🔥보일러 효율 극대화의 비밀: 블로우다운의 모든 것과 완벽한 해결 방법!

🔥보일러 효율 극대화의 비밀: 블로우다운의 모든 것과 완벽한 해결 방법!

 

💧목차

1. 블로우다운이란 무엇이며, 왜 필요한가요?
   • 보일러 블로우다운의 정의와 목적
   • 블로우다운을 하지 않았을 때의 문제점
2. 보일러 블로우다운의 종류와 원리
   • 표면 블로우다운 (연속 블로우다운)
   • 저면 블로우다운 (간헐 블로우다운)
3. 최적의 블로우다운 방법 및 절차
   • 수질 관리를 통한 블로우다운 기준 설정
   • 자동 블로우다운 시스템의 활용
   • 수동 블로우다운 시의 안전 수칙
4. 블로우다운 관련 문제점 및 해결 방법
   • 과도한 블로우다운으로 인한 에너지 손실 해결
   • 불충분한 블로우다운으로 인한 스케일 및 슬러지 문제 해결
   • 블로우다운 폐수 처리 및 환경 규제 준수

1. 블로우다운이란 무엇이며, 왜 필요한가요?

보일러 블로우다운의 정의와 목적

보일러 블로우다운(Boiler Blowdown)이란, 보일러 가동 중 증발 과정에서 농축되는 고형물질(TDS, Total Dissolved Solids), 부유물질(TSS, Total Suspended Solids), 그리고 기타 불순물(슬러지, 스케일 유발 성분 등)을 보일러 드럼의 특정 위치를 통해 주기적 또는 지속적으로 외부로 배출하는 행위를 의미합니다.

핵심 목적은 다음과 같습니다.

1. 수질 관리 및 농도 제어: 보일러수의 불순물 농도가 일정 기준(일반적으로 TDS)을 초과하지 않도록 유지하여 증기 품질을 보존하고 캐리오버(Carryover) 현상을 방지합니다.
2. 보일러 보호: 보일러 튜브나 전열면에 스케일(Scale)이나 슬러지(Sludge)가 침착되는 것을 막아 열효율 저하 및 과열로 인한 손상을 예방합니다. 특히 스케일은 열전달을 방해하여 연료 소비를 증가시키고 튜브 파손의 원인이 될 수 있습니다.

블로우다운을 하지 않았을 때의 문제점

블로우다운을 적절하게 수행하지 않으면 다음과 같은 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.

• 열효율 저하 및 연료비 증가: 보일러 내부에 불순물이 농축되어 스케일로 변하면, 이 스케일은 단열재 역할을 하여 열전달 효율을 급격히 떨어뜨립니다. 결과적으로 원하는 증기를 생산하기 위해 더 많은 연료를 투입해야 합니다.
• 보일러 손상 및 수명 단축: 스케일이 두꺼워지면 해당 부분의 금속 온도가 상승하여 과열 및 튜브 파열 위험이 높아집니다.
• 증기 품질 저하(캐리오버): 보일러수의 고형물 농도가 높아지면 증기 발생 시 미세한 물방울과 함께 불순물이 증기 라인으로 유입되는 캐리오버 현상이 발생합니다. 이는 증기 사용 설비(터빈, 열교환기 등)의 부식, 스케일링, 성능 저하를 유발합니다.
• 수위 변동 문제: 슬러지 및 고형물 농축은 수위 제어 장치(레벨 게이지, 프로브)의 오작동을 일으켜 안전 문제를 야기할 수 있습니다.

2. 보일러 블로우다운의 종류와 원리

블로우다운은 크게 두 가지 방식으로 구분되며, 각각 다른 목적을 가지고 수행됩니다.

표면 블로우다운 (연속 블로우다운)

• 원리: 보일러 운전 중 지속적으로 수면 근처의 물을 배출하는 방식입니다. 용해성 고형물(TDS)은 증발 시 수면에 집중적으로 농축되는 경향이 있으므로, 수면 바로 아래에 위치한 파이프(스킴머)를 통해 농축된 물을 연속적으로 배출하여 보일러수의 TDS 농도를 일정하게 유지합니다.
• 주요 목적: 보일러수의 TDS 농도 제어를 통한 증기 품질 유지 및 캐리오버 방지.
• 특징: 배출량 조절 밸브(니들 밸브 등)를 통해 매우 소량씩 연속적으로 배출하므로, 보일러 부하 변동에 따라 자동으로 유량을 조절하는 자동 연속 블로우다운 시스템이 가장 효율적입니다.

