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1) 백연현상 원인
냉각탑에서 발생하는 백연현상은 냉각탑에서 배출되는 고온 다습한 공기가 외부의 차가운 공기와 만나면서 수증기가 응축되어 작은 물방울이나 얼음 결정으로 변하여 안개처럼 보이는 현상입니다. 주요 원인은 다음과 같습니다.
- 냉각탑 내부의 열교환 과정: 냉각탑은 순환하는 물의 일부를 증발시켜 냉각 효과를 얻습니다. 이 과정에서 증발된 물은 공기 중으로 방출되어 배출되는 공기는 높은 온도와 습도를 가지게 됩니다.
- 외부 공기의 낮은 온도: 냉각탑 외부의 공기가 차가울수록 고온 다습한 배출 공기와 혼합될 때 온도 차이가 커져 수증기의 응축이 더욱 쉽게 일어납니다. 특히 겨울철이나 새벽 시간 등 대기 온도가 낮을 때 백연현상이 두드러지게 나타납니다.
- 높은 상대 습도: 외부 공기의 상대 습도가 높을수록 배출 공기와 혼합된 공기의 수증기 함량이 높아져 응축이 쉽게 발생합니다.
- 대기 안정성: 바람이 약하고 대기가 안정적인 조건에서는 응축된 물방울이 흩어지지 않고 모여 백연현상이 더욱 뚜렷하게 보일 수 있습니다.
요약하자면, 냉각탑에서 데워지고 습해진 공기가 차갑고 습한 외부 공기와 만나 급격하게 온도가 낮아지면서 공기 중의 과포화된 수증기가 응축되어 미세한 물방울 형태로 나타나는 것이 백연현상의 주된 원인입니다.
2) 백연현상 방지대책
백연현상은 환경적인 문제나 미관상의 문제로 인식될 수 있으며, 이를 방지하기 위한 다양한 대책이 사용됩니다. 제시된 두 가지 방지대책은 다음과 같습니다.
가. 토출공기가열
토출공기가열 방식은 냉각탑에서 배출되는 고온 다습한 공기를 외부 공기와 혼합되기 전에 가열하여 수증기의 응축을 억제하는 방법입니다.
- 원리: 배출 공기의 온도를 높이면 공기가 포함할 수 있는 수증기의 양이 증가합니다. 따라서 외부의 차가운 공기와 혼합되더라도 혼합된 공기의 온도가 노점 온도 이하로 내려가지 않아 수증기 응축을 방지하거나 최소화할 수 있습니다.
- 방법:
- 열교환기 이용: 냉각탑에서 순환하는 따뜻한 물의 일부를 이용하여 공기를 가열하는 열교환기를 설치합니다.
- 보조 가열 장치: 별도의 가열 장치(전기 히터, 가스 버너 등)를 사용하여 배출 공기를 가열합니다.
- 장점: 백연 발생을 효과적으로 억제할 수 있습니다.
- 단점: 추가적인 에너지 소비가 발생하며, 초기 설치 비용이 증가할 수 있습니다.
나. 대기가열혼합
대기가열혼합 방식은 냉각탑에서 배출되는 고온 다습한 공기에 외부의 건조한 공기를 혼합한 후, 이 혼합된 공기를 가열하여 상대 습도를 낮춤으로써 백연 발생을 억제하는 방법입니다.
- 원리: 배출 공기에 외부의 건조한 공기를 혼합하면 전체 공기의 상대 습도가 낮아집니다. 이 혼합된 공기를 다시 가열하면 공기가 포함할 수 있는 수증기 양이 증가하고 상대 습도가 더욱 낮아져 수증기 응축을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
- 방법:
- 흡입 팬 설치: 냉각탑 상부에 외부 공기를 흡입하는 팬을 설치하여 배출 공기와 혼합시킵니다.
- 가열 장치 설치: 혼합된 공기를 가열하기 위한 가열 장치(열교환기, 히터 등)를 설치합니다.
- 장점: 백연 발생 억제 효과가 있으며, 토출공기가열 방식에 비해 에너지 소비를 줄일 수 있는 가능성이 있습니다.
- 단점: 외부 공기의 온도 및 습도 조건에 따라 효과가 달라질 수 있으며, 추가적인 설비 설치 공간이 필요할 수 있습니다.
이 외에도 냉각탑에서 발생하는 백연현상을 방지하기 위한 다양한 방법들이 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 습공기 엔탈피를 이용하여 백연 발생 가능성을 예측하고 냉각탑 운전을 최적화하는 방법, 냉각탑 내부에 제습 장치를 설치하는 방법 등이 있습니다.
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