KR101657877B1

KR101657877B1 - 산업용 보일러 시스템

Info

Publication number: KR101657877B1
Application number: KR1020150030205A
Authority: KR
Inventors: 김정곤
Original assignee: 김정곤
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-19

Abstract

본 발명은 산업용 보일러 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 설정된 내부압력에 따라 자동으로 운전을 온(ON)/오프(OFF) 하도록 되어 있고, 화염에 의해 물을 고온고압의 증기상태로 가열하는 버너를 구비하고, 상기 버너의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 연도가 설치되어 있는 보일러; 순환펌프에 의해 상기 보일러에 물을 급수하며, 상기 보일러에서 발생된 증기가 열교환영역을 거친 후 회수되는 응축수탱크; 상기 응축수탱크로부터 공급되는 미응축 증기를 상기 응축수탱크로부터 공급되는 응축수 또는 외부 급수원으로부터 공급되는 냉수를 이용해 응축시키고, 상기 미응축 증기가 응축된 응축수를 외부로 배출하는 오버플로우 배출구를 갖는 보조열교환기; 상기 응축수탱크로부터 상기 보조열교환기로 상기 응축수탱크 내부의 응축수를 공급하는 제1라인과, 상기 보조열교환기로부터 상기 응축수탱크로 상기 미응축 증기와의 열교환이 완료된 응축수를 회수하는 제2라인을 갖는 응축수 순환라인; 상기 제1라인에 연결되고, 상기 외부 급수원으로부터 냉수를 상기 응축수 순환라인으로 공급하는 냉수라인; 상기 제1라인에 설치되어 상기 응축수 순환라인을 따라 응축수를 순환시키는 응축수펌프; 상기 응축수탱크 내의 응축수의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 제1라인과 상기 냉수라인의 연결지점에 제공되고, 상기 온도센서에서 감지한 응축수의 온도에 따라 상기 보조열교환기로 공급되는 급수원을 변경하는 급수원 변경밸브를 포함하고, 상기 응축수탱크로부터 발생된 상기 미응축 증기는 상기 연도로 공급되지 않도록 구성된 산업용 보일러 시스템이 제공될 수 있다.

Description

산업용 보일러 시스템{Industrial vapor boiler system}

본 발명은 용량이 크고 열효율이 높아 주로 공장이나 대형 빌딩 또는 아파트 단지 등의 중앙난방용 등으로 사용되는 산업용 보일러 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 응축수탱크의 상부에 잔존하는 증기를 추가적인 열교환을 통해 완전히 응축시킴으로써 보일러의 열효율과 연소효율을 향상시키고 수명도 연장시킬 수 있도록 된 산업용 보일러 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 대형 빌딩이나 아파트 단지 등의 중앙난방시설이나 공장 등의 산업시설에서는 고온의 증기 또는 온수를 대량으로 공급하여야 하는 바, 대용량 고효율의 산업용 보일러가 요구된다.

도 1에는 이와 같은 대용량의 산업용 보일러 시스템을 개략적으로 도시하고 있다. 보일러(1)가 가동되면 버너(도시하지 않음)에서 화염이 발생됨과 동시에 급수라인(3)에 설치된 순환펌프(4)에 의해 응축수탱크(2)내의 물이 보일러(1)로 공급된다.

이때, 보일러(1)에서 발생된 연소가스는 연도(5)를 통해 외부로 배기되고, 버너에 의해 고온고압의 증기상태로 가열된 물은 배출라인(6)을 따라 소정경로의 열교환영역(7)로 공급된다.

열교환영역(7)으로 공급된 고온의 증기는 이들을 지나면서 열교환 작용으로 응축되고, 이렇게 응축된 응축수(W)는 회수라인(8)을 통해 다시 응축수탱크(2)로 유입되는 사이클이 지속적으로 이루어지는 시스템으로 구성되어 있다.

한편, 이와 같은 산업용 보일러 시스템에서 있어서, 소정의 열교환영역(7)을 거쳐 응축수탱크(2)로 유입되는 응축수(W) 중 일부는 열교환영역(7)의 상태에 따라 완전히 응축되지 못하고 저온의 증기상태로 회수되어 응축수탱크(2)내의 상층부에 증기(V) 상태로 잔존하는 현상이 발생되고 있다.

