전기집진

전기집진기의 첫 번째 핵심 과정은 배기가스 내에 포함된 입자상 물질에 전하를 부여하는 전리 및 충전 단계이다. 이 과정은 고전압이 인가된 방전 전극과 접지된 집진 전극 사이에서 일어난다. 방전 전극 주변의 강한 전기장에 의해 주변 공기가 이온화되어 코로나 방전이 발생하며, 다량의 자유 이온이 생성된다.

생성된 이온들은 전기장의 영향으로 집진 전극 방향으로 이동하며, 이 과정에서 배기가스 중을 흐르는 먼지 입자들과 충돌한다. 입자들은 이 충돌을 통해 이온의 전하를 전달받아 대전된다. 입자의 대전 정도는 입자의 크기, 형태, 유전율, 그리고 주변 전기장의 세기와 체류 시간 등 여러 요인에 의해 결정된다. 일반적으로 1 마이크로미터 이상의 큰 입자들은 전기장 충전이 주를 이루며, 0.5 마이크로미터 미만의 아주 작은 입자들은 확산에 의한 확산 충전이 더 효과적이다. 이렇게 전하를 띤 입자들은 다음 단계인 집진 과정을 위해 준비된다.

집진은 전기집진기의 핵심 작동 단계로, 전하를 띤 입자들이 집진 전극에 포착되는 과정이다. 방전 전극에서 생성된 강력한 전기장 내에서 입자들은 전하를 띠게 되며, 이 전하 입자들은 전기력(쿨롱력)에 의해 반대 극성의 집진 전극(보통 접지된 판)으로 끌려간다. 집진 전극에 도달한 입자들은 그 표면에 부착되어 제거 대상이 된다.

집진 효율은 입자의 크기, 비저항, 가스의 유속, 전기장의 세기 등 여러 요인에 의해 결정된다. 일반적으로 입자가 클수록, 전기장이 강할수록, 그리고 가스의 체류 시간이 길수록 포집이 용이하다. 특히 미세먼지와 같은 아주 작은 입자들도 전하를 띠면 효과적으로 포집될 수 있어, 전기집진기는 미세먼지 저감에 효과적인 기술로 평가받는다.

집진 전극에 쌓인 먼지 층이 두꺼워지면 전기장이 왜곡되고 효율이 저하될 수 있으며, 심지어 역전리 현상이 발생할 수도 있다. 따라서 일정 시간마다 제진 과정을 통해 이 먼지 층을 제거하여 집진 효율을 유지해야 한다. 이렇게 포집된 먼지는 최종적으로 회수 시스템을 통해 처리된다.

전기집진기의 제진 단계는 집진 전극에 부착된 먼지를 제거하여 집진 효율을 유지하고 시스템을 재생하는 과정이다. 이 과정 없이는 전극 표면에 먼지가 계속 축적되어 전기장이 약화되거나 코로나 방전이 차단될 수 있으며, 결국 집진 성능이 급격히 저하된다. 제진 방식은 주로 건식 전기집진기와 습식 전기집진기에 따라 크게 구분된다.

건식 전기집진기에서는 주로 기계적인 충격을 이용한 방법이 사용된다. 방전 전극과 집진 전극에 부착된 먼지층을 래퍼라고 부르는 진동기나 해머로 두드려 떨어뜨린다. 떨어진 먼지는 집진기 하부의 호퍼로 모아져 회수 시스템을 통해 배출된다. 이 방식은 주기적으로 또는 압력 손실이 증가할 때 자동으로 작동하도록 설계된다.

반면, 습식 전기집진기에서는 물이나 다른 액체를 이용해 먼지를 지속적으로 씻어낸다. 집진 전극 표면에 물막을 형성하거나 분무를 뿌려 먼지를 제거하며, 제거된 먼지는 슬러리 형태로 배수된다. 이 방식은 점성이 높거나 점착성이 강한 먼지를 처리하는 데 유리하며, 제진 과정에서 재비산이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

효율적인 제진을 위해서는 먼지의 비저항, 점착력, 그리고 처리 가스의 온도와 습도 등이 고려되어야 한다. 특히 고저항 먼지의 경우 집진 전극에 강하게 달라붙어 제거가 어려울 수 있어, 가스 조건을 조절하거나 특수 표면 처리를 한 전극을 사용하기도 한다. 적절한 제진은 전기집진기의 장기적이고 안정적인 운영을 보장하는 핵심 요소이다.

