1. 보일러 스케일 형성 이론
보일러 스케일은 물이 보일러 시스템 내에서 농축되고 증발할 때, 물 중의 무기질 또는 불순물이 고체 형태로 남아서 형성되는 현상입니다. 스케일은 일반적으로 칼슘, 마그네슘, 철, 또는 황 같은 무기질이 혼합된 물에서 발생합니다. 스케일이 형성되면 보일러 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 스케일이 형성되는 이론은 다음과 같이 설명될 수 있습니다:
- 물의 무기질 함유물질:
- 보일러가 사용하는 물은 자연에서 얻은 경우에는 일반적으로 무기질을 포함하고 있습니다. 특히 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 황(S) 등이 물에 함유되어 있습니다.
- 농축 및 증발:
- 보일러는 물을 가열하여 증발시키는 장치이므로, 물이 증발될 때 무기질은 남아 있게 됩니다. 높은 온도에서 물이 증발되면 무기질 농도가 높아지고, 이로 인해 무기질이 고체로 변하면서 스케일이 형성됩니다.
- 칼슘 및 마그네슘 침전:
- 무기질이 농축된 상태에서 칼슘과 마그네슘의 침전이 가장 흔합니다. 물이 증발될 때 칼슘 및 마그네슘의 농도가 일정 수준을 넘으면, 이 무기질이 물에서 침전하여 스케일이 형성됩니다.
- 스케일의 물리학적 특성:
- 스케일은 일반적으로 화석 카르보네이트 또는 설페이트로 형성되어 보일러 내부 표면에 침착됩니다. 스케일이 형성되면 보일러의 효율성이 저하되고, 열 전달이 어려워지면서 에너지 손실이 발생할 수 있습니다.
- 스케일 방지 및 제거:
- 스케일의 형성을 방지하거나 제거하기 위해서는 정기적인 보일러 시스템의 청소, 물의 무기질 함량을 관리하는 수화기나 화학처리제의 사용 등이 필요합니다.
스케일 형성은 보일러 성능을 저하시키고 보일러 시스템에 손상을 줄 수 있으므로, 적절한 수화기나 청소 및 유지보수 프로그램이 중요합니다.
2. 보일러 각 부의 부식
보일러의 각 부분은 다양한 환경 조건과 물의 특성에 노출되어 있어 부식의 위험이 있습니다. 부식은 금속이 산소, 수분, 무기물질과 상호 작용할 때 발생하며, 이는 시간이 지남에 따라 보일러 부품에 손상을 일으킬 수 있습니다. 다양한 부위에서 나타날 수 있는 부식의 종류는 다음과 같습니다:
- 보일러 튜브 (Boiler Tubes):
- 보일러 튜브는 가장 흔한 부식의 영향을 받는 부분 중 하나입니다. 튜브 표면에서 발생하는 부식은 일반적으로 산화에 의한 부식이며, 튜브 벽두로의 산소 침식과 관련이 있습니다.
- 보일러 헤더 (Boiler Headers):
- 보일러 헤더도 부식의 위험이 있습니다. 헤더는 다양한 튜브로부터 뜨거운 물이나 증기를 수집하므로, 부식은 특히 물의 조건이나 튜브와의 연결 지점에서 발생할 수 있습니다.
- 보일러 배관 및 연결부 (Boiler Piping and Connections):
- 보일러의 배관 및 연결부도 부식의 영향을 받습니다. 특히 물의 pH 값, 물의 종류, 환경 산소 노출 등이 부식에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 보일러 배기 스택 (Boiler Exhaust Stack):
- 보일러 배기 스택은 연소 과정에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 부분으로, 스택의 상부에서는 가스와 습기가 부딪히면서 산성 환경이 형성될 수 있어 부식이 발생할 수 있습니다.
- 보일러 펌프 및 모터 (Boiler Pumps and Motors):
- 보일러 펌프와 모터도 부식의 위험이 있습니다. 특히 물의 흐름 및 온도 변화에 따라 부식 및 산화가 발생할 수 있습니다.
