보일러 종류와 기본 공식

[그림자(朴 鉉求)]

  보일러 설치시의 유의사항

1. 설치위치 선정상 유의사항

1) BOILER의 유지,보수를 고려하여 TUBE청소를 위한 SERVICE SPACE를 확보토록 한다. 이는 각 BOILER MFR마다 길이가 상이하므로 MFR의 SHOP DWG 검토후 필히 SPACE를 확인한다.

2) BOILER동체 최상부로부터 천장까지의 거리는 1.2m(소용량 BOILER는 0.6m) 이상이어야 한다.
* 소용량 BOILER : 전열면적 5㎡ 이하의 증기 BOILER 및 전열면적 20㎡이하 (또는 5,000,000kcal/Hr
미만)의 온수 BOILER

3) BOILER 동체에서 벽까지의 간격은 0.7m 이상이 되어야 하며 2대 이상을 배치할 경우는 통로를
고려하여 BOILER 간격은 최소 1,200m/m 이상이 되어야 한다.

4) BOILER 및 BOILER 에 부설된 금속제의 굴뚝 또는 연도의 외측으로부터 가연성 물체까지는 0.3m 이상 떨어져야 한다. ( 0.3m 이내의 가연성 물체에 대하여는 불연성 재료로 피복하여야 한다.

5) BOILER 및 BOILER실에 연료가 저장 되었을때는 보일러 외측으로부터 2m이상 떨어져 있거나 방화격벽이 설치되어 있어야 한다. 다만 소용량 BOILER는 1m 이상 떨어져 있거나 반격벽으로 하여야 한다.

6) BOILER실에는 2 이상의 출입문을 만든다.

2. BOILER 부속장치 설치시의 유의사항

1) BOILER 급수시설

a) 증기 BOILER에는 항상, 단독으로 최대증발량 이상을 공급할 수 있는 2조 이상의 급수장치(인젝타 포함)를 갖춘다.

b) 전열면적 12㎡ 이하(관류 보일러 에서는 100㎡미만)의 증기 BOILER에 있어서는 급수장치를 1개로 한다.

c) 급수장치가 1세트 및 2세트의 급수장치중 1세트의 것은 동력으로 운전하는 급수펌프 또는 인젝터여야 한다. (최고 사용압력이 2.5kg/㎠ 미만으로 전열면적이 12㎡ 이하는 이 규정에 따르지 않아도 된다.)

d) 급수장치의 급수관에는 BOILER에 근접해서 급수VALVE와 CHECK VALVE를 갖추어야 한다. 단. 최고 사용압력 1kg/㎠미만의 BOILER 에서는 CHECK V/V를 생략한다.

e) 급수 VALVE의 지름은 전열면적 10㎡ 이하의 BOILER에서는 호칭지름 15A이상, 10㎠를 넘는 BOILER에서는 호칭지름 20A 이상으로 한다.

f) 최고 사용온도가 120。C이하인 온수 보일러에서 사용 압력이 수두압 10m를 초과 할때는 물의 온도가 120。C를 초과하지 않도록 온도 연소 제어장치를 설치한다.

g) 관류 BOILER는 급수가 부족할 때 자동적으로 연료공급을 차단하는 장치 또는 이에 대신하는 안전장치를 갖춘다.

h) BOILER의 급수장치에서 TURBINE PUMP는 급수 온도가 60。C 이상의 경우는 압입양정으로 한다. (추천사항) INJECTOR는 2kg/㎠ 이상의 보일러의 예비급수장치로서 사용한다.

2) 응축수 탱크(CONDENSATED RETURN TANK)

a) 탱크내면은 고열에폭시 수지도료 (최고온도 150。C) 혹은 GALVANIZING 등으로 완전히 방청 처리한다

b) 탱크 저수위면은 PUMP 흡입구 보다 반드시 높게 한다. PUMP의 흡입 높이는 수온이 높아짐에
따라 감소하고 마침내 PUMP의 흡입측에 있어서 압력을 가지고 밀어넣지 않으면 안된다.

3) 증기 STOP VALVE 및 BLOWDOWN 장치

a) STOP VALVE는 BOILER 최고사용압력과 사용온도에 견디고 또한 적어도 7kg/㎠의 압력에 견딜 수 있는 것이어야 한다.

b) BOILER가 공통의 주증기관으로 연결될 경우, STOP VALVE의 설치는 다음 그림과 같이 한다.

   

c) BLOW관은 25A 이상 65A 이하로 하며 최고사용압력 1.0kg/㎠이상의 BOILER BLOW관에는 BLOW VALVE 2개 또는 BLOW VALVE와 BLOW COCK를 직렬로 갖추어야 한다.

d) BLOW관은 BOILER의 각 관체마다 따로 배관한다.

e) BLOW의 말단은 BLOW VALVE를 조작하면서 그 상황을 관찰할 수 있게 배치한다.

f) BOILER에는 BLOWDOWN TANK를 설치한다. 고압 BOILER의 BLOWDOWN LINE은 생각하지 않고 직접 기계실내에 DRAIN 시키면 FLASH 증기가 발생 BLOWDOWN TANK에 냉수와 함께 저장하였다가 60oC 이하로 냉각된 후 DRAIN시킨다.

4) 온수 BOILER에 설치하는 방출밸브/안전밸브

a) 온수온도 120。C 이하의 온수 BOILER에 있어서는 압력이 최고 사용압력에 달하면 작용하는 방출밸브 또는 안전밸브를 1개 이상 갖추어야 한다. 작용압력은 BOILER의 최고 사용압력에 그 10%에 해당하는 값을 더한 값 미만으로 설정한다.

b) 온도 120。C 이하의 온수 보일러는 방출밸브를 설비하고 그 크기는 호칭지름은 20㎜이상으로 한다. 온도 120。C를 초과하는 오수보일러에는 안전밸브를 설치하고 그 호칭지름 20㎜이상으로 한다.

5) 연도 시공상의 유의사항

a) BOILER연도의 시공시에는 열팽창에 의한 신축을 고려하여 신축이음의 설치는 일반적으로 직관부 10m마다 1개소 정도로 한다.

b) 팽창에 의한 신장의 계산식은
    r = 1,000×L×C×△T
    r : 팽창에 의한 신장(㎜)
    L : 차가울때의 관길이 (m)
    C : 평균 팽창계수, 철
    C = 0.000012
    △T : 온도차 (。C)

c) 굴뚝 삽입부는 상기 도표와 같이 굴뚝 내부의 내화벽돌 부분까지 끼운다.

d) 2대 이상의 BOILER를 동일 연도로서 접속한 경우는 아래와 같이 BOILER간에 신축 이음을 삽입한다.

e) 연도와 벽과의 간격은 최소 300㎜이상 띄운다.

f) 연도 지지간격은 일반적으로 2m 정도로 하고 DUCT행거 철물에 준해 BOILER에 연도 중량이 직접 가해지지 않도록 지지한다.

g) 연도는 내부의 청소가 용이한 부분에 청소구를 설치한다.

h) 연도 제작법
ㆍ연도는 모두 용접구조로 한다.
ㆍ현장에서의 용접 작업을 없애기 위해 연도의 현장 조립은 FLANGE 조립으로 하고, 패킹은     ASBESTOS SEAT 5t를 사용한다.
ㆍ플랜지 간격은 1,800㎜ 이상으로 한다

ⅰ) 연도에는 배기가스 자가측정을 위한 측정공을 설치한다.
ㆍ공해측정을 위한 측정공의 위치는 연결하단 직경의 약 8배의 상단위치 및 연돌 상단 관경의 약    2배의 하부에 위치한다.  
ㆍ 배기가스 자기측정을 위하여 연도에 Φ100 - Φ200㎜ 정도의 측정공을 설치하고 측정할 때     이외에는 적당한 마개로 덮어 높는다.