방전 전극은 전기집진기의 핵심 구성 요소 중 하나로, 고전압을 인가하여 강한 전기장을 형성하고 코로나 방전을 일으켜 먼지 입자에 전하를 부여하는 역할을 한다. 일반적으로 음극으로 작동하며, 날카로운 끝부분이나 가는 와이어 형태로 제작되어 전계 강도를 극대화한다. 방전 전극에 수만 볼트의 고전압 직류 전압이 인가되면 전극 주변의 공기 분자가 이온화되어 양이온과 전자로 분리되는 코로나 방전이 발생한다.

이 과정에서 생성된 자유 전자와 음이온은 인접한 집진 전극(양극, 접지판)을 향해 이동하며, 그 경로에 있는 먼지 입자와 충돌하여 입자에 음전하를 부착시킨다. 방전 전극의 설계와 배열은 전기집진기의 전체적인 집진 효율에 직접적인 영향을 미친다. 전극의 형태, 두께, 배열 간격, 그리고 인가되는 전압의 크기와 극성은 가스의 성분, 유량, 먼지의 농도와 비저항 같은 운영 조건에 맞게 최적화되어야 한다.

방전 전극은 운영 중에 먼지가 축적되거나 부식될 수 있어 정기적인 유지보수가 필요하다. 따라서 내구성과 청소 용이성을 고려한 재료 선택이 중요하며, 스테인리스강이나 특수 합금이 흔히 사용된다. 방전 전극의 성능은 전기집진기가 화력 발전소, 시멘트 공장, 철강 공장 등에서 대기 오염 물질을 효과적으로 제거하는 데 기초를 제공한다.

집진 전극은 전기집진기의 핵심 구성 요소 중 하나로, 전리 및 충전 과정을 거쳐 대전된 입자상 물질을 실제로 포집하는 역할을 한다. 이 전극은 일반적으로 접지된 상태로 유지되며, 방전 전극에서 생성된 강력한 전기장 내에서 양극으로 작용한다. 대전된 먼지 입자들은 쿨롱의 법칙에 따라 집진 전극 표면으로 끌려와 부착된다.

집진 전극의 형태는 전기집진기의 설계에 따라 다양하게 나타난다. 일반적으로 널리 사용되는 판형 전기집진기에서는 평평한 금속판이 집진 전극으로 사용되며, 이러한 판들은 일정한 간격을 두고 병렬로 배열된다. 반면 관형 전기집진기에서는 원통형의 집진 전극이 중심부에 위치한 방전 전극을 둘러싸는 구조를 가진다. 집진 전극의 재질은 내식성과 내구성을 고려하여 탄소강이나 스테인리스강 등이 주로 사용된다.

집진 전극 표면에 먼지가 계속 축적되면 집진 효율이 저하될 수 있다. 따라서 일정 시간 간격으로 축적된 먼지층을 제거하는 제진 과정이 필수적이다. 이를 위해 집진 전극에 진동기 또는 래퍼를 설치하여 강한 충격이나 진동을 가해 먼지층을 탈락시킨다. 탈락된 먼지는 호퍼로 떨어져 회수 시스템을 통해 배출된다.

집진 전극의 설계와 운영은 전체 전기집진기의 성능을 좌우하는 중요한 요소이다. 전극의 크기, 간격, 배열 방식은 처리하려는 가스 유량과 먼지의 특성에 맞게 최적화되어야 한다. 또한 먼지의 비저항이 높을 경우 집진 전극 표면에 먼지가 강하게 부착되어 제진이 어려워지는 역전리 현상이 발생할 수 있으므로 주의가 필요하다.

