-
증기 유효 이용과 스팀 트랩
-
응축수 열 이용
-
-
-
증기가 잠열을 상실하게 되면 응축해서 응축수가 되는데, 각종 프로세스 기기나 열교환기 내에서 발생한 응축수는 신속히 배출해야 합니다. 응축수가 체류하면 전열 효율 저하를 초래하며, 또 운전 재개시 워터 햄머 원인이 될 수 있습니다. 배출되는 고온 응축수는 큰 에너지(현열)을 가지며, 재용할 가치는 충분히 있습니다.
응축수 열 이용은 구체적으로 다음의 3가지로 나눌 수 있습니다
-
플래시 증기 이용
-
온도 조절 트랩을 이용한 현열 이용
-
응축수 회수
-
-
-
-
-
-
플래시 증기의 이용
-
-
플래시 증기에서 설명한 것처럼 응축수가 고압역에서 저압역에 유입되면, 재발열해서 플래시 증기가 됩니다. 이 플래시 증기도 보일러에서 생성되는 증기라는 사실에는 변함이 없고, 잠열 이용을 촉진합니다. 고압 열교환기에서 응축수를 적절한 압력에 설정한 플래시 탱크에 유도하여, 플래새 증기를 생성해서 저온 열교환기에 이용은 자주 볼 수 있는 사례입니다. 또 스팀 트랩에서 배출되는 응축수도 그 일부가 재증발하기 때문에 마찬가지로 그 이용이 공헌됩니다.
-
그림5.1은 보일러 프랜트의 일례입니다. 증기식 공기 예열기 응축수을 플래시 탱크에서 재발되어 그 플래시 증기를 탈기기(Deaerator)에 공급해서 남은 응축수은 저온 공급수 가열기로 공급합니다. 플래시 탱크내에서 생성되는 플래시 증기의 비율과 그 용적에 대해서는 표 5.1을 참조해주세요
그림 5.1 보일러 플랜트에서 플래시 증기 이용
표 5.1 플래시 증기량 (%)
고압측 압력
(MPa)플래시 탱크내 압력 (MPa)
0
0.03
0.05
0.1
0.15
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0.1
3.7
2.5
1.7
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.2
6.2
5.0
4.2
2.6
1.2
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.3
8.1
6.9
6.1
4.5
3.2
2.0
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.4
9.7
8.5
7.7
6.1
4.8
3.6
1.6
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.5
11.0
9.8
9.1
7.5
6.2
5.0
3.1
1.4
一
一
一
一
一
一
一
一
0.6
12.2
11.0
10.3
8.7
7.4
6.2
4.3
3.0
1.3
一
一
一
一
一
一
一
0.8
14.2
13.1
12.3
10.8
9.5
8.3
6.4
4.8
3.4
2.2
一
一
一
一
一
一
1.0
15.9
14.8
14.2
12.5
11.2
10.8
8.2
6.6
5.3
4.0
1.9
一
一
一
一
一
1.2
17.4
16.3
15.5
14.0
12.7
11.6
9.8
8.2
6.9
5.7
3.5
1.7
一
一
一
一
1.4
18.7
17.6
16.9
15.4
14.1
13.0
11.2
9.6
8.3
7.1
5.0
3.2
1.5
一
一
一
1.6
19.0
18.8
18.1
16.6
15.3
14.3
12.4
10.9
9.6
8.4
6.3
4.5
2.9
1.4
一
一
1.8
21.0
19.9
19.2
17.7
16.5
15.4
13.6
12.1
10.8
9.6
7.5
5.7
4.1
2.7
1.3
一
2.0
22.0
20.9
20.9
18.8
17.5
16.5
14.7
13.2
11.9
10.7
8.7
6.9
8.3
3.8
2.5
1.2
표 5.2 재증발 증기 용적 (m3)
고압윽 압력
(MPa)플래시 탱그내 압력 (MPa)
0
0.03
0.05
0.1
0.15
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0.1
