1. 보일러의 개요
보일러란 밀폐된 용기 속에 물 또는 열매체를 넣고 가열하여 대기압보다 높은 온수나 증기를 발생시켜 산업용이나 난방용으로 사용하는 기관이며 현재 가정, 빌딩 등에서 다목적으로 활용된다.
(1) 보일러의 3대 구성
보일러는 크게 나누어 다음과 같이 3대 요소로 구성된다.
① 보일러 본체 (기관본체) : 실제로 증기 또는 열을 발생시키는 부분
② 부속설비 (부대장치)
③ 연소장치 (연소열 발생장치) : 화염(불꽃) 및 고온의 연소가스가 발생하는 부분
* 보일러 본체의 증기부가 크면
① 건조증기의 취출에 의한 응축수량의 감소로 수격작용 방지, 관의 부식 방지, 증기저항이 감소된다.
② 기수공발이 방지되어 습증기 발생을 방지한다.
③ 건조증기의 취출이 용이하다.
* 보일어 본체의 수부가 크면
① 부하변동에 대한 압력 변화가 적다.
② 보일러 중량이 많이 나간다.
③ 증기발생 시간이 길어진다.
④ 열효율이 낮아진다.
⑤ 보유수량이 많으므로 파열시 피해가 크다.
⑥ Priming 및 Carry Over 현상이 발생하기 쉽다.
(2) 보일러의 종류
보일러의 종류는 분류방법에 따라 여러가지로 구분될 수 있다. 보일러에서 발생되는 열매체의 종류에 따라 구분하면 증기를 발생시키는 증기보일러, 물 이외의 열매체를 사용하는 특수 열매체 보일러, 고온의 물을 얻는 온수보일러로 대별할 수가 있으며 근래에는 진공온수보일러 설치가 확대되고 있다.
일반적인 분류방법으로는 본체의 모양에 따라 원통형 보일러, 수관식 보일러, 강철제, 주철제 보일러 등으로 분류되며 주철제는 거의 사용하지 않는다. 또한 구조나 용도, 사용연료에 따라 다음 표와 같이 구분된다.
관류보일러 > 수관보일러 > 노통연관 보일러 > 연관보일러 > 노통보일러 > 입형보일러
(3) 사용연료에 따른 분류
① 유류용 - 중유, 경유, 벙커-C 유
② 가스용 - LPG(C3H8 + C4H10), 도시가스
③ 특수연료용 - 석탄, 타르, 목재용
④ 혼소용
⑤ 기타
2. 원통형 보일러
기관본체를 둥글게 제작하여 이를 입형이나 횡형으로 설치하여 사용하는 보일러로서 일명 둥근보일러라고도 한다. 최고사용압력은 일반적으로 1 ㎫ 이하가 많고, 최대 증기발생량은 10 ton/h 미만인 경우가 많으며 원통형 보일러의 장·단점은 다음과 같다.
* 장점
① 수부가 커서 부하변동에 대응하기가 쉽다.
② 제작이 쉽고 설비가격이 저렴하다.
③ 내부청소 및 수리 검사가 쉽다.
④ 보유수량이 많아서 부하변동에 의한 압력변화가 적다.
⑤ 구조가 간단하고 취급이 쉽다.
* 단점
① 고압보일러나 대용량에 부적당하다.
② 보일러 가동 후 점화시 증기발생의 소요시간이 길다.
③ 보유수량이 많아 파열시 피해가 크다.
④ 보일러 효율이 낮다.
(1) 입형(立形) 보일러 (수직 보일러 : Vertical Boiler)
입형보일러는 입형 횡관 보일러, 입형 연관 보일러, 입형 코크란 보일러가 있으며 장·단점은 다음과 같다.
* 장점
① 소형, 경량이므로 설치 장소가 좁아도 된다.
② 구조가 간단하고 튼튼하다.
③ 취급·운반이 쉽다.
④ 제작이 쉽고 가격이 싸다.
* 단점
① 전열면적이 적고 소용량이다.
② 보일러 효율이 매우 낮다.
