1. 열정산의 개요 |
열정산이란 열을 사용하는 각종설비나 기구에 어떠한 물질이 얼마만큼의 열을 가지고 들어갔으며 또한 들어간 열이 어디에서 어떠한 형태로 얼마만큼 나왔느냐를 계산하는 것으로서 열수지(Heat Blance) 또는 열감정이라고도 한다. |
2. 보일러의 열정산 |
다음의 보일러 열정산에 대한 설명은 "육용강제보일러의 열정산방식 KS-B6025를 근거로 요약한 것이며 참고로 열정산을 위해서는 에너지보존법칙 및 열역학제일법칙에 의해서 열정산 대상설비에 들어가는 물질인 연료, 공기, 급수등과 나가는 물질인 증기, 배기가스 등과의 상호관계의 물질정산(material Balance)을 행한 후에 들어가는 열과 나가는 열의 상호관계를 계산하는 것이 좋다. |
이 규격은 고체·액체·기체를 사용하는 보일러의 실용적인 시험에 있어서 일반적인 방법에 대하여 규정한다. |
나. 열정산 기준 |
1) 열정산은 보일러의 실용시 또는 정상조업 상태에서 원칙으로 1시간 이상의 운전결과에 따르며 시험부하는 원칙적으로 정격부하로 하고 필요에 따라 3/4, 1/2, 1/4등의 부하로 시행할 수 있다. |
다. 측정사항 |
1) 시험 연월일 시각 및 시험담당자 |
라. 측정방법 |
1) 외기온도 |
외기온도는 보일러공의 외기고단의 입구, 공기예열기가 있는 경우는 그 입구에서 측정한다. 이때 일광의 직사 및 기기등으로부터의 방사를 받지 않는 상태에서 측정한다. |
2) 연료 |
(가) 연료사용량의 측정 |
① 고체연료는 계량 후 수분의 증발을 피하기 위해 가능한 연소직전에 계량하고 그때마다 동시에 시료를 취한다. |
3) 급수 |
(가) 급수량의 측정 |
급수량의 측정은 중량탱크식 또는 체적식 유량계, Orifice 기타로 시행한다. |
(나) 급수온도의 측정 |
급수온도는 절탄기 입구에서 측정한다. |
4) 연소용 공기 |
(가) 공기량의 측정 |
공기량은 연료 및 연소가스의 조성으로부터 산출한다. 필요한 경우에는 Orifice pitot 관 등을 사용하여 측정한다. |
(나) 예열공기온도의 측정 |
공기온도는 공기예열의 입구 및 출구에서 측정한다. 터어빈 추기등의 외부열원에 의한 공기예열기를 병용하는 경우는 그 전후에 공기온도를 측정한다. |
5) 연소가열용 또는 등내흡입증기 |
(가) 연료가열 연료부문 기타등내흡입중량측정 |
발생증기량은 급수에서 산정한다. 증기유량계가 설비되어 있는 경우의 그 계측기는 참고치로 한다. 발생증기의 일부를 연료가열, 등내흡입 또는 공기예열에 사용하는 경우 및 보일러수 또는 발생증기의 시료를 채취할 경우등에는 그 량을 측정하여 급수량에서 뺀다. 또한 시험개시때와 종료시에 있어서 보일러 수면이 다른 경우는 발생증기량의 보정을 한다. 상기의 보정량에 있어서 측정이 곤란한 것은 계산치를 사용한다. |
(나) 과열증기 및 재열증기 온도의 측정 |
과열증기 및 재열온도의 측정은 과열기 및 재열기 출구에 근접한 설치에서 측정한다. 다만 출구에 온도조절장치가 있는 경우에는 그 뒤에서 측정한다. |
(다) 증기압력의 측정 |
포화증기의 압력은 보일러통 또는 그에 상당하는 부분에서 측정한다. |
(라) 포화증기의 건조도 측정 |
포화증기의 건조도는 보일러통 출구에 근접한 위치 또는 그에 상당하는 부분에서 조임식 열량계 기타를 사용하여 측정한다. |
6) 배기가스 |
(가) 배기가스 온도의 측정 |