1. 원통형 보일러

원통형 보일러는 지름이 큰 동체를 본체로 하여 그 내부에 노통이라고 하는 원통형의 연도를 설치한 노통 보일러, 전열면을 크게 하기 위하여 연관을 설치한 연관보일러, 노통과 연관을 조합한 노통 연관 보일러와 동체를 수직으로 세운 입형 보일러 등이 있다.

(1)입형 보일러(vertical boiler)

본체가 수직형으로, 연소실은 하부에 내분식으로 되어 있다. 증기 압력은 10kg/㎠이하, 전열면적은 약30㎡이하, 증발량은 1.5ton/h이하의 소요량으로서 효율 60% 정도이다.

장    점	단    점
① 소형으로 장소가 좁아도 설치가 가능하다.   ② 벽돌의 쌓음이 필요없다.   ③ 설비비가 저렴하다.   ④ 취급이 용이하며 간편하다.	① 효율이 낮다.   ② 연소실이 적어 완전연소가 불가능하다.   ③ 증기부가 적어 건증기 발생이 약하다.   ④ 내부 청소와 검사가 쉽지 않다.

(2) 노통 보일러(fluetube boiler)

횡형으로 된 원통 내부에 노통이 1개 장착되어 있는 코르니시(Cornish)보일러와, 노통이 2개 장착되어 있는 랭카셔(Lancashire)보일러가 있다. 최고 사용 압력은 약 10kg/㎠의 정도이며 보일러 효율 50%정도로써 설치 대수가 매년 감소 추세이다. 전열면적은 100㎡정도, 시간당 증기의 발생량은 3,000kg 정도이다.

장    점	단    점
① 구조가 간단하며 제작이나 취급이       용이하다.   ② 청소 및 검사가 용이하다.   ③ 원통형이라 강도가 높다.   ④ 보유수량이 많아 부하변동에 대해       압력변화가 적다.   ⑤ 급수처리가 그다지 까다롭지 않다.	① 전열면적에 비해 보유수량이 많아 증기발생       시간의 지연이 길다.   ② 파열시 보유수량이 많아 피해가 심하다.   ③ 내분식으로 연소실의 크기에 제한을 받고       연료의 선택이 까다롭다.   ④ 보일러의 효율이 좋지 않다.

① 노통 보일러의 부대장치

㉮	경판 (마구리판 : end plate) 동체의 양옆을 막아주는 판이며 경판의 강도상 반구형 경판, 반타원형 경판, 접시형 경판,평경판 등의 순서로 강도가 약해지며 특히 평경판은 강도가 극히 약하기 때문에 보강대인 가셋트 스테이가 꼭 설치되어야 한다.
㉯	가셋트 스테이(gusset stay) 평경판은 반구형판 등과 같이 강도가 큰 경판에 비하면 매우 약하기 때문에 동판의 상부와 경판을 연결하여 평결판의 강도 보강에 필요한 버팀이다. 이 버팀의 설치시에는 호흡거리(브리징 스테이스)를 주어야 한다.
㉰	브리징 스페이스(호흡거리) 연소실의 고열에 의해 노통의 신축과 팽창에 의해 노통과 가셋트 버팀이 사이에 경판의 노후를 막기 위하여 노통상부와 가셋트 스테이와의 신축의 호흡거리를 225mm이상 떨어져서 설치해야 하는 유지거리이다.
㉱	노통(flue tube) 노통 보일러의 연소실이며, 평형노통과 개량된 파형 노통이 있다. ㆍ평형 노통 : 내부 청소나 통풍이 양호하며 제작이 까다롭지 않다. 그러나 고열에 의해 신축이 용이    하지 못하며 외압에 이해 강도가 약하여 길이 1m간격마다 아담슨 조인트를 보강한다. 또한 노통의    단점을 보완하기 위하여 노통의 보강 전열면 적증가, 보일러순환의 양호 등을 위해 겔로이관을 30˚     정도 경사지게 서너개 설치하여 사용하는 경우도 있다. ㆍ파형 노통 : 고열에 의한 신축조절이 용이하고 전열면의 증가 외압에 의한 강도 보강 등의 장점을    보완하기 위하여 노통을 물결치는 모양의 파상형의 형태로 만든 노통이다. 그러나 제작시 설비비    가 비싸게 먹히며 통풍의 저항이 다소 있고 내부의 청소 및 검사가 불편한 점도 따른다. ㆍ아담슨 조인트(Adamsom joint): 평형 노통을 일체형으로 제작하면 강도가 약해지는 결점이 있다.    이러한 결점을 보완하기 위하여 플랜지형으로 몇개의 노통으로 분할 제작하며 이때의 이음부를    아담슨 조인트라 한다.

그림 5-1 파형 노통의 파도 모양

(3) 횡형 연관 보일러 (horizontal smoke tube boiler)

내부에 노통 대신 바둑판 모양의 많은 횡연관을 설치하여 전열면적을 증가시켜 증기 발생시간의 단축 및 증기 생성량의 증가를 위한 보일러이다 . 최고사용압력5~12kg/㎠,연관의 외경 65~100mm, 보일러 통의 직경 900~2,300mm, 보일러통의 길이 1,800~5,100mm정도이면 전열면적은 약 10~160㎡,증발량은 4ton/h이다.

장    점	단    점
① 노통 보일러에 비해 전열면적이 크고      효율이 좋다.   ② 연소실의 크기를 자유로이 할 수 있다.   ③ 저질연탄도 연소가 잘된다..   ④ 보유수량이 적어 증기 발생이 빠르다.   ⑤ 물의 순환이 양호하다.	① 청소나 검사가 불편하다.   ② 양질의 급수가 필요하다.   ③ 연 손실이 크다.   ④ 동저부에 스케일이 많이 누적된다.   ⑤ 동이음부가 고열에 의해 균열이 생긴다.

<표5-2> 내분식과 외분식의 비교표

항 목	내 분 식	외 분 식
노의 모양, 크기	본체로 둘러싸여 있고 모양이나 크기가 제한된다.	벽돌로 만들었기 때문에 모양이나 크기를 자유롭게 결정할 수가 있다.
연 소 상 태	휘발분이 완전 연소되지 않은 채로 차거운 벽에 접촉, 그을음을 일으키기 쉽다.	휘발분의 연소상태가 순조롭다.
노 내 온 도	주위가 냉각되어 있어 너무 높이 되지 않는다.	높일 수 있다.
연료의 종류	휘발분이 특히 많은 석탄은 적당하지 않다.	연료장치를 자유로이 선택할 수 있으므로 연료를 선택하지 않아도 된다.
연소실로부터의 열손실	연소실로부터의 열손실은 아주 적다.	벽돌 벽(brick wall)으로 부터의 열손실이 있다.
기 타	보일러의 높이를 낮게 할 수 있다. 설비비, 수리비가 적다. 이동 설비가 쉽다.	보일러의 높이가 높고, 설비비,수리비가 많이 든다.

