콘덴싱보일러

[천지인]

콘덴싱 보일러

◈ 개요

가정용보일러를 비롯하여 산업용, 업무용 보일러에 이르기까지 보일러의 효율을 높이기 위한 여러 가지 연구와 개발 등이 수행되고 있다. 보일러 효율을 높이기 위한 방법으로는 첫째 보일러 표면을 통한 방열손실을 줄이고 둘째 연료를 최적의 상태로 완전연소시키며 셋째 보일러의 배기가스 온도를 낮추고 그 양을 줄여서 배기열 손실을 최소화하여야 한다. 보일러 표면의 방열손실은 열정산상 손실량이 1%미만으로 성능이 우수한 단열재 보온재를 사용하므로 손실양을 줄이는데는 한계가 있다. 
보일러 효율은 입력분에 출력의 100분율로 표시되고 출력과 손실의 합계가 총입력이 되며 손실의 대부분은 보일러의 배기가스를 통하여 공중으로 버려지는 열손실이므로 이 열손실을 줄이기 위하여는
      

 ○ 버너 송풍기등 성능이 우수한 연소기구를 부착하여 연소를 완전연소가 뵐 수 있도록 그 조건을 개선하여 주고 
       

○ 사용연료 버너 송풍기 및 통풍방식 등에 따른 보일러의 형태 연소실의 크기 전역면적 동풍손실 등 최적보일러를 설계하여
       

○ 보일러본체에서 배출되는 배기가스 통로 중에 공기예열기 에코노마이저를 부착하여 배기가스중의 손실열을 회수하여야 한다. 

보일러 연료 및 연소기구 등을 아무리 이상적으로 선택한다하여도 열을 흡수하는 보일러 내부의 포화수 온도가 스팀의 압력에 따라 일정하게 높게 유시되고 있음으로 배기가스 온도를 낮추는데는 한계가 있다.
       

가령 압력이 10kg/㎠인 보일러의 포화수온도는 179℃이므로 배기가스의 온도는 50℃이상 높아져 230℃ 정도로 하는 것이 일반적 이때 보일러 효율은 대략 88∼89% 정도 된다. 보일러 효율 즉 2∼3% 증가시키기 위하여서는 보일러 본체와 공기 예열기의 전열면적을 과도하게 증대시켜야 하기 때문에 투자비와 설치 공간이 증대되어 효율향상으로 인한 경제성이 없게 되는 결과가 된다.
       

도시가스는 석탄 유류와 달리 노점이하에서 금속을 부식시키는 유황(S) 성분이 없고 항상 완전 연소되어 그으름(Soot)이 발생되지 않는 연료이므로 보일러 배기가스통로중에 공기예열기(Prcheatei)와 응축형에 이코노마이저(Condensing Economizer)를 설치하여 연소가스중에 포함되어 있는 현열 (Sensible Heat)과 수증기의 응축잠역(Latent Heat)을 회수하여 효율을 100%이상 향상시키는 중대형 산업용 난방용 Condensing Gas Boiler 의 개발이 요구되고 있다.


◈ 원리

콘덴싱보일러는 다음에 표시되는 도시가스의 연소공식에서 그이론과 실제가 정립되고 있다. 연소과정 중에 발생되는 수분(H₂O)은 유효연소열 중에서 약 10%에 해당되는 잠열을 흡수하여 수증기로 변해 외부로 방출된다. 이 과열된 수증기는 무색이므로 육안으로 볼 수 없으며 단지 겨울철 외기온도가 노점 이하로 낮아지면 응축되고 작은 물방울로 변하여 굴뚝에서 마치 흰 연기가 나는 듯이 보이게 된다.
       

겨울철 자동차를 시동시킬때 배기가스통 끝에서 물이 나오는 것도 연소가스 중의 수증기가 찬 배기가스통에 의하여 응축되기 때문이다. 콘덴싱보일러는 외부로 방출되는 연소가스중의 수증기를 잠열교환기와 접촉 콘덴싱(응축)시켜 약10% 정도의 잠열을 다시 회수하므로 고효율을 발휘할 수 있다. 그러나 경유 벙커C유 등의 연료는 1∼4%정도의 유황(S)성분이 포함되어 있고 이 유황 성분은 연소과정 중 생기는 응축수와 결합하여 금속을 부식시키는 황산(H₂S0₄)을 생성시켜 재료의 재질과 관계없이 에코노마이저를 단시간내에 부시시키므로 콘덴싱보일러의 제작이 불가능하다. 국내에서 사용되는 도시가스(L.N.G)의 예를 들면

       고위발열량(High Hcat Value) : 10,500Kca1/N㎥
       저위발열량(Low Heat Value) : 9,500Kca1/N㎥
       발열량의 차(Heat Difference) : 950Kca1/N㎥

연소과정중 발생되는 유효연소열을 고위발열량이라 하며 연소가스중에 포함되어 있는 수분을 수증기로 변화시키는 고위 발열량의 약 10%에 해당되는 열량을 뺀것이 저위발열량이다. 

