증기보일러 운전관리의 중요성
여기서 글을 읽으시다가 이해가 안될수 있는 부분이 있으며,이는 잠시후에 논하고 이보다 지금것의 내용을 간략하게 정리해 보며는 최고사용 압력10kg/cm2(설계압력) 보일러의 적정 운전 압력은 7-8 kg/cm2 이라는 것에 대하여 설명을 드렸고 왜 그렇게 운전을 해야 하는지에 대해서 정리를 해보았습니다. 이부분에 대한것은 후에 보충 논의를 하도록하겠습니다.
그리고 보일러로 부터 주증기관의 감압변 설치에 대한 것에 대하여 보충설명을 드리면
보일러(5kg이하)->주증기관->감압변->주증기 햇더(2-3kg)->보조증기 햇더(2kg)
.....주증기 햇더(2-3kg)->열 사용기기(2kg)->트랩->응축수 회수
.....보조증기 햇더(2kg)->열 사용기기(1.5-2kg)->트랩->응축수 회수
대부분이 이러한 증기 시스템으로 구성을 합니다.(그림을 그리면 더욱 좋으나...)
이러한 설비 부분의 단점이라면
관경이 커짐으로 배관설치 비용증가(동일 관경으로 한곳은 말할것도 없음)
배관관경의 확장으로 인한 열 손실
열사용 기기 전단까지의 증기 압력 강하 심함
습증기 공급으로 인한 응축수량 증가
습증기 공급으로 인한 건도 저하로 인하여 증기 사용량 증가.
여기서 감압변 전,후단의 관경 변화에 대하여 설명을 하였고 위의 배관 시스템을 바르게 고친다면
보일러(7-8kg)-> 주증기관 -> 고압햇더(7-8kg)->감압변-> 저압햇더(2kg); 가까운 거리의 열교환기기에 공급시
...고압햇더->각 열사용처 기기 전단->용도별 감압변(2-3kg)->열사용기기->트랩->응축수회수
...저압햇더->열 사용기기(2-3kg); 저압열사용기기가 기계실 가까이 집단 설치시에
서브 기계실이 있는 경우에도
...고압햇더(7-8kg)->서브 햇더(6-7kg);거리에 따라 손실열에 따라 압력 강하 있음.->
열 사용기기별 감압변(2kg)->열 사용 기기-> 트랩->응축수 회수
단점이라면
고압배관에 대한 위험성
설비비의 추가로 인한 초기 과 비용발생..Lcc 분석으로 보며는 이익임.
재증발증기의 발생,처리 문제
이렇게 고압관을 이용하며는 배관경이 작아도 증기 공급하는데는 문제가 없으며, 배관 설치비 보온비 등이 적게 발생이 되는 것 입니다.
보일러로 부터 증기는 고압으로 운송을 하고 사용시에는 저압으로 낮추어 사용하는가에 대한 내용은 앞전에도 일부설명을 드렸듯이 증기의 비체적 관계로 동일 관경에서 비체적(m3/kg)이 작을 수록 통과 증기량이 많은 것이고 또한 증기의 열 전달 방식이 현열(Sensible heat) 이 아니고 잠열(Latent heat) 방식이므로, 이 부분에 대한 이해가 조금은 부족한듯 합니다.
제가 이 부분에 대한 강의를 해보고 나름대로 교육을 해 보았지만은 대부분의 사람들이 증기의 열을 이용하는 방법에 대하여 보기보다는 이해의 폭이 좁다는 것을 알았습니다.
현열이란 온도계로 측정이 가능한 열 입니다. 간접적으로 눈으로 관측이 가능한 열이라고도 합니다.피부로 느낄수도 있는 덥고 차가운 정도로 온도계로 측정을 한다며는 - 온도에서 100 'C 까지 측정이 가능한 열을 현열 이라고 합니다.
잠열이란 눈으로 확인이 안되는 열로서 물질이(물) 상태변화를 일으킬때 열이 이동(물-얼음)하는 형태를 말합니다. 얼음이 물로 되거나 물이 얼음으로 변할때, 물이 증기(steam)로 변하거나 증기가 물로 변할때의 열의 이동, 이 잠열의 상태 변화는 현열과 다르게 온도는 변함이 없이 질 적인모양만 바뀌면서 열을 주고 받는 것입니다.
물이 얼음으로 변할때는(얼음->물) 79.68 Kcal/kg 의 잠열이 필요하고
물이 증기로변할때(증기->물) 539 Kcal/kg 의 잠열이 필요한 것입니다.
