에너지절약기법 및 사례

김 종 진

보일러연구팀

한국에너지기술연구원

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보일러열효율을 구하는 방법에는 입출열법과 열손실법이 있음

입출열법 = 직접법열손실법 = 간접법

보일러효율 계산 방법

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열효율 계산 방법

① 입출열법 ( 직접법 ) :

② 열손실법 ( 간접법 ) :

( 입열량 ) = ( 유효출열량 ) + (

손실열량 )

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① 연료가 가지고 들어가는 열량 : 연료의 발열량 연료의 현열량

② 공기가 가지고 들어가는 열량 : 공기의 열량

③ 물이 가지고 들어가는 열량 : 급수의 열량

보일러의 입열량 = ① +② +③

보일러의 입열량

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예 ) 20℃ 의 급수를 공급하여 70℃ 의 온수 5t/h 를 발생하는 보일러의 유효출열량은 몇 kcal/h 인가 ?

( 유효출열량 ) = 5,000 × (70 - 20) = 250,000 (kcal/h)

예 ) 20℃ 의 급수를 공급하여 70℃ 의 온수 5t/h 를 발생하는 보일러의 유효출열량은 몇 kcal/h 인가 ?

( 유효출열량 ) = 5,000 × (70 - 20) = 250,000 (kcal/h)

보일러의 유효출열량 ( 또는 출열량 ) :

보일러에서 증기나 온수가 얻는 열량을

유효 출열량 (1)

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예 ) 65℃ 의 급수를 공급하여 665 kcal/kg 의 열량을 갖는 증기 5t/h 를 발생하는 보일러의 유효출열량은 몇 kcal/h 인가 ?

( 유효출열량 ) = 5,000 × (665 - 65) = 3,000,000 (kcal/h)

예 ) 65℃ 의 급수를 공급하여 665 kcal/kg 의 열량을 갖는 증기 5t/h 를 발생하는 보일러의 유효출열량은 몇 kcal/h 인가 ?

( 유효출열량 ) = 5,000 × (665 - 65) = 3,000,000 (kcal/h)

유효 출열량 (2)

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예 ) 어떤 보일러에서 측정한 배기가스 온도가 220℃ 이고 , 배기가스량이 100 Nm3/h 이었고 , 대기온도는 20℃ 이었다 . 이 보일러에서 굴뚝으로 배출되는 배기가스 손실열량은 얼마인가 ? ( 배기가스의 손실열량 ) = 100 × 0.33 × (220 - 20) = 6,600 (kcal/h)

배기가스 열손실

( 배기가스량 )×( 배기가스의 비열 )×{( 배기가스의 온도 )-( 기준온도 )}

일반적으로 배기가스의 비열은 0.33 kcal/Nm3℃ 로 함

배기가스 열손실 식

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미연소 손실 열량 (1)미연소 손실 열량 (1)

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0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

CO (ppm) Soot( /N )배기가스 중의 농도 또는 ㎎ ㎥

(/

)미

연손

실㎉

㎏미연소 손실열량 (2)

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방열손실율이 2% 인 증기보일러가 동일한

증기압력으로 운전되는 경우에

- 운전부하가 50% 이면 방열손실율이 4% 로가 되

고 , - 운전부하가 25% 인 경우에는 방열손실율이

8% 임

부분 부하시의 방열 손실율

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최대부하시의 방열손실율

보일러표면의 온도는 주위의 온도보다는 항상 높기 때문에

보일러 표면외면에서는 주위로 열을 방열하게 된다 .

이와 같이 보일러 외면에서 외부로 열이 전달되어 생기는

손실열량을 방열손실이라 한다 .

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보일러의 손실열량 :① 배기가스에 의한 ( 현열 ) 손실열량 ( 배기가스열손실율 )

② 미연소 손실열량 ( 미연소열손실율 )

③ 방열손실열량 ( 방열손실율 )

보일러의 손실열량 = ① +② +③

보일러의 손실열량

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보일러효율의 효율계산에 필요한 손실열 중의 하나가 미연소손실이다 .

환경기준치에 적합하게 운전되고 있는 연소보일러의 미연소 손실율은 0.5%

이하라고 할 수 있기 때문에 비교적 작은 값이다 . 특히 근래에 연료배관 중에

영구자석이나 전자석 또는 세라믹 등을 설치하거나 연료첨가제나 에멀죤연료를

사용하면

연소효율이 향상되어 보일러효율이 5~20% 향상된다고 주장하는 것은 상당히

과장된 표현이라고 할 수 있다 .

연소보조장치를 장착하여 가스 및 유류 버너의 연소효율을 향상시킬 수 있는

최대량은 0.5% 이하라고 말할 수 있다 .

미연소 열손실율 (3)

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전력

증기사용설비 보 일 러

연돌

급수

연료

, 본체 보조기기

, 수처리 가스처리설비

연소가스

증기

드레인

에너지 절약을 위한 보일러의 범위

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공기비 측정의 예

① 배기가스 중의 O2 측정결과 2% 인 경우

② 배기가스 중의 CO2 측정결과 10% 인 경우 (LNG 연소 보일러 )

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적정 공기비

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유류보일러의 공기비 측정 시에는 바카라카 스모크 No. 를 기준함 중유보일러 : 바카라카 스모크 No. 4 이하 경유보일러 : 바카라카 스모크 No. 3 이하

가스보일러는 공기비 측정 시에는 CO 농도를 기준함

공기비 측정시의 기준공기비 측정시의 기준

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가스보일러의 공기비와 CO 발생량

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공기비 측정 방법

주요 연료의 (CO2)max

등유 : 15.0%, 경유 : 15.0%, B-A 유 : 15.6%, B-C : 15.7%, LNG : 12.0% , LPG : 14.5%

공기비 측정 방법

공기비 측정

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공기비와 배기가스 열손실율

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온도가 20~25℃ 변화하면 보일러의 열효율은 1% 변화한다 . 즉 배기가스온도가 20~25℃

낮아지면 보일러의 열효율은 1% 향상된다 .

배기가스 온도에 따른 열효율 변화

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응축수회수에 의한 급수가열 효과

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운전조건과 증발배수에 따라 다소 차가 있지만 ,

응축수를 회수하여 급수를 가열하는 경우에는

급수온도가 6~7℃ 가열되면 연료가 1% 정도 절약된다 .

응축수회수에 의한 급수가열 효과