③ 수면이 좁아서 습증기 발생이 심하다.
④ 소형이라서 내부 청소나 수리 및 검사가 불편하다.
* 입형 보일러의 안전저수위
① 입형 횡관 보일러 : 화실 전장에서 상부 75㎜ 지점
② 입형 연관 보일러 : 연관 전길이의 1/3 높이
③ 코크란 보일러 : 상부연관에서 75㎜ 상부지점
※ 입형보일러 효율순서
코크란 보일러 > 입형 연관 보일러 > 입형 횡관 보일러
1) 입형 횡관 보일러 (立形 橫管 Boiler)
입형 보일러에서 전열면적을 증가시키기 위하여 화실(火室) 내 수부(水部)에서 화실(火室)을 가로질러 수평으로 여러개의 관을 서로 엇갈리게 설치한 보일러이다.
※ 횡관(Galloway Tube) 설치 목적
① 전열면적을 증가시킨다.
② 화실 벽을 보강시킨다.
③ 보일러 수(水)의 순환을 촉진시킨다.
2) 입형 연관 보일러 (立形 燃管 Boiler)
입형 횡관식 보일러의 전열면적을 보강하기 위하여 개량한 여러 개의 연관을 관판과 몸체 사이에 설치한 보일러이며 특징은 다음과 같다.
* 특징
① 연관을 설치하여 전열면적이 넓다.
② 연관이 증기부에 노출되므로 과열의 염려가 있다.
③ 구조가 복잡하여 급수처리가 까다롭다.
④ 연관의 본수는 20~30본이다.
⑤ 증발량은 0.6 ton/h 정도이다.
* 화실 관판이 손상되는 이유
① 파이프 끝이 항상 고열에 노출되어 있다.
② 연돌(굴뚝)에서 빗물이 침입하기 쉽다.
③ 연관을 관판에 끼운 곳에서 증기가 누설되기 쉽다.
3) 코크란 보일러 (Cochran Boiler)
상부의 동을 크게 하고 중심부의 지름을 작게 하여 연관을 옆으로 배열한 형식으로 반구형으로 제작하여 고압에 잘 견딜 수 있게 하였으며 연관 상부의 과열을 염려하지 않도록 설계된 보일러이다.
* 특진
① 입형 연관 보일러의 결점을 보완하여 만든 보일러이다.
② 연관을 횡(橫)으로 설치하였다.
③ 연관이 증기에 의해 과열되지 않는다.
④ 내압강도가 크다.
⑤ 화실 및 경판이 반구 형상이다.
⑥ 연관에 그을음 부착이 쉬워 청소작업을 자주 해야 한다.
(2) 횡형(橫形) 보일러 (수평 보일러 : Horizontal Boiler)
1) 노통보일러 (Flue Tube Boiler)
노통보일러의 종류
① 코르니시 보일러 (노통이 1개, Cornish Boiler)
② 랭커셔 보일러 (노통이 2개, Lancashire Boiler)
* 코르니시 보일러에 노통을 한쪽 끝에 설치하는 이유 : 물의 순환을 양호하게 하기 위해서
* 장점
① 구조가 간단하고 제작이 쉽다(수명이 길다).
② 청소나 검사, 수리가 쉽다.
③ 급수처리가 까다롭지 않다.
④ 부하변동시 압력 변화가 적다.
⑤ 수부가 커서 부하변동에 대응하기 쉽다.
* 단점
① 가동 후 증기발생 시간이 길다.
② 내분식이라서 연소실 크기에 제한을 받는다.
③ 양질의 연료로 연소시켜야 한다.
④ 보유수량이 많아서 파열시 피해가 크다.
⑤ 전열면적이 적어서 효율이 낮다.
⑥ 고압 대용량에는 부적당하다.
노통(Flue Tube)은 연소실과 같은 역할을 하는 것으로서 내분식 보일러에 설치하는 것이며 평형노통과 파형노통이 있고 이들의 장단점은 아래와 같다.