※ 연관의 설치 : 바둑판 모양은 관수의 순환을 잘 시키기 위해서이다.
※ 수관의 설치 : 다이어몬드형 배열(마름모꼴 위치)은 열가스의 접촉을 양호하게 하기 위해
                       서이다.

(4) 노통 연관 보일러(flue smoke tube boiler)

보일러 드럼 안에 지름이 큰 파형 노통과 연관군을 조합하여 만든 형식으로 연소가스는 노통에서 연관군을 앞뒤로 여러 번 통과한 후 굴뚝으로 배출된다. 패키지형으로 조립식이며 보일러 설치시 매우 간단하다.

장    점	단    점
① 열효율이 85~90%로 높다.   ② 내분식으로 벽돌의 쌓음이 있다.   ③ 증기의 증발 속도가 매우 빠르다.   ④ 운반이나 설치가 간편하다.   ⑤ 전열효율이 좋다.	① 관수의 농축속도가 빨라 양질의 급수가 필요하다.   ② 구조가 복잡하고 내부의 청소가 곤란하다.   ③ 부하 변동에 대응하기 힘들다.   ④ 대용량에는 부적격하다.   ⑤ 연관에 크링카 발생이 심하다.

2. 수관 보일러(Water tube boiler)

연료 소모량을 적게하고 짧은 시간에 고압으리 증기를 다량 발생시키기 위해서 직경이 작은 드럼과 직경이 작은 수관군으로 구성시킨 외분식 보일러이다. 전열면적이 넓고 고온, 고압의 증기를 얻을 수 있어 큰용량에 적합하다. 수관식 보일러의 드럼의 수는 그 형식에 따라서 1~4개 있다. 25~100m/m 정도의 수관을 보일러의 형식에 따라서 기수 드럼, 수부드럼 또는 관모음 사이에 기수 혼합물이 상승하는 승수관(upriser tube)과 증발 수관에의 송수로가 될 강수관이 직관식과 곡관식으로 장착되어 있다.
물의 순환 방법에 따라 크게 자연 순환식, 강제 순환식, 관류식으로 구분된다.

장    점	단    점
① 보수량이 적어 파열시 피해가 적다.   ② 관 직경이 적어 고압의 보일러에       적합하다.   ③ 증발시간이 짧고 증발량이 많아 대용량       에 적당하다.   ④ 외분식이므로 연소실의 크기를 자유로       이 할 수 있다.   ⑤ 효율이 매우 높다.	① 양질의 급수허리가 필요하다.   ② 보유수량이 적어서 부하변동에 응하기 어렵다.   ③ 구조가 복잡하여 청소나 보수 등이 곤란하다.   ④ 열팽창에 의한 수관에 무리가 온다.   ⑤ 수위 조절이 어렵다.  ⑥ 가격이 고가이다.

 

2. 수관 보일러(Water tube boiler)

연료 소모량을 적게하고 짧은 시간에 고압으리 증기를 다량 발생시키기 위해서 직경이 작은 드럼과 직경이 작은 수관군으로 구성시킨 외분식 보일러이다. 전열면적이 넓고 고온, 고압의 증기를 얻을 수 있어 큰용량에 적합하다. 수관식 보일러의 드럼의 수는 그 형식에 따라서 1~4개 있다. 25~100m/m 정도의 수관을 보일러의 형식에 따라서 기수 드럼, 수부드럼 또는 관모음 사이에 기수 혼합물이 상승하는 승수관(upriser tube)과 증발 수관에의 송수로가 될 강수관이 직관식과 곡관식으로 장착되어 있다.
물의 순환 방법에 따라 크게 자연 순환식, 강제 순환식, 관류식으로 구분된다.

장    점	단    점
① 보수량이 적어 파열시 피해가 적다.   ② 관 직경이 적어 고압의 보일러에       적합하다.   ③ 증발시간이 짧고 증발량이 많아 대용량       에 적당하다.   ④ 외분식이므로 연소실의 크기를 자유로       이 할 수 있다.   ⑤ 효율이 매우 높다.	① 양질의 급수허리가 필요하다.   ② 보유수량이 적어서 부하변동에 응하기 어렵다.   ③ 구조가 복잡하여 청소나 보수 등이 곤란하다.   ④ 열팽창에 의한 수관에 무리가 온다.   ⑤ 수위 조절이 어렵다.  ⑥ 가격이 고가이다.

(1) 자연 순환식 직관 보일러

온도 상승에 의한 물의 비중차로 이루어져 증기가 발생되는 보일러로 수관이 직관식으로 구성되어 있으며, 바브콕 보일러와 다쿠마 보일러 등이 있다.

장    점	단    점
① 파손시 교체나 청소 및 검사가 용이하다.   ② 물의 순환이 비교적 순조롭다.   ③ 제작이 간편하여 가격이 곡관식에 비해 싸다.	① 열팽창에 의해 신축과 팽창이 용이하지 못하다.   ② 고압이나 대용량에는 미치지 못한다.   ③ 수관의 경사가 없이는 물의 순환이 불량해진다.

(2) 자연 순환식 곡관 보일러

관을 곡관으로 만들어 고열에 의한 신축과 팽창이 용이하게 만든 보일러이다.

장    점	단    점
① 고열에 의한 신축과 팽창에 용이하다.   ② 고압이나 고부하의 사용에 적당하다.	① 청소 및 검사가 어렵다.   ② 제작이 곤란한 편이다.

(3) 강제 순환식 보일러

보일러의 증기압력이 임계압력에 가까우면 순환펌프를 이용하여 관수를 강제적으로 순환 시키는 보일러이며 종류는 대표적으로 라몬트 보일러나 베록스 보일러가 있다.

(4)관류 보일러

초임계 압력을 요하는 보일러의 제작시 압력에 영향이 적은 하나의 관으로만 구성된 보일러가 관류 보일러이며 가열부, 증발부, 과열부로서 구분된다. 대형은 발전용이나 동력용, 소형은 난방용으로 사용된다.

장    점	단    점
① 드럼이 없이 관만으로 고압보일러가 제작된다.   ② 순환비가 1이다.   ③ 전열면적이 크고 효율이 좋다.   ④ 시동시간이 짧다.

3. 주철제 보일러(cast-iron boiler)

섹셔널 보일러(sectional boiler)라고 불리우며, 주철을 주조 성형하며 1개의 섹션(쪽)을 각각 만들어 보일러의 용량에 맞추어 약5~20개의 섹션을 조립하여 1개의 보일러로 만든다. 주철제 보일러는 저압의 난방용으로 주로 사용되며, 증기 보일러와 온수 보일러가 있다. 증기용은 최고 사용압력이 1kg/㎠이하이며 온수형은 3kg/㎠이하이다

(1) 증기 보일러와 온수 보일러의 구분방법

증 기 보 일 러	온 수 보 일 러
① 압력계가 설치되어 있다.   ② 수면계가 설치되어 있다.   ③ 안전밸브가 설치되어 있다.	① 수고계가 설치되어 있다.   ② 온수 온도계가 설치되어 있다.   ③ 방출관 또는 방출밸브가 설치되어 있다.

(2) 주철제 보일러의 장ㆍ단점

장    점	단    점
① 전열면적이 크고 효율이 좋다.   ② 내식,내열성이 좋다.   ③ 용량의 조절은 색션의 증감으로 편리하다.   ④ 조립식이라서 장착이나 해체가 수월하다.	① 강도가 약해서 고압,대용량에는 부적당하다.   ② 열의 부동 팽창에 의해 균열이 발생하기 쉽다.   ③ 구조상 내부 청소 및 검사가 불가능하다.