전기집진기의 핵심 구성 요소 중 하나로, 방전 전극에 고전압을 인가하여 강력한 전기장을 형성하는 장치이다. 일반적으로 수만 볼트에 이르는 직류 고전압을 생성하여 공급한다. 이 고전압은 방전 전극 주변의 공기를 전리시켜 코로나 방전을 일으키는 원동력이 된다.

고전압 전원 공급 장치는 정류기와 변압기를 주요 부품으로 포함한다. 상용 교류 전원을 받아 변압기로 고압으로 승압한 후, 정류기를 통해 직류로 변환하여 출력한다. 시스템의 안정적 운영을 위해 자동 전압 제어 장치가 함께 구성되어, 배기가스의 상태 변화에 따라 최적의 전압을 자동으로 조절하여 집진 효율을 유지한다.

이 장치는 절연 설계가 매우 중요하다. 고전압을 전달하는 전력 케이블과 부싱은 특수한 절연 재료로 제작되어, 전기 누설이나 아크 방전과 같은 사고를 방지한다. 또한, 시스템의 안전을 위해 과전압 보호 회로와 접지 시스템이 반드시 마련된다.

전기집진기에서 포집된 먼지를 제거하고 회수하는 과정은 시스템의 지속적인 운영을 위해 필수적이다. 이 역할을 담당하는 핵심 구성 요소가 진동기, 일명 래퍼(Rapper)이며, 여기에 먼지 회수 시스템이 결합된다.

집진 전극에 쌓인 먼지 층은 두꺼워질수록 전기장을 약화시키고 코로나 방전을 불안정하게 만들어 집진 효율을 저하시킨다. 이를 주기적으로 제거하기 위해 진동기가 사용된다. 진동기는 집진 전극에 기계적 충격(타격)이나 진동을 가하여 부착된 먼지 층을 떨어뜨린다. 이때 가해지는 충격의 강도와 빈도는 포집된 먼지의 종류와 두께에 따라 조절되어야 하며, 지나치게 강한 충격은 집진 전극의 변형을 초래할 수 있다.

떨어져 하부로 낙하한 먼지는 집진기 하단의 호퍼(Hopper, 먼지 받이)에 모인다. 호퍼에 축적된 먼지는 회수 시스템을 통해 외부로 배출되어 처리된다. 일반적으로 스크류 컨베이어(이송기)나 체인 컨베이어 같은 이송 장치를 이용해 먼지를 운반하며, 경우에 따라 공기 송풍 방식을 사용하기도 한다. 회수된 먼지는 재활용되거나 최종적으로 매립되는 등 적절하게 처리된다. 이 전체 과정인 '제진(除塵)'은 전기집진기가 중단 없이 높은 집진 효율을 유지할 수 있게 하는 핵심 운영 메커니즘이다.

건식 전기집진기는 배기가스 중의 입자상 물질을 제거하는 공기 정화 기술로, 공기 청정 기술의 한 유형이다. 이 장치는 전기장을 이용해 먼지 입자를 전하시켜 포집하는 원리로 작동하며, 주로 산업 현장의 배기가스 처리에 널리 사용된다. 환경 공학 분야에서 중요한 역할을 하는 대표적인 집진기이다.

이 방식의 가장 큰 특징은 포집된 먼지를 건조한 상태로 회수한다는 점이다. 집진 전극에 달라붙은 먼지는 래퍼라 불리는 진동 장치나 타격 장치를 이용해 떨어뜨려 하부의 호퍼에 모은다. 이후 회수된 먼지는 컨베이어 벨트나 트럭 등을 통해 최종적으로 처리장으로 운반된다. 이 과정에서 별도의 액체를 사용하지 않기 때문에 슬러지 처리 문제가 발생하지 않는다.

건식 전기집진기는 화력 발전소, 시멘트 공장, 철강 공장 등에서 발생하는 대량의 건조한 플라이 애시나 공정 먼지를 처리하는 데 매우 적합하다. 특히 가스의 온도가 높고, 먼지의 비저항이 적절한 범위에 있을 때 높은 집진 효율을 보인다. 그러나 먼지의 비저항이 너무 높으면 역전리 현상이 발생하여 집진 효율이 급격히 떨어질 수 있는 단점도 있다.