① 코르니시 보일러 : 동 직경의 1/2
② 랭커셔 보일러 : 동 직경의 1/3
㉮ 아담슨 조인트 (Adamson Joint)
노통의 약한 단점을 보완하기 위해 노통과 노통 사이에 끼우는 약 1m 정도 크기의 노통이음을 아담슨 조인트라 한다.
① 열에 의한 신축흡수
② 노통의 강도 보강
③ 전열면적 증가
㉯ 브리징 스페이스 (Breathing Space) 노통의 호흡장소
고온의 열에 의한 노통의 신축성을 좋게 하기 위해 신축작용을 할 때 노통과 평형경판의 이음부분에서 평형경판의 일부가 탄성작용을 하게 되는데 이 호흡할 수 있는 신축거리를 브리징 스페이스(Breathing Space)라고 하며, 노통 상부와 가셋스테이 하단부와의 최소거리는 230㎜ 이상이어야 한다.
㉰ 동체와 경판의 이음
보일러는 용접이 끝난 후 열응력을 제거하기 위하여 소둔(풀림) 열처리를 하여야 한다.
① 리벳이음: 소형, 저압보일러
② 용접이음 : 중대형, 고압보일러
㉱ 본체의 경판과 버팀
경판(전경판과 후경판)의 종류와 강도는 다음과 같다.
① 반구형 경판 (아주 강함)
② 반타원형 경판 (강함)
③ 접시형 경판 (양호)
④ 평경판 (약함)
※ 경판의 강도순서
반구형 경판 > 반타원형 경판 > 접시형 경판 > 평경판
버팀(스테이)의 설치목적은 보일러 구조불량에 의한 재료의 변형을 방지하는 것이며 다음과 같은 종류가 있다.
① 도그 스테이 : 맨홀 뚜껑의 보강재 버팀
② 경사버팀 : 경판과 동판이나 관판과 동판을 지지하는 보강재이다.
③ 가셋 버팀 : 평형경판에 사용하며 경판, 동판 또는 관판이나 동판의 지지보강재이다.
④ 관버팀 (Tube Stay) : 연관의 팽창에 따른 관판이나 경판의 팽출에 대한 보강재이다.
⑤ 막대버팀 (BAR Stay) : 진동, 충격 등에 따른 동체의 놀림을 방지하기 위한 보강재이다.
⑥ 나사버팀 (Bolt Stay) : 기관차 보일러의 화실측면과 경판의 압궤를 방지하기 위한 보강재이다.
⑦ 나막신 버팀 (거더 스테이) : 화실 천장 과열부분의 압궤현상을 방지하기 위한 보강재이다.
2) 연관식 보일러 (Smoke Tube Boiler)
노통 보일러와 같이 횡형으로 제작되나 내부에 많은 연관을 설치하고 전열면적을 증대시켜 노통보일러보다 증발을 크게 개산한 보일러이다.
* 장점
① 전열면적이 크고 효율은 노통 보일러보다 좋다.
② 증기발생 시간이 빠르다.
③ 설치면적이 적다.
④ 연료선택 범위가 넓다.
⑤ 연료의 연소상태가 양호하다.
* 단점
① 청소, 수리, 검사가 어렵다.
② 고장이 많다.
③ 양질의 급수를 요한다.
④ 몸체 저부가 과열되기 쉽다.
⑤ 구조가 복잡하다.
㉮ 횡연관 보일러
* 연관의 설치 : 보일러수의 순환을 촉진하기 위하여 바둑판 모양으로 한다.
* 장점
① 연관을 바둑판처럼 연결시켜 보일러수의 순환을 빠르게 한다.
② 전열면적이 크고 노통 보일러보다 효율이 좋다.
③ 연료의 선택에 그다지 구애받지 않는다.
④ 보유 수량이 적어 증기 발생이 빠르다.
⑤ 동일 용량에 비해 설치시 타 보일러보다 면적을 적게 차지한다.
⑥ 외분식이라 연소실을 자유롭게 증감시킬 수 있다.
* 단점
① 연관의 부착으로 구조가 복잡하다.
② 동의 이음부는 고열에 의한 균열이 생긴다.
