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보일러로 공급된 용수가 보일러로 유입되기 전에 화학적 처리를 통해 잔류하며 보일러를 부식시키고 공정에 필요한 증기 수질에 영향을 미치는 부식성 요소를 제거해야 합니다.

급수를 통해 보일러로 유입되는 화학 물질은 보일러에서 반드시 제거해야 합니다. 그렇지 않으면 보일러 시스템에서 물때 형성, 부식, 금속 파열 및 균열, 캐리오버(Carry-over), 거품 생성(Foaming) 등의 문제가 발생할 수 있습니다.

따라서 보일러 내부에서 적절한 화학적 균형을 유지해야 합니다.

균형 유지는 배출 제어를 통해 수행합니다. 이 공정에는 보일러 드럼에 장착된 배출 밸브 활성화, 급수된 보일러 표면 아래에서 미량의 보일러 용수(용존 고형물과 비용존 침전물 포함) 배출 작업이 포함됩니다.

보일러 내부에서 화학적 균형을 유지하려면 배출을 통해 드럼에서 제거되는 화학 물질의 수가 급수를 통해 유입된 화학 물질 수와 일치해야 합니다. 증기 부하에 변동이 있기 때문에 급수율은 물론이고 배출율도 변합니다.

반면에 과도한 배출은 보일러 설비의 비효율적인 가동을 초래하는데, 이는 각 배출 시 방출수에 포함된 열이 유실되기 때문입니다. 이러한 열손실은 연료 비용과 직결될 수 있습니다. 용수와 화학 물질의 비용도 고려해야 합니다. 보일러 시스템에서 용존 고형물을 제거해야 하는 요건과 보일러 설비를 효율적인 비용으로 작동해야 하는 요건 간에 적절한 균형을 유지해야 합니다.

80%의 효율로 작동되는 보일러는 10 bar 환경에서 최대 증발력이 5,000kg/hr이며, 공급되는 용수의 온도는 70°C입니다. 5,000kg/hr, 4,500kg/hr의 증기를 내보내며 배출을 통해 500kg/hr이 유실됩니다. 증기 테이블을 사용하여 용수와 증기의 열 함량이 다음과 같이 계산됩니다.

4,500kg/hr ( 2,357kJ/kg = 9,621,274kJ/h

500kg/hr ( 357 kJ/kg = 178,500 kJ/h
총계는 다음과 같습니다.

9,799,774kJ/h or 2,723kW

 

위 예는 염기 교환 연화만을 사용하는 대표적인 현대식 보일러 설비입니다. 무기물이 제거된 용수를 사용할 때는 배출율이 훨씬 낮아집니다. 예에서 연 손실은 연소된 연료의 1.8%에 해당합니다.

지속적으로 작동하는 보일러당 연간 연료 소모량은 천연 가스의 경우 약 46,500 m3, 오일의 경우 약 44,500 liter, 석탄의 경우 70 ton입니다. 여기에 보일러 시스템에 사용되는 용수를 조달하고 처리하는 비용 또한 추가됩니다.

배출 제어는 순간식 또는 연속식 시스템으로 분류할 수 있으며 수동, 반자동 또는 완전 자동 중 하나입니다.

순간 수동 시스템

가장 단순하게 구현된 배출 제어는 순간 수동 시스템으로, 순환당 한 번씩 작동하면서 보일러의 총 용존 고형물(TDS)을 보일러 지정 최대 한도 이하까지 충분히 낮춥니다. 그러면 TDS가 다음 순환 동안 최대 수준에 다시 도달할 때까지 축적될 수 있습니다.

배출 전에 TDS 테스트를 수행해야 일상 작동에서 발생할 수 있는 평균 부하 보일러 조건의 변동을 반영하도록 시간이 조정될 수 있습니다.

그림 2. 자동 시간 조정 배출 제어

장점:

  • 비교적 저렴한 센서 지출로 쉽게 구현됩니다.

단점:

  • 부하 변동을 고려하지 않습니다. 배출로부터 열을 회수하는 일은 어렵고 비용이 많이 소요되는 작업입니다.

자동 시간 조정 제어

그림 2는 타이머를 사용하여 사전 설정된 일정에 따라 단기간 동안 배출을 제어하는 단순한 반자동 시스템을 보여줍니다. 이 시스템을 사용하는 경우 보일러와 시스템 작동 시 발생하는 변동을 고려하여 타이밍 일정을 조정할 수 있도록 매일 보일러를 테스트해야 합니다.

그림 3과 같이 TDS 모니터링 장치를 설치하여 완전 자동 시스템으로 만들 수 있습니다. 그러면 원하는 TDS 수준에서 벗어날 경우 모니터링 장치가 타이머를 대신합니다.

그림 3. TDS 모니터링 채용 자동 배출 제어

단점:

  • 표준 완전 개방/폐쇄 밸브로 인해 철저한 제어가 수행되지 않습니다.

연속 제어

연속 배출 시스템은 열 회수가 필요한 곳에 적합합니다. 한 개의 밸브로 구성된 가장 단순한 형태의 시스템에서는 정기적인 보일러 용수 테스트 이후에 조정됩니다. 필요한 보일러 압력, TDS 수준, 배출율에 따라 밸브 위치가 결정됩니다.

그림 4에서와 같이 제어 모듈은 냉각된 배출 측류에 위치한 TDS 검출기에서 전송하는 입력을 사용하여 배출 밸브를 조정하는 데 사용됩니다. 이 시스템을 올바로 작동하려면 냉각된 배출 지류가 검출기를 지속적으로 통과해야 합니다.

그림 4. 연속 배출 제어

장점:

  • 작아지고 저렴해진 열 회수 설비
  • 배출 열의 최대 50%까지 회수 가능

간헐적 배출

침전물이 쌓이는 보일러 증발기에서도 배출이 수행될 수 있습니다. 해당 밸브를 간헐적으로 열어 침전물을 씻어내는 방식으로 이 공정이 수행됩니다.

통합식 제어

Eurotherm 공정 자동화는 연속 또는 간헐적, 두 가지 통합식 배출 제어용으로 구성할 수 있는 제어 모듈을 제공합니다.

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