따라서 우리가 증기를 이용하는 것은 대부분의 증기설비에서는 증기의 잠열을 이용하는 것이지 현열을 이용하는 것이 아닙니다. 즉 보일러에서 증기로 변환할때의 잠열을 열 사용설비에 와서는 잠열을 주고 물(응축수)로 변환되는 과정에서의 열의 이동 현상 입니다.
이 열이라는 것은 잠열과 현열의 합으로 표현을 하는데 이를 전열 이라고 합니다.
전열 = 잠열 + 현열
10 kg/cm2 일때 전열 663.77kcal/kg = 잠열 477.98 + 현열 183.33 입니다.
7 kg ..................... 660.85...........= 489.32 .....+ 169.78......
5.......................... 657.99...........= 498.43 ..... + 158.29.......
2.......................... 650.68.......... = 516.88 ........+ 133.25......
이 간이 차트에서 보듯이 압력과 온도에따라서 열량 변화가 있습니다.
현열은 압력이 올라감에 따라 열량(온도)이 상승하는 반면에 잠열은 압력이 올라감에 따라 열량이 내려가는 특성이 있습니다.
해서 증기는 높은 압력으로 수송을 해서 사용처에서는 가능한 낮은 압력을 공급해야만이 우리가 사용하고자 하는 잠열을 충분히 이용을 할수가 있는 것입니다.
차트에서 보듯이 압력이 내려가며는 잠열량이 증가 하듯이 낮은 압력을 사용하며는 열량을 많이 공급을 할수가 있는 것입니다.
혹 더낮은 압력을 주며는 더 좋은 일이 아니냐고 물을수 잇는데 이 부분은 트랩과 응축수 회수관과의 배압 물제로 인한 또다른 연구 대상의 내용입니다.
이번에는 운전압력에 대한 부분이니 더 깊이 심도있게 들어가지 못하는 이점 양해를 바랍니다.
마지막으로 증기 보일러의 운전 압력을 낮게 운전을 하며는 어떠한 문제가 더 있는지를 살펴 보도록 하겠습니다.
증기 보일러를 설계압력 보다 저압으로 내려가면서 운전을 하면 할수록 발생되는 증기는 건조증기에 가까워야 함에도 불구하고 습증기를 생성하게 됩니다. 또한 낮은 압력으로 인하여 보일러의 몸체 안의 수실에서는 Carry over 현상이 심하게 일어 납니다 이 캐리오버(기수공발)는 보일러의 수중에 작은 기포들이 생성이되어 수면에서 터지는 현상과 동시에 물방울이 증기관으로 튀어올라서 증기와 같이 빠져 나가는 현상을 말합니다.
이렇듯이 설계 압력의 70-80% 에서 낮은 5kg/cm2 이하의 압력으로 운전을 하며는 보일러를 빠져나가는 증기는 습증기가 되는 것입니다 가능한 건조 증기를 공급해야만이 열설비에서도 증기 소모량이 줄어들고 배관상에도 무리가 가지를 않고 장비들의 수명이 길어질수 잇는 사항입니다.
저압운전시 문제점
습증기 공급...일반적인 보일러의 건도는 대부분이 98% 로 봅니다. 캐리오버가 심하면 증기의 건도가 95% 까지 떨어집니다.
습증기어와 캐레오버로 인한 배관내의 워터햄머 현상
증기 사용량증가
연료비,동력비,수선유지비,인건비 증가 요인
장비 수명 저하
전체적인 증기설비의 정격성능이하의 운전으로 열효율 저하
증기설비의 감압변,설비등 2차적인 성능저하 발생으로 열효율 극단저하 현상이일어남.
지금까지 증기보일러의 운전 압력을 낮은 압력으로 운전함으로서의 문제점을 간략하게 짚어보았습니다만 세부적으로 들어가며는 계산상으로도 표현이 가능하게 접근을 할수 있는 사항이나 짧은 머리로의 한게가 있어서 이쯤에서 접을까 합니다.
현장 관리하는 분들이나 설계를 하는 분들이나 시공을 하는 분들의 중요한 삼박자가 안맞으며는 엄청난 문제가 발생을 하는 것입니다. 정말로 신경을 써서 운전관리를 하여야 하는 것이고 정확한 유지관리가 될수있도록 설계를 하고 시공을 잘하는 것도 중요한 일입니다.
개인적으로 보며는 정책이나 건설기계분야에서 에너지절감을 주창하는 분들의 행동은 말뿐이고 남의 눈을 가리고 아옹하는 사람들뿐이지 정말로 깊이있고 심도있게 에너지를 절감할수있도록 접근하는 사람들은 별로 없다고 보여 집니다.