습식 전기집진기는 집진 전극 표면에 물막을 형성하여 포집된 먼지를 지속적으로 씻어내는 방식으로 작동하는 전기집진기의 한 종류이다. 집진 전극에 물이나 약액을 흐르게 하여 표면에 액막을 유지하며, 이 액막이 먼지를 포집하고 동시에 세척하는 역할을 한다. 따라서 건식 방식과 달리 별도의 제진 과정인 기계적 타격(래핑)이 필요하지 않으며, 포집된 먼지는 액체와 함께 배출되어 처리된다.

이 방식은 특히 고온·고습의 배기가스나 부식성 가스, 점착성 먼지가 포함된 경우에 효과적이다. 액막이 전극 표면의 먼지층을 제거함으로써 역전리 현상을 방지하고, 비저항이 높거나 낮은 먼지도 안정적으로 처리할 수 있다. 주로 화학 공장, 금속 제련 공정, 일부 소각장과 같이 배기가스 성분이 복잡한 산업 현장에서 사용된다.

습식 전기집진기의 설계에는 관형 구조가 많이 적용된다. 방전 전극이 원통형 집진 전극(집진관)의 중심에 위치하며, 집진관 상부에서 액체를 분사하여 내벽 전체를 골고루 적시는 방식이다. 처리 후의 액체는 재순환되거나 폐수 처리 공정으로 보내진다. 운영 시에는 액체 공급 시스템과 폐수 처리 시설이 추가로 필요하며, 이로 인해 초기 설치 비용과 유지보수 요구 사항이 건식 방식에 비해 높은 편이다.

관형 전기집진기는 원통형의 집진 전극을 사용하는 형태의 전기집진기이다. 여러 개의 원통형 관이 수직 또는 수평으로 배열되어 있으며, 각 관의 중심축을 따라 방전 전극이 설치된다. 유입된 배기가스는 각 관을 통과하면서 정화 과정을 거친다.

이 방식은 일반적으로 판형 전기집진기에 비해 구조가 간단하고 설치 공간이 비교적 적게 필요하다는 특징이 있다. 특히 가스 유량이 적거나 소규모 산업 배기가스 처리 설비, 또는 특정 공기 청정 기술을 요구하는 공정에 적합하다. 습식 전기집진기로 운영될 경우 관형 전기집진기 형태가 자주 적용되기도 한다.

집진 효율을 높이기 위해 관의 직경과 길이, 방전 전극의 형태가 중요하게 설계된다. 전리 및 충전된 먼지 입자는 원통형 집진 전극의 내벽에 흡착되며, 제진 과정을 통해 하부의 회수 시스템으로 배출된다. 이 설비는 시멘트 공장이나 화력 발전소의 특정 공정 라인에서 보조 집진 장치로도 활용된다.

판형 전기집진기는 집진 전극이 평평한 판 모양으로 배열된 구조를 가진 전기집진기이다. 이는 관형 전기집진기와 함께 전기집진기의 두 가지 기본 형태 중 하나로, 대부분의 산업용 대용량 배기가스 처리에 널리 사용된다. 판형 설계는 넓은 집진 면적을 제공하여 많은 양의 가스를 효율적으로 처리할 수 있게 한다.

판형 전기집진기의 핵심 구성 요소는 평행하게 배열된 다수의 방전 전극과 집진 전극이다. 방전 전극은 일반적으로 와이어 형태로, 각 집진 판 사이에 매달려 있다. 고전압이 인가되면 방전 전극 주변에서 코로나 방전이 발생하여 가스 중의 입자들을 대전시킨다. 대전된 입자들은 반대 극성의 판 모양 집진 전극으로 이동하여 그 표면에 부착된다.

이러한 판형 구조는 가스의 흐름 경로를 직선적이고 균일하게 유지하는 데 유리하다. 가스는 판 사이의 채널을 통과하며, 입자들은 전기력에 의해 양쪽 판 표면으로 포집된다. 이는 관형 구조에 비해 일반적으로 더 큰 처리 용량과 더 쉬운 내부 접근성을 제공하여 유지보수에 용이하다.