이러한 미응축 증기(V)는 외부로 배출하여도 무방하지만, 예컨대 도심지에 위치하고 있는 대형빌딩의 경우에는 외부로 배출시킬 경우 행인의 불안감을 유발시키고 자칫 화상의 우려도 상존하기 때문에 외부배출을 지양하고 있으며, 실내배출 또한 보일러실의 시야를 흐리고 다른 기기들의 오작동과 부식을 야기하는 등의 문제로 적절한 해결책이 될 수 없었다.

이에 따라 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 응축수탱크(2)의 상부를 별도의 배기라인(9)를 통해 보일러(1)의 연도(5)에 연결하여 응축수탱크(2)의 상층부에 잔존하는 미응축 증기(V)가 보일러(1)의 연소가스에 의해 완전히 기화되어 연소가스를 따라 연도(5)를 통해 배출되도록 하는 구성이 일반적으로 사용되고 있다.

그런데, 보일러(1)는 지속적으로 운전할 경우 압력증가로 인해 폭발 등의 우려가 있기 때문에 일반적으로 일정압력에 도달하면 자동으로 운전이 중단되었다가 다시 소정압력으로 떨어질 경우 재가동되는 구성을 가지는 바, 연도(5)로 유입된 응축수탱크(2)내의 미응축 증기(V)가 외부로 배기되지 못하고 오히려 가동중단 상태인 보일러(1)의 내부로 역류하여 여러가지 문제를 야기하였다.

즉, 보일러(1)는 그 내부압력에 따라 자동으로 운전과 중단을 반복하지만, 이 때에도 증기는 지속적으로 순환이 이루어지기 때문에 보일러(1)가 중단상태일 때 연도(5)로 유입된 미응축 증기(V)가 공기보다 큰 비중으로 인해 보일러(1)의 내부로 유입되는 것이며, 그 중 일부는 응결되기도 하는 것이다. 이로 인해 보일러(1)의 내부가 쉽게 부식되는 현상이 발생되고 있으며, 특히 보일러(1)의 가동 중단상태에서 유입된 미응축 증기(V)가 연도(5)와 보일러(1)내에 가득 채워져 있어 보일러(1)가 재가동되더라도 그 화염과 연소가스가 분출되지 못하고 역류하게 됨으로써 버너와 보일러(1) 및 연도(5) 등의 부식을 가중시켜 수명을 크게 단축시키게 되는 문제가 있었다.

또한, 미응축 증기(V)와 응결수에 의해 불완전연소가 발생되어 그을음과 일산화탄소(CO)의 발생량이 많아지고, 심한 경우 폭발의 우려도 있어 보일러(1)의 안전성을 담보하기 곤란하였으며, 연소 및 열효율은 저하되면서 연료비는 증가하는 문제도 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 응축수탱크 내에 잔존하는 미응축 증기가 보일러의 내부로 유입되는 것을 확실하게 방지하면서 응축수탱크로 회수된 미응축 증기를 완전히 응축시킴으로써 미응축 증기의 유입으로 인한 버너와 보일러 및 연도 등의 부식손상을 최소화 할 수 있는 산업용 보일러 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 미응축 증기의 유입으로 인한 보일러의 연소폭발 및 열효율 저하를 방지하고, 연료비 증가와 CO가스 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 산업용 보일러 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 설정된 내부압력에 따라 자동으로 운전을 온(ON)/오프(OFF) 하도록 되어 있고, 화염에 의해 물을 고온고압의 증기상태로 가열하는 버너를 구비하고, 상기 버너의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 연도가 설치되어 있는 보일러; 순환펌프에 의해 상기 보일러에 물을 급수하며, 상기 보일러에서 발생된 증기가 열교환영역을 거친 후 회수되는 응축수탱크; 상기 응축수탱크로부터 공급되는 미응축 증기를 상기 응축수탱크로부터 공급되는 응축수 또는 외부 급수원으로부터 공급되는 냉수를 이용해 응축시키고, 상기 미응축 증기가 응축된 응축수를 외부로 배출하는 오버플로우 배출구를 갖는 보조열교환기; 상기 응축수탱크로부터 상기 보조열교환기로 상기 응축수탱크 내부의 응축수를 공급하는 제1라인과, 상기 보조열교환기로부터 상기 응축수탱크로 상기 미응축 증기와의 열교환이 완료된 응축수를 회수하는 제2라인을 갖는 응축수 순환라인; 상기 제1라인에 연결되고, 상기 외부 급수원으로부터 냉수를 상기 응축수 순환라인으로 공급하는 냉수라인; 상기 제1라인에 설치되어 상기 응축수 순환라인을 따라 응축수를 순환시키는 응축수펌프; 상기 응축수탱크 내의 응축수의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 제1라인과 상기 냉수라인의 연결지점에 제공되고, 상기 온도센서에서 감지한 응축수의 온도에 따라 상기 보조열교환기로 공급되는 급수원을 변경하는 급수원 변경밸브를 포함하고, 상기 응축수탱크로부터 발생된 상기 미응축 증기는 상기 연도로 공급되지 않도록 구성된 산업용 보일러 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 보조열교환기가, 상기 드레인콕을 갖는 응축챔버와, 상기 응축챔버내에 수용되어 상기 응축수탱크내의 미응축 증기가 유입되는 응축슬리브와, 상기 응축슬리브를 감싸도록 설치되며 상기 응축수 순환라인과 연결되어 상기 응축수탱크내의 응축수가 순환하는 응축코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 산업용 보일러 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 오버플로우 배출구가 상기 응축수탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 산업용 보일러 시스템이 제공될 수 있다.

