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보일러상식

열매체 보일러 종류와 구조 특징을 알아보자

by 귀뚤왕자 2022. 5. 10.
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저번 시간에는 산업용 보일러 중 관류형 보일러를 알아봤고, 이번에는 열매체 보일러에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 보일러는 보통 물을 데우는 방식을 통틀어서 의미하는데, 특이하게도 이번에 소개해드릴 열매체 보일러는 '기름'을 데웁니다. 많이 생소하기도 하고, 기름을 데워서 어디다 사용할지 궁금하기도 하실 텐데요. 일반 사업장에서는 온수나 스팀을 이용한 보일러를 많이 사용합니다.

일부 사업장은 열교환의 목적으로 열매체유 오일을 데우는 열매체 보일러를 사용하기도 합니다.

 

열매체 보일러 종류중 한가지, 세광보일러 열매체보일러
열매체 보일러 종류와 구조

 

 목차 |
1. 개요
2. 구조
3. 특징
4. 열매체유 선정 시 유의사항
5. 열매체유의 종류

 

 

 

개요

근래에는 모든 제조 업종들의 제조 기술이 고도화 되었기 때문에 일부 사업장에서는 고온과 정밀한 온도 조절을 요구하는 사업장들이 많이 생겨나고 있습니다.

나날이 발전해 나가는 이러한 기술혁신에 발맞춰 보일러 업계에서도 많은 연구와 발전을 하게 되는데요.

에너지 절약과 열효율, 그리고 보일러 유지 보수비용에 대한 절감을 목표로 새로운 가열 방식들이 개발되고 있습니다. 열매체 보일러도 그 일환으로 설계되었습니다. 내열성이 강한 열매체 오일을 가열 기기와 열사용기기 사이를 밀폐시키고 연속 순환하여 열을 전달하는 보일러입니다. 

 

 

 

구조

열매체 구조 예시사진

노통 연관식이나 수관식 보일러와는 달리 특수한 열적 성질을 가지고 있는 열매체 보일러는 열매체유를 전열 매체로 사용하기 때문에 낮은 압력에서도 200도 이상의 높은 온도로 2차 유체를 가열하는 것이 가능합니다. 다만 열효율이 다른 보일러에 비해 낮은 편이라 공조용으로는 많이 쓰이고 있지는 않죠.

하지만, 부하 대응성과 열교환기가 콤팩트하게 들어갈 수 있어서 비교적 좁은 공간에서도 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 

 

열매체 보일러의 구조는 가열로에 따라 '입형'과 '횡형'으로 나뉩니다.

입형은 보일러 최상부에 버너를 취부하여 '하향 연소'시키는 방식이며, 횡형은 보일러 버너를 수평 취부 해서 '수평 연소'시키는 방식입니다. 보일러 제작사와 디자인에 따라 조금씩 다르겠지만, 보통은 가열관 형식이 코일 타입으로 되어있고, 연소 가스는 가열관을 충분히 가열시킨 뒤 상부나 측면에서 배출되게 됩니다.

배기가스는 상부 가스덕트를 통해 집진 설비나 직결로 연결된 외부로 배기하게 되죠.

버너의 운전은 노체의 상부나 측면에서 조작 가능하고 화염은 버너 측과 후부, 디자인에 따라 관찰이 가능합니다.

 

 

 

특징

열매체 보일러의 특징은 의외로 많습니다. 그 중에서 몇 가지만 꼽아 설명을 드리자면 아래와 같은 대표적인 특징을 가지고 있습니다. 특히 5번이 열매체 보일러의 대표적인 기능이라고 볼 수 있겠습니다.

  1. 수명이 길다: 다열 설계로 열매의 탄화가 없어 수명이 10년 이상
  2. 고효율: 고효율이 지속되는 독특한 구조이며 폐열회수기를 설치하여 열효율이 90% 이상
  3. 전자동: 자동제어와 안전장치가 완벽하여 무인운전이 가능
  4. 산화방지: 전열면의 합리적인 배치로 고온 산화가 일어나지 않음
  5. 고온 사용 가능: 저압력에서 고온으로 사용되며 정밀한 온도조절이 가능
  6. 열손실 방지: 밀폐 싸이클로 설계되어 열손실이 없고 급배수 처리가 필요 없어서 동파 위험이 없음

 

 

 

열매체유 선정 시 유의사항

열매체 보일러에 있어서는 열매체 유가 상당히 중요한 역할을 할 수밖에 없는데요. 일반적으로 물보다 끓는점이 높아 압력이 낮은 상태에서도 고온으로 끓기 때문에 안전과 직결되는 문제가 발생합니다.