4. 특수 보일러

일종의 특수한 곳에서나 특수 용도에 알맞게 제작된 보일러이며 폐열보일러(하이네,코크란),열매체보일러(다우삼,수은,카네크롤),간접가열보일러(슈미트,레프러),특수연료보일러 등이 있다.

보일러를 구성하는 3대요소로는 ①보일러본체 ②연소장치 ③ 부속설비 등이다.

1. 보일러 본체(boiler proper) 연소실에서 발생한 연료의 연소열을 받아 그 속의 물을 가열 증발시키는 부분으로 ,본체를 원통형 보일러에서는 동(胴 :shell), 수관식 보일러에서는 드럼(drum)이라고 한다. 보일러 본체의 내부는 그 용적의 2/3~4/5정도가 물이 차지하고 나머지는 이로부터 발생된 포화증기가 차게되어 증기부를 형성한다.

2. 연소장치(combustion equipment) 보일러의 본체를 가열하기 위해 연료를 연소시키는 연소실과 로스터(roaster), 스토커(stoker), 버너(burner),및 연도ㆍ연돌(굴뚝)등이 있다.

3. 부속설비(attachment equipment)

보일러를 안전하게 경제적으로 운전하기 위해서 다음과 같은 부속품과 부속장치가 필요하다.

①	지시계통 : 보일러의 운전중 보유하는 유체의 상태를 게측하는 압력계, 수면계, 수고계, 온도계, 증기량계, 급수ㆍ급유량계, CO측정기,통풍계 증
②	송기계통 : 본체 내부에 발생된 증기를 취출하여 각 증기 소비처로 공급하는 것으로 비수방지관, 기수분리기, 주증기밸브, 감압밸브, 증기헤더, 증기트랩, 신축장치 등
③	안전계통 : 보일러의 안전운전과 폭발을 방지하기 위한 것으로 안전밸브, 방출밸브, 방출관 저수위 제한기,압력제한기, 화염검출기, 전자밸브, 발폭문, 가용전 등
④	급수계통 : 응축수 탱크, 급수탱크, 급수펌프, 체크밸브, 급수내관 등
⑤	분출계통 : 분출관, 분출콕, 분출밸브 등
⑥	연소장치 계통 : 연소실, 화격지, 스토커, 연도 및 연돌(굴뚝)
⑦	연료공급 계통 :중유저장 탱크 송유관, 여과기, 기어펌프, 서비스 탱크, 오일프리히터, 유압 플런저 펌프 등
⑧	통풍계통 : 송풍기, 1,2 차 배기댐퍼, 연도, 연돌, 통풍계 등
⑨	폐열 회수계통 : 보일러의 효율을 높이는 장치로서 과열기, 재열기, 절탄기, 공기예열기 등이 있다.
⑩	청정처리계통 : 급수연화 처리장치, 여과기, 슈트 블로어, 재처리장치, 집진장치, 튜브클리너, 와이어브러시, 스크랩퍼 등이 있다.

5-3 보일러의 성능계산

정격용량이란 보일러의 최고 사용압력, 과열증기온도, 급수온도, 사용연료성상 등이 조정 조건하에서 양호한 상태로 발생할 수 있는 최대의 연속증발량을 말하며, 경제용량은 보일러가 최대 효율에 달하여 있을 때의 증발량으로, 일반적으로 경제용량은 정격용량의 80%정도 이다.

1. 증발량 (quantity of evaporation)

증발량에서 단위 시간에 발생하는 증기량을 실제 증발량이라고 하며, 실재 증발량이 흡수한 전열량을 가지고 100℃의 온수에서 동 온도의 증기로 할 수 있는 증발량을 상당증발량(equivalent evaporation)이라고 한다.(539 kcal /kg)

	Ga(h2 - h1)
Ge =		(kg/h)
	539

Ge : 상당 증발량(kg/h)

Ga : 실제 증발량 (kg/h))

h2 : 발생 증기의 엔탈피(kcal/kg)

h1 : 급수의 엔탈피(kcal/kg)

2. 보일러 마력(HP)

1시간에 15.65kg의 상당 증발량을 갖는 보일러 능력 즉, 100℃ 물 15.65kg을 1시간에 같은 온도의 증기로 만들 수 있는 능력이다. 약 8,435kcal/h(15.65kg ×539)의 열을 흡수하여 증기를 발생할 수 있는 능력으로 표시된다.

	Ge		Ga(h2 - h1)
보일러 마력=		=
	15.65		539 ×15.65

3. 보일러 부하율

시간당 최대연속 증발량과 실제로 발생하는 증발량의 비를 부하율이라 한다.

	실제 증발량
보일러 부하율 =		×100(%)
	최대 연속 증발량

4. 보일러의 효율

①

보일러 효율

	Ga(h2 - h1)
η=		× 100(%)
	Gf × He

②

보일러의 효율

	Ge×539
η=		× 100(%)
	Gf × He

③

보일러 효율

η= 연소효율×전열효율

④

온수 보일러 효율

	W1×(t2 - t1)
η=		× 100(%)
	Gf × He

단,	Ga : 실제 증발량(kg/h)
	Ge : 상당 증발량(kg/h)
	h2 : 발생증기 엔탈피(kcal/kg)
	h1 : 급수 엔탈피(kcal/kg)
	Gf : 연료 소비량(kg/h)
	He : 연료의 저위발열량(kcal/kg)
단,	W1 : 시간당 온수량(kg/h)
	t1 : 보일러 입구온도(℃)
	t2 : 보이러 출구온도(℃)

5. 보일러의 전열 면적 계산

① 코르니쉬 보일러
	Hs = πDL
② 랭커셔 보일러
	Hs = 4DL
③ 횡연관식 보일러

	D
Hs =πL(		+d1n) + D²
	2

Hs : 전열면적(㎡)

π : 원주율(3.14)

D : 동체의 외경(m)

L : 동체의 길이(m)

d1 : 연간의 내경(m)

n : 연관의 개수

④

수관식 보일러 : 수관 부분만 전열면적에 포함

㉮

완전나관(裸管)

Hs = πdLn

㉯

반나관 (裸管)

	π
Hs =		dLn
	2

d : 수관의 외경

L : 수관의 길이

n : 수관의 개수

예제 : 길이9,700mm, 외경 2,500mm인 랭커셔 보일러의 전열 면적은 얼마인가?
풀이 : Hs = 4dL, 즉 = 4 × 2,500 × 9,700 = 97,000,000 = 97 (㎡)

5-4 보일러의 연료와 연소

보일러를 효율적으로 운전하기 위하여는 적절한 연료를 선택하여 적합한 연소장치를 완전 연소시킨후, 발생한 열을 전열면을 통하여 유효하게 물에 전달되도록 하는 것이 중요하다.

1. 보일러용 연료

연료에는 많은 종류가 있는데, 상태에 다라 고체 연료, 액체 연료, 기체 연료로 크게 나눈다. 보일러용 연료로는 석유계 액체 연료가 널리 사용되고 있으나 현재는 기체 연료(LNG)로 대체되고 있는 실정이다.

