(사)한국에너지기술인협회/이대철 교수
제2장 : 스팀의 사용
7. 스팀 시스템에서의 감압
7.1 압력 제어의 목적
모든 스팀 사용 설비는 운전 조건 및 설비 조건에 따라 각각 적정한 스팀 압력이 요구되고 있으며, 공정에서 요구하는 압력이 다양할 경우 모든 운전 조건에 맞는 압력을 공급하기 위해서는 여러 대의 보일러가 필요하게 되고 이로 인한 불필요한 인원 및 에너지의 낭비가 발생 할 수 있다. 이렇게 공정이 요구하는 압력이 다양할 경우 공정에서 요구하는 압력 중 가장 높은 압력의 스팀을 보일러에서 발생시킨 다음 각각의 공정에 맞게 감압하여 사용할 경우 보일러 운전비용의 절감 및 보다 효율적인 관리가 압력 제어의 목적이다. 여기서 압력 제어란 감압 시스템을 말하고, Self Acting Control System에 대한 내용이다.
7.2 감압의 필요성
가) 에너지 절감
보일러의 최대 효율과 스팀 시스템의 건도 향상을 위해서는 높은 압력의 스팀을 사용처까지 공급하고, 스팀 사용처 근처에서 설비가 요구하는 압력조건 즉, 온도 조건이 허용하는 최소한의 압력으로 운전하는 것이 에너지를 절약하는 하나의 방법이다. 즉 스팀의 압력이 낮을수록 이용 가능한 열량, 잠열이 많으므로 스팀 사용량이 감소하여 보일러에서 공급되는 증기 사용량을 절약할 수 있으며, 스팀 트랩에서 배출된 응축수에서 발생하는 재증발 증기의 양도 적어 에너지 손실 및 응축수 손실도 감소하게 된다.
이렇게 낮은 압력의 스팀을 사용하면 실제 공정에서 사용되는 스팀의 잠열이 많아져 실제 스팀 사용량이 줄어들기 때문에 스팀 시스템에서는 가능한 낮은 압력의 스팀을 사용하는 것이 스팀 에너지 절감에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 모든 스팀 시스템에서 낮은 압력의 스팀을 사용하면 에너지 절감에 매우 효과적일 텐데 실제 공정에서는 다양한 압력의 스팀을 사용하고 있다.
그 이유는 스팀의 온도에 있다. 즉 7.0barg 스팀의 온도는 약 170℃인데 반해 1.0barg 스팀의 온도는 120℃ 밖에 되지 않는다. 가열체인 스팀의 온도가 120℃로 120℃의 피 가열체인 공기를 열교환기를 통해 가열한다는 것은 매우 어렵기 때문이다. 그래서 스팀의 압력을 결정할 경우 피 가열체의 요구 온도를 보고 압력을 결정해야 정확하지 스팀 사용량을 절약한다고 무조건 낮은 압력의 스팀을 공급하는 것은 틀린 생각이다. 모든 공정은 생산이 우선이고, 생산이 매우 정상적이고 효율적으로 운전되는 상태에서 에너지 절감이 같이 이루어져야 한다.
예제 1) 스팀 압력을 저압으로 사용할 경우 스팀 사용 절감량 계산
가) 운전 조건
압력 7.0barg 스팀을 사용하는 에어 히터의 스팀 공급 압력을 1.0barg로
감압할 경우의 스팀 사용량 비교
나) 압력 7.0barg(잠열 : 489kcal/kg) 스팀 사용량
Q = [Air 공급량 x Air 온도 차 x Air의 비열] ÷ 사용 스팀의 잠열
= [400N㎥/분x60분/hrx(120 – 20)℃x0.31kcal/㎥℃] ÷ 489kcal/kg
= 744,000kcal/hr ÷ 489kcal/kg
= 1,521.5kg/hr
다) 감압 후 압력 1.0barg(잠열 : 526kcal/kg 스팀 사용량
Q = [Air 공급 량 x Air 온도 차 x Air의 비열] ÷ 사용 스팀의 잠열
= [400N㎥/분x60분/hrx(120 – 20)℃x0.31kcal/㎥℃] ÷ 526kcal/kg
= 744,000kcal/hr ÷ 489kcal/kg
= 1,414.4.5kg/hr
7.0barg 스팀을 사용할 경우 보다 107.1kg/hr의 스팀을 절감할 수 있다
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월간 에너지관리 2024년 3월호 게재
(사)한국에너지기술인협회/이대철 교수
제2장 : 스팀의 사용
7. 스팀 시스템에서의 감압
7.1 압력 제어의 목적
모든 스팀 사용 설비는 운전 조건 및 설비 조건에 따라 각각 적정한 스팀 압력이 요구되고 있으며, 공정에서 요구하는 압력이 다양할 경우 모든 운전 조건에 맞는 압력을 공급하기 위해서는 여러 대의 보일러가 필요하게 되고 이로 인한 불필요한 인원 및 에너지의 낭비가 발생 할 수 있다. 이렇게 공정이 요구하는 압력이 다양할 경우 공정에서 요구하는 압력 중 가장 높은 압력의 스팀을 보일러에서 발생시킨 다음 각각의 공정에 맞게 감압하여 사용할 경우 보일러 운전비용의 절감 및 보다 효율적인 관리가 압력 제어의 목적이다. 여기서 압력 제어란 감압 시스템을 말하고, Self Acting Control System에 대한 내용이다.
