보일러 공기예열기 설치, 보일러 및 스팀시스템 폐열 활용

1. 개요

LNG(도시가스)는 청정연료로서 연료성분 중에 유황분이 거의 함유되지 않아 폐열회수기 출구 쪽에 대한 저온부식의 우려가 없기 때문에 배출가스온도를 100(℃) 정도까지 낮게 배출해도 문제가 없으므로 이를 회수함으로서 에너지 절감을 할 수 있다.

 

ㅁ 보일러 배기가스 폐열 이용 시 주의할 점

각종 보일러 및 열발생 설비에서 배기가스 폐열을 이용하는 방법이 많이 실용화되고 있 지만, 연소 기기의 연소 상태를 고려하지 않고 설치하여 문제가 발생할 수도 있으므로 다 음과 같이 주의사항을 면밀히 검토하여야 한다.

① 배기가스 폐열회수기의 압력 손실을 사전에 점검한다.

② 연소에 사용하는 연료가 무엇인지(가스 또는 경유, 등유 등), 그에 필요한 열교환기의 그을음 청소 방법 등을 고려 선택한다.

③ 배기가스의 배출 성분에 따른 열교환기의 재질을 선택한다.

④ 특히 중요한 것은 연도입구에서의 배기가스압력 S/W를 부착하여 일정 압력 상승 시 경보를 발생토록 하여 역화를 사전에 예방하는 것이 중요함. 배기가스의 흐름 영향은 매우 중요한 것으로 연소기기의 노내 압력은 각 제조사별로 다르므로 배기가스 입구에서의 배기가스 압력은 설계 시 -5 ~ 0 mmAq 정도로 되어야 한다.

⑤ 통풍력이 부족할 때는(압력 손실이 발생 시) 연도를 높이는 방법과 연도에 배기 FAN 을 부착하여 불완전연소 및 역화발생을 방지해야 함. 배기가스의 온도가 낮은 것은 통풍 력이 원활하다면 문제가 없으며, 액체연료의 경우 결로에 의한 부식에 주의한다.

 

연도 배기가스의 폐열회수를 위하여 열교환기를 설치하는 경우, 열교환기 출구와 이와 연결된 후단부의 연도에서 배기가스 온도가 낮아지며, 이러한 열교환기는 대개 2가지 방 식으로 설치된다고 볼 수 있다.

첫 번째는 연도에 열교환기를 직접 설치하여 연도 배기가스의 흐름에 압력손실을 증대 시키는 경우, 그리고 두 번째는 기존의 연도에서 By-pass로 별도의 배기 연도를 설치하여 유인송풍기로 배기가스를 흡입하여 열교환기에서 열을 회수한 다음 다시 기존의 연도 후단부로 배출하는 것으로 이 경우, 열교환기 자체 설비에 의한 기존 연도에서의 압력손실의 영향은 적다. 그러나 2가지 경우 모두, 열교환기 후단부 연도에서 배기가스의 온도가 낮아지게 되고, 따라서, 굴뚝에서의 온도가 낮아지므로 굴뚝온도와 대기온도와의 온도차에 의한 굴뚝의 통풍력이 줄어들게 된다.

그리고 배기가스의 온도가 낮아지고, 또한 상대습도가 높아지므로 연돌에서 수증기의 응축현상이 나타날 수 있다. 특히, 배기가스 내에 SOx 등의 산성성분이 있는 경우, 연돌 벽면에 산성성분의 응축으로 인한 연돌 재질의 부식 문제가 발생할 수 있으며, 또한 배기가스의 냉각에 의한 굴뚝 출구에서의 백연 현상이 발생할 수도 있으므로 배기가스의 성분에 주의해서 폐열회수기를 설치해야 한다.

LNG는 총발열량이 10,430(kcal/N㎥)이나 진발열량은 9,420(kcal/N㎥) 정도이며 그 차이는 1,010(kcal/㎥) 정도로 총발열량의 9.7(%) 정도에 해당한다. 즉 총발열량의 9.7(%) 정도는 수증기의 잠열형태로 배기가스와 함께 배출되므로 이 수증기를 응축시켜 응축잠열을 회수하는 것이 소위 Condensing형 폐열회수기이며 이는 연료 중에 S성분이 없는 LNG에 국한하여 적용한다.(중유, 경유 등은 S성분이 연소 중에 SO₂로 되고 다시 수증기 와 반응하여 무수황산 H₂SO₃을 생성시켜 금속의 부식을 가져온다.)

LNG의 배기가스는 응축되면서 많은 물을 생성시키며(일반적으로 약 50% 응축될 때 LNG 1N㎥당 0.8ℓ 정도) 이를 잘 배출되도록 통상 U트랩을 설치한다. 결국 콘덴싱형 폐열회수기의 최종 배출 온도를 섭씨 100(℃) 이하로 하여야 이러한 응축잠열의 회수가 가능하며 그 효과는 수증기 응축열회수분 약 4.5(%)와 온도차에 의한 현열회수분(약 25℃ 마다 약 1%)의 합으로 되며 보통 그 합계는 약 9(%)에 이른다.

배가스열 회수 절감공식

 

2. 개선 전

열매보일러는 텐타 2대와 코팅기 2대에 열매를 공급하고 있다.

열매온도는 공급 시 250℃, 회수 시 220℃를 유지하고 있다.

배기공기의 온도는 260℃ 정도로 고온이나, 열교환기 등의 설치가 없어 배기손실이 다량으로 발생하고 있다.

열매보일러의 가동은 1일 24시간, 연간 300일 가동되고 있다.

 

3. 개선 후

배기공기를 이용한 공기예열기를 부착하여 급기공기를 예열한다.

버너를 고온용으로 교체한다.

급기팬 및 덕트를 설치하고 덕트를 보온한다.

 

 

[출처] 한국에너지공단, 보일러_에너지절약_Guide,2014

 

4. 기대효과

① 예상 절감량 : 19.1(toe/년)

배가스 절감열량

= 배가스 풍량 × 배가스 비열 × 온도차 × 공기예열기 효율

= 1,356(N㎥/h) × 0.33(kcal/(N㎥.℃) × (260 – 194)(℃) × 0.9

= 26,580(kcal/h)

 

예상 절감량

= 배가스 절감열량 × 운전시간 × LNG 고위발열량 × LNG 에너지환산계수

= 26,580(kcal/h) × 7,200(h/년) × 10,500(kcal/(N㎥) × 1.05

= 19.1(toe/년)

 

② 예상 절감률 : 0.6(%)

= 예상 절감량 ÷ 2008년 에너지사용량

= 19.1(toe/년) ÷ 3,085(toe/년)

= 0.6(%)

 

③ 예상 절감액 : 11,209(천원/년)

= 연간 LNG 절감량 × 단가

= 18,226(N㎥/년) × 615(원/N㎥)

= 11,209(천원/년)

 

④ 투자비 : 34,000(천원) ­

자재비 : 29,000(천원) ­

인건비 : 5,000(천원)

 

⑤ 투자비 회수기간 : 3(년)

= 투자비 ÷ 예상 절감액 = 34,000(천원) ÷ 11,209(천원)

= 3(년) ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 12.2(tC/년)

= 예상 LNG 절감량 × LNG 탄소배출계수

= 19.1(toe/년) × 0.637(tC/toe)

= 12.2(tC/년)

 

※ 제시된 절감량 계산방법은 해당 절감기법의 효과를 파악하는 개략적인 방법이며, 제시된 수치는 공식적으로 검증된 것이 아닌, 참고사항임

 

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