<표 5-3> 중유의 품질

(KSM 2614에 의함)

성상반응 종류			인화점 (℃)	동점도 (50℃,CSt)	유동점 (℃)	찌꺼기 탄소 (%)	수 분 (%)	회 분 (%)	황 분 (%)	용 도
A 중유	1호	중성	60 이상	20 이하	5 이하	4 이하	0.3 이하	0.05 이하	0.5 이하	요업,금속 제련용
	2호	중성	60 이상	20 이하	5 이하	4 이하	0.3 이하	0.05 이하	2.0 이하	소형 내연 기관용
B 중유		중성	65 이상	50 이하	10 이하	8 이하	0.4 이하	0.05 이하	3.0 이하	내연 기관용
C 중유	1호	중성	70 이상	50~150	-	-	0.5 이하	0.1 이하	1.5 이하	철강용
	2호	중성	70 이상	50~150	-	-	0.5 이하	0.1 이하	3.5 이하	대형 보일러, 대형 내연 기관용
	3호	중성	70 이상	150~400	-	-	0.6 이하	0.1 이하	1.5 이하	철강용
	4호	중성	70 이상	400이하	-	-	1.0 이하	-	3.5 이하	일반용

(1)	중유와 석탄의 비교
	① 동일한 무게에 대해서 발열량이 크다. ② 적은 공기로써 완전 연소가 가능하며, 연소 효율이 좋다. ③ 운반, 저장, 취급이 쉬우며 저장 중에 변질되지 않는다. ④ 재의 처리가 불필요하며, 연소 조작을 위한 수고가 감소된다. ⑤ 점화, 소화가 간단하며, 연소의 조절이 쉽고 부하에 대한 대응성이 빠르며, 자동 연소 장치의     이용이 쉽다.

2. 보일러연소

연료를 유효하게 사용하기 위해서는 그 가연 성분을 완전히 연소시켜 충분한 열량을 발생 시키는 것이 중요하며,연료를 완전 연소시키기 위해서는, 적당량의 공기를 공급하여 연료와 공기의 혼합, 접촉이 잘 되도록 하는 것이 매우 중요하다.

<표 5-4> 화학반응과 발열량

화 학 반 응 식

각 연료 성분의 발열량

kcal/kg

kcal/N㎡

고 발 열 량

저 발 열 량

고 발 열 량

저 발 열 량

C + O₂→CO₂

	1
C +		O₂→CO
	2

S + O₂→SO₂

	1
CO +		O₂→CO₂
	2

	1
H₂ +		O₂→H₂O
	2

CH4 + 2O₂→CO₂+2H2O

C2H4 + 3O₂→2CO₂+2H2O

8,100

2,435

2,210

2,420


33,910


13,280
12,130

8,100

2,435

2,210

2,420


28,570


11,930
11,360

-

-

-

3,020


3,050


9,520
15,290

-

-

-

2,420


2,570


8,550
14,320

(1) 고체 및 액체 연료

고체 및 액체 연료에서는 단위 무게의 발생 열량(kcal/kg)으로 표시하며, 기체 연료에서는 단위 부피의 발생 열량(kcal/N㎥)으로 표시한다.
고체 및 액체 연료 1kg중의 탄소, 수소, 황, 산소 및 수분의 양을 각 C,H,S,O 및 W(kg)라고 하면, 다음 식으로 저발열량 He와 고발열량 Hh 의 대락적인 값을 계산할 수 있다.

	0
He = 8,100 + 28,600 (H -		) + 2,200S - 600W
	8

Hh = He + 600(9H + W)

	0
= 8,100 C + 34,000 (H -		) + 2,200S
	8

(2) 기체연료

기체연료에 대해서는 연료 1N㎥ 중에 포함된 일산화탄소, 수소, 메탄(CH4),에틸렌(ethylene)의 양을 각각 CO, H₂,CH4,C2H4 (N㎥ )라 하면,저 발열량 He의 대략적인 값(kca-1/N㎥)은 다음 식으로 계산된다.

He = 3,020(CO)+2,570(H₂) + 8,550(CH4) +14.320(C2H4 )

(3) 연소효율
	연료를 완전 연소시키는 것은 실제로 매우 어려우며,일부는 연소하지 않거나 불완전 연소르 하기 때문에 실제의 발생 열량 H는 He 보다 적어진다. 이 비율을 연소 효율이라 한다.
(4) 연소에 필요량 공기량
	연료의 연소에 필요한 산소는 공기에 의해서 공급된다. 공기에는 산소가 약 23.2%(중량비) 포함되어 있다.(부피비 약 21%) 연료 단위량이 필요로 하는 실제 공기량 A와 디론 공기량Ao와의 비를 공기비라 한다. 공기비는 연료의 종류와 노의 크기 등에 따라 다르나, 보통 화격자 연소 장치에서는 1.4~1.8, 버너 연소장치에서는 1.2~1.4정도이다.

3. 액체연료장치

보일러용 액체연료는 대규모, 대용량에 있어서는 중유를, 소규모로 적은 용량에는 경유를 사용한다. 중유의 발열량은 10,000~11,000kcal/kg, 비중은 0.92~0.96 정도롤 완전연소를 위해 저장탱크에서 버너 사이에 서비스탱크, 급유예열기 등의 급유설비를 필요로 한다.

(1)	중유저장탱크(storage tank)
	저장탱크는 연료 구입의 난이도, 수송거리, 1일 사용량 등을 감안하여 1~3주분을 저장할 수 있는 용량으로 내부의 가스나 증기가 잘 배출될 수 있어야 하면 진동 및 풍압에 견딜수 있는 구조로 되어야 한다. 설치장소는 옥내외, 지상, 지하에 따라 기준에 준하여 설치 할 수 있다.

(2)	급유펌프
	급유펌프는 그 기능면에서 저장탱크에서 연료유를 공급하는 수송펌프, 급유탱크에서 버너까지 연료를 공급하는 공급펌프(feeding pump)가 있다. 종류는 고점도의 중유를 압송키 위해 용적형인 기어베인,플런지펌프가 있고 토출량은 보일러 최대 사용량의 2~3배가 되어야 하고 수분제거로 유수분기기를 설치하여 동파를 방지하며, 기름에 혼입된 이물질 제거를 위해 여과기 (여과망 크기는 흡입측 10~60메수, 토출측 60~120메쉬)를 설치한다.

그림 5-6 급유펌프 주위 배관

(3)	중유서비스탱크(service tank)
	서비스탱크는 저장탱크에서 연료유를 소량씩 받아 예열시킨 후 유가열기로 보내는 탱크로 전체버너 사용량의 저장탱크가 있을 때 4~5시간, 저장탱크가 없을 때1~2일분을 저유량의 크기로 한다. 설치위치는 중력 공급식인 경우 유면이 버너 중심에서 0.5~2m 정도의 높이가 되게 하고 보일러본체에서 수평거리 2m이상(중간에 방화견벽이 있을시 무방)을 유지시킨다. 그리고 탱크상부에는 32A 이상의 통기관을 체유되지 않게 역 구배나 굴곡을 피하고 선단을 45˚ 이상 굽혀서 40메쉬 정도의 방화 동철망을 부착시켜 지면에서 4m이상, 주위 1m이내에 개구부가 없는 곳에 설치한다.

(4)

유 가열기(oil preheater)

상온에서 점도가 높은 중유를 서비스탱크에서 예열(65˚ 정도) 송유된 기름을 버너에 보내기 전에 무화에 필요한 온도 (85 ±5℃)로 가열시키는 장치로 전기식과 증기예열식이 있다.
가열기의 용량은 다음의 계산식으로 구한다.

