1. 소결로 배기 처리 설계의 현대적 과제와 접근법

소결 공정은 철강, 비철금속, 세라믹 및 시멘트 산업에서 원료를 고온에서 응집시키는 핵심 공정입니다. 이 과정에서 발생하는 배기 가스는 NOx(질소산화물), SO2(이산화황), 먼지(PM, PM2.5, PM10), 불소화합물(HF), 중금속(수은, 납, 카드뮴 등), 그리고 일부 조건에서 다이옥신까지 포함하는 복잡한 오염물질 혼합체입니다. 전통적인 소결로 배기 처리 설계는 각 오염물질을 별도의 장치(예: 전기집진기 + 습식/건식 탈황탑 + SCR 탈질 설비)로 처리하는 다단계 방식을 채택해 왔습니다. 이 방식은 공간 점유율이 크고, 에너지 소비가 많으며, 특히 고압력 강하로 인한 운영 비용이 높고, 다양한 오염물질 간의 상호 간섭(예: 먼지에 의한 촉매 중독)으로 인해 초저배출 기준(예: NOx < 50 mg/Nm³, SO2 < 35 mg/Nm³, 먼지 < 10 mg/Nm³)을 안정적으로 달성하기 어려운 경우가 많습니다.

ZTW Tech는 이러한 근본적인 문제를 해결하기 위해 "세라믹 일체화 다중 오염물질 초저배출 시스템"을 개발했습니다. 이 시스템의 핵심은 회사 자체 개발의 세라믹 촉매 필터 튜브(CCF: Catalytic Ceramic Filter)와 고온 여과 세라믹 필터 튜브(HTF: High-Temperature Filter)입니다. 이들은 단일 모듈 내에서 고효율 여과(탈진)와 촉매 반응(탈질, 탈황 등)을 동시에 수행할 수 있는 혁신적인 소재입니다. 따라서 기존의 복잡한 소결로 배기 처리 설계를 획기적으로 간소화하면서도 성능은 극대화할 수 있습니다.

2. ZTW Tech 세라믹 필터 튜브의 기술적 우위성

ZTW Tech의 세라믹 필터 튜브 성능은 그 독자적인 제조 공정과 나노 수준의 구조 설계에서 비롯됩니다.

• 나노급 기공 구조: 필터 벽체에 형성된 균일한 나노 기공(평균 기공 직경 0.1-10μm 범위 조절 가능)은 PM2.5를 포함한 초미세 먼지의 포집 효율을 99.99% 이상으로 끌어올립니다. 이는 전통적 여과백이나 금속 필터가 도달하기 어려운 수준입니다.
• 고기포비(High Air-to-Cloth Ratio) 운전: 높은 내화학성과 기계적 강도 덕분에 기존 설비 대비 최대 2-3배 높은 가스 유량(기포비)으로 운전이 가능합니다. 이는 동일 처리 용량 대비 장치 크기를 획기적으로 줄여 소결로 배기 처리 설계의 공간 효율성을 극대화합니다.
• 통합형 촉매 기능(CCF 한정): 필터 기질 자체에 V2O5-WO3/TiO2, 페로브스카이트 등 다양한 촉매 성분이 균일하게 분산 도포되어 있습니다. 300-450°C의 온도 범위에서 배기 가스가 필터 기공을 통과하는 동안, NOx는 NH3(암모니아)와 선택적 촉매 환원(SCR) 반응을 통해 무해한 N2와 H2O로 전환됩니다. 즉, 별도의 SCR 반응탑이 필요 없습니다.
• 뛰어난 내화학성 및 내중금속 중독성: 고순도 알루미나, 모울라이트, 규선석 등으로 제작된 세라믹 기질은 SO2, HCl, HF 등 산성 가스와 고온 수증기에도 매우 강합니다. 특히 소결로 배기 가스에 흔히 포함되는 알칼리 금속(Na, K) 및 중금속에 의한 촉매 중독 현상에 대해 기존 SCR 촉매 대비 월등한 저항성을 보여, 수명을 5년 이상으로 크게 연장합니다.
• 저압력 강하 및 에너지 효율: 최적화된 기공 구조와 표면 코팅 기술로 인해 초기 및 운전 중 압력 강하가 매우 낮아, 송풍기 소모 동력을 절감하여 운영 비용을 줄입니다.

이러한 기술적 장점들은 복잡한 소결로 배기 처리 설계를 단순화하고, 총 소유 비용(TCO)을 낮추는 데 직접적으로 기여합니다.

3. 다양한 산업 및 공정 조건에의 적용과 맞춤형 설계

소결로 배기 처리 설계는 단일의 표준 해결책이 존재하지 않습니다. 원료 조성, 소결 온도, 배기 가스 성분 및 농도, 현장 공간 제약 등은 각 사업장마다 크게 다릅니다. ZTW Tech는 이러한 다양성을 고려한 맞춤형 엔지니어링을 제공합니다.