저면 블로우다운 (간헐 블로우다운)

• 원리: 보일러 드럼의 가장 낮은 지점(바닥)에 있는 배출 밸브를 통해 일정 시간 간격으로 많은 양의 물을 한 번에 배출하는 방식입니다. 비중이 무거운 불용성 부유물질(슬러지, 미세 고형물)은 자연적인 침전 작용으로 인해 보일러 바닥에 모이게 됩니다.
• 주요 목적: 보일러 바닥에 침전된 슬러지 및 고형 부유물질 제거를 통한 열전달 면 보호.
• 특징: 일반적으로 하루에 한 번 또는 교대 근무조별로 짧은 시간(수 초~수 분) 동안 급격하게 밸브를 열고 닫아 물의 흐름을 이용해 슬러지를 밀어냅니다. 이는 수동으로 이루어지는 경우가 많으며, 보일러 부하가 낮을 때(예: 아침 시동 전) 수행하는 것이 가장 효과적입니다.

3. 최적의 블로우다운 방법 및 절차

최적의 블로우다운은 최소한의 에너지 손실로 최적의 수질을 유지하는 것입니다.

수질 관리를 통한 블로우다운 기준 설정

블로우다운 양을 결정하는 가장 과학적인 방법은 보일러수의 수질 분석 결과를 기준으로 삼는 것입니다.

• TDS 측정: 증기 보일러의 경우, 보통 전도도(Conductivity) 측정을 통해 TDS 농도를 간접적으로 파악합니다. 일반적으로 저압 보일러(10 Bar 이하)는 3,000 ~ 7,000 ppm(또는 $\mu S/cm$) 이하, 중압 보일러(10~20 Bar)는 1,000 ~ 3,000 ppm 이하 등 보일러 압력과 제작사 기준에 맞는 최대 허용 TDS 농도를 설정하고 이 기준을 초과하지 않도록 연속 블로우다운 유량을 조정합니다.
• 알칼리도/pH: 부식 방지 및 스케일 억제를 위해 pH와 알칼리도(P-알칼리도, M-알칼리도)를 측정하여 약품 주입량과 블로우다운 기준을 보완적으로 설정합니다.

자동 블로우다운 시스템의 활용

자동 연속 블로우다운 시스템(Automatic Continuous Blowdown System)은 가장 효율적인 해결 방법입니다.

1. 원리: 보일러 드럼에 설치된 전도도 센서(TDS 측정)가 보일러수의 실시간 농도를 측정합니다.
2. 제어: 농도가 설정된 상한 기준치(Set Point)를 초과하면, 제어기가 연속 블로우다운 라인의 자동 밸브(모터 구동 또는 공압식)를 열어 블로우다운을 시작합니다.
3. 정지: 농도가 하한 기준치 이하로 떨어지면 밸브를 닫아 블로우다운을 중단하거나 유량을 줄입니다.
4. 효율성: 이 시스템은 필요한 만큼만 물을 배출하므로, 수동 또는 타이머 방식의 블로우다운에 비해 수자원 및 에너지 손실을 최소화할 수 있습니다.

수동 블로우다운 시의 안전 수칙

저면 블로우다운과 같이 수동으로 블로우다운을 수행할 때는 반드시 안전을 최우선으로 해야 합니다.

• 보호 장비 착용: 고온의 물이 배출되므로 보호 장갑, 보안경 등을 착용합니다.
• 천천히 밸브 개폐: 저면 블로우다운 시 밸브를 너무 급격하게 열면 보일러 내부에서 급격한 압력 강하가 발생하여 수위에 영향을 줄 수 있습니다. 밸브를 완전히 열었다가 수 초 후에 빠르게 닫는 방식으로 슬러지를 효과적으로 제거하되, 급격한 압력 변화를 피해야 합니다.
• 수위 확인: 블로우다운 전후에 수위를 반드시 확인하여 수위 저하로 인한 위험을 방지해야 합니다.