③ 청소 및 내부 검사가 곤란하다.
④ 급수 처리를 까다롭게 해야 한다.
⑤ 외분식으로 복사 손실열량이 많다.
⑥ 양질의 급수를 요한다.
* 연관 보일러의 안전저수위 : 최고 상부연관에서 75㎜ 상부지점
㉯ 기관차 보일러(철도 차량용 보일러) : Locomotive Boiler
종류로는 우톤형과 크램프톤형이 있으며 특징은 다음과 같다.
① 달리는 중에 수면이 흔들리기 때문에 프라이밍을 일으키기 쉽다.
② 화실 천장이 과열될 우려가 있다.
③ 연관이 많이 설치되며 내분식이다.
④ 연관의 직경은 60~65㎜ 정도가 많다.
⑤ 건조증기를 얻기 위하여 동의 상부에 증기돔을 설치한다.
㉰ 케와니 보일러 (Kewancee Boiler) : 기관차형 보일러
최고 사용압력은 10 ㎏/㎠, 증발량은 4 ton/h 이고, 난방용, 취사용에 사용하며 특징으로는 다음과 같다.
① 보일러 설치가 간단하다.
② 화실과 동체, 연실의 3부분으로 나누고 있으며 화실은 상자형이고 동체는 원통형이다.
③ 화실은 평판이나 천장에 고열을 방지하기 위하여 막대 스테이로 지지한다.
④ 내분식이며 현재는 거의 제작되지 않는다.
3) 노통 연관식 보일러
노통보일러와 연관보일러의 단점을 보완하여 노통과 연관을 동체에 설치하여 만든 보일러로서 보일러 효율이 80~85% 정도이며 요즘 많이 사용되고 있으며 증기발생 시간이 단축되고 증기발생 속도가 빨라서 비수방지관이 설치된다. 그리고 노통은 파형이 쓰인다.
* 장점
① 패키지형으로 제작된다.
② 열효율이 80~85%로 높다.
③ 증발속도가 빠르다.
④ 내분식이므로 방산손실열량이 적다.
* 단점
① 스케일의 부착이 쉽다.
② 구조가 복잡하여 청소, 수리, 검사가 곤란하다.
③ 급수처리가 필요하다.
④ 고압 보일러나 대용량에는 부적합하다.
⑤ 비수(飛水)방지를 위하여 비수방지관(飛水防止管)이 필요하다.
3. 수관식 보일러 (水管式 Boiler)
수관식 보일러란 동체의 직경이 비교적 작은 드럼과 가는 수관을 이어 만들어 수관에서 물이 증발하도록 한 고압 대용량 보일러이다. 물의 순환 상태에 따라서 자연순환식, 강제순환식, 관류식이 있으며 각각의 특징은 다음과 같다.
* 장점
① 드럼의 직경이 작으므로 고압에 충분히 견딘다.
② 전열면적은 크나 보유수량이 적어서 증기발생 시간이 단축된다.
③ 같은 증발량이면 보일러 용적이 둥근 보일러에 비하여 적어도 된다.
④ 보일러 수의 순환이 빠르고 효율이 높다.
⑤ 전열면적이 커서 증발량이 많아 대용량에 적합하다.
⑥ 보일러 본체에 무리한 응력이 생기지 않는다.
⑦ 연소실의 크기가 자유롭고 수관의 설계가 용이하다.
* 단점
① 구조가 복잡하여 제작이 까다로워 가격이 비싸다.
② 보유수가 적어서 부하변동시 압력변화가 크다.
③ 스케일의 생성이 빨라서 양질의 급수가 필요하다.
④ 증발량이 많아 습증기 발생이 심하다.
⑤ 구조가 복잡하여 청소가 곤란하다.
⑥ 열팽창으로 인하여 수관에 무리가 많이 발생한다.
수관은 관 외부에서 연소가스가 접촉하고 관내로 물이 흐르는 관을 말하며 일반적으로 65㎜ 강관(저탄소강)이 널리 사용된다.
