?
확인할 항목은 다섯 가지입니다. 아래 표는 항목마다 어떤 값을 보고, 그 값이 왜 중요한지 정리한 것입니다.
| 확인 항목 | 무엇을 보나 | 왜 중요한가 |
|---|---|---|
| ① 운전 온도 | 정상·저부하·기동 시 백필터 입구 온도의 최저값 | CataFill®의 적용 온도는 배출가스 120~200°C이고, NOx 저감에는 180°C 이상을 권장합니다. 온도가 낮으면 저감률이 떨어지고 황산수소암모늄(ABS)이 생길 수 있습니다. 자세한 내용은 탈질 촉매 성능이 떨어지는 이유: 피독·온도·암모니아 슬립 칼럼에서 다룹니다. |
| ② 환원제 주입 | 기존 SNCR 설비 유무, 백필터 앞 주입 노즐 위치와 혼합 거리, 배관 응축수·노즐 막힘 대책 | 환원제가 필터에 닿기 전에 배가스와 섞여야 촉매 반응이 일어납니다. 사용량은 요소·암모니아 사용량 계산기로 가늠해 볼 수 있습니다. |
| ③ 집진기 규격 | 튜브시트 구멍 지름, 케이지 지름·길이·와이어 수, 필터백 길이, 여과속도(A/C) | 필터백이 튜브시트와 케이지에 맞아야 하므로 도면과 실측 치수가 필요합니다. 여과속도(처리 풍량을 여과 면적으로 나눈 값)는 여과속도 계산기로 확인합니다. |
| ④ 차압·탈진 여유 | 현재 차압 추세, 송풍기 여유, 구획별로 탈진 압력을 따로 조정할 수 있는지 | 촉매필터백을 넣으면 차압이 늘 수 있고 탈진 압력을 조정해야 할 수 있습니다. 03절에서 공개 사례를 소개합니다. |
| ⑤ 배가스 성분 | SO₂·SO₃, 알칼리·중금속 등 촉매 피독 물질, 수분, 산성가스 처리 설비(반건식·건식 반응탑) 유무 | SO₂·SO₃는 ABS 생성에, 알칼리·중금속은 촉매 성능 저하에 영향을 줄 수 있습니다. |
이럴 때는 필터백 교체만으로 판단하기 어렵습니다
아래 다섯 경우에는 단순 교체로 판단하지 않고, 설비 보완 여부와 적용 가능성을 별도로 검토해야 합니다.
- 백필터 입구 온도가 CataFill®의 적용 온도 범위(120~200°C)를 벗어나는 구간이 있거나, NOx 저감 권장 온도(180°C 이상)를 유지하지 못하는 시간이 길 때
- 필터 앞에 환원제를 주입하고 섞을 위치나 배관 경로를 확보하기 어려울 때
- 튜브시트·케이지 규격이 필터백 규격과 맞지 않을 때
- 송풍기와 탈진 설비에 여유가 없어 차압이 조금만 올라도 운전에 영향이 있을 때
- SO₂·SO₃가 많은데 필터 앞에서 산성가스를 처리하는 설비가 없거나, 촉매 피독 물질이 많을 때
03 · PRESSURE DROP AND LIFE
차압과 필터백 수명은 어떻게 달라지나요?
차압은 현장 조건에 따라 약간 늘 수 있으므로, 송풍기와 탈진 여유를 미리 확인해야 합니다. 공개된 실증 사례가 하나 있어 조건과 함께 소개합니다.
덴마크 환경청(Miljøstyrelsen)의 2022년 보고서는 영국 Snetterton 바이오매스 발전소의 한 구획에 Topsoe CataFlex™ 촉매필터백을 설치한 시험을 다룹니다.[3] 이 발전소는 주로 짚을 연료로 쓰는 50 MWe 설비입니다. 보고서에 따르면 촉매필터백을 넣은 구획의 차압은 일반 필터백 구획보다 2~3 mbar(200~300 Pa, 약 20~30 mmH₂O) 높았고, 보고서는 이 차이를 배가스 계통 전체 차압에 비하면 작은 수준으로 평가했습니다.[3]
같은 보고서는 촉매 백이 들어간 필터가 보통 약간 높은 탈진 압력을 요구한다고 설명합니다. 다만 해당 설비는 구획별로 탈진 압력을 조정할 수 없어서, 그 구획에만 더 높은 압력을 줄 수 없었다고 적었습니다.[3]
아니요. 위 사례는 바깥 필터백 안에 촉매 백을 넣는 다른 구조의 제품이 한 현장에서 보인 결과입니다. 운전 조건도 다르므로 CataFill®의 차압이나 탈진 조건으로 옮겨 쓰지 않습니다.