3.1 철강 산업 소결공장 적용

철광석 소결로의 배기 가스는 대용량, 고농도 먼지 및 SO2, 변동이 큰 NOx 농도가 특징입니다. ZTW Tech는 고온(150-250°C) 영역에서 직접 운전 가능한 HTF 시스템을 먼저 설치하여 고효율 탈진을 수행한 후, 필요에 따라 CCF 모듈 또는 독립된 건식/반건식 탈황 장치를 조합하는 하이브리드 소결로 배기 처리 설계를 제안합니다. 이를 통해 기존 전기집진기+습식탈황탑+SCR 시스템 대비 에너지 소비를 30% 이상 절감한 사례가 있습니다.

3.2 비철금속(예: 아연, 납) 소결 및 배소로 적용

이 공정에서는 배기 가스에 중금속(특히 Hg, Cd, Pb)과 SO2 농도가 매우 높습니다. ZTW Tech의 CCF는 필터 표면에 특수 개발된 흡착제/촉매 코팅을 추가하여, 통과하는 중금속 증기를 포집 및 고정화할 수 있습니다. 이는 별도의 활성탄 주입 시스템 없이도 중금속 배출 기준을 충족할 수 있는 경제적인 해결책을 제공합니다.

3.3 세라믹 및 내화물 소성로 적용

불소(F) 함유 원료를 사용하는 경우 HF 배출이 주요 문제입니다. ZTW Tech 세라믹 필터 튜브의 알루미나 기반 소재는 HF에 대한 뛰어난 내성을 가지고 있습니다. 시스템 전단부에 소량의 알칼리성 분말(예: Ca(OH)2)을 주입하는 간단한 건식 산 제거 공정을 결합하면, HF와 SO2를 동시에 제거하는 효율적인 소결로 배기 처리 설계가 완성됩니다.

3.4 기타 산업: 소결로 배기 처리 설계의 유연성

이 기술은 시멘트 소성로, 배터리 재료 소결로, 도자기 소성 가마 등으로도 확장 적용되고 있습니다. 각 경우에 맞는 최적의 운전 온도, 필터 등급(기공 크기, 촉매 종류), 청소 방식(펄스 제트)을 설계에 반영합니다.

4. 성공적인 소결로 배기 처리 설계를 위한 실무 가이드라인

ZTW Tech 솔루션의 성공적인 도입을 위해서는 다음과 같은 단계적 접근이 권장됩니다.

1. 정확한 배기 가스 분석 및 조건 정의: 최소 1주일 이상의 연속 측정을 통해 가스 유량, 온도, 성분 농도(NOx, SO2, O2, 먼지, HF, 중금속 등)의 프로파일을 확보하는 것이 모든 소결로 배기 처리 설계의 기초입니다.
2. 핵심 기술 선택: NOx 농도와 목표 제거 효율에 따라 CCF만 사용할지, HTF + 독립 SCR을 사용할지 결정합니다. SO2/HF 농도가 높으면 전처리 건식 흡수제 주입 시스템의 필요성을 평가합니다.
3. 맞춤형 시스템 엔지니어링: ZTW Tech 엔지니어는 현장 레이아웃, 기존 공정과의 연계성, 유지보수 접근성을 고려하여 모듈 배열, 덕트 설계, 재생 시스템을 최적화합니다. 특히 점성 먼지가 우려되는 경우, 가스 조건 조정(온도/습도 제어)을 위한 전처리 설계가 중요합니다.
4. 시운전 및 성능 보증: 설치 후 철저한 시운전을 통해 설계 값 대비 배출 농도, 압력 강하, 암모니아 슬립(NH3 slip) 등을 검증합니다. ZTW Tech는 일반적으로 초저배출 기준을 안정적으로 하회하는 성능을 계약적으로 보증합니다.
5. 장기적 유지보수 계획: 세라믹 필터 튜브의 예상 수명은 5년 이상이지만, 정기적인 압력 강하 모니터링과 1-2년 주기의 내부 검사는 시스템의 장수명 운전을 보장합니다. ZTW Tech는 원격 모니터링 시스템과 예방적 유지보수 서비스를 제공합니다.

결론적으로, 환경 규제가 전 세계적으로 강화되고 있는 오늘날, 소결로 배기 처리 설계는 단순한 규제 준수를 넘어 에너지 효율과 운영 경제성을 함께 고려해야 하는 전략적 투자가 되었습니다. ZTW Tech의 세라믹 일체화 기술은 이러한 복합적 요구사항을 충족시키는 미래지향적인 솔루션으로, 한국을 비롯한 전 세계 소결 공정 운영자들에게 검증된 대안을 제시하고 있습니다. 보다 구체적인 기술 상담이나 사례 연구에 관심이 있으시다면 ZTW Tech의 전문 엔지니어링 팀에 문의하시기 바랍니다.