61
33
20
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.2
103
67
50
23
9
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.3
135
93
72
41
23
12
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.4
161
115
91
55
35
22
8
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.5
184
133
107
68
45
31
14
5
一
一
一
一
一
一
一
一
0.6
203
149
122
78
54
38
20
11
4
一
一
一
一
一
一
一
0.8
237
176
145
97
70
51
30
13
11
6
一
一
一
一
一
一
1.0
266
199
168
113
82
62
39
25
17
11
4
一
一
一
一
一
1.2
290
219
183
126
93
72
46
31
22
16
8
3
一
一
一
一
1.4
312
237
199
139
103
80
53
37
27
20
11
6
2
一
一
一
1.6
332
254
214
150
112
88
59
42
31
23
14
8
4
2
一
一
1.8
351
269
227
160
121
95
64
46
35
27
16
10
6
4
2
一
2.0
368
279
238
170
128
102
69
50
38
30
19
12
8
5
3
1
-
-
온도조절 트랩을 이용한 현열 이용
-
-
스팀 트랩은 발생한 응축수을 신속히 시스템 밖으로 배출하기 위한 기기이며, 일반적으로 그 배출이 신속할 수록 성능이 좋은 것으로 여겨졌습니다. 응축수를 시스템내에 체류 시키는 단점은 있지만 장점은 찾을 수 없었습니다.
-
1970년대초, 미야와키는 이 상식과 반대 설계 사상을 토대로 응축수을 체류시켜서 적극적으로 그 현열을 이용하는 온도 조절트랩을 개발했습니다. 미리 적정 응축수 배출온도(포화증기 온도보다 명확히 낮은 온도)를 설정하여, 응축수가 그 온도 이상에서는 배출되지 않는 구조를 가지는 획기적인 스팀트랩이었습니다. 당시 제1차 오일쇼크가 발생해서 '에너지 절약' 의식이 급속이 높아지는 가운데, 이 온도조절 트랩은 많은 공장의 스팀 트랩 트레이스 라인에 채용되고 디스크 트랩 등에서 교체를 통해 '에너지 절약 트랩'으로서 존재를 확립했습니다.
온조 조절조절 트랩의 주요 특징으로서 다음 항목을 들 수 있습니다.
-
응축수열(현열)을 유효 이용합니다. 특히 스팀 트레이스 라인에서 큰 효과를 기대할 수 있습니다.
-
항상 트랩 1차측 본체 외부에서 응축수 실링이 발생하기 때문에 증기 누설이 없습니다.
-
응축수 배출 온도가 낮기 때문에 플래시 증기가 발생하지 않습니다(혹은 적습니다)
이러한 점은 트랩 성능에 관해서 다음의 메리트가 있습니다.
・밸브부의 부식이 완화되어 내구성 향상을 가져옵니다.
・트랩2차측의 응축수 유로 면적이 실질적으로 커지기 때문에 그만큼 응축수 라인 배관 크기를 줄일 수 있습니다.
그림5.2는 현열 이용에 의한 증기 절감 효율을 나타낸 것입니다.
-
-
예를 들면 0.5MPa(포화 증기 온도 159℃) 아래에서 응축수 배출 온도를 70℃로 설정한 경우, 포화 증기 온도 응축수를 배출하는 것과 비교해서 증기 절감율은 약 15% 정도가 됩니다.
그림5.2 응축수 배출 온도와 증기 절감률
-
-
응축수 회수
-
-
증기 시스템의 각 기기나 장치에서 발생한 응축수은 응축수 배출 라인으로 유도되는데 이 응축수을 폐기하지 않고 재이용하는 것이 경제적으로도 환경에도 바람직합니다. 몇 가지 이용 방법 가운데 여기서는 특히 ''보일러급수탱크 회수''에 대해서 설명하겠습니다. 이 회수의 특징은 응축수 그 자체를 재이용하는 방법입니다.