	G ㆍCo ㆍ(t2 -t1)
L(Kwh) =
	860ㆍη

L : 가열기 용량(Kwh)

G : 연료소비량(kg/h)

Co : 중유의 비열(kcal/kgㆍ℃)

t2 : 출구온도

t1 : 입구온도

η : 가열기 효율

4. 연소장치

액체 연료 연소장치는 연료를 고온의 물체에 충돌시켜 연시키는 기화연소방식과 연료에 압력을 주거나 고속회전시켜 무화하여 연소하는 무화연소방식이 있다. 이 연소방식에 따라 포트식, 유압분무식, 증기분무식, 회전식 등의 버너를 사용한다.

(1)	회전식 버너 (rotary oil burner)
	원심력식으로 중공축 앞부분의 오일컵(atomizing cup)과 송풍기를 전동기로 고속회전시키는 구조로 원심력에 의해 비산되고 그 주위를 회전하면서 분출하는 공기에 의해 무산하여 전극봉의 불꽃방전으로 가스버너(pilot burner)에 점화하여 주버너에 착화한다.공기 및 연소량 제어는 연료밸브 및 댐퍼를 연동 (link system)시켜 비례제어로 조절하나.중요량 보일러에 가장 많이 사용되는 중유연소용 버너이다.

(2)	압력분무식 번(pressure injection bermer)
	건형올일버너(gun ytpe oil burner)라고도 하며 무화는 유압과 기류식을 병합한 것으로 5~30kg/㎠정도로 가압된 기름이 노내부를 선화하면서 분출되며 공기와 마찰 및 오일의 표면장력에 의한 미립자로 되어 공기와 혼합되어 연소하는 버너이다. 착화는 전극붕의 방전으로 이루어지고 연소량제어는 일반적으로 온오프제어(on-off-control)를 한다. 특징은 소형 으로 전자동 연소가 되어 연소상태가 양호하며 소용량으로 많이 사용된다.

(3)	증기,공기분무식 버너
	증기 또는 압축공기를 분무시켜서 분무를 양호하게 하고 유량조절범위를 크게 하는 방식으로 고압기류식과 저압기류식이 있으며 외부혼합식과 내부혼합식이 있다. 특징은 무화를 위해 유압을 높일 필요가 없고 연료의 점도가 커도 무관하나 무화매체가 소비되고 소음이 심하다.

5. 보일러에 있어서의 여러 현상

(1)	프라이밍(priming : 비수작용)
	보일러가 과부하로 사용될 때, 수위가 너무 높을 때, 물에 불순물이 많이 포함되어 있는 경우 드럼내에 설치된 부품이 기계적인 결함이 있으면 보일러수가 매우 심하게 비등하여 수면으로부터 증기가 수분(물방울)을 동반하면서 끊임없이 비산하고 기실에 충만하여 수위가 불안정하게 되는 현상을 말한다.

(2)	포오밍(forming :거품작용)
	보일러수에 불순물이 많이 섞인 경우, 보일러수에 유지분이 섞인 경우 또는 알칼리분이 과한 경우에 비등과 더불어 수면 부근에 거품층이 형성되어 수위가 불안정하게 되는 현상이다.

(3)	캐리오버현상(carry over : 기수 공발 현상)
	증기가 수분을 동반하면서 증발하는 현상이다. 캐리 오버 현상은 프라이밍이나 포오밍 발생시 필연적으로 발생된다.

(4)	수격 작용(water hammering : 워터 해머)
	배관 내부에 존재하고 있는 응축수가 송기시에 밀려 배관 내부를 심하게 타격하여 소음을 발생시키는 현상으로 수격작용이 심하면 배관의 파손도 초래한다.

5-5 보일러의 세정방법

보일러 급수로서 공급되는 원수 중에 함유된 부유물, 용존염류, 용존가스 등의 불순물을 침전여과, 이온교환, 탈기 등의 처리방법으로 행하는 것을 관외처리 또는 1차처리라고 하며, 보일러 내부에 약품(청관제)를 투입하여 화학적 작용에 의하거나 물리적 방법을 이용하여 불순물에 의한 유해작용을 방지하는 처리방법을 관내처리 또는 내부처리라고 한다.

1. 기계적 세정 방법 주로 와이어 브러시나 스크레이퍼로 손 작업을 하나 손 작업으로 제거하기 곤란한 곳은 클리이너(cleaner)나 스케일 해머를 사용하여 세정한다. 기계적 세정 방법은 복잡한 내부 구조의 경우 평균된 세정 효과를 얻을 수 없고, 플랜트의 부분이나 본체를 분해해야 하는 단점이 있다.

2. 환화적 세정 방법

기계적인 방법으로 세정이 곤란한 경우 산,알칼리, 유기 용제 등의 약액을 사용하여 세정하는 방법으로 침적법, 서정법, 순환법이 있다.
	① 침적법 : 세정 대상물에 세정액을 체우고 그대로 정치하여 침적시키는 방법 ② 서징법 : 일정시가 세정액을 채우고 난 후 배출하여 재 세정액을 넣고 교반을 도모한다. ③ 순화법 : 펌프를 사용하여 강제적으로 순환세정을 하는 방법이다.

(1)	환학 세정 약품
	세정 약품으로는 염산,유산,인산, 설파민산 등의 무기산계와 구연산, 히드록시산(hydroxy acid)등의 유기산계가 사용된다. 특히, 염산은 스케일과 반응이 좋고, 반응 생성물이 잘 녹고 취급상 위험이 적어 많이 사용된다. 산 세정시 산류만 사용하면 관 내와 보일 본체 등을 부식시킴으로써 부식 억제제 (인히비타)를 혼합하여 사용한다.

(2)	세정 작업
	수온을 60℃ 전후로 하여 (유기산의 경우에는 90℃ 전후) 염산 5~10%, 인히비타 0.2~0.6%를 투입한 후 4~6시간 관 내를 순화시켜 세정한다. 세정을 한 후 배출하여 수세수가 pH5 이상 될 때따지 계속 수세한다. 수세가 끝나면 탄산소오다, 가성소오다, 인산소오다, 암모니아 등을 사용하여 중화 방청처리를 한다. 산 세정시 주의할 점은 스케일의 성분을 분석, 용해 시험한 후 세정 방법을 검토해야 하며 부속품을 제거하고, 산 세정시 수소를 발생하므로 확산 및 화기를 엄금한다. 또한, 수세 후에는 산의 영향이 남지 않도록 해야 한다.

가스의 연소

가스의 연소는 가스 중의 가연성 성분이 산소와 화합하는 산화반응이다. 각 성분가스는 <표 7-10>에 나타내는 것 같이 산소와 화합해서 수증기와 탄산가스가 된다. 이 반응은 상온에서는 일어나지 않고 어떤 일정한 온도 이상이 아니면 진행되지 않는다. 따라서 가스가 연소하기 위해서는
   ① 충분한 산소(보통 공기에 의해서 공급한다.)
   ② 착화원이 필요하다.
또한 이 반응은 발열반응이므로 연소에 의해서 반응열을 발생한다. 이 열을 이용하기 위해서 여러가지 모양의 가스기구 사용되는 것이다.
이 화학반응이 최후까지 완전히 완결되고 있는 상태를 완전연소의 상태라고 하고 어떤이유(공기가 부족한 것 등) 로 반응이 최후까지 완결되지 않고 바능도중의 중간 생성물(일화 탄소 등)을 발생하는 상태를 불완전연소의 상태라고 한다.

