O₂ Trimming 제어, 보일러 및 스팀시스템 부속설비

1. 개요

1) 적정 연소공기량 투입과 연료절약

연료를 연소시킬 때에는 그 연료의 이론공기량만으로는 완전 연소가 거의 불가능하다. 따라서 과잉공기량(산소량)을 필요로 하게 된다. 이때 과잉공기량이 너무 많게 되면 노 내 온도가 저하하며 배가스 중의 산소(O₂) 함유량이 많아져 질소산화물(NOx)이나 황산 (H₂SO₄) 미스트를 연돌로 배출하여 대기를 오염시킬 뿐 아니라 설비의 부식을 유발하게 된다.

또한 과잉공기량이 너무 적게 되면 불완전연소가 되어 미연소 성분을 연돌로 배출하므 로 보일러의 효율이 저하되며 매연 및 일산화탄소(CO)나 탄화수소를 배출하여 대기를 오염시키며 가연성가스가 연도에 정체되어 가스 폭발을 일으킬 수 있는 등의 우려가 있 어 적정 연소공기량의 노내 공급은 연료의 절약 및 공해방지면에서 매우 중요하다.

연소공기량의 공기가 부족할 때에는 불완전연소로 인한 손실이 대부분인 반면 과잉공기 가 공급될 때에는 배가스 열손실이 생긴다.

 

2) 산소제어(O₂ Trimming)시스템

적정 연소공기량(공연비)을 노내에 공급하기 위해서는 연소배가스의 성분을 분석하고 산 소의 함량을 계산하여 과잉공기비를 알아내며 그 결과에 따라 연소공기량을 조절한다.

이러한 방법에는 수동과 자동으로 할 수 있으며 수동식은 우리가 흔히 알고 있는 배가 스 분석기를 이용하여 공기비를 계산하여 수동으로 조절하는 방식이며 자동식은 산소트 리밍 장치 등으로 배가스가 배출되는 연도에 산소의 농도를 측정 센서를 부착하여 그 분석 결과 값에 따라 자동적으로 연소용 공기량을 조절하는 방식이 있다.

공기비란 이론공기량에 대한 실제공기량의 비를 의미하며, 공기비 조정은 배기가스 중에 포함된 산소농도나 이산화탄소의 농도를 분석하고 공기비를 측정하여 적정공기비에서 운전되도록 조정하는 것이다.

[출처] 한국에너지공단, 인정검사대상기기조종자양성교육, 2009

 

3) 산소제어시스템의 원리

산소제어시스템의 작동 원리는 연도에 설치된 산소센서로 부터 측정된 과잉산소의 입력 신호가 Trim Controller로 들어가고 이 콘트롤러는 동시에 보일러의 부하율 신호를 받아 들여 부하율에 대한 과잉산소 설정치를 출력하며 실제의 산소 농도와 비교하여 공기 댐 퍼를 변화시켜 측정된 연소 배가스 내의 과잉산소 농도치와 부하변동에 따라 기 설정된 산소 설정치와 비교하여 적정 산소농도가 얻어질 때까지 공급공기의 댐퍼개도(開度)를 미세 조정한다. 또한 V.V.V.F(인버터)를 설치하여 연소공기를 강제 압입 송풍하는 송풍기 (F.D.F)의 풍량을 제어하는 방식을 이용함으로서 전력을 동시에 절감하고 있다.

 

4) 산소제어시스템의 주요 구성설비

산소제어시스템은 기본적으로 다음과 같은 세 가지의 설비로서 구성되어 있다. 즉, ­ 산소센서(O₂ Senser) : 측정 농도는 통상 0～25%이다.

­ 산소조절기(O₂ Controller) : 전자식으로 부하별 산소량을 프로그래밍하게 되어있으며 산소센서가 측정한 산소량과 차이가 날 때 자동조절기(Actuator)가 작동하여 연소용 공 기의 양을 재조정함으로서 프로그래밍 한 값과 같도록 유지시켜주는 작용을 한다. ­

비레제어기 : 산소조절기로부터 입력을 받아 연소 공기량과 연료량을 비례제어 한다.

 

5) 산소제어시스템의 적용설비

산소 제어시스템은 온수 및 증기발생 보일러(산업 및 난방, 급탕용), 각종 요로설비, 금속 가열로, 용해로, 처리로 등 열 발생 설비에 적용될 수 있다.

 

6) 산소제어시스템의 적용시 고려사항

열 발생 설비의 운전 부하율이 낮을 때보다는 일반적으로 높을 때가 에너지 절약효과가 높다.

고체 연료인 경우는 유류 또는 가스보다는 공기와의 혼합 상태가 불량하여 최적 산소농 도는 높아진다. 예를 들어 석탄을 연료로 사용할 경우 최적 CO농도를 150～250ppm으 로 유지하기 위해서는 배출가스 중에 4～5%의 산소농도가 유지되도록 공기 투입량을 조절하여 최대의 연소효율을 높일 수 있다.

산소트리밍에 CO트리밍 장치를 부가 설치하여 2중 제어를 한다면 더욱 큰 에너지 절약 효과를 얻을 수 있다.

 

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