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이와 같은 본 발명에 의한 산업용 보일러 시스템에 의하면, 응축수탱크내의 상층부에 잔존하는 일부 미응축 증기를 응축수탱크내의 응축수를 이용하여 간편하고 확실하게 완전 응축시킬 수 있게 되므로 종래와 같이 보일러의 연소가스가 배기되는 연도로 미응축 증기를 배기시키지 않아도 된다. 따라서 보일러가 가동중단된 상태에서 미응축 증기가 보일러의 연도를 통해 보일러 내부로 역류하는 불합리한 현상을 확실하게 방지할 수 있게 된다.

이에 따라 버너와 보일러 및 연도 등의 부식손상을 최소화시켜 보일러의 수명을 연장시킬 수 있고, 미응축 증기의 충전으로 인한 보일러의 연소 및 열효율 저하와 연료비 증가를 효과적으로 억제할 수 있음은 물론, 미응축 증기로 인한 보일러의 불완전연소와 그을음 및 CO의 발생 등도 최소화 할 수 있게 된다.

그러므로 본 발명은, 산업용 보일러 시스템의 유지보수비용 절감과 수명연장및 안전성 향상 등에 크게 기여하는 매우 우수한 효과가 있다.

도 1은 일반적인 산업용 보일러 시스템을 개략적으로 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 의한 산업용 보일러 시스템의 보조 응축장치를 개략적으로 도시한 블록도,
도 3은 본 발명 보조 응축장치의 보조열교환기를 발췌하여 도시한 단면도,
도 4는 본 발명 보조 응축장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 발췌 블록도,
도 5는 본 발명 보조 응축장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 발췌 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 산업용 보일러 시스템의 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2에서, 산업용 보일러 시스템은 버너(도시하지 않음)를 구비하여 화염에 의해 물을 고온고압의 증기상태로 가열하는 보일러(10)와, 이 보일러(10)에서 가열 배출된 증기가 이동하면서 열교환작용을 통해 응축되는 소정경로의 열교환영역(50)과, 이 열교환영역(50)에서 응축된 응축수(W)가 회수되는 응축수탱크(20) 및 이 응축수탱크(20)내의 응축수(W)를 보일러(10)로 공급해주는 순환펌프(31)를 포함하여 구성된다.

보일러(10)에는 버너의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 연도(11)가 설치되어 있고, 가열된 증기(V)를 열교환영역(50)으로 유도하는 배출라인(40)이 연결되어 있다. 보일러(10)는 압력증가로 인한 폭발의 위험을 방지하기 위해 설정된 내부압력에 따라 자동으로 운전을 온(ON)/오프(OFF) 하도록 되어 있다.

응축수탱크(20)는 열교환영역(50)과 회수라인(60)으로 연결되어 열교환영역(50)에서 응축된 응축수(W)가 유입되며, 보일러(10)와 순환펌프(31)를 갖는 급수라인(30)으로 연결되어 회수된 응축수(W)를 보일러(10)에 공급한다.

한편, 보일러(10)에서 배출된 후 열교환영역(50)을 거쳐 응축수탱크(20)로 회수되는 응축수(W) 중 일부는 열교환영역(50)의 상태 등에 따라 일부가 완전히 응축되지 못하고 저온의 증기상태로 회수되어 응축수탱크(20)의 내부 상층부에 잔존하게 된다.