CataFill®의 차압은 환경신기술(NET) 제631호 인증 범위(100 mmH₂O 이하)로 확인할 수 있습니다. 개별 현장의 차압은 운전 조건에 따라 달라집니다.
CataFill®의 교체 주기는 통상 약 2년입니다
국내 현장에서 SCR 촉매의 보증 기간은 대개 2~3년입니다. CataFill®의 교체 주기도 통상 약 2년으로, SCR 촉매 보증 기간과 비슷한 수준입니다.
다만 교체 주기는 현장마다 다릅니다. CataFill®의 교체 주기도 운전 온도, 피독 물질, 탈진 조건에 따라 달라집니다.
04 · FIELD LESSONS
현장에서는 어디서 막힐 수 있나요?
앞에서 본 덴마크 보고서는 현장 탈질 시험을 끝내지 못한 사례이기도 합니다.[3] 이 사례에서는 촉매보다 환원제인 암모니아를 넣는 계통에서 먼저 문제가 생겼습니다.
보고서가 적은 경과는 이렇습니다. 먼저 주입 배관이 음압(진공) 상태여서 응축수가 빠지지 않고 막혔습니다. 이어서 필터의 먼지 쪽에 놓인 주입 노즐이 오염됐습니다. 그다음에는 암모니아를 밀어 넣을 양압이 더 이상 없었고, 보고서는 그 원인을 필터 차압이 약간 오른 탓일 가능성이 있다고 적었습니다. 결국 시간과 예산이 바닥나 이 부분의 시험은 중단됐습니다.[3]
같은 보고서는 설치한 지 6개월, 14개월, 22개월이 지난 촉매필터백에서 시료를 떼어 실험실에서 활성을 시험했고, 활성이 크게 떨어지지 않았다고 평가했습니다.[3] 이 결과는 현장 탈질 시험이 아니라 실험실 시험이며, Topsoe 제품 한 사례의 결과입니다.
온도에 대해서는, 보고서가 이 제품 방식에서는 과도한 ABS 오염을 피하려면 보통 필터 온도를 약 185°C 이상으로 높여야 한다고 적었습니다(이미 그 이상이 아니라면). 이 발전소의 평상시 필터 온도는 200~210°C였습니다.[3] CataFill®의 운전 온도는 이와 별도로 적용 온도 120~200°C, NOx 저감 권장 180°C 이상을 기준으로 봅니다.
공개 사례에서 배울 점검 포인트
- 주입 배관: 응축수가 고이는 지점과 배출 방법을 설계 단계에서 확인
- 분사 노즐: 먼지 쪽에 놓이는 노즐의 오염 점검과 세정 방법
- 주입 압력: 필터 차압이 오른 뒤에도 환원제를 밀어 넣을 압력 여유
- 시험 계획: 주입 계통을 손보는 시간까지 포함한 시험 기간과 측정 계획
위 점검 포인트는 공개 사례 한 건에서 읽은 내용이며, 모든 현장에서 같은 문제가 생긴다는 뜻은 아닙니다.
05 · PILOT FIRST
어떤 순서로 도입하면 안전한가요?
여러 구획으로 나뉜 백필터라면 한 구획에만 먼저 적용해 보는 방법이 있습니다. 도입 순서는 네 단계로 정리할 수 있습니다.
범례: 주황색 화살표는 오염가스 유입, 하늘색 화살표는 처리된 가스의 배출입니다. 구획마다 유입관과 배출구가 따로 있습니다.
자료: ㈜마이크로원 자체 기술자료 기반 · AI 활용 개념도 · 실제 형상·치수와 다름
앞의 공개 사례도 필터백 1,568개 가운데 한 구획의 196개에만 먼저 적용했습니다.[3] 단계마다 무엇을 보고 그 결과로 무엇을 결정하는지는 아래 표와 같습니다. 암모니아 슬립은 반응하지 않고 굴뚝으로 나가는 암모니아를 말합니다.
| 단계 | 무엇을 어떤 값으로 | 누가 확인하나 | 결과로 무엇을 결정하나 |
|---|---|---|---|
| 1. 운전 자료 검토 | 02절 다섯 항목: 배가스 유량·온도(최저·평균·최고), NOx 입구 농도와 목표 농도, 집진기 도면 | 설비 운영사, 필터백 공급사 | 조건이 맞으면 시범 구획을 정하고, 맞지 않으면 설비 보완이나 적용 보류를 검토 |
| 2. 한 구획 시범 적용 | 한 구획에만 촉매필터백과 환원제 주입 적용, 구획별로 분리해 운전할 수 있는지 | 설비 운영사, 필터백 공급사 | 구획 분리가 어려우면 시범 방식을 별도로 검토 |
| 3. 차압·NOx·슬립 측정 | 시범 구획 출구와 기존 구획 출구에서 차압, NOx, 암모니아 슬립을 비교(굴뚝에서는 다른 구획 가스와 섞여 희석됨). 적용 전 기준값도 같은 위치에서 측정 | 설비 운영사(자체 측정 또는 외부 측정) | 목표 범위 안이면 확대를 검토하고, 벗어나면 주입·탈진 조건을 조정해 다시 측정하거나 추가 시험 |
| 4. 전체 확대 | 시범 결과와 나머지 구획의 필터백 교체 일정 | 설비 운영사 | 확대 시점과 순서를 결정 |
표의 목표 범위는 마이크로원이 정해 드리는 값이 아니라, 현장별로 설비 운영사와 필터백 공급사가 협의해 정하는 값입니다.
