보일러 응축수탱크 유지관리, 증기 드레인 회수 방법

◈ 보일러 응축수탱크 유지관리

 

1. 개 요

 

1) 응축수 탱크(Condensate Water Tank) 는 상온의 보충수(Makeup Water)와 응축수가 만나서 모여지는 장소이며, 여기서 모여진 응축수는 다시금 재활용 차원에서 보일러로 급수가 되는 형태입니다.

응축수는 양질의 관수로서 사용하기 좋은 물이며, 보충수는 용존 산소 및 기타 가스상 성분을 포함한 물이기에 응축수 탱크로 인입하기 전에 가스상 물질이 제거되는 것이 보다 효과적인 급수관리가 됩니다.

 

2) 응축수 탱크의 전체적인 온도 분포는 성층화 현상으로 다소 차이가 있을수 있으나 대체적으로 약 70℃를 기준으로 유지가 된다면 바랍직한 일입니다.

증기 공정 설비에 따라 다소 온도차가 있을수 있겠으나 일반적으로 정상적인 설비 운전이 이루어 진다면 이 온도 범위가 유지 될것입니다.

 

3) 현장의 증기 설비는 다양성과 특별성으로 인하여 고압, 저압이 형성되어 응축수 탱크로 유입이 된다면 응축수 온도는 초기 보일러 가동시에는 낮게 유지가 되다가 시간이 지남에 따라 온도가 올라가서 90℃에 육박하게 되는 설비들이 많이 있습니다.

 

2. 고온의 응축수 탱크의 관리

응축수 탱크가 불가피하게 높은 온도가 유지된다면 이 응축수를 다른 곳에 이용하여 온도를 낮추는 방안을 찾아야 합니다. 급탕 탱크로 들어가는 보충수를 예열 한다던가 난방 열교환기의 환수관을 이용하여 온도를 낮춘다던가 제조 설비에서는 공정상 온도를 낮출수 있는 설비에 재 이용을 하는 방안을 설비에 맞게 찾아서 사용을 하여야 합니다. Utility 쪽의 복사 난방, 건조실 등에 이용을 하여도 좋은 방법입니다.

 

3. 저온의 응축수 탱크의 관리

응축수의 온도가 공정상 회수가 되지 못하거나 제품 생산에 소모가 되어 보충수를 연속으로 사용을 하게 되는 설비에 있어서는 보일러에 절탄기를 설치하여 이용을 하는 것이 효과적으로 온도를 올릴 수가 있는 방법이며, 버려지는 폐수의 열에 코일을 설치하여 응축수 탱크의 온도를 향상 시킬 수가 있는 것입니다.

응축수 온도를 6℃ 올리면은 연료가 약 1% 절약이 된다는 통계도 있습니다.

 

4. 응축수 탱크의 성층화 현상 제거

① 응축수 탱크의 물은 대부분이 안정된 상태로 유지가 된다고 할 수 있습니다. 이로 인해 응축수 탱크 안의 상부측은 고온의 물이 존재하고 하부 측으로는 낮은 온도의 물이 존재하는 형태로 분리가 되어 있게 되는 것입니다.

 

② 이러한 현상을 성층화 현상이라고 하며, 이를 제거하기 위해서는 탱크 하부 측에서 상부 측으로 물이 순환 되는 구조로 운영을 해야 합니다.

 

③ 이때 단독으로 단순히 순환 펌프를 이용하는 것보다 응축수 탱크의 재증발 증기와 가스상 물질을 제거하기 위한 탈기 장치를 설치하여 스프레이 상태로 분무 하듯이 순환에 이용을 하며는 보다 효과적인 일이 되는 것입니다.

 

 

◈ 증기 드레인의 회수에 대해서

 

증기 열교환(건조기, 가마솥, 급탕기, 리액터, 판형열교환기 등)에 사용된 열원의 포화 증기는 스팀 트랩에 의해 드레인(응축수라고도 함)으로 배출됩니다. 그 드레인은 그대로 버리는 것이 아니라 회수한 후에 이용할 수 있고, 드레인의 현열의 열에너지를 이용하는 것으로, 열에 의한 연료비의 삭감 그리고 물의 절감을 이룩할 수 있습니다. 즉, 드레인은 증류수이며 불순물이 없는 순수이기 때문에 이를 보일러 급수에 사용 할 수 있으며, 그 결과 물 사용량도 절감이 됩니다.

