보일러/스팀 시스템

시스템 개요

보일러/스팀 시스템

보일러란 물 또는 열매유 등을 가열하여 대기압을 초과하는 압력의 증기, 온수(열매체)를 발생시키는 장치를 말함. 증기보일러, 온수보일러, 열매보일러, 폐열보일러,주철제 보일러, 미니보일러, 진공식 보일러, 대기개방형 보일러, 응축형 보일러등이 있음. 부속 설비로는 연소장치, 급수장치, 송풍장치, 수처리장치, 폐열회수 장치를 포함하며 기타의 장치로서 계측기, 안전장치, 송기계통 장치, 급수계통 장치, 제어 장치가 있음. 에너지 절감의 기술로서는 운전관리의 합리화, 폐열활용, 고효율설비의 교체, 기타의 절감기술이 있음

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시스템 구성도
보일러/스팀 시스템 시스템 구성도
주 설비
  • 노통연관보일러
    노통연관보일러

    보일러의 수위제어 시스템에는 수위센서, 컨트롤러, 급수밸브 또는 펌프로 구성되며 On-off 또는 모듈레이팅 제어방식임. 비교적 보일러의 부하변화가 작은 증기 보일러를 설치하는 경우에 전기전도도 원리에 의해 동작하는 간단한 on/off 컨트롤 시스템을 사용할 수 있음. 수위검출기에는 플로우트식, 전극식, 열팽창식 수위검출기가 있음

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  • 수관식보일러
    수관식보일러

    수관식 보일러는 전열면을 형성하는 수관군과 기수분리 및 수관군의 지지를 위해 설치된 드럼(drum)으로 구성되어 있으며, 관의 내부는 보일러수로 채워지고 관의 외부를 연소가스로 가열하여 증기를 얻는 구조로 되어 있다.

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  • 관류보일러
    관류보일러

    관류보일러는 강제 순환식 보일러로서 급수가 수관으로 공급되어 수관을 통과하면서 그 관내에서 예열된 후에 증발되는 보일러로서 대형고압보일러로 많이 사용되어 왔다. 이 고압의 대형관류보일러를 산업용으로 개발된 것이 다관식 관류보일러(소형 관류보일러라고도 함)이다

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  • 열매보일러
    열매보일러

    열매체 보일러는 저압에서도 그 포화 온도가 높아지는 성질을 가진 물 대신 유체(열매체)로서 이용하여 그 열매체 증기의 잠열을 이용하는 보일러를 특수 열매체 보일러라함. 고온의 열이 필요한 섬유공장 등에서 보일러의 내부에 물 대신에 열매체유를 넣고 가열하는 열매체보일러를 이용하여 저압으로 운전하여 고온을 얻고 있음. 고온고압의 증기를 발생할 수 있는 보일러 시스템의 가격이 고가이므로 고온의 열이 필요한 섬유공장등에서는 보일러의 내부에 물 대신에 열매체유를 넣고 가열하는 열매체보일러를 이용하여 저압으로 운전하여 고온을 얻고 있음. 열매체 보일러에서 소정의 온도까지 가열된 열매는 피가열체인 열사용처에 보내져 열을 준 후는 열매체 보일러로 순환됨

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  • 폐열보일러
    폐열보일러

    폐열보일러는 가열로, 용해로, 시멘트 킬른 등에서 배출되는 고온의 폐가스의 열을 이용하여 증기를 발생시키는 것임. 보일러 본체 등은 본질적으로 일반 보일러와 차이는 없으나, 폐가스에는 다량의 더스트(dust)나 부식성 가스를 포함한 것이 많기 때문에 경우에 따라 폐가스의 속도, 전열면의 위치, 더스트의 처리 등에 특별히 주의가 필요함. 폐열이용보일러는 생산플랜트에 지장을 주지 않으면서 시스템의 효율향상을 위하여 일반적으로 이용됨. 폐열이용보일러를 설치하게 되면 시스템의 효율을 대단히 향상시킬 수 있기 때문에 에너지의 절약효과가 큼

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  • 주철제보일러
    주철제보일러

    주철제 보일러는 주로 난방용의 저압 증기발생용 또는 온수보일러로 사용되고 있음. 여러 개의 주철제 섹션이 나란히 연결된 것으로 주로 섹션의 하부는 연소설, 상부는 연도를 구성함. 섹션의 상부에는 증기부 연결구가 있고 하부 좌우에는 수부연결구가 각각 위치하고 있으며 그 구멍부분에 구배가 있는 니플을 끼워서 결합시키고 외부에서 볼트로 조여 조립함. 조립 해체가 용이하며 섹션의 증감에 따라 용량을 증감할 수 있음

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  • 진공식보일러
    진공식보일러

    진공식 보일러는 온수보일러로서 동체 내부의 압력이 항상 진공압으로 운전되는 보일러임. 따라서 진공식 보일러가 파열되는 경우에도 진공압으로 인하여 보일러가 내측으로 파열되기 때문에 비교적 산업재해가 크지 않음. 자격증 소지자 채용이 없이도 안전하게 운전이 가능한 구조의 보일러에 대한 필요성이 대두되어 개발된 보일러임

