KR100621575B1 - 밀폐형 증기보일러의 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축수조절밸브의 개폐를 조절하는 응축수제어장치를 구비하고 증기배관 내부를 소정의 압력으로 유지할 수 있는 밀폐형 시스템을 구비함으로써 응축수의 손실을 방지하여 에너지 비용을 절감할 수 있으며 배관 등 계 내부를 대기공기와 차단시켜 배관의 산화방지는 물론 기존의 증기배관에 필요한 각종 기기들을 간소화시켜 초기 투자비를 절감시킬 수 있는 밀폐형 증기보일러의 제어시스템에 관한 것으로, 버너의 연소열에 의해 증기를 발생시키는 증기보일러, 상기 증기보일러로부터 공급된 증기와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기, 상기 열교환기를 통과한 열매체의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 포함하여 이루어진 밀폐형 증기보일러의 제어시스템에 있어서, 상기 증기보일러와 열교환기 사이의 공급라인상에 설치되는 증기공급밸브; 상기 열교환기에 발생된 응축수의 배출을 조절하기 위한 응축수조절밸브; 상기 온도센서로부터 측정된 온도데이터를 수신받아 상기 응축수조절밸브의 개폐를 실시간으로 제어하는 응축수제어장치; 상기 열교환기에서 생성된 응축수가 저장되는 압력탱크; 상기 압력탱크의 응축수를 상기 증기보일러에 공급하기 위한 이송펌프; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

증기보일러, 밀폐형, 스팀트랩

Description

밀폐형 증기보일러의 제어시스템{Control system of closed type steam boiler}

도 1은 종래의 증기보일러 시스템을 보여주는 개략도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증기보일러 시스템을 보여주는 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 증기보일러 110 : 공급라인

120 : 증기공급밸브 200 : 열교환기

300 : 응축수제어장치 310 : 온도센서

320 : 열매체배관 400 : 압력탱크

410 : 리턴라인 420 : 응축수조절밸브

430 : 압력제어장치 440 : 응축수이송펌프

500 : 보충수탱크 510 : 대기구

520 : 보충수공급라인 530 : 보충수이송펌프

본 발명은 밀폐형 증기보일러의 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열매체의 온도를 측정하여 응축수조절밸브의 개폐를 조절하는 응축수제어장치를 구비하고 증기배관 내부를 소정의 압력으로 유지할 수 있는 밀폐형 시스템을 구비함으로써 응축수의 손실을 방지하고 에너지 비용을 절감할 수 있으며 배관 등 계 내부를 대기공기와 차단시켜 배관의 산화방지는 물론 기존의 증기배관에 필요한 각종 기기들을 간소화시켜 초기 투자비를 절감시킬 수 있는 밀폐형 증기보일러의 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기에서 가열되어진 증기와 응축수는 혼합되어져서 배관라인을 통해 배출되는바, 증기계통 및 배관설비에서 응축수를 분리하지 못할 경우에는 수격작용이 발생되어 설비와 배관라인에 손상이 발생하고, 가열온도의 불균형으로 인한 제품의 불량을 초래하며 증기기관과 사용설비의 내부부식 및 재질의 노화촉진발생이 있고, 가열효과가 저하하며 가열시간이 길어져서 생산성이 저하하는 등의 문제점이 유발되므로 스팁트랩을 증기보일러의 배관라인에 설치사용하게 되는 것이다.

상기 스팀트랩은 증기사용 설비 즉, 난방용 방열기나 공정용 열교환기 등의 스팀라인에 설치되는 것으로서, 증기사용 설비의 스팀라인 내부에는 고열의 증기가 흘러 열 사용설비에 잠열을 주고 증기의 일부가 응축되어 응축수가 생성되며, 상기 응축수를 증기사용 설비로부터 효율적으로 제거하고 증기의 누출을 방지해주는 것이다.

도 1은 종래의 증기보일러 시스템을 보여주는 개략도이다.

종래의 증기보일러 시스템은 버너의 연소열에 의해 물을 가열 증발시켜 증기를 발생시키는 증기보일러(10), 상기 증기보일러(10)로부터 공급된 증기와 에너지 사용처의 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기(20), 열매체의 온도를 측정하여 상기 열교환기(20)에 공급되는 증기의 양을 조절하는 증기제어장치(30), 상기 열교환기(20)에서 발생된 응축수를 저장하는 응축수탱크(40)가 구비된다.