판형 전기집진기는 화력 발전소, 시멘트 공장, 제철소 등에서 발생하는 대량의 먼지와 연기를 처리하는 데 매우 효과적이다. 특히 비저항이 높거나 낮은 특정 먼지의 처리에도 다양한 설계 변형을 통해 대응할 수 있어, 산업용 대기 오염 방지 시설의 핵심 장비로 자리 잡고 있다.

전기집진 방식은 다른 집진기에 비해 여러 가지 뚜렷한 장점을 가진다. 가장 큰 장점은 높은 집진 효율이다. 특히 미세한 입자, 예를 들어 1 마이크로미터보다 작은 미세먼지나 플라이 애시를 포집하는 데 매우 효과적이다. 이는 화력 발전소나 시멘트 공장과 같이 대량의 미세 입자를 배출하는 산업 시설에서 필수적인 기술로 자리 잡은 이유이다.

또한, 시스템의 압력 손실이 매우 낮다는 점이 장점이다. 사이클론 집진기나 여과집진기(백필터)와 달리 가스의 흐름을 심각하게 방해하는 여과재가 없기 때문에, 덕트 내 가스의 통과에 따른 저항이 적다. 이는 송풍기 등 동력 소비를 줄여 전체적인 운영 비용을 절감하는 효과로 이어진다.

운영 유지보수 측면에서도 장점을 보인다. 마모되는 부품이 적어 내구성이 높고, 적절한 설계와 운영 하에서 장기간 안정적으로 운전이 가능하다. 특히 건식 전기집진기의 경우 포집된 먼지를 주기적으로 떨어뜨려 회수하는 방식이므로, 필터를 교체할 필요가 없어 유지보수 비용과 폐기물 발생을 줄일 수 있다. 이러한 특징들 덕분에 대용량의 고온 가스를 처리해야 하는 중화력 산업 분야에서 널리 선호된다.

시멘트 공장은 전기집진기의 주요 응용 분야 중 하나이다. 시멘트 제조 과정에서는 원료의 분쇄, 예비 가열, 소성, 냉각, 최종 분쇄 등 여러 공정에서 대량의 먼지가 발생한다. 특히 소성로와 분쇄기에서 배출되는 배기가스는 고농도의 미세 입자를 포함하고 있어 효율적인 집진 처리가 필수적이다.

시멘트 공장에서 발생하는 먼지는 주로 석회석, 점토, 철광석 등의 원료에서 비롯되며, 고온의 공정을 거치면서 생성된다. 이 먼지의 비저항은 일반적으로 전기집진기에 적합한 범위에 속하여, 높은 집진 효율을 달성할 수 있다. 전기집진기는 이러한 고온·고농도의 가스 흐름에서도 안정적으로 작동하여 배출 가스의 먼지 농도를 크게 낮춘다.

회수된 시멘트 먼지는 원료로 재활용된다. 집진 전극에 붙은 먼지를 떼어내어 회수하는 과정을 통해 가치 있는 자원을 손실 없이 다시 공정에 투입할 수 있어, 자원 순환과 경제성 측면에서도 큰 이점을 제공한다. 따라서 전기집진기는 시멘트 산업에서 대기 오염 방지와 동시에 생산성 향상을 가능하게 하는 핵심 장비로 자리 잡고 있다.

철강 공장은 대규모의 산업 배기가스를 발생시키는 대표적인 시설로, 전기집진기는 이 배기가스에 포함된 먼지와 입자상 물질을 제거하는 핵심 공기 정화 장비로 사용된다. 제철 및 제강 공정에서는 코크스 오븐, 소결 공장, 전로, 제선 공장 등 다양한 공정에서 다량의 미세먼지와 플라이 애시가 배출된다.