증기를 열교환 이용으로 사용하는 모든 증기 열교환기는, 증기가 가진 잠열을 이용하여 목표를 이룩합니다. 그 증기는 잠열 이외에 현열도 가지고 있습니다만, 그 현열은 열교환시에 사용하지 않고 드레인으로서 배출됩니다.

드레인의 현열의 양은 원래 증기가 가지고 있던 전체 에너지의 20~30%에 상당하고, 그 드레인을 회수하여 재이용하면 그만큼 런닝 코스트의 저감을 이룩할 수 있습니다.

 

 

■ 증기 드레인 회수 방법

스팀 트랩에서 발생한 드레인을 대기하에 해방시키면 고온의 드레인이 끓어 플래시 증기가 발생합니다. 이 플래시 증기의 발생량은 계산에 의해 산출할 수 있습니다.

이러한 드레인과 플래시 증기를 모두 회수하는 방법을 폐쇄 회수(Closed Recovery), 드레인만 회수 플래시 증기를 회수하지 않는 방법을 오픈 회수(Open Recovery)라고합니다.

폐쇄 회수(Closed Recovery)는 플래시 증기를 가능한 한 발생시키지 않고 드레인의 압력을 유지한 채로 회수할 필요가 있기 때문에, 회수 설비에 오픈 회수보다 비용이 듭니다만, 열량의 회수량이 많은 만큼 오픈 회수보다 런닝 비용 절감량이 많아집니다. 또, 클로즈드 회수(Closed Recovery)는 플래시 증기 발생에 수반하는 백연(白煙, White Smoke), 탕기(湯気,Steam)의 발생도 없기 때문에 환경면에서는 오픈 회수보다 유리하다고 말할 수 있습니다.

 

(1) 오픈 회수 방식

오픈 회수 방식은 그림 1과 같은 계통입니다. 대기압이 된 드레인은 보통의 물 배관으로 취급할 수 있기 때문에 이 방식은 설계가 용이하고 설치비도 비교적 저렴 합니다.

그림 1의 탱크 (개방)를 생략하고, 드레인을 직접 급수 탱크에 투입 할 수 있는 경우도 있습니다.

증기 압력이 높은, 즉 온도가 높은 경우에는 아래 그림과 같이 대기로 도망가는 증기의 열 비율이 커지므로 그만큼 에너지 절약 효과가 감소합니다.

 

 

(2) 클로즈드(폐쇄) 회수 방식

폐쇄 회수 방식은 아래 그림과 같은 계통입니다. 드레인은 스팀 트랩에서 나왔을 때의 압력 그대로 회수되어 펌프로 가압되어 보일러에 넣게 됩니다. 따라서 보일러의 압력과 펌프의 능력 (압력)과의 관계 등 설계가 복잡하고 설치비도 높아집니다.

그러나 오픈 회수 방식에 비해, 대기로 도망치는 증기가 훨씬 적기 때문에 에너지 절약 효과가 커집니다.

폐쇄 회수 방식은 재이용되는 에너지의 비율이 큰 반면, 설비비가 높아집니다. 따라서 일반적으로는 드레인 압력이 높고 (0.2Mpa 이상 기준), 드레인의 회수율이 큰 (40 % 정도) 경우 폐쇄 회수 방식이 적합하고, 그 이외는 (그렇지 않으면) 오픈 회수 방식이 적합하다고 할 수 있습니다. 그러나 보일러 및 증기 이용 설비의 배치 및 드레인의 발생 상황 등 현지 상황에 따라 증기 관련 장비 제조 업체와 상담하는 것이 좋습니다.

응축수 회수에 따른 연료비 절감 효과에 (급수가 줄어 듦에 따른 보급수 비용 절감 효과는 별도 사이트) 대해서는 아래 그림에 계산되어 있으니, 참고 바랍니다.

 

 

 

 

 

청소년 수련관 난방 열교환기 증기 배관 시스템 사례

 

 

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