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1. 증발률 (Evaporation Rate)
- 정의: 보일러의 증발률은 보일러가 단위 시간당 생산하는 증기의 양을 나타냅니다. 즉, 시간당 몇 킬로그램 또는 몇 톤의 증기를 생산할 수 있는지를 보여주는 보일러의 용량 지표입니다.
- 표시: 주로 kg/h (시간당 킬로그램) 또는 T/h (시간당 톤) 단위로 표시됩니다. 대형 산업용 보일러의 경우 T/h 단위를 주로 사용합니다.
- 실제 증발량과 상당 증발량:
- 실제 증발량 (Actual Evaporation Rate): 특정 운전 조건(급수 온도, 발생 증기 압력 및 온도)에서 보일러가 실제로 생산하는 증기의 양입니다.
- 상당 증발량 (Equivalent Evaporation Rate): 보일러의 증발 능력을 비교하기 위한 표준 상태에서의 증발량입니다. 표준 상태란 대기압(101.325 kPa 또는 약 1 기압) 하에서 100℃의 포화수로부터 100℃의 건포화증기를 발생시키는 경우를 기준으로 합니다. 상당 증발량은 실제 증발량을 이 표준 상태에서의 증발량으로 환산한 값이며, 보일러의 정격 용량을 나타낼 때 주로 사용됩니다.
- 상당 증발량 계산식: 상당 증발량 ()은 실제 증발량 (), 발생 증기의 엔탈피 (), 급수 엔탈피 ()를 이용하여 다음과 같이 계산합니다.
- : 상당 증발량 (kg/h)
- : 실제 증발량 (kg/h)
- : 발생 증기의 엔탈피 (kcal/kg)
- : 급수의 엔탈피 (kcal/kg)
- 539 kcal/kg: 대기압 100℃에서의 물의 증발잠열 (표준 증발잠열) (참고: SI 단위계에서는 증발잠열로 약 2257 kJ/kg을 사용하며, 이때 상당 증발량은 kJ 단위를 기반으로 계산됩니다.)
2. 효율 (Efficiency)
- 정의: 보일러의 효율은 연료가 가지고 있는 에너지 중 실제로 물을 증기로 만드는 데 유효하게 사용된 에너지의 비율을 나타냅니다. 즉, 투입된 연료 에너지 대비 생산된 증기 에너지의 성능을 보여주는 지표입니다. 보일러 효율이 높을수록 적은 연료로 더 많은 증기를 생산할 수 있어 연료비 절감에 기여합니다.
- 계산 방법: 보일러 효율은 크게 입출열법과 열손실법으로 계산할 수 있습니다.
- 입출열법 (Input-Output Method): 보일러에 투입된 연료의 에너지(입열)와 보일러에서 생산된 증기가 가지는 에너지(출열)를 측정하여 계산하는 방법입니다.
효율 () = ÷
- 입열: 단위 시간당 연료 사용량 × 연료의 저위 발열량 (또는 고위 발열량, 계산 기준에 따라 다름)
- 유효 출열: 단위 시간당 실제 증발량 × (발생 증기 엔탈피 - 급수 엔탈피) 따라서 일반적인 보일러 효율 계산 공식은 다음과 같습니다.
-
- 열손실법 (Heat Loss Method): 투입된 연료 에너지에서 연소 과정 및 보일러 외부로 손실되는 열량을 제외한 나머지를 유효 에너지로 간주하여 효율을 계산하는 방법입니다. 배기가스 손실, 미연분 손실, 방열 손실 등 다양한 손실 항목을 측정하거나 계산하여 총 손실을 산정합니다.
효율 () =
- 효율에 영향을 미치는 요인:
- 연소 상태: 불완전 연소는 연료 손실을 증가시켜 효율을 저하시킵니다. 적절한 공기비 유지가 중요합니다.
- 배기가스 온도: 배기가스 온도가 높을수록 연료가 가진 열이 연돌을 통해 밖으로 많이 버려지므로 효율이 낮아집니다. 절탄기나 공기 예열기 등을 설치하여 배기가스 온도를 낮추면 효율을 높일 수 있습니다.
- 보일러 스케일 및 그을음: 보일러 튜브 내외부에 스케일(물때)이나 그을음이 형성되면 열전달 효율이 감소하여 효율이 저하됩니다. 주기적인 청소 및 수질 관리가 필요합니다.
- 방열 손실: 보일러 본체나 배관 등에서 대기 중으로 손실되는 열입니다. 단열을 강화하여 방열 손실을 줄이면 효율이 향상됩니다.
- 블로우다운 손실: 보일러 수질 관리(염분 농도 조절)를 위해 보일러 물의 일부를 배출하는 블로우다운 시 버려지는 열입니다.
- 보일러 부하율: 일반적으로 보일러는 정격 부하 근처에서 효율이 가장 높으며, 부하율이 너무 낮거나 높아지면 효율이 떨어지는 경향이 있습니다.
- 급수 온도: 급수 온도가 높을수록 증기 발생에 필요한 열량이 줄어들어 효율이 향상됩니다. 폐열 회수 등을 통해 급수 온도를 높이는 것이 유리합니다.
요약하자면, 보일러 증발률은 생산량(용량)을 나타내는 지표이며, 보일러 효율은 연료 에너지의 유효 활용 정도를 나타내는 성능 지표입니다. 이 두 가지는 보일러 시스템의 경제성과 성능을 평가하는 데 핵심적인 요소입니다.
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