이러한 배출물은 주로 철광석, 석탄, 석회석 등의 원료를 취급하고 고온에서 처리하는 과정에서 발생한다. 전기집진기는 높은 집진 효율로, 특히 1 마이크로미터 미만의 미세한 입자까지 포집할 수 있어 철강 공장의 환경 규제 준수에 필수적이다. 또한, 포집된 철분 함유 먼지는 재자원화되어 공정 내로 재순환되거나 다른 용도로 활용될 수 있다.

철강 공장에 설치되는 전기집진기는 일반적으로 가스 유량이 매우 크고, 가스 온도가 높으며, 먼지의 비저항 특성이 공정에 따라 다르다는 점을 고려하여 설계된다. 건식 전기집진기가 널리 사용되며, 내구성과 유지보수의 편의성을 위해 대형 판형 전기집진기 형태가 일반적이다.

소각장은 생활폐기물이나 산업폐기물을 고온으로 태워 처리하는 시설로, 연소 과정에서 발생하는 다양한 오염물질을 배출한다. 이 중에서도 특히 미세한 플라이애시와 같은 입자상 물질은 대기오염의 주요 원인이 되므로, 이를 효과적으로 제거하는 것이 매우 중요하다. 전기집진기는 이러한 소각장의 배기가스 처리 공정에서 핵심적인 역할을 담당하며, 높은 집진 효율로 미세먼지를 포집하여 최종 배출되는 배기 가스를 깨끗하게 만든다.

소각장에 설치되는 전기집진기는 일반적으로 건식 전기집진기 방식을 사용한다. 이는 소각로에서 나오는 배기가스의 온도가 높고, 포집된 먼지가 건조한 상태이기 때문이다. 소각 과정에서 생성되는 먼지는 주로 미세한 재(ash) 성분으로 구성되어 있으며, 전기집진기의 강력한 전기장에 의해 대부분 제거된다. 이를 통해 질소 산화물이나 염화수소 같은 기체상 오염물질을 처리하는 후속 공정(예: SCR 또는 습식 세정탑)에 부담을 줄이고, 전체 배기가스 처리 시스템의 안정성을 높인다.

소각장 배기가스 처리에서 전기집진기의 성능은 먼지의 비저항에 크게 영향을 받는다. 소각 먼지의 조성은 폐기물의 종류에 따라 달라질 수 있어, 최적의 집진 효율을 유지하기 위해 운전 조건을 세심하게 조절해야 한다. 또한, 포집된 먼지는 주기적으로 제거되어 매립되거나, 경우에 따라 자원으로 재활용되기도 한다. 이처럼 소각장은 대기오염 방지를 위해 전기집진기를 필수 장비로 활용함으로써 환경 규제를 준수하고 지역 사회의 환경 보건을 지키는 데 기여한다.

전기집진기의 설계와 운영에서 가스 유량과 온도는 핵심적인 고려 사항이다. 가스 유량은 처리해야 할 배기가스의 체적을 의미하며, 이는 집진기의 크기와 처리 능력을 결정한다. 유량이 너무 높으면 가스가 집진기 내에 머무는 체류 시간이 짧아져 먼지 입자가 충분히 전하를 띠고 집진 전극으로 이동하기 전에 빠져나갈 수 있다. 이로 인해 집진 효율이 저하될 수 있다. 따라서 설계 시 예상 최대 유량을 고려하여 적절한 단면적과 길이를 확보하는 것이 중요하다.

가스 온도 또한 중요한 변수이다. 배기가스의 온도는 먼지의 비저항에 직접적인 영향을 미친다. 일반적으로 온도가 상승하면 먼지 입자의 비저항이 낮아져 방전 전극에서 집진 전극으로의 전하 이동이 원활해진다. 그러나 온도가 지나치게 높으면 집진기 내부의 금속 부품에 열응력이 발생하여 변형이나 손상을 초래할 수 있으며, 고온에 사용 가능한 재료를 선택해야 한다. 반대로 온도가 너무 낮으면, 특히 습식 전기집진기의 경우 응결이 발생할 위험이 있다.