이러한 미응축 증기(V)를 연도로 배출시킬 경우 보일러(10)의 가동효율을 저하시키는 등 여러 문제를 야기하기 때문에 적절히 제거하지 않으면 안 되며, 본 발명의 보조 응축장치는 이와 같이 응축수탱크(20)내에 잔존하는 미응축증기(V)를 완전히 응축시키기 위한 것이다.

보조 응축장치는 응축수탱크(20)내에 잔존하는 미응축증기(V)가 유입되는 보조열교환기(70)와, 이 보조열교환기(70)와 응축수탱크(20) 사이에서 응축수(W)를 순환시키는 응축수펌프(83)를 구비하여, 미응축증기(V)를 응축수(W)와의 열교환으로 응축시키도록 되어 있다.

보조열교환기(70)는 여러 가지 형태로 구성될 수 있는데, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 드레인콕(72)를 갖는 응축챔버(71)와, 이 응축챔버(71)내에 수직으로 삽입되어 미응축증기(V)를 응축챔버(71)내로 유도하는 응축슬리브(73) 및 이 응축슬리브(73)를 감싸도록 설치되어 응축수탱크(20)내의 응축수(W)가 순환하는 응축코일(74)로 이루어질 수 있다.

응축챔버(71)의 측면 상부에는 응축수가 자연배출될 수 있도록 오버플로우 배출구(75)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 오버플로우 배출구(75)는 선단이 노출되어 응축수가 외부 바닥 등으로 떨어지도록 구성할 수도 있고, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 응축수탱크(20)와 연결되어 미응축증기(V)가 응축된 응축수도 응축수탱크(20)로 재차 회수할 수 있도록 구성할 수도 있다.

응축슬리브(73)는 응축수탱크(20)의 상부와 증기공급라인(90)으로 연결되어 응축챔버(71) 내부로 미응축증기(V)를 유도한다.

응축코일(74)은 하단이 응축수 순환라인(80)의 제1라인(81)을 통해 응축수탱크(20)의 하부와 연결되고, 그 상단이 응축수 순환라인(80)의 제2라인(82)을 통해 응축수탱크(20)의 상부와 연결되어 상호간에 폐회로를 구성하며, 제1라인(81)에 설치된 응축수펌프(83)에 의해 응축수(W)가 순환된다.

이와 같은 구조적 특징을 가지는 본 발명에 의한 산업용 보일러 시스템은, 응축수탱크(20)의 내부 상층부에 잔존하는 미응축 증기(V)가 증기공급라인(90)을 통해 보조열교환기(70)의 응축슬리브(73)로 유도됨과 동시에 응축수펌프(83)에 의해 응축수탱크(20)내의 응축수(W)가 보조열교환기(70)의 응축코일(74)과의 사이에서 순환하게 된다.

그러면, 미응축 증기(V)가 응축수(W)와의 열교환으로 응축되어 그 응축수가 응축챔버(71)내에 채우지게 되며, 이와 같이 응축챔버(71)에 채워진 응축수는 드레인콕(72)를 통해 배출시킬 수도 있고, 응축량이 많을 경우 오버플로우 배출구(75)를 통해 외부로 배출된다. 이 때, 오버플로우 배출구(75)가 응축수탱크(20)에 연결된 경우에는 미응축 증기(V)의 응축수가 다시 응축수탱크(20)로 회수된다.

따라서 종래와 같이 응축수탱크(20)내에 잔존하는 미응축 증기(V)의 처리를 위해 응축수탱크(20)를 보일러(10)의 연도(11)에 연결할 필요가 없으면서도 미응축 증기(V)를 효과적으로 제거할 수 있으며, 보일러(10)의 가동중단 시 미응축 증기(V)가 보일러(10)의 연도(11)를 통해 보일러(10) 내부로 역류함으로써 야기되는 버너의 부식 손상 등 갖가지 문제점을 확실하게 방지할 수 있게 된다.

이는 결국, 산업용 보일러의 연소 및 열효율 저하와 연료비 증가를 해결할 수 있게 함은 물론 보일러(10)의 수명을 연장시키고, 미응축 증기(V)로 인한 불완전연소와 폭발의 위험도 제거할 수 있어 산업용 보일러의 안전성과 신뢰성 제고에 큰 효과를 발휘하게 된다.

