보일러와 연소

 

 

5-4 보일러의 연료와 연소 보일러를 효율적으로 운전하기 위하여는 적절한 연료를 선택하여 적합한 연소장치를 완전 연소시킨후, 발생한 열을 전열면을 통하여 유효하게 물에 전달되도록 하는 것이 중요하다. 1. 보일러용 연료 연료에는 많은 종류가 있는데, 상태에 다라 고체 연료, 액체 연료, 기체 연료로 크게 나눈다. 보일러용 연료로는 석유계 액체 연료가 널리 사용되고 있으나 현재는 기체 연료(LNG)로 대체되고 있는 실정이다. <표 5-3> 중유의 품질 (KSM 2614에 의함)                성상반응 종류 인화점 (℃) 동점도 (50℃,CSt) 유동점 (℃) 찌꺼기 탄소 (%) 수 분 (%) 회 분 (%) 황 분 (%) 용 도 A 중유 1호 중성 60 이상 20 이하 5 이하 4 이하 0.3 이하 0.05 이하 0.5 이하 요업,금속 제련용 2호 중성 60 이상 20 이하 5 이하 4 이하 0.3 이하 0.05 이하 2.0 이하 소형 내연 기관용 B 중유   중성 65 이상 50 이하 10 이하 8 이하 0.4 이하 0.05 이하 3.0 이하 내연 기관용 C 중유 1호 중성 70 이상 50~150 - - 0.5 이하 0.1 이하 1.5 이하 철강용 2호 중성 70 이상 50~150 - - 0.5 이하 0.1 이하 3.5 이하 대형 보일러, 대형 내연 기관용 3호 중성 70 이상 150~400 - - 0.6 이하 0.1 이하 1.5 이하 철강용 4호 중성 70 이상 400이하 - - 1.0 이하 - 3.5 이하 일반용 (1) 중유와 석탄의 비교   ① 동일한 무게에 대해서 발열량이 크다. ② 적은 공기로써 완전 연소가 가능하며, 연소 효율이 좋다. ③ 운반, 저장, 취급이 쉬우며 저장 중에 변질되지 않는다. ④ 재의 처리가 불필요하며, 연소 조작을 위한 수고가 감소된다. ⑤ 점화, 소화가 간단하며, 연소의 조절이 쉽고 부하에 대한 대응성이 빠르며, 자동 연소 장치의     이용이 쉽다. 2. 보일러연소 연료를 유효하게 사용하기 위해서는 그 가연 성분을 완전히 연소시켜 충분한 열량을 발생 시키는 것이 중요하며,연료를 완전 연소시키기 위해서는, 적당량의 공기를 공급하여 연료와 공기의 혼합, 접촉이 잘 되도록 하는 것이 매우 중요하다. <표 5-4> 화학반응과 발열량 화 학 반 응 식 각 연료 성분의 발열량 kcal/kg kcal/N㎡ 고 발 열 량 저 발 열 량 고 발 열 량 저 발 열 량 C + O₂→CO₂   1   C + O₂→CO   2   S + O₂→SO₂   1   CO + O₂→CO₂   2     1   H₂ + O₂→H₂O   2   CH4 + 2O₂→CO₂+2H2O C2H4 + 3O₂→2CO₂+2H2O 8,100 2,435 2,210 2,420 33,910 13,280 12,130 8,100 2,435 2,210 2,420 28,570 11,930 11,360 - - - 3,020 3,050 9,520 15,290 - - - 2,420 2,570 8,550 14,320   (1) 고체 및 액체 연료   고체 및 액체 연료에서는 단위 무게의 발생 열량(kcal/kg)으로 표시하며, 기체 연료에서는 단위 부피의 발생 열량(kcal/N㎥)으로 표시한다. 