가스의 성분과 습도도 온도와 연관되어 고려된다. 고온의 배기가스 중에 황산화물이나 수분이 포함되어 있을 경우, 온도가 특정 이슬점 이하로 떨어지면 부식성을 띤 산이 응결되어 집진기 내부를 손상시킬 수 있다. 따라서 운영 온도는 이슬점 이상으로 유지되도록 설계 및 제어된다. 화력 발전소나 시멘트 공장과 같은 산업 현장에서는 배기가스의 조건이 매우 다양하므로, 이러한 요소들을 종합적으로 평가하여 최적의 운영 조건을 찾는 것이 필수적이다.

결과적으로, 가스 유량과 온도는 상호 연관되어 전기집진기의 성능을 좌우한다. 효율적인 집진을 위해서는 설계 단계에서 예상되는 유량 범위와 온도 범위를 정확히 파악하고, 운영 중에도 이러한 매개변수들을 지속적으로 모니터링하여 적절히 조정해야 한다. 이는 높은 집진 효율을 유지하고 장비의 수명을 연장시키는 데 기여한다.

먼지의 비저항은 전기집진기의 설계와 운영에 있어 가장 중요한 물성치 중 하나이다. 비저항은 먼지 입자가 전기를 얼마나 잘 통과시키지 않는지를 나타내는 값으로, 단위는 옴·센티미터(Ω·cm)를 사용한다. 이 값은 먼지의 화학적 조성, 입자 크기, 가스의 온도와 습도에 크게 영향을 받는다.

비저항이 지나치게 높거나 낮으면 집진 효율이 급격히 저하되는 문제가 발생한다. 비저항이 매우 높은 먼지(약 10^10 Ω·cm 이상)가 집진 전극에 부착되면, 먼지층 자체가 절연체 역할을 하여 전하의 이동을 방해한다. 이로 인해 먼지층과 집진 전극 사이에 역전리 현상이 발생해 미세한 스파크를 일으키고, 포집된 먼지가 다시 공기 중으로 재비산되는 문제를 야기한다. 반대로 비저항이 매우 낮은 먼지(약 10^4 Ω·cm 이하)는 집진 전극에 도달하자마자 전하를 쉽게 방전하여, 전극에 달라붙지 않고 다시 기류에 휩쓸려 나갈 수 있다.

따라서 전기집진기를 효과적으로 운영하기 위해서는 배기가스 내 먼지의 비저항을 사전에 측정하고, 이를 최적 범위(약 10^4 ~ 10^10 Ω·cm) 내로 조절하는 것이 필수적이다. 비저항이 높은 경우에는 가스에 수증기를 첨가하거나 황산(H2SO4)이나 암모니아(NH3) 같은 조제제를 주입하여 표면 전도도를 높이는 방법을 사용한다. 화력 발전소나 시멘트 공장과 같은 현장에서는 이러한 비저항 관리가 집진 효율을 결정하는 핵심 요소로 작용한다.

집진 효율은 전기집진기의 성능을 평가하는 가장 핵심적인 지표이다. 이는 전체 유입 먼지 중 포집되어 제거된 먼지의 비율을 백분율로 나타낸다. 일반적으로 설계가 잘된 대형 전기집진기는 99% 이상의 매우 높은 집진 효율을 달성할 수 있으며, 특히 화력 발전소나 시멘트 공장과 같은 대규모 산업 배기가스 처리 시설에서 요구되는 기준이다. 이 높은 효율은 미세먼지(PM2.5)를 포함한 입자상 물질을 효과적으로 제거하여 대기 오염을 방지하는 데 기여한다.

집진 효율에 영향을 미치는 주요 인자로는 먼지의 비저항, 가스의 유속과 온도, 전기장의 세기, 그리고 방전 전극과 집진 전극의 설계 및 배열이 있다. 그중에서도 먼지의 비저항은 매우 중요한 변수로 작용한다. 비저항이 지나치게 높으면 집진판에 부착된 먼지층이 절연체 역할을 하여 역전리 현상을 일으켜 효율이 급격히 떨어질 수 있다. 반대로 비저항이 너무 낮으면 집진판에 달라붙은 먼지가 쉽게 다시 떨어져 나가 재비산이 발생할 수 있다.