① 승수관(昇水管) : 가열된 증기 상부 기수 드럼으로 오르는 관
② 강수관(降水管) : 상부 기수 드럼으로 공급된 찬물이 하부 드럼으로 내려오는 관
연관배열이 바둑판 모양인 것은 관수의 순환을 잘 시키기 위해서이며 수관의 배열을 지그재그형식으로 하는 이유는 열가스의 접촉을 양호하게 하여 전열에 유리하게 하기 위해서이다.
(1) 자연순환식 보일러
보일러수의 온도 상승에 따른 물의 밀도차로 순환이 되어 증기를 발생시키는 보일러로서 종류로는 바브콕, 다쿠마, 2동 D형, 스네기찌, 야로(3동 A형)보일러가 있으며 자연순환을 양호하게 하기 위해 다음과 같은 조건이 필요하다.
① 포화수와 포화증기간 밀도차를 크게 한다.
② 수관의 경사도를 크게 한다.
③ 수관의 관경을 크게 한다.
④ 강수관(降水管)의 가열을 피한다.
1) 바브콕 보일러
종류로는 CTM형 WIF형이 있으며 특징으로는 다음과 같다.
① 수관군의 경사도 수평으로 15˚ 이다.
② 물드럼 대신에 관모음 헤더가 있다.
③ 최고 사용압력은 40 ㎏/㎠ 이고, 용량은 10~45 ton/h 정도이다.
2) 쓰네기찌 보일러
수관이 증기드럼과 물드럼의 관판에 부착되어 있으며, 수관의 경사도는 30˚ 이다.
3) 다쿠마 보일러 (Takumas Boiler)
특징은 보유수량이 적어 급수가 연속적이며 수관의 경사도가 45˚이며 집수기는 동의 부동팽창방지, 급수내관 보호, 관수의 순환 촉진을 위해 필요하다.
4) 스털링 보일러 (Stirling Boiler)
2개의 증기드럼 하부에 하나의 물드럼을 배치하고 삼각형 순환도를 형성하여 최고 사용압력은 46 ㎏/㎠, 상당증발량은 75 ton/h, 효율은 90~95%로 급경사 곡관형 보일러이다.
5) 야로 보일러 (Yarrow Boiler)
증기드럼 1개와 물드럼 2개의 수관을 직선으로 연결시킨 보일러이다. 화격자(火格子)의 면적이 크고 증기발생이 많으며 수관의 수리시 교체가 불편하나 제작이 간편하고 청소나 검사가 용이한 반면, 물의 순환이 양호하지 못하고 증기의 발생속도는 느린 편으로 보일러 효율이 낮은 보일러로 군함, 기선, 발전용에 많이 쓰인다.
6) 가르베 보일러 (Garbe Boiler)
급경사 직관 보일러이며 2개의 증기 드럼과 2개의 물드럼을 급경사 직관으로 연결하여 동 사이를 연락관으로 이어 사각형의 순환으로 형성한 보일러로 사용압력 30 ㎏/㎠ 정도의 고압용이다.
7) 2동 D형 수관식 패키지 보일러
콤팩트한 패키지 보일러이며 상부 증기 드럼과 하부의 물드럼에 수관군을 수직선에서 15˚ 경사지게 관을 휘어서 곡관으로 제작한 것으로 대형 건물의 난방용 보일러이다.
8) 방사(복사) 보일러 (Radiation Type Boiler)
일명 수냉로벽 보일러라고도 하며 주로 발전소용 보일러이며 노벽의 전면이 수냉로벽으로 형성되며 주로 복사 전열면으로 구성된다. 수냉로수관을 연소실에 울타리 모양으로 배치하여 전열 면적을 증가시키고 이 관으로 냉각수가 복사 전열을 흡수하여 열손실을 적게하는 보일러이다.
(2) 강제순환식 보일러 (Forced Circulation Boiler)
보일러의 내압이 임계압력 가까이 도달하면 포화수 온도가 높아져서 포화수와 증기의 밀도차가 적어지고 관수의 순환이 불량하여 수관군이 과열되고 과열된 수관군은 보일러 사고로 이어진다. 이러한 것을 방지하고자 순환펌프를 이용하여 물을 강제순환시킴으로써 수관군의 과열 우려를 없애고 보일러 효율이 증진되는 장점을 살리는 보일러이며 특징은 다음과 같다.
