이번호에는 난방이나 습기부여에 필요한 최고의 열원인 산업용 보일러에 대하여 알아보자.
□ 보일러
연료와 연소열을 물 등에 전하여 온도와 압력이 높은 증기를 발생시키는 장치로 증기보일러라고도 한다. 화력발전소와 선박 등의 증기기관, 각종 공장의 작업용이나 난방용 등에 증기를 공급하는 데 사용한다.
초기 보일러의 연료는 석탄으로 사람이 석탄을 화격자(火格子)에 넣는 수동식이었으나 곧 기계적으로 공급하는 스토커가 사용되었다. 현재도 미국에서는 증기발생량의 100t/h 정도가 발전용에 쓰이고 있으며 도시 쓰레기도 스토커로 소각하고 있다. 그 뒤 석탄을 미립자모양으로 분쇄하여 공기 중에 부유하는 상태로 완전 연소시키는 미분탄연소가 실용화되었으며, 중유나 경유를 연료로 하는 기름보일러, 가스를 연료로 하는 가스보일러가 쓰이게 되었다. 최근에는 배기정화(排氣淨化) 때문에 발전소에서도 천연가스를 연료로 하는 대형 보일러가 사용되고 있다. 그 외에 제철소의 고로가스·코크스로가스의 폐가스와 폐열, 원자로 핵분열의 열, 태양열 등을 열원으로 하는 보일러도 사용되고 있다.
1. 구조와 분류
보일러는 일반적으로 다음과 같은 부분으로 구성된다.
가. 물과 증기를 넣은 보일러 본체
나. 연료의 연소장치와 화로
다. 발생한 증기의 온도와 압력을 높이는 과열기
라. 이미 사용해서 온도와 압력이 낮아진 증기를 다시 가열하는 재열기
마. 폐가스의 열을 회수하여 재이용하는 절탄기와 공기예열기
바. 급수장치
사. 연소용 통풍장치
위의 장치들은 보일러를 효율적으로 운전하기 위한 제어장치들이다. 분류에는 몇 가지 방법이 있다. 본체의 구조에 따라 원통보일러·수관보일러·특수보일러로 나뉘며, 노의 위치에 따라 보일러 속에 있는 내연보일러, 보일러 밖에 있는 외연보일러로 분류한다.
또한 물의 순환방식에 따라 밀도 차에 의해 순환하는 자연순환식과 펌프에 의한 강제순환식으로 나뉜다.
2. 보일러의 종류
가. 원통보일러
물과 증기가 들어 있는 지름이 큰 드럼을 연소기체가 지나는 굵은 통(노통)이나 가는 관(연관)이 관통하고 있는 보일러이다. 드럼의 지름이 크므로 높은 압력에서는 사용할 수 없고 게이지압력(대기 이상의 압력)으로 15atm 정도까지 사용된다.
1) 입식(立式)보일러:세운 드럼 밑에 노가 있는 형식이다. 노속에서 가로로 여러 개의 수관을 통하게 한 횡관식과 드럼 속에서 가로로 연관을 통하게 한 다관식이 있다. 구조가 간단하고 가격이 싸며, 고정시킬 수 있고 취급이 쉽다. 효율은 50％ 정도로 낮지만 최근에는 80％ 정도에 이르는 보일러도 있다. 사용압력은 게이지압력 10atm 이하이고 증발량은 500㎏/h 정도인 소형보일러로서 공장·토목건설 현장에서 사용된다.
2) 노통(爐筒)보일러: 가로로 설치한 지름이 큰 드럼을 축 방향으로 관통하는 큰 노통을 설치한 형식이다. 노통이 1개인 코니시보일러와 2개 이상인 랭커셔보일러가 있다. 연료를 연소시키는 노통의 이음매는 열에 의해 팽창하므로 튼튼하게 만들어야 한다. 압력의 변동이 적고 청소도 비교적 간단하나 전열면적 (열을 물로 전달하는 면적)이 전체 크기에 비해 작기 때문에 증발량이 적고 효율도 60％ 이하로 낮아 최근에는 제작되지 않고 있다. 게이지압력 12atm 이하이고 증발량은 랭커셔보일러의 경우 3t/h 이하이다. 공장용으로 많이 쓰인다.
3) 연관보일러:가로로 설치된 드럼의 수면 아래에 연소기체가 지나는 연관을 여러 개 설치하여 전열면적을 크게 한 것이다. 시동시간이 비교적 짧고 크기에 비해 증발량이 많아 효율이 60~70％ 에 이른다. 게이지압력 10atm 이하인 공장용과 난방용으로서 많이 이용된다. 내연식과 드럼의 아래에 노가 있는 외연식이 있으며, 외연식의 경우 전열면적 10~160m²이고, 증발량은 15㎏/h~4t/h 정도이다. 증기기관차의 보일러도 이 형식인데 드럼의 지름에 제한이 있기 때문에 가늘고 길어 통풍이 나쁘므로 폐증기의 분출을 이용한 이젝터로 강제 통풍시키고 있다. 지름이 작아 게이지압력 20atm 정도가 한도이다.
4) 노통연관보일러 : 비교적 가는 드럼을 노통과 그 주변의 많은 연관이 관통하고 노통을 통과한 연소기체는 반전하여 연관을 통과한 뒤 다시 가열된다. 연관의 수가 많아 청소는 곤란하지만 크기에 비해 증발량이 많고 효율도 높다. 최근에는 큰 노통 속에서 연소기체를 반전시킨 뒤 다시, 한번 더 연관에서 반전시키는 개량형도 사용되고 있다. 노통 안의 온도분포가 균일하여 열량도 많고 큰 용량화가 가능하다. 증발량은 기름을 연료로 할 때 18t/h 이고 가스를 연료로 할 때 25t/h 이하이며 효율은 90％에 이른다. 선박용의 스코치보일러도 노통연관보일러의 일종이며, 굵고 짧은 드럼에 3~4개의 노통과 많은 연관을 갖추고 있다.
[자료출처 굿모닝 KGS ]
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알기 쉬운 공조 ·냉동 기술이야기 - 보일러 1편
06-01-17 15:38 
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