배기가스 온도는 보일러의 최종가열기의 출구에서 측정한다. 필요에 따라 보일러 동체출구 과열기, 재열기, 식탄기, 공기예열기의 입구 및 출구에서도 측정한다. 가스온도는 각 통로 단면의 평균온도를 구한다. |
(나) 배기가스의 시료채취 및 분석 |
배기가스의 시료 채취 위치는 보일러의 최종가열기 출구로 한다. 필요에 따라 절탄기 및 보일러 동체의 출구에서도 채취한다. 배기가스 성분 분석은 원칙적으로 Orsat분석기를 사용한다. 전자식 또는 기계식 분석기를 사용하는 경우는 적당히 Orsat분석기 또는 표준가스에 따라 보정한다. 분석은 평균시료에 대하여 한다. |
7) 연소 잔존물 |
(가) 연소잔존량의 측정 |
연소잔존량은 연료의 사용량. 연료의 탄분 및 연소잔재물의 미연소분의 비율에서 산정한다. 연소잔재량을 실측할 수 있는 경우는 그에 따른다. |
(나) 연소 잔재물의 시료채취 및 미연소분의 측정 |
연소잔존물의 시료의 채취는 석탄류 및 Cokes류의 Sampling방법 및 전수분 혼분 측정방법에 따른다. |
8) 측정시간 간격 |
연료시료의 채취, 증기, 공기, 연소가스의 압력 및 온도등의 측정은 기록식 계기를 사용하는 경우 이외의 각각 일정시간마다 시행한다. |
마. 시험준비 및 누전상의 주의 |
1) 보일러 상태검사 및 보조 |
보일러는 미리 각부분을 검사하여 증기 및 물의 누설이 없게 정비하고 내실재보온, 기타의 파손이 있으면 보수한다. |
2) 보기류의 정비 |
운전장비, 연료공급장비, 연소장치, 통풍장치, 급수장치, 계량류의 기능을 미리 점검조정하여 시험중에 고장이 생기지 않도록 정비한다. |
3) 측정기기의 정비 |
필요한 계기류는 미리 검사하고 정확히 보정하여 소정의 위치에 있도록 한다. 급수 및 연료의 측정기구에 By-Pass가 있는 경우는 그곳에 누설이 없는가를 확인한다. |
운전중에 누설을 검토할 수 없음 운전중에 By pass의 누설유무를 밸브V를 열어 검사할 수 있음
4) 보일러 누전상황의 조정 |
보일러는 미리 소정의 운전상태로 조정하고 보일러의 종류에 따라 적당한 시간 중 그 상태를 지속하여 양호한 운전상태의 계속이 가능한가를 확인하여 본시험을 한다. |
5) 측정원의 배치 |
측정원은 이미 부서를 정하여 배치하고 가능하면 본 시험전의 준비운전을 통하여 훈련하고 시험개시와 동시에 즉시 정확한 측정이 될 수 있어야 한다. |
6) Blow. 매연 제거, 강제통풍, 급수시료 채취 |
블로우 매연제거, 강제통풍 및 급수, 보일러수, 발생증기의 시료채취 등은 시험개시전에 시행하고 본시험중에는 하지 않는다. |
7) 측정치의 변동 |
발생증기량, 압력 및 온도의 변동이 다음 범위를 초과하는 경우에는 그 상황을 측정결과의 비고란에 기입한다. |
바. 계산 |
1) 기본계산 |
보일러의 열정산시는 본계산을 하기에 앞서 입출열계산에 공통적으로 적용되는 연료사용량, 급수량, 공기비 등을 정확히 계산하는 것이 좋다. |
(가) 연료사용량(F) |
F(kg/h) = 중유의 비중(0.95)x{0.9754-0.00067(중유온도-50)}x중유의 용적(ℓ/h) |
(나) 급수량(W) |
|
(다) 연료 1kg당 급수량(W1) |
|
(라) 발생증기량(W2) |
W2(kg/h) = 급수량-보정량 |
(마) 연료 1kg당 증발량(W2) |
|
(바) 공기비(m) |
공기비를 알기 위해서는 먼저 보일러 운전중에 연도를 통해서 배출되는 배기가스의 성분을 파악하여야 한다.