* 장점
① 관경을 작게해도 된다.
② 관수의 순환이 좋다.
③ 수관의 배치가 자유로워서 보일러 설계가 용이하다.
④ 단위 시간당 전열면의 열부하가 매우 높다.
⑤ 증기 생성속도가 빠르다.
* 단점
① 각기 관을 흐르는 관수의 속도가 일정하게 유지되어야 한다.
② 관수의 농축속도가 빨라서 급수처리가 까다롭다.
③ 관수의 흐름이 일정하지 못하면 관이 파열된다.
④ 노즐이나 순환펌프가 있어야 한다.
1) 라몬트 보일러 (La Mont Boiler)
순환비 = 송수량 / 증발량 이며 특징은 다음과 같다.
① 유류 펌프압 2.5~3㎏/㎠ 으로 노내 가압연소가 쉽다.
② 보일러 높이를 낮게 설치할 수 있다.
③ 라몬트 노즐을 설치하여 송수량을 조절한다.
④ 관경이 적고 두께를 가늘게 할 수 있다.
⑤ 용량에 비해 소형으로 제작할 수 있다.
⑥ 시동시간이 짧다.
⑦ 수관내 유속이 빠르고 관석부착이 적다.
⑧ 압력의 고저, 관 배치 순서, 경사 등에 제한이 없다.
2) 베록스 보일러
베록스 보일러는 공기 압축기, 가스터빈, 순환펌프 등이 내장되어 있는 강제 순환식 보일러이며 또한 고압연소를 하여 짧은 시간(6분 이내)내에 증발이 되게 하는 보일러이며 특징은 다음과 같다.
① 부하 변동에 빠르게 대처할 수 있다.
② 효율이 높고 증발량이 매우 크다.
③ 보일러 중량은 일반 보일러의 1/4 정도이다.
3) 수관식의 수냉로벽 특징
㉮ 수냉로벽 설치시 잇점
① 노벽의 지주역할을 한다.
② 내화벽의 손상을 방지한다.
③ 전열효율을 증가시킨다.
④ 노내 기밀을 유지시킨다.
⑤ 보일러 무게가 경감된다.
⑥ 노벽 방산손실을 적게 한다.
㉯ 수냉로벽의 배열
① 탄젠셜 배열 (Tangential Array) : 대용량에 사용한다.
② 스페이스드 배열 (Speced Array) : 소용량 보일러에 사용한다.
③ 스킨 케이싱 배열 (Skin Casing Array) : 가압 연소의 보일러에서 사용한다.
④ 핀 패널식 배열 (Fin Panel Array) : 내부 보일러 케이싱이 생략된 보일러에 사용한다(멘브레인 구조).
(3) 관류보일러 (Once Through Boiler)
하나의 긴 관으로 구성되어 급수펌프에 의해 흡입된 물이 가열 → 증발 → 과열 과정을 거쳐 관 출구에서 소요증기가 취출될 수 있도록 제작한 강제순환식 보일러이다.
* 종류
① 벤슨 보일러
② 슐저 보일러
③ 람진 보일러
④ 소형 가와사키 보일러
⑤ 엣모스 보일러
* 특징
① 수면계가 필요없다.
② 드럼이 없다(순환비가 1).
③ 급수의 압력이 매우 높다.
④ 1개 수관의 증발량은 15~20 ton/h이다
* 장점
① 임계압력 이상의 고압에 적당하다.
② 연소효율을 높일 수 있다.
③ 관 배치를 자유로이 할 수 있다.
④ 증기발생 속도가 매우 빠르다.
⑤ 증기드럼이 필요없다.
⑥ 증기의 가동 발생시간이 매우 짧다.
⑦ 보일러 효율이 95% 정도로 매우 높다.
* 단점
① 철저한 급수처리가 필요하다.
② 스케일로 인한 피해가 상존한다.