상기 증기보일러(10)에서 발생된 고압의 증기는 공급라인(11)을 통해 감압밸브(12)에서 소정의 압력으로 감압된 후 증기공급조절밸브(13)를 거쳐 열교환기(20) 내부로 이송된다.

상기 열교환기(20) 내부에서 증기와 열교환되는 열매체는 열매체배관(32)을 통해 열교환기(20) 내부로 유입되고, 상기 열교환기(20)에서 열교환을 마친 열매체의 온도를 온도센서(31)에서 측정하여 증기제어장치(30)에 송신한다.

상기 온도센서(31)에서 측정된 열매체의 온도는 시스템에 따라 필요한 온도가 달라지므로, 상기 증기제어장치(30)에서는 미리 설정된 온도와 비교하여 측정된 온도가 설정된 온도보다 낮은 경우에는 상기 증기공급조절밸브(13)를 개방하여 증기를 추가로 공급함으로써 온도를 보상하게 된다.

또한 증기보일러(10)의 공급라인(11)의 압력은 증기보일러(10)의 설정압력에 따라 일정하게 되고 열교환기(20)의 조건에 따라 사용하는 온도가 다를 경우 감압밸브(12)를 사용하여야 증기공급조절밸브(13)가 양질의 온도제어를 할 수 있다.

상기 열교환기(20)에서 열교환이 이루어지고 난 후 생성된 응축수는 스팀트 랩(42)을 거쳐 리턴라인(41)을 통해 대기압상태로 응축수탱크(40)로 보내지게 되는데, 상기 스팀트랩(42)에서는 증기는 차단시키고 응축수를 배출시킨다.

상기 응축수탱크(40)에는 보충수공급라인(43)을 통해 물이 보충되고, 상부에는 대기구(44)가 형성되어 대기와 통하게 되어 있으며, 상기 응축수탱크(40)에 저장된 응축수는 이송펌프(45)에 의해 고압이 형성되어 증기보일러(10)로 공급된다.

그러나 상기 증기보일러(10)에서 공급되는 증기압력은 일례로 15㎏f/㎠의 고압이지만, 상기 스팀트랩(42)을 통과한 응축수의 압력은 대기압으로 상기 스팀트랩(42)을 전후하여 급격한 압력의 변화가 발생한다.

이 경우 밸브의 급격한 개폐, 또는 액체 배관의 경우에는 기체의 혼입, 기체 배관의 경우에는 액체의 혼입 등에 의하여 관 내의 유속이 급변하는 경우에 발생하는 이상 압력으로 진동과 높은 충격음을 발생하는 현상인 수격 작용으로 인해 스팀트랩(42)의 파손으로 인한 잦은 유지보수작업으로 비용이 증가하고 높은 소음이 발생하는 문제점이 있었다.

또한 증기 보일러 시스템에서 필요한 열매체 온도가 일례로 150℃인 경우 열교환을 마친 후 상기 응축수탱크(40)로 회수된 응축수는 상기 응축수탱크(40)가 대기에 개방된 관계로 응축수가 재증발되어 대기로 방출되므로 응축수의 온도가 100℃를 초과하지 못하고 대략 60~70℃가 되어 손실되는 열량이 과다할 뿐만 아니라 재증발로 인한 응축수의 손실도 많은 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 스팀트랩을 없애고 응축수제어장치와 연결된 응축수조절밸브를 구비하여 배출되는 응축수 양을 실시간으로 조절할 수 있도록 하는 동시에 압력탱크와 상기 압력탱크의 압력을 제어하기 위한 압력제어장치를 구비한 밀폐형 증기보일러 시스템을 갖춤으로써 스팀트랩의 잦은 고장으로 인한 유지보수비용이 증가하는 것을 방지하고, 응축수의 온도하락과 재증발로 인한 에너지 손실을 방지할 수 있는 밀폐형 증기보일러의 제어시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 밀폐형 증기보일러의 제어시스템은, 버너의 연소열에 의해 물을 가열 증발시켜 증기를 발생시키는 증기보일러, 상기 증기보일러로부터 공급된 증기와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기, 상기 열교환기를 통과한 열매체의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 포함하여 이루어진 밀폐형 증기보일러의 제어시스템에 있어서, 상기 증기보일러와 열교환기 사이의 공급라인상에 설치되는 증기공급밸브; 상기 열교환기에 발생된 응축수의 배출을 조절하기 위한 응축수조절밸브; 상기 온도센서로부터 측정된 온도데이터를 수신받아 상기 응축수조절밸브의 개폐를 실시간으로 제어하는 응축수제어장치; 상기 열교환기에서 생성된 응축수가 저장되는 압력탱크; 상기 압력탱크의 응축수를 상기 증기보일러에 공급하기 위한 이송펌프; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 응축수조절밸브를 통과한 응축수가 저장되는 압력탱크, 상기 압력탱크의 압력을 측정하기 위한 압력센서, 상기 압력탱크의 압력을 감소시키기 위한 제1압력조절밸브, 상기 압력센서의 데이터를 수신받아 상기 제1압력조절밸브의 개폐를 제어하는 압력제어장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 압력탱크와 공급라인 사이에는 제2압력조절밸브가 설치되고, 상기 제2압력조절밸브는 압력제어장치에 의해 개폐가 제어되는 것이 바람직하다.

