대부분의 천연 가스 및 석유 연소 보일러는 굴뚝에서 나오는 뜨거운 연도 가스로 인해 연료 투입량의 18~22%를 잃습니다. 산업용 보일러 이코노마이저는 해당 열의 일부를 포착하여 급수로 반환합니다. 이는 버너가 동일한 증기 출력을 생성하는 데 더 적은 연료를 사용한다는 것을 의미합니다. 따라서 이코노마이저는 가장 복잡하지 않고 가장 빠른 열 회수 방법 중 하나입니다. 다음 섹션에서는 작동 방식, 현실적인 비용 절감, 좋은 설치와 나쁜 설치를 구분하는 설계 세부 사항을 다룹니다.
산업용 보일러 이코노마이저란 무엇입니까?
산업용 보일러 이코노마이저는 증기 드럼 또는 과열기 하류의 보일러 배기 경로에 설치된 열 교환기입니다. 그 역할은 물이 증발기 부분으로 들어가기 전에 연도 가스의 열을 보일러 급수로 전달하는 것입니다. 급수가 100~200°F로 예열되면 버너는 포화 증기 온도에 도달하는 데 더 적은 연료가 필요하므로 보일러 열 효율이 증가합니다.
이코노마이저는 때때로 배가스 열회수 장치 또는 급수 예열기라고도 합니다. 대규모 공장에서는 종종 열회수 증기 발생기와 결합되지만 이코노마이저 자체는 튜브 외부의 뜨거운 가스, 내부의 가압수 등 간단하고 안정적인 구성 요소로 남아 있습니다.
폐열을 어떻게 회수하나요?
산업용 보일러의 연소 가스는 연료 유형, 과잉 공기 및 보일러 설계에 따라 대략 350~550°F의 온도로 용광로에서 나옵니다. 이코노마이저는 마지막 열 흡수 부분과 스택 사이에 위치합니다. 뜨거운 가스가 핀 튜브를 가로질러 이동함에 따라 열은 튜브 벽을 통해 내부에 흐르는 급수로 전달됩니다.
핀은 베어 튜브에 비해 열 전달 표면적을 3~10배 늘려 교환기를 콤팩트하게 유지하고 가스 측 압력 강하를 줄입니다. 대부분의 설계는 역류 흐름 패턴을 사용합니다. 가장 뜨거운 물은 출구에서 가장 차가운 가스와 만나고, 가장 차가운 물은 입구에서 가장 뜨거운 가스와 만납니다. 이 배열은 평균 온도 차이를 최대화하고 단순한 동시 흐름 레이아웃보다 더 낮은 스택 가스 온도를 허용합니다.
어떤 효율성 향상이 현실적입니까?
산업용 보일러의 일반적인 연소 효율은 78~82%입니다. 이는 연료 에너지의 18~22%가 배기가스로 배출된다는 의미입니다. 적절한 규모의 이코노마이저는 사용 가능한 스택 손실의 30~50%를 복구할 수 있습니다. 실제로 이는 보일러 효율이 2~5% 증가하고 이에 따라 연료 소비가 감소하는 것을 의미합니다.
연간 8,000시간 작동하는 100,000lb/h 보일러의 경우, 3% 효율 향상은 연료 가격 및 부하 프로필에 따라 연간 수십만 달러를 절약할 수 있습니다. 정확한 절감액은 배가스와 급수 사이의 온도 차이, 연료 분석, 장치가 최대 부하 또는 부분 부하에서 작동하는지 여부에 따라 달라집니다.
| 매개변수 | 비응축 | 응축 |
|---|---|---|
| 스택 온도 | 250~350°F | 100~150°F |
| 효율성 향상 | 2~3%포인트 | 4~6%포인트 |
| 회수된 열 | 현열만 | 현열 + 잠열 |
| 자재 요구 사항 | 탄소강 가능 | 스테인레스 스틸 또는 안감 |
| 산성 이슬점 위험 | 가스가 300°F 이상으로 유지되면 낮음 | 연료가스 분석으로 관리해야 함 |
응축 또는 비응결: 어느 것이 맞나요?
비응축 이코노마이저는 연도 가스 온도를 산성 이슬점 이상으로 유지하며, 일반적으로 천연 가스의 경우 약 250~300°F입니다. 더 간단하고 저렴하며 종종 탄소강으로 제작할 수 있습니다. 회수된 열은 순전히 현열이며, 이는 많은 식물에 충분합니다.
응축 이코노마이저는 연도 가스를 수증기 이슬점(보통 135~150°F) 아래로 냉각시켜 응축 잠열도 회수합니다. 이는 효율성을 2~3포인트 더 추가합니다. 트레이드오프는 부식입니다. 연료의 황은 더 낮은 온도에서 응축되는 산을 생성하므로 교환기에는 스테인리스강, 이중 합금 또는 부식 방지 라이닝이 필요합니다. 배수 및 중화 시스템도 필요합니다. 응축 장치는 급수가 차갑고 연료가 깨끗한 천연가스인 경우에 적합하지만 보편적인 저비용 업그레이드는 아닙니다.