③ 부하변동에 적응이 빠르므로 자동제어가 필요하다.
④ 농축된 염(鹽) 등을 분리하기 위하여 염분리기(기수분리기)가 필요하다.
㉮ 벤슨 보일러 (Benson Boiler)
벤슨 보일러는 다수의 수관을 병렬로 배치한 관류 보일러의 가장 대표적인 고압용 보일러이며 증발관 배열은 상승관군, 하강관형, 미엔더형, 스파이럴형이 있다.
㉯ 슐저 보일러 (Mono Tube Boiler)
㉰ 람진 보일러
㉱ 엣모스 보일러
(4) 주철제 보일러 (현재 거의 사용되지 않고 있다. 그러나 기능사, 산업기사 등의 필기시험에 간혹 출제된다)
주철제 보일러는 주로 저압증기 난방용 보일러로 사용되고 있으며, 같은 모양의 쪽(Section)을 여러 개 조합하여 만들기 때문에 섹셔널 보일러라고도 하며 조합방법은 전후조합, 좌우조합, 맞세움조합으로 구분된다. 주철제 보일러에는 최고 사용압력이 1㎏/㎠ 이하의 증기 보일러와 사용수두압 50m 이하이면서 온수온도가 120℃이하인 주철제 온수 보일러가 있으며, 소용량 보일러의 수두압 35m 이하로서 전열면적 14㎡ 이하인 온수보일러는 주철제 보일러에서 제외된다.
* 발생열매체에 따른 형식
① 온수보일러
② 증기보일러
* 사용연료에 따른 형식
① 유류용
② 가스용
③ 석탄용
④ 겸용
⑤ 혼소용
⑥ 기타 (목재, 폐열, 폐가스, 폐유, 타르, 폐타이어 등)
* 장점
① 쪽 수의 증감에 따라 용량조절이 편리하다.
② 형체가 작아서 설치 장소가 좁아도 된다.
③ 조립 및 분해나 운반이 편리하다.
④ 저압으로 운전되므로 파열시 재해가 적다.
⑤ 전열면적에 비하여 설치면적이 적다.
⑥ 내열성 및 내식성이 좋다.
* 단점
① 열에 의한 부동팽창으로 균열이 발생되기 쉽다.
② 내부청소와 검사가 곤란하다.
③ 고압 및 대용량에는 부적당하다.
④ 인장 및 충격에 약하다.
⑤ 전열효율, 연소효율이 낮다.
1) 최고 사용압력 및 온도제한
① 증기보일러 : 사용할 때는 1㎏/㎠ 이하이고 통상 0.35~0.7㎏/㎠ 정도로 사용하며 용량은 섹션의 증감에 따라 조절할 수 있으나 5 ton/h 이하이다.
② 온수보일러 : 사용할 때는 5㎏/㎠ 이하이고 온수온도는 120℃ 이하로 사용한다.
2) 수압시험
보일러는 다음 압력으로 수압시험을 하여 이상이 없는 것이라야 한다. 다만 각 섹션에 대하여는 조립 전에 수압시험을 그 제조공장에서 한다.
① 증기보일러 : 2㎏/㎠.
② 온수보일러 : 최고 사용압력의 1.5배이며 다만 최소 2㎏/㎠ 이하의 경우에는 2㎏/㎠ 로 수압시험을 한다.
③ 각 섹션 : 최고 사용압력이 2㎏/㎠ 이하의 경우에는 4㎏/㎠로 시험하고, 2㎏/㎠를 초과하는 경우에는 최고 사용압력의 2배로 시험한다.
3) 주철제 보일러 부속설비
보일러의 부속설비는 다음 각 호에 정하는 경우 외외에는 KSB 6202(주철제 보일러의 구조)의 4항에 따른다.
① 전열면적 50 ㎡를 초과하는 증기보일러에는 2개 이상의 안전밸브가 있어야 한다.
② 최고 사용수두압 10 m (최고 사용압력 1㎏/㎠)를 초과하는 온수보일러에는 온수온도가 115℃를 초과할 때에는 연료공급을 차단하거나 파이롯 연소를 할 수 있는 장치가 있어야 한다.