4. 블로우다운 관련 문제점 및 해결 방법

과도한 블로우다운으로 인한 에너지 손실 해결

블로우다운은 고온의 보일러수를 버리는 행위이므로, 에너지 손실이 불가피합니다.

• 문제: 필요 이상으로 많은 양을 블로우다운하면(예: 낮은 TDS 기준 설정, 긴 시간 수동 배출) 막대한 열에너지가 폐수와 함께 버려지게 됩니다.
• 해결 방법:
  • 블로우다운 열 회수 장치(Blowdown Heat Recovery System) 설치: 배출되는 고온의 블로우다운수를 플래시 탱크(Flash Tank)로 보내 압력을 낮춰 저압 증기를 회수하거나, 열교환기를 통해 보충수 또는 급수를 예열하는 데 사용합니다. 이 방법은 에너지 손실을 최대 90%까지 줄일 수 있습니다.
  • TDS 농도 기준 최적화: 정확한 수질 분석을 통해 보일러 제작사의 허용 기준 내에서 최대한 높은 TDS 기준을 설정하여 블로우다운 횟수와 양을 최소화합니다.
  • 자동 연속 블로우다운 시스템 사용: 앞서 언급했듯이, 불필요한 배출을 막아 에너지 손실을 최소화합니다.

불충분한 블로우다운으로 인한 스케일 및 슬러지 문제 해결

• 문제: 블로우다운이 부족하면 스케일과 슬러지 침착이 발생하여 열효율 저하, 튜브 과열, 증기 품질 저하 등을 유발합니다.
• 해결 방법:
  • 수처리 약품 관리 강화: TDS, 알칼리도 등 수질 기준을 맞추기 위한 약품(경도 성분 침전 및 분산을 위한 인산염 계열, 슬러지 분산제 등)의 투입량을 정밀하게 조정합니다.
  • 블로우다운 프로그램 재검토: 연속 블로우다운의 TDS 기준을 재확인하고, 저면 블로우다운의 주기(하루 1회 또는 2회)와 시간을 늘립니다.
  • 전문가 진단 및 화학 세정: 이미 심각한 스케일이 발생한 경우, 보일러를 정지하고 화학 약품을 이용한 산 세정(Acid Cleaning) 작업을 전문가에게 의뢰하여 스케일을 제거해야 합니다. 이는 보일러의 수명을 연장하고 효율을 복구하는 근본적인 조치입니다.

블로우다운 폐수 처리 및 환경 규제 준수

• 문제: 블로우다운 폐수는 고온이며, 수처리 약품(방청제, 스케일 억제제 등)이 포함되어 있어 환경 규제(수온, pH, 특정 유해 물질 배출 기준 등)를 위반할 수 있습니다.
• 해결 방법:
  • 온도 냉각: 블로우다운 폐수는 직접 하수도로 배출하기 전에 냉각 탱크(Blowdown Receiver/Tank) 또는 열회수 장치를 통해 반드시 60℃ 이하(지역별 규정 상이)로 냉각시켜야 합니다. 고온 배수는 배수 시스템과 환경에 심각한 영향을 미칩니다.
  • pH 중화: 폐수의 pH가 너무 높거나 낮으면 중화 시설을 통해 허용 범위(일반적으로 5.8 ~ 8.6) 내로 조절해야 합니다.
  • 폐수 분석 및 처리: 사용하는 약품의 성분을 확인하고, 필요에 따라 폐수 처리 시설을 통해 규제 기준을 충족하는지 정기적으로 분석해야 합니다.

블로우다운은 단순히 물을 버리는 행위가 아니라, 보일러의 안전, 효율, 수명을 좌우하는 핵심 운전 기술입니다. 정확한 수질 관리와 자동화 시스템, 그리고 열 회수 장치를 통합하는 것이 최적의 블로우다운 해결 방법이며, 이는 곧 장기적인 에너지 절감과 친환경적인 보일러 운용의 초석이 됩니다.