한편, 도 5에는 본 발명에 의한 산업용 보일러 시스템 보조 응축장치의 또 다른 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.

이 실시예는 전술한 실시예의 구성에서, 응축수 순환라인(80)의 제1라인(81)에 응축수펌프(83)의 직전에 위치하도록 냉수라인(120)이 더 연결된 급수원 변경밸브(100)가 더 설치되고, 이 급수원 변경밸브(100)가 응축수탱크(20)내의 응축수(W)의 온도를 감지하는 온도센서(110)의 신호에 의해 제어되도록 한 구성이다.

즉, 보일러(10)에서 가열 배출된 후 열교환영역(50)를 거치면서 응축되어 응축수탱크(20)로 회수되는 응축수(W)는 대략 60℃ 정도이고, 미응축 증기(V)의 경우 80~100℃인데, 간혹 예기치 못한 상황으로 응축수(W)의 온도가 그보다 높을 경우가 발생될 수 있는 바, 이 경우 미응축 증기(V)의 확실한 응축을 위해 급수원 변경밸브(100)를 통해 응축수탱크(20)의 응축수(W) 대신 외부 급수원으로부터 냉수를 보조열교환기(70)의 응축코일(74)에 순환시키는 것이다.

이러한 구성의 실시예 역시 전술한 실시예와 마찬가지의 작용효과를 가지는 바, 편의상 중복설명은 생략하기로 한다.

10 : 보일러 11 : 연도
20 : 응축수탱크 30 : 급수라인
31 : 순환펌프 50 ; 열교환영역
70 : 보조열교환기 71 : 응축챔버
72 : 드레인콕 73 : 응축슬리브
74 : 응축코일 75 : 오버플로우 배출구
80: 응축수 순환라인 81 : 제1라인
82 : 제2라인 83 : 응축수펌프
90 : 증기공급라인 100 : 급수원 변경밸브
110 : 온도센서 120 ; 냉수라인

Claims

설정된 내부압력에 따라 자동으로 운전을 온(ON)/오프(OFF) 하도록 되어 있고, 화염에 의해 물을 고온고압의 증기상태로 가열하는 버너를 구비하고, 상기 버너의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 연도가 설치되어 있는 보일러;
순환펌프에 의해 상기 보일러에 물을 급수하며, 상기 보일러에서 발생된 증기가 열교환영역을 거친 후 회수되는 응축수탱크;
상기 응축수탱크로부터 공급되는 미응축 증기를 상기 응축수탱크로부터 공급되는 응축수 또는 외부 급수원으로부터 공급되는 냉수를 이용해 응축시키고, 상기 미응축 증기가 응축된 응축수를 외부로 배출하는 오버플로우 배출구를 갖는 보조열교환기;
상기 응축수탱크로부터 상기 보조열교환기로 상기 응축수탱크 내부의 응축수를 공급하는 제1라인과, 상기 보조열교환기로부터 상기 응축수탱크로 상기 미응축 증기와의 열교환이 완료된 응축수를 회수하는 제2라인을 갖는 응축수 순환라인;
상기 제1라인에 연결되고, 상기 외부 급수원으로부터 냉수를 상기 응축수 순환라인으로 공급하는 냉수라인;
상기 제1라인에 설치되어 상기 응축수 순환라인을 따라 응축수를 순환시키는 응축수펌프;
상기 응축수탱크 내의 응축수의 온도를 감지하는 온도센서; 및
상기 제1라인과 상기 냉수라인의 연결지점에 제공되고, 상기 온도센서에서 감지한 응축수의 온도에 따라 상기 보조열교환기로 공급되는 급수원을 변경하는 급수원 변경밸브를 포함하고,
상기 응축수탱크로부터 발생된 상기 미응축 증기는 상기 연도로 공급되지 않도록 구성된 산업용 보일러 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 보조열교환기가,
응축수의 배출을 위한 드레인콕을 갖는 응축챔버와,
상기 응축챔버내에 수용되어 상기 응축수탱크내의 미응축 증기가 유입되는 응축슬리브와,
상기 응축슬리브를 감싸도록 설치되며 상기 응축수 순환라인과 연결되어 상기 응축수탱크내의 응축수가 순환하는 응축코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 산업용 보일러 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 오버플로우 배출구가 상기 응축수탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 산업용 보일러 시스템.
삭제