고체 및 액체 연료 1kg중의 탄소, 수소, 황, 산소 및 수분의 양을 각 C,H,S,O 및 W(kg)라고 하면, 다음 식으로 저발열량 He와 고발열량 Hh 의 대락적인 값을 계산할 수 있다.   0   He = 8,100 + 28,600 (H - ) + 2,200S - 600W   8     Hh = He + 600(9H + W)   0   = 8,100 C + 34,000 (H - ) + 2,200S   8   (2) 기체연료   기체연료에 대해서는 연료 1N㎥ 중에 포함된 일산화탄소, 수소, 메탄(CH4),에틸렌(ethylene)의 양을 각각 CO, H₂,CH4,C2H4 (N㎥ )라 하면,저 발열량 He의 대략적인 값(kca-1/N㎥)은 다음 식으로 계산된다. He = 3,020(CO)+2,570(H₂) + 8,550(CH4) +14.320(C2H4 ) (3) 연소효율   연료를 완전 연소시키는 것은 실제로 매우 어려우며,일부는 연소하지 않거나 불완전 연소르 하기 때문에 실제의 발생 열량 H는 He 보다 적어진다. 이 비율을 연소 효율이라 한다. (4) 연소에 필요량 공기량   연료의 연소에 필요한 산소는 공기에 의해서 공급된다. 공기에는 산소가 약 23.2%(중량비) 포함되어 있다.(부피비 약 21%) 연료 단위량이 필요로 하는 실제 공기량 A와 디론 공기량Ao와의 비를 공기비라 한다. 공기비는 연료의 종류와 노의 크기 등에 따라 다르나, 보통 화격자 연소 장치에서는 1.4~1.8, 버너 연소장치에서는 1.2~1.4정도이다.   5-4 보일러의 연료와 연소 3. 액체연료장치 보일러용 액체연료는 대규모, 대용량에 있어서는 중유를, 소규모로 적은 용량에는 경유를 사용한다. 중유의 발열량은 10,000~11,000kcal/kg, 비중은 0.92~0.96 정도롤 완전연소를 위해 저장탱크에서 버너 사이에 서비스탱크, 급유예열기 등의 급유설비를 필요로 한다. (1) 중유저장탱크(storage tank)   저장탱크는 연료 구입의 난이도, 수송거리, 1일 사용량 등을 감안하여 1~3주분을 저장할 수 있는 용량으로 내부의 가스나 증기가 잘 배출될 수 있어야 하면 진동 및 풍압에 견딜수 있는 구조로 되어야 한다. 설치장소는 옥내외, 지상, 지하에 따라 기준에 준하여 설치 할 수 있다. (2) 급유펌프   급유펌프는 그 기능면에서 저장탱크에서 연료유를 공급하는 수송펌프, 급유탱크에서 버너까지 연료를 공급하는 공급펌프(feeding pump)가 있다. 종류는 고점도의 중유를 압송키 위해 용적형인 기어베인,플런지펌프가 있고 토출량은 보일러 최대 사용량의 2~3배가 되어야 하고 수분제거로 유수분기기를 설치하여 동파를 방지하며, 기름에 혼입된 이물질 제거를 위해 여과기 (여과망 크기는 흡입측 10~60메수, 토출측 60~120메쉬)를 설치한다. 그림 5-6 급유펌프 주위 배관 (3) 중유서비스탱크(service tank)   서비스탱크는 저장탱크에서 연료유를 소량씩 받아 예열시킨 후 유가열기로 보내는 탱크로 전체버너 사용량의 저장탱크가 있을 때 4~5시간, 저장탱크가 없을 때1~2일분을 저유량의 크기로 한다. 설치위치는 중력 공급식인 경우 유면이 버너 중심에서 0.5~2m 정도의 높이가 되게 하고 보일러본체에서 수평거리 2m이상(중간에 방화견벽이 있을시 무방)을 유지시킨다. 그리고 탱크상부에는 32A 이상의 통기관을 체유되지 않게 역 구배나 굴곡을 피하고 선단을 45˚ 이상 굽혀서 40메쉬 정도의 방화 동철망을 부착시켜 지면에서 4m이상, 주위 1m이내에 개구부가 없는 곳에 설치한다. (4) 유 가열기(oil preheater)   상온에서 점도가 높은 중유를 서비스탱크에서 예열(65˚ 정도) 송유된 기름을 버너에 보내기 전에 무화에 필요한 온도 (85 ±5℃)로 가열시키는 장치로 전기식과 증기예열식이 있다. 