<표 7-10> 도시가스 성분의 연소 화학방정식

성 분

분자식

연소의 화학방식

주 1
산소당량
N㎥/ N㎥

주 2
총발열량
kcal/ N㎥

연소생성물 생 성 비

주 3

CO2

H2O

일산화탄소

CO

2CO + O2 =2CO2

0.5

3,016

1

0

수 소

H2

2H2 + O2 = 2H2O

0.5

3,053

0

1

메 탄

CH4

CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O

2.0

9,537

1

2

에 틸 렌

C2H4

C2H4 + 3O2 = 2CO2 +2H2O

3.0

15,180

2

2

에 탄

C2H6

2C2H6 + 7O2 = 4CO2 +6H2O

3.5

16,830

2

3

프로플렌

C3H6

2C3H6 + 9O2 = 6CO2 +6H2O

4.5

22,380

3

3

프 로 판

C3H8

C2H8 + 5O2 = 3CO2 +4H2O

5.0

24,230

3

4

부 틸 렌

C4H8

C3H8 + 6O2 = 5CO2 +4H2O

6.0

30,080

4

4

부 탄

C4H10

2C4H10 + 13O2 = 8CO2 +10H2O

6.5

32,020

4

5

-

CmHn

	n
CmHn +(m+		)O2
	4

	n
= mCo2 +		H2O
	2

	n
m+
	4

m

n

---

2

(주)	① 성분가스 1N㎥를 연소시키는에 이론상 필요한 산소량
	② 각 화학반응에 있어서 성분가스 1N㎥에 대해서 발생하는 열량
	③ 성분가스 1N㎥를 연소시키는 경우 발생하는 생성물의 양
	④ 기체는 온도, 압력에 따라서 용적이 달라진다.

수 처 리

보일러수의 처리방식을 크게 대별하면 외처리와 내처리로 나눌 수 있다. 외처리란 보일러 외부에서 수처리하는 경우이며, 내처리는 보일러 내부의 수질을 처리 하는 방식이다.

3.1 원수처리
기본적으로 보일러의 형식, 압력에 따라서 가장 경제적으로 관리하기 쉬운 원수 수질 및 그 처리 방법의 선정이 중요하다. 따라서 대략 탁도, 콜로이드 상 물질, 철분 및 실리커 함유량이 적은 수질이 선정되어야 하며, 이러한 수질을 처리하기 위해 그 처 리방식과 더불어 처리장치의 완전한 기능발휘가 되어야 한다. 일반적으로 시상수도를 보일러수로 사용하는 경우 현탁질과 콜로이드 제거처리는 일반적으로 필요 없으므로 보일러 외처리에서 가장 널리 이용되고 있는 이온교환처리 를 알아보고, 보일러 내처리는 산알카리 조정제와 탈산제등과 블로우 다운에 관하여 기술한다.

(1) 이온교환수지
[그림3.1]는 이온교환 수지의 확대사진이다.
사진상으로는 유리구슬 모양이지만, 그 입자 하나 하나는 고분자의 합성수지가 구상 으로 성형된 것으로, 미세한 입체적 망목구조를 한 다공성의 고체물질로 되어 있다.
수지 그 자체는 수중에서 물에 녹지는 않지만, 물을 흡수하여 팽윤(swelling) 현상 을 일으켜서 대략 직경이 0.3mm∼0.8mm로 되고, 또한 진비중은 물보다 약간 크기 때문에 정지수 중에서는 뜨지 않는 경향이 있다.
[그림 6은] H⁺를 결합하고 있는 수 지의 구조를 평면적으로 표시한 모형도이며, 교환기(-H로 표시) 이외의 부분을 수지 의 모체라 하고 기호 R로 표시한다.
수지 전체를 표시하는 기호로는 R-H, R-Na, R-OH, R-Cl 등이 이용된다.

[표3.1] 불순물의 장해와 외처리와의 관련성

불 순 물	장 해	처 리 법	비 고
현탁고형물 (탁 도)	ㆍ보일러 수관에 침전되어 관을 막히게 함 ㆍ순환방해 ㆍ이온교환수지의 오염	ㆍ침강분리 ㆍ여 과 ㆍ응집침전	ㆍ표류수(表流水)에 많고 비, 눈 등이 내릴 때 증가한다.
용해고형물	ㆍ캐리오버의 원인 ㆍ기타, 여러종류의 장해	ㆍ전염탈염
용존 산소 (O2)	ㆍ급ㆍ복수계통 및 보일러 본체의 수관을 산화부식함	ㆍ기계적 탈기와 화학적 탈 산소	ㆍ지하수에는 비교적 적음 ㆍ지표수는 대기중의 산소와 거의 평형에 가깝게 함유
유리 탄산 (CO2)	ㆍ증기 및 복수계통의 부식	ㆍ기계적 탈기와 아민류 의 첨가 ㆍ음이온 교환수지에 의한 제거	ㆍ지하수에 비교적 많음
경도 성분	ㆍ스케일, 슬러지	ㆍ이온 교환에 의한 연화	ㆍ지하 깊이 고요있는 물에 많이 함유. ㆍ지표수에는 소량함유
실 리 커 (SiO2)	ㆍ보일러에 스케일 생성 ㆍ터빈날개에 경질의 불용성 부착물을 생성	ㆍ전염 탈염 ㆍ전해에 의한 탈규산법
알카리도	ㆍ캐리오버의 원인 ㆍ금속 재료의 부식 ㆍpH조절의 방해	ㆍ전염 탈염 ㆍ탈알칼리연화	ㆍ알칼리 부식의 원인
유 지 류	ㆍ스케일, 슬러지 ㆍ거품의 원인 ㆍ이온교환수지의 오염	ㆍ응집 침전 ㆍ활성탄, 규조토에 의한 여과	ㆍ공장의 복수계통에 함유되어 있는 수가 많음
콜로이드상 실 리 커	ㆍ보일러 내에서 가용성의 분자상 실리커 염으로 되 어 실리커의 경우와 동일 한 장해	ㆍ응집 침전 ㆍ전해에 의한 탈규산법
유 기 물 (아민산등)	ㆍ보일러수의 거품발생 원인 ㆍ이온교환수지를 오염해서 순수 수질을 저하 ㆍ보일러 내에서 고온분해 되어 CO2 발생	ㆍ활성탄 처리 ㆍ응집 침전	ㆍ표면수에 많음 ㆍ식물의 부패물이 원인

(2) 산 알카리 조정제
물에 의해 발생되는 보일러 장해를 제거하기 위해 실시하는 수처리 중 화학작용 혹은 물리작용이 주로 보일러 내에서 행하여지는 방법을 총칭해서 보일러 내처리라 한다.
내처리는 약품(보일러 내처리에 혹은 청관제라고도 함)을 급수계에서 급수제를 첨 가하거나, 보일러 드럼내의 물에 첨가하여 보일러수 중의 유해 불순물을 무해한 상태 로 만들어 장해를 방지함이 일반적이며 이온교환처리를 거친 물에도 필히 실시하여야 한다.
보일러 내처리제는 무기물, 유기물 혹은 이들의 혼합물 등 여러 가지가 있으며, 보일러의 형식, 압력, 용량, 증기의 사용목적 등에 따라 적합한 것을 선택하여 적당량 을 투입하여야 한다.
보일러 내처리를 실시함에 있어서 주의하여야 할 점은 급수 혹은 보일러수의 분석 시험을 자주 행하여 항상 표준치 범위 이내로 유지되도록 내처리제의 성분, 배합 및 그 투입량을 조절하여야 한다.
이에 산알카리 조정제는 부식을 방지하고 보일러수 중의 경도 성분을 불용성으로 만들어 스케일 부착을 방지하기 위해서 보일러수의 pH를 적당한 값으로 유지시키는 약품이다.
즉, pH가 높으면 보일러수 중의 경도성분인 칼슘, 마그네슘 등의 화합물의 용해도가 감소되기 때문에 스케일 부착이 어렵게 된다.
또한 보일러수 중의 실리커를 가용성의 규산나트륨으로 만들어 존재시키기 위해서도 pH는 다른 장해가 발생되지 않는한 높은 값으로 유지하는 편이 좋다. 알카리 조정제는 알카리 농도 상승제와 억제제가 있다. 상승제로는 주로 수산화나 트륨, 탄산나트륨 등이 저압 보일러에 사용되고, 고압 보일러에서는 수산화나트륨, 제 3인산나트륨, 암모니아 등이 사용된다.