7.2 감압의 필요성
가) 에너지 절감
보일러의 최대 효율과 스팀 시스템의 건도 향상을 위해서는 높은 압력의 스팀을 사용처까지 공급하고, 스팀 사용처 근처에서 설비가 요구하는 압력조건 즉, 온도 조건이 허용하는 최소한의 압력으로 운전하는 것이 에너지를 절약하는 하나의 방법이다. 즉 스팀의 압력이 낮을수록 이용 가능한 열량, 잠열이 많으므로 스팀 사용량이 감소하여 보일러에서 공급되는 증기 사용량을 절약할 수 있으며, 스팀 트랩에서 배출된 응축수에서 발생하는 재증발 증기의 양도 적어 에너지 손실 및 응축수 손실도 감소하게 된다.
이렇게 낮은 압력의 스팀을 사용하면 실제 공정에서 사용되는 스팀의 잠열이 많아져 실제 스팀 사용량이 줄어들기 때문에 스팀 시스템에서는 가능한 낮은 압력의 스팀을 사용하는 것이 스팀 에너지 절감에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 모든 스팀 시스템에서 낮은 압력의 스팀을 사용하면 에너지 절감에 매우 효과적일 텐데 실제 공정에서는 다양한 압력의 스팀을 사용하고 있다.
그 이유는 스팀의 온도에 있다. 즉 7.0barg 스팀의 온도는 약 170℃인데 반해 1.0barg 스팀의 온도는 120℃ 밖에 되지 않는다. 가열체인 스팀의 온도가 120℃로 120℃의 피 가열체인 공기를 열교환기를 통해 가열한다는 것은 매우 어렵기 때문이다. 그래서 스팀의 압력을 결정할 경우 피 가열체의 요구 온도를 보고 압력을 결정해야 정확하지 스팀 사용량을 절약한다고 무조건 낮은 압력의 스팀을 공급하는 것은 틀린 생각이다. 모든 공정은 생산이 우선이고, 생산이 매우 정상적이고 효율적으로 운전되는 상태에서 에너지 절감이 같이 이루어져야 한다.
예제 1) 스팀 압력을 저압으로 사용할 경우 스팀 사용 절감량 계산
가) 운전 조건
압력 7.0barg 스팀을 사용하는 에어 히터의 스팀 공급 압력을 1.0barg로
감압할 경우의 스팀 사용량 비교
나) 압력 7.0barg(잠열 : 489kcal/kg) 스팀 사용량
Q = [Air 공급량 x Air 온도 차 x Air의 비열] ÷ 사용 스팀의 잠열
= [400N㎥/분x60분/hrx(120 – 20)℃x0.31kcal/㎥℃] ÷ 489kcal/kg
= 744,000kcal/hr ÷ 489kcal/kg
= 1,521.5kg/hr
다) 감압 후 압력 1.0barg(잠열 : 526kcal/kg 스팀 사용량
Q = [Air 공급 량 x Air 온도 차 x Air의 비열] ÷ 사용 스팀의 잠열
= [400N㎥/분x60분/hrx(120 – 20)℃x0.31kcal/㎥℃] ÷ 526kcal/kg
= 744,000kcal/hr ÷ 489kcal/kg
= 1,414.4.5kg/hr
7.0barg 스팀을 사용할 경우 보다 107.1kg/hr의 스팀을 절감할 수 있다
중략...
월간 에너지관리 2024년 3월호 게재