증기 보일러를 사용하고 있습니다. 드레인 (응축수)을 회수하여 재사용에 의한 효과는 어떻게 계산하면 좋을까요?

질문: 증기 보일러를 사용하고 있는 곳에서, 드레인 (응축수)을 회수하여 재사용에 의한 효과를 계산하는 방법으로서, 어떻게 계산하면 좋을까요?

 

드레인은, 발생 시점에서는 증기와 같은 온도를 가지며, 또한 불순물을 포함하지 않는 순수입니다. 따라서 응축수를 보일러에 보급수로서 재사용하면, 보일러 연료 절감 효과와 보일러 보급수 감소 효과가 있습니다. 각각의 계산은 다음과 같습니다.

 

드레인 회수 방식에 대해서는 오픈 방식과 폐쇄 방식이 있다는 것을 전제로 합니다. 여기에 설비 비용이 작은 오픈 방식을 상정하여, 보일러 연료와 보급수의 감축량과 그 효과 금액을 구해 보도록 하겠습니다.

 

3.0 t/h 보일러에서 증기를 사용했을 때 발생하는 응축수의 60 %를 85 ℃로 회수하는 것으로서 계산합니다. 계산은 그림의 흐름과 같이 다음과 같습니다.

1. 드레인 회수량 계산

전제조건

• 증기압력（온도）：0.7MPa（170.5℃）
• 급수온도：20℃
• 보일러에서의 증기 발생량
  사양으로 표시하는 것은「환산 증발량」입니다. 이 경우는3.0 t/h. 이것은 대기압 하에서 100℃의 포화수를100℃ 의 건포화증기로 하는데 필요한 열량 2,257 kJ/kg을 조건으로 하고 있습니다.
  「실제증발량」을、실제의 급수온도와 증기압력에서의 열량、각각 83.9kJ/kg、2767.6kJ/kg（주）을 사용하여、다음의 식과 같이 구하면、2.52 t/h이 됩니다.
• （주）이 1kg당 열량、즉 비엔탈피는 포화증기표에서 나옵니다.
  실제증발량 ＝환산증발량 ×（상기2,257）÷（증기의 엔탈피－급수의 엔탈피）
  ＝3.0t/h × 2,257kJ/kg  ÷（2767.6kJ/kg ‐ 83.9kJ/kg）＝ 2.52t/h
• 운전시간：8,000h/년
• 부하율：보일러는 증기 사용량에 따라 부하가 변동합니다. 평균 부하율을  급수량 등에서 구해、70％로 합니다.
• 드레인 회수율：기기당 드레인 발생 상황에서 추정합니다.  60％로 가정합니다.드레인의 회수량은、2.52t/h × 8,000h/年 × 0.7 × 0.6 ＝ 8,470t/년

2. 드레인으로 회수하는 열량 계산

포화증기표에서 비엔탈피를 보면、응축수 회수시 85℃에서 356.0kJ/kg、급수(물) 20℃에서 83.9kJ/kg 이므로、드레인 1kg 당 순 회수열은、

 

（356.0－83.9）kJ/kg＝272.1kJ/kg＝272.1MJ/t

 

드레인으로 회수 할 수 있는 열량은、1항의 회수량의 수치를 사용하여、

 

272.1MJ/t × 8,470t/년 ＝ 2,300,000MJ/년

 
3. 연료의 절감량・금액 계산

（1）연료 절감량 계산

연료를 도시가스(13A)로 하면、 저발열량은 41.7 MJ/m3N.

연료 절감량은、보일러 효율을 96％로 하면、

 

2,300,000MJ/년÷（0.96×41.7MJ/m3N）＝ 57,500m3N/년 입니다.

 

여기서、연료 절감율도 확인해 둡니다.

 

우선、응축수 회수를 하지 않는 경우의 연료 사용량을 구합니다.

 

0.7MPa 의 증기가 갖는 열량은 2,767.6kJ/kg ＝ 2,767.6MJ/t으로、이 증기를2.52t/h × 부하율0.7로 발생하고 있기 때문에、년간 발생 증기의 열량은、

 

（2,767.6－83.9）MJ/t × 2.52t/h × 0.7 × 8,000h/년 ＝ 37,900,000MJ/년

 

이것을、연료의 저발열량 41.7MJ/m3N 과 보일러효율로 나무면、연료사용량은、

 

37,900,000MJ/년 ÷（0.96×41.7MJ/m3N）＝947,000m3N/년

 

따라서、연료의 절감율은、

 

57,500m3N/년 ÷ 947,000m3N/년 × 100 ＝ 6.1％  입니다.

 

 

（2）연료 절감 금액을 계산

도시가스는 중압으로 공급되며、단가를 900원/m3  으로 가정해서 계산 합니다.

 

가스 메터 및 단가의 m3 는、15℃、（중압에서는）0.981kPa 하에서의 수치입니다. 한편、발열량 m3N는 0℃、대기압하에서의 수치이므로 、1m3N＝1.045m3（주）입니다.

 

（주）〔（273＋15）/273〕×〔101.3/（101.3＋0.981）〕＝1.045
       　여기서 101.3kPa 는 대기압.

 

연료 절감금액은、

 

57,500m3N/년 × 1.045m3/m3N × 900원/m3 ÷ 1,000＝ 54,079천원/년

 

또한、 드레인 회수 이전의 연료비는、

 

947,000m3N/년 × 1.045m3/m3N × 900원/m3 ÷ 1,000＝890,654천원/년 

4. 보급수의 절감량・금액 계산

드레인의 회수분 만큼 보급수가 줄어 듭니다.

 

그 양은 1항으로 부터 8,470t/년

 

수도수（하수를 포함）의 가격은 자치단체에 따라서 크게 다르지만、만약 3000원/m3  이라 가정 한다면, 절감 금액은、

 

8,470t/년 × 3000원/m3 ÷ 1,000＝26,220천원/년 이 됩니다.

 

 5. 절감 금액의 합산

3항의 연료비 절감과  4항의 보급수 절감 효과의 합계는、

 

54,079천원/년 ＋ 26,220천원/년 ＝ 80,299천원/년 이 됩니다.

 

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