06 · CHECKLIST
검토를 요청할 때 어떤 자료가 필요한가요?
아래 자료가 있으면 운전 온도와 환원제 주입 조건을 구체적으로 검토할 수 있습니다.
- 배가스 유량과 온도(최저·평균·최고)
- NOx 입구 농도와 목표 농도
- SO₂, HCl, 수분 농도, SO₃(측정값이 있으면)
- 먼지 농도와 성분(알칼리·중금속 등)
- 집진기 도면(튜브시트·케이지)
- 현재 필터백 규격
- 차압 추세, 송풍기 여유
- 탈진 방식과 압력(구획별 조정 가능 여부)
- 기존 SNCR·흡착제 주입 설비 유무
도입한 뒤 운전 중에 확인할 항목은 촉매필터백 운전 점검표에 따로 정리했습니다.
FAQ
자주 묻는 질문
일부 구획에만 먼저 적용해 볼 수 있나요?
네. 구획별로 운전할 수 있는 백필터라면 한 구획에 먼저 적용해 차압과 NOx를 다른 구획과 비교하는 방법이 있습니다. 앞에서 소개한 공개 사례도 1,568개 필터백 중 한 구획의 196개에 먼저 적용했습니다.[3]
기존 SNCR의 환원제 설비를 함께 쓸 수 있나요?
일부 설비는 함께 쓸 수 있습니다. 저장 탱크·공급 펌프·희석수 설비는 남은 용량이 새 주입 지점의 사용량(SNCR을 계속 운전한다면 합산량)을 감당하고, 백필터 앞 새 노즐에서 필요한 공급 압력과 유량을 낼 수 있으며, 환원제 종류와 배관 경로가 새 주입 방식에 맞을 때 재사용을 검토합니다. 다만 SNCR의 분사 위치는 요소의 최적 반응 온도 구간(약 900~1,150°C)에 맞춰 정해지므로[5], 120~200°C대인 백필터 앞에는 새 분사 노즐과 혼합 구간이 필요합니다. 요소를 쓴다면 120~200°C 배가스에서는 필터에 닿기 전에 충분히 분해되지 않을 수 있으므로 별도 분해 설비나 암모니아수 사용을 검토해야 하며, 미국 EPA 비용 매뉴얼도 SCR에서 요소를 일반적으로 주입 전에 암모니아로 전환한다고 설명합니다.[4]
촉매필터백으로 바꾸면 탈진 압력도 조정해야 하나요?
조정이 필요할 수 있습니다. 공개 사례 보고서는 촉매 백이 들어간 필터가 보통 약간 높은 탈진 압력을 요구한다고 설명했습니다.[3] 구획별로 탈진 압력을 따로 조정할 수 있는지 미리 확인하고, CataFill®의 탈진 조건은 공급사의 운전 지침을 따릅니다.
검토를 요청하려면 어떤 운전 자료가 필요한가요?
배가스 유량·온도(최저·평균·최고), NOx 입구 농도와 목표 농도, SO₂·SO₃·HCl·수분, 먼지 농도와 성분, 집진기 도면(튜브시트·케이지), 현재 필터백 규격, 차압 추세와 송풍기·탈진 여유, 기존 SNCR·흡착제 주입 설비 유무가 필요합니다. 항목별 설명은 06절을 참고하세요.
- Topsoe, 「CataFlex™ catalytic filter bags」 제품 페이지(제조사 자료). 링크
- W. L. Gore & Associates, 「GORE® DeNOx Catalytic Filter Bags」 제품 페이지(제조사 자료). 링크
- 덴마크 환경청(Miljøstyrelsen), 「Advanced catalytic bags for combined abatement of NOx and particulate matter in biomass boilers」, 2022(Topsoe CataFlex™ 대상 실증 보고서, 다른 구조·다른 조건의 한 사례). 링크
- 미국 EPA, 「Air Pollution Control Cost Manual, Section 4, Chapter 2: Selective Catalytic Reduction」, 2016(2017 개정). 링크
- 미국 EPA, 「Air Pollution Control Cost Manual, Section 4, Chapter 1: Selective Noncatalytic Reduction」, 2016(2017 개정). 링크