[일본] 가스 연소 고효율 간이 관류 보일러 공동 개발
최저 출력의 저감이나 연소 4위치 제어 방식의 채용 등에 의해, 종합 운전 효율을 최대 6% 향상
주식회사 일본 ThermoEner, 도쿄(Tokyo, 東京) 가스 주식회사( 이하 ,`도쿄 가스`), 오사카(Osaka, 大阪) 가스 주식회사(이하, `오사카 가스`) 및 도호(Toho, 東邦) 가스 주식회사(이하, `도호 가스`)는 최저 출력의 저감이나 연소 4위치 제어 방식을 채용하는 것 등으로 보일러의 종합 운전 효율 향상을 실현한 `고효율 간이 관류(주 1) 보일러(환산 증발량(주 2) 21,000 kg/h)`를 공동으로 개발하였다. 간이 관류 보일러는, 취급 자격이 불필요하다는 특징이 있어 소규모 업무용 점포에서 공장까지 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.
본 제품은 최저 출력을 기존 기계에서 채용하고 있던 정격을 50%에서 25%까지 저감하여 출력을 100%, 50%, 25%, 0%의 4단계로 제어하는 연소 4위치 제어 방식을 채용하는 것으로 연소의 발정 회수(ON/OFF의 빈도)의 저감(주 3)을 실현하여 저부하 운전 시 보일러의 운전 효율(주 4)을 향상시켰다. 간이 관류 보일러로서 연소 4위치 제어 방식을 채용한 것은, 일본에서 최초라고 한다. 또한 멀티 패스 플로 관체(주 5)의 개발과 저공기비 연소를 실현하는 것으로 정격 운전 시 보일러의 운전 효율을 향상시키는 것과 동시에 송풍기의 소비 전력 저감과 정음성 향상을 실현하였다. 저부하 시와 정격 시의 운전 효율 향상의 결과 기존 기계와 비교해서 보일러의 종합 운전 효율(주 6)을 약 3~6% 향상시켰다.
그리고 보일러 본체의 수위를 출력에 맞추어 치밀하게 제어하는 것으로, 저부하로부터 고부하까지 폭넓은 부하 범위에서, 마름도의 높은 양질인 증기의 공급을 가능하게 했다. 그리고 세탁소 등의 업무용 점포나 식품 공장 등에 폭넓게 본 제품을 제안할 예정이라고 한다.
본 제품의 특징으로는 최저 출력의 저감과 연소 4위치 제어 방식을 채용하는 것으로 저부하 운전 시 보일러의 운전 효율이 향상되었다고 한다. 최저 출력을 정격을 50%에서 25%까지 저감하여 기존의 연소 3위치 제어 방식(출력을 100%, 50% ,0%의 3단계에서 제어)으로부터 새롭게 연소 4위치 제어 방식(출력을 00%, 50%, 25% ,0%의 4단계로 제어)을 채용하는 것으로 증기 부하가 50%에서 25%의 사이는 출력을 50%로 25%로 전환하고 연소를 계속한 채로 증기량을 조정하기 때문에 연소의 발정(ON/OFF)이 없게 되어 저부하 운전 시의 보일러 운전 효율이 최대로 6% 향상되었다.
또한 연소실을 대용량화하여 복사 전열의 면적을 최대화하는 것과 동시에 연소 가스 통로의 최적화에 의해 전열효율을 향상한 멀티 패스 플로 관체를 개발하는 것으로 보일러 본체의 열 흡수량이 증가되었다. 그리고 버너를 개선하여 공기비(주 *)를 최적화하는 것으로 저공기비 연소(주 9)가 가하게 되어 열 손실을 억제하였다. 열 흡수량의 증가와 열손실을 억제하는 것으로 정격 운전 시 보일러의 운전 효율이 약 97%까지 1%로 향상되었다.