또한 상기 증기보일러에 공급하기 위한 보충수가 저장되고 대기에 개방된 보충수탱크, 상기 보충수탱크의 보충수를 증기보일러에 공급하는 보충수이송펌프를 더 포함하고, 상기 제1압력조절밸브는 상기 보충수탱크에 연결된 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증기보일러 시스템을 보여주는 개략도이다.

버너의 연소열에 의해 물을 가열 증발시켜 증기를 발생시키는 증기보일러(100), 상기 증기보일러(100)로부터 공급된 증기와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기(200), 상기 열교환기(200)를 통과한 열매체의 온도를 측정하기 위한 온도센서(410)가 설치되는 것은 종래와 동일하다.

상기 증기보일러(100)와 열교환기(200) 사이의 공급라인(110)상에는 증기공 급밸브(120)가 설치된다. 상기 증기공급밸브(120)는 유체의 유동개폐에 일반적으로 많이 사용되는 글로브밸브(Globe valve)가 사용된다.

상기 열교환기(200)에 공급된 증기는 열매체배관(320)을 통해 유입된 열매체에 열에너지를 전달한 후 응축수조절밸브(420)를 통해 리턴라인(410)을 거쳐 압력탱크(400)로 이송된다.

이 경우 상기 열매체배관(320)에는 온도센서(310)가 설치되고, 상기 온도센서(310)에서 열에너지를 얻은 열매체의 온도가 측정되어 응축수제어장치(300)에 데이터가 송신된다.

상기 응축수제어장치(300)는 응축수조절밸브(420)와 연결되어 응축수의 배출을 제어하게 된다. 즉, 상기 온도센서(310)에서 측정된 열매체의 온도가 요구되는 온도 이하인 경우에는 상기 응축수조절밸브(420)를 개방시켜 응축수를 배출시켜줌으로써 증기에 의해 온도가 상승되도록 하고, 측정된 열매체의 온도가 요구되는 온도 이상인 경우에는 상기 응축수조절밸브(420)를 닫음으로써 온도를 하강시키게 된다.

상기 응축수조절밸브(420)의 전후에는 이물질을 걸러기 위한 스트레이너(421)와 유지보수를 위한 개폐밸브(422,423)가 설치되고, 배관정비시 증기를 바이패스(By-pass)시키기 위해 바이패스라인(424)상에 개폐밸브(425)가 설치된다.

상기 리턴라인(410)을 통해 이송된 응축수는 압력탱크(400)에 저장되는데, 상기 압력탱크(400)는 밀폐형 압력탱크로 구성된다.

상기 압력탱크(400)에는 내부 압력을 측정하기 위한 압력센서(431)가 설치되 고, 상기 압력센서(431)는 압력제어장치(430)에 연결된다.

상기 압력탱크(400)에는 내부 압력이 일정압을 초과할 경우 초과압을 배출시켜 일정압을 유지하기 위해 제1압력조절밸브(432)가 설치되는데, 상기 제1압력조절밸브(432)는 대기압과 연통될 수 있도록 보충수탱크(500)에 연결설치되며, 상기 압력센서(431)의 신호를 수신받은 압력제어장치(430)에 의해 개폐가 제어된다.

한편, 상기 압력탱크(400)와 공급라인(110) 사이에는 압력탱크(400)의 내부 압력이 적정압에 부족할 경우 부족한 압력을 보충하기 위해 제2압력조절밸브(433)가 설치된다. 상기 제2압력조절밸브(433)는 압력센서(431)의 신호를 수신받은 압력제어장치(430)에 의해 개폐가 제어된다.