보일러는 물을 높은 압력으로 가열해서 증발시켜 생성된 증기를 증기 수송관으로 보내는 장치인데 물은 항상 보일러에 적합한 수질을 유지해야 하기 때문에 화학물질을 이용한 물처리가 필요합니다. 그리고 수질을 체크해서, 수질 저하가 검출된 경우에 그 회복 처리도 실시합니다. 이 처리를 블로 다운이라고 부릅니다. 또 블로 다운 회수가 많으면 그만큼 물이나 그 함유 에너지를 폐기하게 됩니다..
응축수은 이미 물처리가 된 것으로 보일러에서 증유되어 있어 순수한 물에 가깝고, 보일러수로서 이상적입니다. 적극적으로 회수해서 이용해야하며 그렇게 함으로써 다음 효과를 얻을 수 있습니다.
-
급수 요금 절감
-
연료비 절감
-
보일러 증기 생성 효율 향상
-
보일러 블로 다운을 절감시켜 에너지 손실을 절감
-
물처리 비용 절감
실제로 어느 정도 효과를 얻었는지는 각 공장마다 다르기 때문에 각각 계산해야하지 않으면 알 수 없지만 다음 예는 대략의 효과 금액을 산출한 것으로 참고해주시기 바랍니다.
전제 조건을 다음과 같이 정합니다.
（전제 조건）
보일러 증기 생성량 :10,000kg／h 운전시간 :24 시간 /일（8,760 시간／연） 보일러 급수 온도 ：15℃ 응축수 온도 :90℃（전부 회수 되지 않고 배출) 공급수(원수) 비용 :50 엔／ｍ3 보일러 효율 85% 연료 비용 (가스 비용） :2,000 엔／GJ（1.1 엔／kWh）
(1GJ＝1,000,000kJ）（연료 비용）
회수 되지 않는 응축수 1Kg당 동일 1kg 새로운 원수가 필요합니다. 이 원수를 90℃까지 가열하는 비용을 계산합니다.（⊿T＝90℃－15℃＝75℃） 원수 온도를 올리는데 필요한 열량은 다음식을 이용해서 구할 수 있습니다.
Q＝ｍ×Cp×⊿T
여기서
Q :열량kJ） m :물질 질량（kg） Cp :물질 비욜（kJ／kg℃） （물은 4.19kJ／kg℃） ⊿T ：물질 상승 온도（℃） 이 예에서 ｍ, Cp, ⊿T 은 각각 1kg, 4.19kJ／kg℃, 75℃, 이기 때문에 그것을 상기 식에 대입하면
Q＝1kg×4.19kJ／kg℃×75℃＝314kJ
-
-
됩니다.
-
이것은 단위 질량당 열량으로 314kJ/kg으로서 연간 필요 열량을 구하면10,000kg／h×314kJ／kg×8,760h／year＝27.506GJ
보일러 효율이 85%이기 때문에 실레로 필요한 열량은
27,506GJ／0.85＝32,360GJ／year
연료비(가스 요금) 2000엔/GJ를 이용해서 연간 연료 비용을 구하면
32,360GJ／연 ×2,000 엔／GJ＝64,720,000 엔／연
됩니다.
다음으로 공급수(원수) 비용입니다. 수도 요금은 체적단위로 정해지지만, 상온수 밀도는 대략 1,000kg／m3입니다. 따라서 응축수 회수가 되지 않기 때문에 필요한 연간 공급 물량은
（8,760h／연 ×10,000kg／시간）／(1,000kg／m3)＝87,600m3／연
여기에 공급수 비용 50엔/ｍ3을 곱해서 연간 비용을 구하면
87,600m3／연 ×50 엔／ｍ3＝4,380,000 엔／연
연료비와 원수비용을 합하면
64,720,000＋4,380,000＝69,100,000엔/연
이 예에서 연료와 물의 절약비만으로 7000만엔 가까이 되면 의외로 큰 액수가 되는 것을 알 수 있습니다.
이것을 물처리 비용과 블로 다운 감소분, 배수 비용 등을 포함시키면, 회수 효과는 더욱 커지게 됩니다. 단, 이 예에서는 열에너지 회수율을 100%로 계산하고 있기 때문에 정확하게는 회수 효율을 판단할 필요가 있습니다.
-
-