그리고 송풍기의 소비 전력 저감과 정음성의 향상을 실현하였는데 멀티 패스 플로 캔 체내부의 연소 가스 통로를 다방면화하여 통로 길이를 짧게 하는 것으로 연소 가스의 통풍 저항을 저감하는 것과 동시에 저공기비 연소를 실현하는 것으로 보일러에 공급하는 연소용 공기를 약 10% 삭감하였다. 연소 가스의 통풍 저항을 저감하여 연소용 공기를 삭감한 결과 송풍기의 소비 전력의 약 40% 저감과 정음성의 향상을 실현하였다.
또한 보일러의 수위를 출력에 맞추어 제어하는 것으로 건도(乾度)(주 10)가 높은 양질인 증기 공급을 실현하였다. 연소 4위치 제어 방식에 대해서 보일러 본체의 수위를 출력에 맞추어 치밀하게 제어하는 것으로 저부하에서 고부하까지 폭넓은 부하율로 건도가 높은 양질인 증기의 공급을 가능하게 하였다.
(주 1) 관류 보일러
관으로 구성되어 한 쪽에서 급수하여 타단으로부터 증기로서 송출하는 방식의 보일러로 소형 경량으로 보유수가 적기 때문에 단시간에 기동할 수 있다. 또한 관류 보일러는 최고 사용 압력, 전열 면적 등에 의해 보일러, 소형 보일러, 간이 보일러로 구분된다. 간이 보일러는 관류 보일러 중에서 가장 규모가 작고 취급 자격이 불필요하다.
(주 2) 보일러의 능력을 나타내는 지표로 100℃의 물을 100℃의 증기로 바꾸는 경우의 증발량
(주 3) 보일러는 사용 증기량이 최저 출력을 밑돌지 않는 범위로는 출력의 변환에 의해서 증기량을 조정하지만 밑도는 범위로는 연소를 ON/OFF 하는 것에 의해서 증기량을 조정한다. 연소 정지 후 및 재기동 시 안전을 위해서 연소실 내를 신선한 공기로 환기한다. 환기 시에는 보일러 내의 열이 밖에 배출되어 열손실이 발생한다. 연소의 ON/OFF를 감소시키는 것은 열손실을 억제하여 보일러 운전 효율을 높이는 것에 연결된다.
(주 4) 본 제품의 출력이 정격의 50%에서 25%까지의 저출력 시에 있어서의 보일러에 공급된 전체 열량에 대한 발생 증기가 흡수한 열량의 비율
(주 5) 관체
보일러 내부의 증기를 발생시키는 부분으로 이번에 연소 가스 통로의 최적화 등에 의해 전열효율이 향상되었다.
(주 6) 실제 부하 변동 시 보일러의 운전, 정지를 포함한 실제 가동 조건 하에서의 종합적인 보일러 효율
(주 7) 정격 출력에 대한 증기 발생량의 비율(멀티 패스 플로 관체의 개발과 저공기비 연소를 실현하는 것으로 정격 운전 시 보일러의 운전 효율이 향상)
(주 8) 공기비
연소에 필요한 이론 공기량에 대한 공기 잉여분의 비율을 나타낸다.
(주 9) 보일러의 연소에 있어서는 연소실 내에서 연료를 전부 연소시키기 위하여 연소에 최저한 필요한 공기량에 가해 잉여 여분으로 공기를 연소실 내에 보내 완전 연소 시킬 필요가 있지만 잉여 공기분을 가열하는 열량이 손실된다. 저공기비 연소란 보일러에 공급하는 연소용 잉여 공기를 줄여 연소하는 방식으로 잉여 공기의 가열에 필요한 열손실을 억제하는 것이 가능하게 된다.
(주 10) 증기의 기상분과 액상분의 중량 비율로 건증기(100%)에 가까워질수록 증기가 보유하는 열량이 오른다(건도=(기상분의 중량)÷(기상분과 액상분의 합산 중량)
<그림 1> 외관 사진
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