상기 압력탱크(400)에 저장된 응축수는 응축수이송펌프(440)에 의해 증기보일러(100)로 공급되어 증기 생성에 재이용된다. 상기 응축수이송펌프(440)의 전후에는 이물질을 걸러기 위한 스트레이너(441), 유지보수를 위한 개폐밸브(442,443)가 각각 설치된다. 상기 응축수이송펌프(440)에서 증기보일러(100)로 공급되는 물의 압력(P4)이 공급라인(110)상의 압력(P1)보다 약 30%정도 높게 되도록 응축수이송펌프(440)의 용량을 결정하는 것이 바람직하다.

한편 상기 압력탱크(400)와 증기보일러(100) 사이에는 물을 보충하기 위한 보충수탱크(500)가 설치된다. 상기 보충수탱크(500)는 상부에 대기와 연결된 대기구(510)가 형성되고, 보충수를 공급하기 위한 보충수공급라인(520)이 연결된다.

상기 보충수탱크(500)의 보충수는 보충수이송펌프(530)에 의해 증기보일러(100)로 공급되고, 상기 보충수이송펌프(530)의 전후에는 스트레이너(531)와 개폐 밸브(532,533)가 설치된다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명은 대기구(510)를 통해 대기에 개방된 보충수탱크(500)를 제외하고는 내부에 일정한 압력이 형성되는 밀폐형 시스템이 되는데, 상기 공급라인(110)을 통해 열교환기(200)로 공급되는 증기 압력(P1,P2)과 상기 열교환기(200)를 통과한 응축수가 저장된 압력탱크(400)의 압력(P5)과의 차이를 최대한 줄임으로써 열에너지의 손실이 방지되도록 구성된 것이다.

즉, 상기 증기보일러(100)에서 공급되는 증기의 압력(P1)은 열교환기(200) 입구까지 동일한 압력(P2)으로 유지되고, 압력탱크(400)의 압력(P5)은 증기보일러(100)에서 공급되는 압력(P1)의 약 70% 수준을 유지하게 된다. 이에 따라 필요한 열매체 온도가 약 150℃일 경우 회수된 응축수의 온도는 약 120~130℃ 정도가 되어 온도의 하락에 의한 열에너지 손실을 줄여 에너지가 절감되는 시스템이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 밀폐형 증기보일러의 제어시스템에 의하면, 스팀트랩을 없애고 응축수제어장치와 연결된 응축수조절밸브를 구비하여 응축수 양을 실시간으로 조절할 수 있는 밀폐형 시스템을 구비함으로써 스팀트랩의 잦은 고장으로 인한 유지보수비용이 증가하는 것을 방지하고, 응축수의 온도하락과 재증발로 인한 에너지 손실을 방지할 수 있으며, 배관 등 계 내부를 대기공기와 차단시켜 배관의 산화방지는 물론 기존의 증기배관에 필요한 각종 기기들을 간소화시켜 초기 투자비를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 버너의 연소열에 의해 물을 가열 증발시켜 증기를 발생시키는 증기보일러, 상기 증기보일러로부터 공급된 증기와 열매체 간에 열교환이 이루어지는 열교환기, 상기 열교환기를 통과한 열매체의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 포함하여 이루어진 밀폐형 증기보일러의 제어시스템에 있어서,

   상기 열교환기에 발생된 응축수의 배출을 조절하기 위한 응축수조절밸브;

   상기 온도센서로부터 측정된 온도데이터를 수신받아 상기 응축수조절밸브의 개폐를 실시간으로 제어하는 응축수제어장치;

   상기 응축수조절밸브를 통과한 응축수가 저장되는 압력탱크;

   상기 압력탱크의 압력을 측정하기 위한 압력센서;

   상기 압력탱크의 압력을 감소시키기 위한 제1압력조절밸브;

   상기 압력탱크의 압력을 보충하기 위한 제2압력조절밸브;

   상기 압력센서의 데이터를 수신받아 상기 제1압력조절밸브 및 제2압력조절밸브의 개폐를 제어하는 압력제어장치;

   상기 증기보일러에 공급하기 위한 보충수가 저장되고, 상부가 대기에 개방되고, 상기 제1압력조절밸브에 연결된 보충수탱크;

   를 더 포함한 것을 특징으로 하는 밀폐형 증기보일러의 제어시스템.

Images