(3) 연화제
보일러수 중의 경도 성분을 불용성의 화합물(슬러지)로 만들어 스케일 부착을 방지하는 내처리제가 연화제이다. 연화제는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 인산나트륨, 등이 있는데 주로 인산나트륨이 많이 사용되고 있다.

(4) 탈산소제
보일러 내처리에 사용되는 탈산소제는 산소를 환원하는 성질이 강하고, 반응생성물은 보일러수 혹은 보일러의 부속기기에 악영향을 미치지 않아야 한다.
오래전부터 탄닌, 아황산소다 등이 사용되어 왔으나 최근에는 히드라진이 많이 사용 되고 있다.

(5) 슬러지 조정제
보일러 외처리를 행하지 않고 보일러에 원수를 급수하는 경우 연화생성물, 즉 슬러지 가 보일러의 전열면에 부착하여 스케일로 되는 작용을 억제시키기 위해 첨가하는 약제를 슬러지 조정제라 한다.
슬러지 조정제로는 탄닌, 리그닌, 전분 등이 주로 사용되어 왔으나 최근에는 고분자의 유기합성물이 사용되고 있다.


3.2 블로우 다운(Blow Down)

(1) 블로우 다운의 필요성
급수 중의 불순물과 처리제 중의 고형성분은 보일러 내에서 일부가 불용물로 되고, 그 외 대부분은 보일러수 중에 농축되기 때문에, 보일러의 운전시간이 길어짐에 따라 보일러 수의 농도도 높아지고 보일러 밑부분에 침전되는 슬러지 양도 증가하게 된다.
보일러수의 농도가 상승하면 캐리오버에 의한 과열기 및 터빈의 장해사고가 일어나기 쉽고 슬러지와 함께 내부의 부식, 스케일 생성의 원인도 될 수 있다.
따라서 이러한 장해를 예방하기 위해서는 될 수 있으면 보일러 외처리에서 불순물을 제거하고 내처리제도 필요 이상으로 주입하지 않아야 하지만, 보일러에 유입된 고형 물에 의한 보일러수의 농축과 슬러지의 퇴적을 방지하기 위해서는 보일러수를 반드시 블로우 다운 시켜야 한다.
그런데 블로우 다운에 의해서 배출되는 성분은 보일러수 중의 불순물과 슬러지 뿐 만 아니라 내처리제의 성분도 배출되기 때문에, 내처리제의 주입량은 불순물과 반응해서 소비되는 양과 블로우 다운에 의해 배출되는 양도 계산하여야 한다.

(2) 블로우 다운 방법
블로우 다운은 보일러의 어느 부위에서 물을 배출하느냐에 따라서 표면 블로우 다운 과 바닥 블로우 다운으로 나누어진다.

1) 표면 블로우 다운(Surface Blow Down)
보일러수의 표층 부분에서 행하는 블로우 다운이며 농축 보일러수ㆍ경질 부유물ㆍ 유지 등의 배출을 주목적으로 한다.
표면 블로우 다운은 블로우되는 상태에 따라서 연속 블로우 다운(Continuous Blow Down)과 간헐 블로우 다운(Intermittent Blow Down)으로 나눌 수 있으며, 연속 블로우 쪽이 보일러수의 농도를 일정하게 유지시키 고, 열을 회수하기 쉽다는 점에서 훨씬 유리하다.

2) 바닥 블로우 다운(Bottom Blow Down)
바닥 블로우 다운은 간헐 블로우의 일종으로 보일러 밑부분으로부터 맣은 유량을 단 시간에 배출하고, 보일러 밑부분에 퇴적되어 있는 슬러지의 배출을 주목적으로 하고 있다.

3) 블로우 다운의 표시 방법
블로우량은 블로우유량[t/h] 또는 블로우율[%]로 표시할 수 있다.
블로우율은 블로우율(대 급수) = (블로우유량[t/h]/급수유량[t/h] X 100과 블로우률(대 증기) = (블로우유량[t/h]/증기유량[t/h]) X 100으로 표시할 수 있다.
블로우유량을 B[t/h], 블로우율을 b[t/h], 급수유량을 F[t/h]로 하면 b와 B의 관계는 다음 식으로 표시할 수 있다.

b[%] = B/F X 100 (22) B[t/h] = bF/100 (23)

4) 블로우의 대상성분
보일러수가 농축됨을 방지하기 위해 행하는 블로우는 보일러수 중에서 가장 빨리 표준상한치에 도달하는 성분을 대상으로 함이 원칙이다.
일반적으로는 전고형물농도가 어느 한도를 초과하지 않도록 블로우량을 정하는 수가 많지만, 급수의 수질과 보일러 내처리의 방법에 따라서 전고형물 농도가 그다지 높지 않더라도, 특정성분의 불순물이 표준치 이상으로 되는 수가 있기 때문에 이 특정 성분의 불순물을 블로우의 대상성분으로 하는 수가 많다.
예를 들면 실리커 농도가 높은 원수를 탈염처리하여 급수하는 경우에는, 보일러수 중의 실리커 농도가 제일 먼저 표준치에 도달하는 경우가 많기 때문에 실리커를 블로우의 대상성분으로 한다.

Ⅳ. 결 론
보일러는 물을 가열하여 증기나 온수를 사용하므로 물고 접촉하는 부분에 발생하는 스케일과 부식은 열효율을 저하시키고, 안전한 운전에 지장을 초래하여 장비의 수명을 감소시키며 생애비용(Life Cycle Cost)증가의 원인이 된다.
보일러 설비의 수측에서 발생되는 부식은 수질, 온도, 발생부위, 부식되는 금속재료 의 표면상태 등에 따라서 그 형태와 정도가 일정하지는 않지만 보일러 설비의 스케일 과 부식을 방지하기 위해서는 적절한 수질관리를 행하여야 한다.
수질관리의 방법은 일반적으로 물에 용존되어 있는 산소를 가능한 한 제거하여야 하며, pH를 적정히 유지함은 물론 보일러수의 농축에 의한 장해를 방지하기 위하여 적정한 블로우 다운을 실시하고, 금속면을 항상 깨끗이 하여 두어야 한다.

자료출처 : http://blog.naver.com/lgm0837/60019163242

[달리자]

좋은글 감사합니다.

[본드523]

잘쓸게요..

[지도]

오늘좋은 자료주세서곱맙씀니다