부식 방지를 위해서는 적절한 부식 방지 장치, 물의 처리 시스템, 적정한 펌프와 모터 선택, 정기적인 유지보수 및 검사가 필요합니다. 이러한 조치들은 보일러 시스템의 수명을 연장하고 안전성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
3. 유입수 전처리 공정
보일러 시스템에서의 유입수 전처리는 보일러의 성능을 최적화하고 부식, 스케일, 부먹 등의 문제를 예방하기 위해 중요한 단계입니다. 이를 위해 일반적으로 다양한 유입수 전처리 공정이 사용됩니다. 주요 유입수 전처리 공정에는 다음과 같은 것들이 있습니다:
- 소프트닝 (Softening):
- 소프트닝은 주로 칼슘과 마그네슘 같은 금속 이온을 제거하여 스케일의 형성을 방지합니다. 이 과정에서 이온 교환 수지나 화학적 처리제를 사용하여 물의 부드러움을 유지하고 부식 및 스케일의 누적을 줄입니다.
- 디이온화 (Deionization):
- 디이온화는 물에서 이온을 제거하는 과정으로, 금속 무기물과 같은 이온을 효과적으로 제거하여 물의 전기적인 전도성을 줄입니다. 이는 부식을 감소시키고 보일러 시스템의 안정성을 향상시킵니다.
- 역삼투 (Reverse Osmosis - RO):
- 역삼투는 높은 압력을 사용하여 물을 여과하여 무기물, 미생물, 오염물질을 제거하는 과정입니다. RO를 통해 부식 및 스케일의 발생을 최소화하고 물의 품질을 향상시킬 수 있습니다.
- 적정화학 처리제의 사용:
- 특정한 화학 처리제의 추가를 통해 물의 pH 조절, 산소의 제거 등을 수행하여 부식과 스케일 형성을 방지할 수 있습니다.
- 미세 여과 (Microfiltration) 또는 초여과 (Ultrafiltration):
- 미세 여과나 초여과를 통해 미세 입자나 물질을 제거하여 물의 깨끗함을 유지하고 시스템의 성능을 향상시킵니다.
- 적절한 환경제어:
- 보일러 시스템의 물을 적절하게 가열하고 유지하는 것도 중요합니다. 고온에서의 스케일 형성을 방지하고 효율적인 열전달을 유지하기 위해 적절한 온도 조절이 필요합니다.
이러한 전처리 공정들을 통해 유입수의 품질을 향상시켜 보일러 시스템의 성능을 최적화하고 유지보수 주기를 연장할 수 있습니다.
4. 스케일과 부식 절감 대책 방안
보일러 시스템에서 에너지 비용을 절감하고 효율을 향상시키기 위한 여러 가지 대책이 있습니다. 아래는 일반적인 보일러 시스템에서의 절감 대책 방안 몇 가지입니다:
- 정기적인 유지보수:
- 보일러와 연계된 모든 부품 및 장치들의 정기적인 유지보수는 시스템의 효율성을 유지하고 에너지 손실을 방지하는 데 중요합니다. 튜브, 펌프, 열교환기 등을 규칙적으로 점검하고, 필요한 경우 클리닝 및 조정을 수행합니다.
- 효율적인 연료 사용:
- 효율적인 연료 사용은 보일러 시스템에서 에너지 비용을 줄이는 중요한 요소입니다. 고효율 연료를 선택하고, 연료 공급 시스템을 효과적으로 운영하여 연료 소비를 최소화합니다.
- 자동 제어 시스템 도입:
- 자동 제어 시스템은 보일러의 운영을 효율적으로 제어할 수 있는 기술입니다. 온도, 압력, 공기 및 연료의 조절을 자동으로 수행하여 최적의 운전 상태를 유지합니다.
- 디지털 트윈 및 IoT 활용:
- 디지털 트윈과 IoT 기술을 활용하면 보일러 시스템의 상태를 실시간으로 모니터링하고 최적의 운영 조건을 유지할 수 있습니다. 미세한 조절을 통해 에너지 효율을 극대화할 수 있습니다.
- 열회수 회수 시스템 적용:
- 열회수 회수 시스템은 보일러의 연소 가스에서 나오는 열을 회수하여 추가적인 열에너지를 얻는 시스템입니다. 이를 통해 보일러의 효율성을 향상시키고 에너지를 절약할 수 있습니다.
- 절연 및 열손실 최소화:
- 보일러 및 관련 장치들을 적절히 절연하고, 시스템 내의 열손실을 최소화하여 보일러의 효율성을 향상시킵니다.
- 저NOx 버너 사용:
- 저NOx (산화 질소 농도 낮음) 버너를 사용하면 연소 과정에서 발생하는 질소 산화물의 양을 줄일 수 있어 환경적으로 친화적이며 연료 소비를 최적화할 수 있습니다.
이러한 대책들을 종합적으로 적용함으로써 보일러 시스템의 효율성을 높이고 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.