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  • 대기개방형
    보일러
    대기개방형
    보일러

    대기개방형 보일러는 대기압 정도의 압력이 동체에 작용하는 보일러를 의미함. 진공식 보일러와는 달리 대기개방형 보일러는 열매의 보충이 필요함. 그러나 새로운 보충수가 소량이고 연수처리 되기 때문에 일반 보일러보다 스케일이나 부식이 적게 발생하여서 그 수명이 길고 연소실은 노통구조로 되고 그 후부에 수관으로 구성되는 경우 노통수관 보일러라고도 함

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  • 응축형 보일러
    응축형 보일러

    가스보일러의 경우에는 연료 중에 유황 성분을 포함하고 있지 않기 때문에 저온부식이 비교적 적음. 따라서 가스보일러의 경우에 보일러 내에서 열을 충분히 흡수하여 배기가스의 온도를 낮게 하면 보일러 후단에서 수분의 응축이 발생하게 됨. 이 응축열을 회수하기 위하여 보일러 후단에서 연소가스중의 수분이 응축되도록 설계된 보일러를 응축형 보일러 또는 콘덴싱(condensing) 보일러라고 함. 배기가스의 열을 회수하여 배기가스온도를 낮추게 되면 배기가스중의 수분이 응축되고 그 때에 응축잠열을 이용할 수도 있음. 배기가스 중에 포함된 수분중의 응축잠열을 회수함으로서 효율증대를 도모할 수 있음

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부속 설비
  • 연소장치
    연소장치

    연소장치는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 장치를 말하며 연료을 연소시키는 일종의 노(furnace)로서 연소장치와 연소실로 구성되어 있음. 연소장치는 연료의 종류에 따라 액체연료, 기체연료, 미분탄 등의 연소 시에는 버너가 사용되고, 일반 고체연료(석탄, 폐목, 쓰레기)에는 스토커, 화격자가 사용 됨. 연소실은 버너로부터 분사된 연료나, 화격자 위에 보내진 연료를 연소시키는 부분으로, 보일러 본체와 일체로 구성되는 경우가 많음. 연소실에서 발생한 연소가스를 굴뚝으로 내보낼 때까지의 통로로 연도가 있음

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  • 급수장치
    급수장치

    보일러에 물을 보내는 일련의 계통에 부속되는 장치를 급수장치라 함. 그 중요한 요소는 급수탱크 또는 수원, 급수펌프 또는 인젝터, 급수밸브와 급수관임. 급수장치를 좁은 의미로 말할 때는 급수펌프 또는 인젝터, 급수밸브와 급수관임.
    보일러 급수용 펌프에는 원심펌프, 마찰펌프, 제트펌프 등이 사용됨. 특히 원심펌프는 고속회전이 가능하고 소형, 경량으로 구조가 간단하며 취급이 용이할 뿐만 아니라 부하변동에 대응하기 좋고 병렬운전에 지장이 없어 가장 널리 사용되고 있음

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  • 송풍장치
    송풍장치

    대부분 산업용보일러는 강제통풍이기 때문에 연소용 공기를 공급하는 송풍기가 사용됨. 송풍기는 임펠러의 회전운동으로 공기에 에너지를 가하여 공기량과 압력을 얻는 공기기계로써 흡입구와 토출구의 압력비가 1.1 이상 2.0 미만인 것을 블로우어(blower)라고 통상적으로 분류하며, 이를 통칭하여 송풍기라 함. 송풍기 종류로는 축류형, 다익형, 터보형, 레이디얼형등이 있음

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  • 수처리장치
    수처리장치

    수처리장치는 보일러 급수로 사용하는 용수 중에는 여러 물질이 존재하며 이러한 원수를 별도의 처리 없이 보일러의 급수로 사용하면 보일러 본체 및 부속기기 등에 스케일(scale), 부식(corrosion), 캐리오버(carry-over) 등 장해가 발생하게 됨. 특히 보일러와 같은 고온 열교환기에서는 스케일 생성속도가 빨라 열효율 저하, 고성능화·소형화에 따른 단위면적당 열부하가 과거보다 높아져 그만큼 장해발생의 위험은 증가되어 적절한 장해방지 대책이 필요함. 수처리를 함으로서 보일러의 효율을 올릴 수 있으며, 보일러의 파손으로 인한 안정조업 저해 및 제품의 생산차질을 방지하고 에너지의 효율적 이용과 보일러의 수명 연장을 통한 안정조업을 이룰 수 있음. 외처리 방법으로 석회/석회 및 소다 연화법,이온교환법,역 삼투압법이 있음