성과를 결정하는 선택요소
이코노마이저를 선택하는 것은 가장 큰 크기를 선택하는 것 이상을 의미합니다. 실제 성능은 열교환기를 실제 배가스와 물 조건에 맞추느냐에 따라 달라집니다. 완전한 연료 분석으로 시작하십시오. 황 함량, 수분 및 재는 산성 이슬점과 오염 위험을 결정합니다. 그런 다음 양쪽의 입구 및 출구 온도를 정의합니다. 원하는 굴뚝 온도는 열부하를 설정하고, 사용 가능한 급수 온도는 하한을 설정합니다.
압력 강하는 두 번째 제약 조건입니다. 가스 측 압력 강하는 1인치마다 통풍 요구 사항과 팬 전력을 증가시킵니다. 좋은 디자인은 기존 초안 허용 범위 내에서 유지되거나 추가 팬 전력이 얼마나 필요한지 정확하게 명시합니다. 물측 압력 강하는 급수 펌프 용량에 영향을 주기 때문에 중요합니다.
핀 튜브 형상
대부분의 산업용 이코노마이저에서는 확장된 표면으로 인해 교환기가 작아지기 때문에 핀 튜브를 사용합니다. 나선형 핀 튜브는 콤팩트하고 경제적이지만 연속 핀 경로로 인해 튜브 지지대에 재가 모입니다. H형 핀 튜브는 편평하고 개방된 경로를 생성하는 H 모양의 용접 핀을 사용하여 재 침전을 줄이고 청소를 더 쉽게 만듭니다. 회분 함량이 높은 연료의 경우 설계가 침식과 오염을 모두 낮추기 때문에 많은 엔지니어가 H형 핀 튜브를 지정합니다. 공급업체를 비교할 때 각 제조업체가 이 점을 어떻게 처리하는지 확인할 가치가 있습니다. H형 핀 튜브 디자인 나란히 검토할 수 있습니다.
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물리적 배치도 설치에 영향을 미칩니다. 패키지형 또는 수관식 보일러에는 이코노마이저가 꼭 맞아야 하는 스택 전환이 정의되어 있습니다. 장치에는 지지 러그, 접근 도어, 통로 및 물 입구, 출구 및 배수구용 연결 노즐이 포함되어야 합니다. 기존 굴뚝과 덕트 공사에 맞게 이코노마이저를 구축하면 비용이 많이 드는 현장 수정을 피할 수 있습니다. 일반적인 패키지 보일러의 경우 산업 보일러 꼬리 굴뚝 가스 이코노마이저 기존 배기 경로와 통합되는 모듈형 장치로 공급될 수 있습니다. 엔지니어링 지원을 받는 제조업체가 차이를 만드는 곳이 바로 여기입니다.
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설치 품질은 이코노마이저의 장기적인 신뢰성에 영향을 미칩니다. 완전 바이패스 댐퍼를 사용하면 공장에서 유지 관리를 위해 장치를 격리할 수 있고 이코노마이저 수리가 필요한 경우 보일러를 작동할 수 있습니다. 추운 기후에서 동결을 방지하기 위해 장치는 배수가 가능해야 하며 스택에는 검사 및 청소를 위해 상류 및 하류에 접근 도어가 있어야 합니다.
물쪽에는 릴리프 밸브와 필터 스트레이너를 제공하여 튜브를 잔해물로부터 보호합니다. 가스 측면에서는 연료가 오염되는 경향이 있는 경우 수트 블로워가 필요할 수 있습니다. 압력 케이싱은 연도 가스 압력 및 온도에 맞게 설계되어야 하며 열 성장을 처리하는 데 필요한 확장 조인트가 있어야 합니다. 물의 화학적 제어도 중요합니다. 용존 산소와 낮은 pH는 물가 부식을 유발하므로 적절한 탈기와 산소 제거 수준을 유지해야 합니다. 실제로, 잘 관리된 이코노마이저는 수십 년 동안 작동하는 반면, 방치된 이코노마이저는 보일러의 첫 번째 튜브 누출이 됩니다.
산업용 보일러 이코노마이저는 입증된 폐열 회수 장치입니다. 현실적인 굴뚝 온도 및 급수 데이터를 통해 적절하게 선택된 장치는 부하 및 연료 비용에 따라 몇 달에서 몇 년 안에 투자 비용을 회수할 수 있습니다. 굴뚝 온도계, 연료비, 보일러실 도면 검토부터 시작하세요. 이는 진지한 평가를 시작하기에 충분합니다.