|
2) 입열 |
(가) 연료의 발열량 |
연료의 발열량은 원칙적으로 열량계에 의해 고발열량을 실측하고 연료의 성분을 분석하여 저발열량을 구하여야 한다. 그러나 산업체현장에서 연료의 발열량을 측정하기에는 매우 어려운 일로서 발열량을 측정하지 않았을 경우에는 다음의 평균발열량을 적용하여 계산한다. |
비 중(d15) |
유황분(%) |
평균발열량(저) | |
등 유 |
0.79 ~ 0.85 |
0.5 이하 |
10,400 |
h : 연료중의 수소함량(%) |
<석유계 연료의 저위발열량과 비중과의 관계>
(Technical Bulletin M-7C)
(나) 연료의 현열 |
연료의 현열은 연료의 평균비열과 사용시의 연료온도와 기준온도와의 차에 의하여 계산한다. |
(다) 공기의 현열 |
기름이나 석탄등 연료가 연소할 때에는 반드시 일정량의 공기가 있어야 하는데 공기량을 실측하기는 매우 곤란하다. |
3)출열 |
(가) 발생증기의 보유열 |
보일러수의 증발은 일정한 압력하에서 가열하면 물의 상태로 온도가 상승하여 포화온도에 달하게 되고 더욱 가열하면 물의 일부는 잠열을 얻어 증발하고 용적이 증대된다. |
(나) 배기가스의 보유열 |
연료가 연소하여 생성되는 고온의 가스를 연소가스라 하고 이것이 보일러수에 열을 전달한 후 연도, 연돌등을 흐르는 상태에 있을 때를 연소 배기가스 또는 단순히 배기가스라 한다. |
(다) 불완전 연료가스에 의한 열손실(L) |
불완전 연소에 의하여 생성되는 것은 대개가 일산화탄소와 Soot이며 수소(H2), 메탄(CH4)등도 함유할 때도 있으나 그량은 거의 미량이다. |
(라) 방열, 전열 및 기타 손실열(L1) |
보일러를 운전할 때는 많은 열이 보일러 표면을 통해서 외부로 방출되는데 손실열을 계산하기는 매우 복잡하고 정확하기도 힘들다. |
4) 성능치 |
(가) 보일러 부하율(Lf) |
|
(나) 보일러 효율(
|
|
(다) 매시 환산 증발량(We) |
|
(라) 환산증발 배수(re) |
|
(마) 보일러 전열면 열부하(Hb) |
|
(바) 보일러 전열면 환상증발량(Be) |
|
3. Boiler 열정산 사례 |
1) 기호표 <표1> 참조 |
3-1. 기본계산 |
① 연료사용량(F) |
3-2. 입열 |
① 연료의 발열량(H ℓ) |
No |
종 류 |
기 호 |
단 위 |
내 용 |
비 고 |
1 |
3-1 |
F |
kg/h |
연료사용량 |
0.95 |
6 |
② |
v' |
kg/h |
급수량 |
|
10 |
④ |
W2kg |
kg/h |
발생증기량 |
|
11 |
⑤ |
W2 |
kg/kg |
연료 1kg당 발생증기량 |
|
17 |
① |
kcal/kg |
연료의 저발열량 |
9,570 | |
18 |
② |
kcal/kg |
연료의 평균비열 |
0.45 | |
19 |
kcal/kg |
연소 1kg당 연소공기량 |
mAo | ||
20 |
③ |
Ao |
N㎡/kg |
연료 1kg당 이론공기량 |
Hℓ-1100 |
23 |
④ |
wb |
kg/kg |
연료 1kg당 로내분입증기량 |
|
26 |
3-3 |
hx |
kcal/kg |
발생증기의 엔탈피 |
PS : 기준 |
31 |
|
G |
N㎥/kg |
연료 1kg당 배가스량 |
G1+(m+1)Ao |
35 |
③ |
hg |
kcal/kg |
배가스온도에 있어서의 엔탈피 |
|
36 |
④ |
hw |
N㎥/kg |
배가스중의 수증기량 |
1/100[1.244(9h+W) |
38 |
③ |
Sb |
㎥ |
보일러증발전열면적 |
<표2> 측정결과 |
No |
측 정 항 목 |
기 호 |
단 위 |
측정치 |
비 고 | |
1 |
외 기 온 도(건) |
to |
℃ |
(9. ) |
||
2 |
실 내 온 도(건) |
tr |
℃ |
(19. ) |
||
3 |
연 |
사 용 량 |
Vt |
ℓ/h |
421 |
|
8 |
급 |
급 수 량 |
W1ℓ |
ℓ/h |
5,321 |
|
11 |
증 |
증 발 량 |
w1kg |
kg/h |
5,280 |
|
13 |
연소 |
공기 예열기 입구온도 |
ta1 |
℃ |
- |
|
17 |
배 |
온 보 일 러 본 체 출 구 |
tg1 |
℃ |
197 |
|
성 CO2 |
(CO2) |
vol % |
11.8 |
|||
23 |
증 기 전 도 |
x |
0.98 |
0.46 (증기) | ||
+639-i( ) | ||||||
( r ) |
3-3. 출열 |
① 발생증기의 흡수열(Q2) |
4) 성능치 |
① 보일러의 부하율(Lf) |
5) 열정산서 | |
부하율(66%) |
열정산기준 |
No |
항 목 |
기호 |
입 열 |
출 열 | ||
kcal/kg |
% |
kcal/kg |
% | |||
1 |
연료의 발열량 |
Hℓ |
9,750 |
99.2 |
|
|
합 계 |
9829.8 |
100.0 |
9829.8 |
100.0 |
성능치 |
No |
항 목 |
기호 |
단 위 |
성 능 치 |
1 |
보일러의 효율 |
|
% |
85.5 |