가열기의 용량은 다음의 계산식으로 구한다.     G ㆍCo ㆍ(t2 -t1) L(Kwh) =   860ㆍη   L : 가열기 용량(Kwh)   G : 연료소비량(kg/h)   Co : 중유의 비열(kcal/kgㆍ℃)   t2 : 출구온도   t1 : 입구온도   η : 가열기 효율   5-4 보일러의 연료와 연소 4. 연소장치 액체 연료 연소장치는 연료를 고온의 물체에 충돌시켜 연시키는 기화연소방식과 연료에 압력을 주거나 고속회전시켜 무화하여 연소하는 무화연소방식이 있다. 이 연소방식에 따라 포트식, 유압분무식, 증기분무식, 회전식 등의 버너를 사용한다. (1) 회전식 버너 (rotary oil burner)   원심력식으로 중공축 앞부분의 오일컵(atomizing cup)과 송풍기를 전동기로 고속회전시키는 구조로 원심력에 의해 비산되고 그 주위를 회전하면서 분출하는 공기에 의해 무산하여 전극봉의 불꽃방전으로 가스버너(pilot burner)에 점화하여 주버너에 착화한다.공기 및 연소량 제어는 연료밸브 및 댐퍼를 연동 (link system)시켜 비례제어로 조절하나.중요량 보일러에 가장 많이 사용되는 중유연소용 버너이다. (2) 압력분무식 번(pressure injection bermer)   건형올일버너(gun ytpe oil burner)라고도 하며 무화는 유압과 기류식을 병합한 것으로 5~30kg/㎠정도로 가압된 기름이 노내부를 선화하면서 분출되며 공기와 마찰 및 오일의 표면장력에 의한 미립자로 되어 공기와 혼합되어 연소하는 버너이다. 착화는 전극붕의 방전으로 이루어지고 연소량제어는 일반적으로 온오프제어(on-off-control)를 한다. 특징은 소형 으로 전자동 연소가 되어 연소상태가 양호하며 소용량으로 많이 사용된다. (3) 증기,공기분무식 버너   증기 또는 압축공기를 분무시켜서 분무를 양호하게 하고 유량조절범위를 크게 하는 방식으로 고압기류식과 저압기류식이 있으며 외부혼합식과 내부혼합식이 있다. 특징은 무화를 위해 유압을 높일 필요가 없고 연료의 점도가 커도 무관하나 무화매체가 소비되고 소음이 심하다. 5. 보일러에 있어서의 여러 현상 (1) 프라이밍(priming : 비수작용)   보일러가 과부하로 사용될 때, 수위가 너무 높을 때, 물에 불순물이 많이 포함되어 있는 경우 드럼내에 설치된 부품이 기계적인 결함이 있으면 보일러수가 매우 심하게 비등하여 수면으로부터 증기가 수분(물방울)을 동반하면서 끊임없이 비산하고 기실에 충만하여 수위가 불안정하게 되는 현상을 말한다. (2) 포오밍(forming :거품작용)   보일러수에 불순물이 많이 섞인 경우, 보일러수에 유지분이 섞인 경우 또는 알칼리분이 과한 경우에 비등과 더불어 수면 부근에 거품층이 형성되어 수위가 불안정하게 되는 현상이다. (3) 캐리오버현상(carry over : 기수 공발 현상)   증기가 수분을 동반하면서 증발하는 현상이다. 캐리 오버 현상은 프라이밍이나 포오밍 발생시 필연적으로 발생된다. (4) 수격 작용(water hammering : 워터 해머)   배관 내부에 존재하고 있는 응축수가 송기시에 밀려 배관 내부를 심하게 타격하여 소음을 발생시키는 현상으로 수격작용이 심하면 배관의 파손도 초래한다. [출처] 보일러의 연료 와 연소|작성자 무위자연