배기가스중의 현열과 응축잠열을 회수할 때 콘덴싱 보일러의 이론효율은 다음과 같다.

       배기가스 230때 보일러 본체 효율 89%
       응축잠열 회수에 의한 효율 향상 ; 10%
       배기가스 현열회수에 의한 효율 향상 : 7%
       콘덴싱 보일러의 이론 효율 : 106% 

그러나 연소용 공기가 과잉되거나 연료가 완전연소되지 않으며 공기예열기 응축형 열교환기가 열을 완전히 회수하지 점을 고려할때 콘덴싱 보일러의 실제 운전 효율을 99∼100% 정도가 된다. 
       

고온의 응축수를 회수하는 아파트, 호텔, 병원, 빌딩, 스포츠센타 중에서는 응축형 에코노마이저를 급탕가열용으로 사용하고 응축수를 회수하지 못하는 곳에서는 보일러 급수가열용 에코노마이저로 사용한다.

◈ 구조

       

○ 보일러 본체
           보일러 본체 한극공업규격(KS)에 의하여 제작되는 편심노통-2Pass 구조의 통연관시 보일러로 연관내에 효율을 향상시키는 터뷰레이타(Turbulator)가 포함되어 있다. 
       

○ 히트파이프식 공식예열기
           동 알미늄 파이프보다 500-1000배 정도 열전도성이 우수한 히트파이프로 제작된 공기예열기가 보일러 동체 상부에 조립식(Cartridge)으로 설치되어 있습니다.
      

 ○ 콘덴싱 에코노마이저
           혹시 있을 수 있는 에코노마이저의 표면 산부식을 방지하고 녹물이 발생되지 않도록 전열성능이 직관에 비하여 2배이상 우수한 SUS 316 스파이랄 튜브를 사용하고 케이싱은 SUS 304 스테인레스판으로 되어 있다.
      

 ○ 가스버너
           세계적인 Landisgyr, Horeywell, Dung사 제품으로 구성된 Valve Train 및 연소제어 안전장치가 부착된 도시가스 전소용의 부라스트 버너를 부착하며 비상용 연료가 경유일 때에슨 가스 경유 겸용 버너를 사용한다.
      

 ○ 급수펌프
           세계적인 Groundfos사의 Multi-Stage Centrifugal Pump 2대를 표준장비로 부착한다.
       

○ 표면 연속브로장치
           보일러내부의 관수표면에 떠있는 시리카와 같은 불순물을 제거시키는 연속브로 라인과 브로시 열손실을 방지하기 위한 열교환기 순간유량을 첵크하는 Rota Flow Meter가 부착된 Surface Contiveous Blow Equipment를 필수장비로 하고 있다.

       콘덴싱 보일러는 증발량 1Ton/Hr에서부터 최대 15Ton/Hr까지 중온수보일러는 1Gcal/Hr에서부터 10Gcal/Hr까지 사용 압력은 14kg/㎠ 범위내에서 생산되고 있습니다.

◈ 특징 및 효과

       

○ 공중으로 버려지는 배기가스중에 포함되어 있는 수증기의 응축잠열과 현열을 흡수하므로 효율 99% 달성이 가능하다.
       

○ 효율 99% 출구 배기가스온도는 95.6℃, CO₂10.3%, O₂2.9% 보일러벽과 주위와의 온도차 8℃ 등으로 나타났다.
       

○ 도시가스는 노점이하에서 금속을 부식시키는 유황성분(S)이 없고 알미늄 전조휜을 부착시킨 히트파이프식 공기예열기와 SUS 316 Spiral Tube로 제작된 에코노마이저를 사용하므로 수명이 반영구적이다.
      

 ○ 고온의 응축수를 작은 펌프 동력으로 공동현상(Cavitation)없이 급수할 수 있으며 Impeller 케이싱등이 스테인레스재질로 제작된 세계적인 Groundfos사 Vertical Cenfrifugal Pump 2대를 표준장비로 부착되어 있다.
       

○ 세계적인 Landisgyr(랜디스기어) Honeywell Dung 사제품으로 구성된 Valve Train 및 연소제어 장치가 부착된 브라스트식 가스버너는 안전하게 가스를 완전 연소시킨다.
       

○ 일반 노통연관식보일러, 수관식보일러, 주온수보일러 보다 효율이 10% 정도 직화식 냉온수기에 비하여는 20%정도 우수하므로 절약되는 가스대금으로 수년내 투자비 전액을 회수할 수 있다.

출처 :	보일러,냉동,가스,건축설비  |  글쓴이 : 다움이[전석진] 원글보기