따라서 전기집진기의 설계와 운영 시 목표 집진 효율을 달성하기 위해 이러한 조건들을 종합적으로 고려해야 한다. 가스의 조건을 조절하거나, 습식 전기집진기를 도입하여 비저항 문제를 해결하는 등의 방법이 사용된다. 궁극적으로 집진 효율은 초기 투자 비용, 운영 에너지 소비, 그리고 환경 규제 준수 수준과 직결되는 경제적이자 기술적 성과 지표이다.

전기집진기와 여과집진기(백필터)는 산업 배기가스 처리를 위한 대표적인 집진 기술이다. 두 기술 모두 입자상 물질을 제거하여 대기 오염을 방지하는 공기 정화 기술이지만, 작동 원리와 적용 특성에서 뚜렷한 차이를 보인다.

작동 원리 측면에서, 전기집진기는 전기장을 이용해 먼지 입자를 전하시켜 집진 전극에 포집하는 방식을 사용한다. 반면, 여과집진기는 여포라고 불리는 천이나 펠트로 만들어진 필터 매체를 통해 가스를 통과시켜, 필터 표면에 먼지를 걸러내는 여과 원리를 기반으로 한다. 이로 인해 전기집진기는 주로 화력 발전소나 시멘트 공장과 같이 대용량의 고온 배기가스를 처리하는 데 적합한 반면, 여과집진기는 소각장이나 화학 공장 등에서 발생하는 상대적으로 저온이고 점착성이 있는 미세먼지 제거에 강점을 보인다.

두 기술의 장단점을 비교하면 다음과 같다.

결론적으로, 전기집진기는 대용량 처리와 낮은 운영 비용에, 여과집진기는 극미세먼지 제거와 안정적인 고효율에 각각 중점을 둔 기술이다. 현장의 배기 가스 조건, 목표 집진 효율, 그리고 경제성을 종합적으로 고려하여 두 기술 중 하나를 선택하거나, 경우에 따라 두 기술을 조합하여 사용하기도 한다.

사이클론 집진기는 원심력을 이용하여 먼지 입자를 분리하는 기계식 집진 장치이다. 배기가스가 원통형 챔버에 접선 방향으로 유입되면 회전 운동을 하게 되고, 이때 발생하는 원심력에 의해 무거운 먼지 입자는 벽면을 따라 하부로 떨어져 모아진다. 반면, 전기집진기는 전리 과정을 통해 먼지 입자에 전하를 띄우고, 강력한 전기장을 형성하여 집진 전극에 포집하는 방식으로 작동한다. 이는 물리적 충격이나 여과가 아닌 전기적 힘을 이용한다는 점에서 근본적으로 다르다.

두 기술의 효율성과 적용 분야는 뚜렷한 차이를 보인다. 사이클론 집진기는 구조가 단순하고 유지보수가 쉬우며, 고온·고습 환경에서도 잘 작동한다. 그러나 5~10 마이크로미터 이상의 비교적 큰 입자를 제거하는 데 효과적이며, 일반적으로 80~90%의 집진 효율을 보인다. 따라서 전처리 장치나 조대 입자가 많은 공정에서 주로 사용된다. 반면, 전기집진기는 1 마이크로미터 미만의 미세 입자까지도 높은 효율(99% 이상)로 포집할 수 있어, 화력 발전소나 시멘트 공장처럼 대용량의 미세먼지 배출이 심한 곳에 적합하다.

운영 및 경제적 측면에서도 차이가 있다. 사이클론 집진기는 초기 설치 비용과 운영 에너지 비용이 상대적으로 낮은 편이다. 그러나 높은 집진 효율을 요구하는 경우 다단으로 구성하거나 다른 장치와 병용해야 한다. 전기집진기는 높은 초기 투자 비용과 복잡한 고전압 전원 공급 장치가 필요하며, 먼지의 비저항에 따라 성능이 크게 영향을 받는다. 하지만 대량의 가스를 처리할 때 압력 손실이 적어 운영 비용이 상대적으로 낮고, 입자 크기에 관계없이 일정한 높은 효율을 유지할 수 있다는 장점이 있다.