③ 수고계의 최고 눈금은 수두압의 1배 이상 3배 이하여야 한다.
1) 특수 열매체 보일러
일반적으로 물을 사용하여 고온의 포화증기를 얻으려면 보일러의 사용 압력은 요구되는 증기의 온도와 비례하여 높아야 한다. 이에 따라 보일러의 구조도 변경해야 함과 동시에 그에 따르는 위험도도 높아진다. 이런 경우에 있어서 비교적 저압에서도 고온의 증기를 얻을 수 있는 열매체를 사용함으로써 이 문제를 해결할 수 있다. 즉, 비점이 낮은 물질인 수은, 다우섬, 카네크롤 등을 사용하여 낮은 압력에서도 고온의 증기를 발생시키는 형식의 보일러를 말하며 겨울철에 동결 우려가 없다는 것이 장점이며 특수 열매체의 종류로는 다우삼, 모빌섬, 수은, 세큐리터53, 카네크롤, 바렐섬 등이 있다.
2) 특수연료 보일러
석탄이나 중유 등 연료로서의 가치가 없는 산업 폐기물 등을 이용한 보일러로서 연소장치는 주로 고체연료의 연소장치인 계단식 스토커를 사용하며 종류로는 바이크 보일러(나무껍질), 버케스 보일러(목재찌꺼기 톱밥)이며 간접가열 보일러 종류로는 슈미트 보일러, 레플러 보일러가 있다.
3) 폐열(廢熱) 보일러
용광로(고로), 가열로 또는 가스터빈 등에서 배기가스의 폐열을 이용한 보일러로 주로 대류열을 이용하므로 전열면의 오손을 일으키기 쉬우므로 전열면의 배치에 주의를 요하며 종류로는 하이네 보일러(경사 보일러), 리 보일러 등이 있으며 특징은 다음과 같다.
① 연소장치가 필요없다.
② 더스트(Dust)나 그을음이 전열면에 부착되기 쉽다.
③ 매연 분출장치를 설치하여야 한다.
(6) 온수보일러
1) 온수보일러의 적용범위
이 기준은 최고사용압력 3.5㎏/㎠ 이하로서 전열면적 14㎡ 이하의 온수보일러에 대하여 규정한 것이다. 다만 액화석유가스 안전 및 사업관리법에 의해 검사를 받은 시간당 연료 사용량이 17㎏ 이하의 가스용 보일러나 또한 도시가스사용량이 20만 ㎉/h 이하의 가스용 보일러 및 구멍탄용 보일러는 포함하지 않는다.
2) 온수보일러
* 장점
① 보일러의 효율이 높다.
② 자동제어 사용이 용이하다.
③ 설치면적이 적고 취급이 용이하다.
④ 제작이 간편하다.
⑤ 가스나 등유 사용으로 공해나 부식이 적다.
⑥ 청소가 용이하다.
* 단점
① 고층건물에는 사용이 부적당하다.
② 순환펌프 등의 부대장치가 필요하다.
③ 화재에 주의하여야 한다.
④ 감전사고 등을 방지하기 위하여 접지(Earth)가 필요하다.
3) 버너
연소방식과 사용 버너는 다음과 같다.
① 압력분무(噴霧)식 연소방식 : 건타입 버너, 저압공기 분무식 버너
② 증발(蒸發)식 연소방식 : 포트식
③ 회전무화(霧化)식 연소방식 : 로터리 버너, 월프레임 버너
④ 기화(氣化)식 연소방식 : 기화식 버너
⑤ 낙차(落差)식 연소방식 : 심지고정 낙차식 버너
(7) 소용량 보일러
소용량 증기 보일러의 구분은 다음과 같다.
① 육용강제 보일러 : 최고 사용압력이 3.5㎏/㎠ 이하이고, 전열면적이 5㎡ 이하인 보일러이다.
② 주철제 보일러 : 최고 사용압력이 1㎏/㎠ 이하이고, 전열면적이 5㎡ 이하인 보일러이다.
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