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  • 폐열회수장치
    폐열회수장치

    보일러의 열손실은 보일러 굴뚝으로 배출되는 배기가스에 의한 배기가스 열손실, 보일러 표면를 통하여 외부로 방열되는 방열손실, 연료의 미연소손실 등으로 구분할 수 있음. 이 중에서 배기가스 열손실이 가장 크기 때문에 보일러의 열효율을 증대하기 위해서는 보일러의 배기가스온도를 가능한 낮게 배출하도록 함. 보일러 본체 출구와 굴뚝 사이에 폐열회수장치인 절탄기 또는 공기예열기를 설치하면 비교적 용이하게 배기가스온도를 낮출 수 있음. 보일러의 폐열회수장치는 절탄기와 공기예열기로 대별할 수 있음

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  • 기타장치
    기타장치

    기타의 계측기로는 보일러 내부압력을 알기위한 압력계, 보일러 내의 수위를 안전 수위로 유지하기 위한 수면계, 유량계, 통풍계, 온도계가 있으며, 안전장치로 안전밸브, 가용전, 방폭문, 방출밸브, 수위경보기, 압력조절기, 압력 제한기, 화염검출기, 전자밸브등이 설치 되어 있음. 송기계통장치로는 주증기관, 비수방지관, 기수분리기, 신축이음, 증기축열기, 증기트랩, 분출장치 그밖의 부속 장치로 연료 공급 장치, 오일저장탱크, 오일스트레이너, 오일펌프, 오일서비스 탱크, 오일예열기, 오일배관, 유온계, 보염장치, 윈드박스, 보염기, 컴버스터, 버너타일, 가이드베인 및 집진 장치 및 매연 취출 장치가 있음

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제어방식
  • 자동제어장치
    자동제어장치

    보일러의 압력을 조절하는 압력조절기의 종류로 ON/OFF식 압력조절기, 비례식 압력조절기가 있으며, 온도조절기로는 ON/OFF식 온도조절기, 비례식 온도조절기, 연료조절밸브(on/off식)으로 유류용 전자밸브, 가스용 전자밸브등이 있음

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  • 수위제어장치
    수위제어장치

    보일러의 수위제어 시스템에는 수위센서, 컨트롤러, 급수밸브 또는 펌프로 구성되며 On-off 또는 모듈레이팅 제어방식임. 비교적 보일러의 부하변화가 작은 증기 보일러를 설치하는 경우에 전기전도도 원리에 의해 동작하는 간단한 on/off 컨트롤 시스템을 사용할 수 있음. 수위검출기에는 플로우트식, 전극식, 열팽창식 수위검출기가 있음

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기타기술
  • 응축수회수

    증기사용처에서 발생하는 응축수를 증기트랩을 통해 회수하여 사용하는 것을 응축수회수라 함. 증기사용설비에서 증기는 공정에 열을 준 뒤에는 응축됨. 증기가 응축하여 발생된 응축수는 설비의 효율적인 운전을 위하여 적정 증기트랩을 통해 연속적으로 배출됨. 설비에서 배출된 응축수는 이용 가능한 충분한 열량을 지니고 있어 적절한 압력의 저압 재증발 증기를 발생시킨 후 회수하여 여러용도로 사용하거나 응축수를 보일러실 급수탱크로 회수하여 급수예열에 사용되기 함. 열사용처에서 생기는 응축수는 상당히 많은 열을 가지고 있으며 응축수는 증기사용처의 압력에 상응하는 포화온도로 배출되기에 매우 큰 열량임. 응축수를 회수하여 사용할 수 있다면 열이용 설비의 에너지가 절약됨

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  • 열손실저감대
    수제어

    보일러가 부분부하운전을 하는 경우에는 방열손실율이 커지게 됨. 이와 같이 방열손실율이 커지는 것을 방지할 목적으로, 여러 대의 소형 보일러를 병열로 설치하고 그것들을 부하에 따라서 적절히 운전하는 것을 대수제어라 함.
    보일러의 방열손실열량은 보일러의 종류, 구조, 용량, 부하율 등에 따라 변화함. 그러나 동일한 조건의 보일러에서 방열되는 손실열량은 부하에 관계없이 일정하기 때문에 부분부하 운전시 방열손실율이 커져서 보일러의 운전효율이 저하함

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  • O₂Trimming 제어

    O₂Trimming제어는 적정 연소공기량(공연비)을 노내에 공급하기 위해서는 연소배가스의 성분을 분석하고 산소의 함량을 계산하여 과잉공기비를 알아내며 그 결과에 따라 연소공기량을 조절함을 말함. 공기비란 이론공기량에 대한 실제공기량의 비를 의미하며, 공기비 조정은 배기가스 중에 포함된 산소농도나 이산화탄소의 농도를 분석하고 공기비를 측정하여 적정공기비에서 운전되도록 조정하는 것임. O₂Trimming제어 연소기기에서 연료와 공기의 유량을 제어하는 시스템으로서 일정량의 연료를 투입했을 때 그 연료가 갖고 있는 열에너지를 보다 효율적으로 얻어내기 위해 연소 배기가스를 적게 하는 것이 바람직하며 이를 위해 O₂ trimming system을 적용을 통해 적정 공기비로 운영하여 열효율을 향상시킴

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