그래서 열매체유 선정을 할 때는 설비 사용 온도 범위를 정확히 알고 선정하는 것이 중요한데요. 열매체유를 모르고 선정했다가는 열매유의 탄화로 화재가 발생할 수 있고, 설비 자체에 엄청난 손실을 가할 수 있기 때문에 반드시 이해하고 넘어가셔야 하는 부분입니다.

 

국내뿐만 아니라 해외에도 많은 종류의 열매체 유가 있는데요. 가격도 차이가 많이 있는 걸로 알고 있습니다. 열매체유 선정 시 짚고 넘어가야 될 것이 있으니 종류를 먼저 알아보기 전에 열매체유 선정방법에 대해 간단히 알아보고 넘어가도록 하겠습니다.

 

  • 최고 사용 온도보다 높은 내열 온도의 제품
  • 사용 온도에서 증기압이 낮은 제품
  • 저온에서 응고되지 않는 제품
  • 사용 온도에서 비열이 높은 제품
  • 구입이 용이하며 현재 국내외적으로 널리 사용되고 있는 제품

 

 

열매체유의 종류

열매체유의 열안정성은 열매체유의 화학 구조화 열매체 시스템의 설계 및 운전조건에 따라 좌우된다고 볼 수 있습니다. 열매체유를 최장시간 사용하려면 열매체 보일러의 설계와 화학물질 슬러지 등의 오염방지, 열매체 유면과 공기와의 접촉 지양을 고려하는 것이 좋습니다. 열매체유에 화학물질이 혼합되거나 오염되면 열매체유 노화가 굉장히 빨리 진행되고 이는 설비와 열매체 시스템 부식의 지대한 영향을 끼칠 수 있습니다. 위와 같은 선정방법을 고려해 사용처에 맞는 열매체유를 꼭 선택해야 합니다. 다음으로는 열매체유의 종류와 특징에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

 

 

 

1. SERIOLA KS 2120

합성 열매체유의 일종인 SERIOLA KS 2120은 직접, 간접 가열장치의 열전달매체로 사용 온도 범위는 -10도~327도까지 입니다. 사용처는 화학공장에서 주로 가열용으로 사용되고 있으며 섬유공장의 텐타기, 목재공장의 프레스기, 아스팔트 가열로 등도 함께 사용됩니다.

 

SERIOLA KS 2120의 대표적인 특징은 산화와 열에 매우 뛰어나다는 점 때문에 설비의 수명을 연장시킨다는 점입니다. 탄화 침전물이나 슬러지, 찌꺼기 등이 생성되지 않고 금속물질이 부식되지 않기 때문입니다.

그 밖의 장점은 자연 발화점이 높아 화재 위험성이 낮으며 높은 온도에서 열안정성이 우수해 사용 온도 범위가 넓은 것이 장점입니다. 또한, 청정 분산 성능을 오일이 자체 함유하고 있어서 산화생성물에 대한 용해력이 뛰어나고 저온 유동성이 우수하여 겨울철 시운전이 용이하므로 연료비를 아낄 수 있습니다. 다른 모든 광유계 오일과 혼합하여 사용이 가능할 만큼 유틸 성이 좋다고 볼 수 있습니다.

 

  • 찌꺼기가 발생되지 않는다.
  • 화재 위험성이 낮고 사용 온도 범위가 넓다.
  • 겨울철 시운전에 용이해 연료비 절약이 된다.
  • 광유계 오일과 혼합하여 사용이 가능하다.

 

 

 

 

 

2. DOWTHERM T

다음은 세계적인 다국적 화학제품 생산업체인 미국의 'DOW'제품입니다. DOW사는 이미 1930년에 세계 최초로 열매체유를 개발했고, 1932년 코일식 열매체 보일러에 열매체유를 강제 순환시켜 오늘날과 같은 순환식 간접 가열방식의 최초 성공사례를 보유한 대단한 기업이라고 볼 수 있습니다.

 

DOWTHERM T는 알킬벤젠계 합성 열매체 유로 사용 온도 범위는 -10도~316도까지 사용 가능하고, 비 가압식 액상 시스템에 사용할 수 있도록 제조된 열매체유입니다. 최고 사용 온도에서도 낮은 증기압과 물리적 특성을 유지할 수 있는 특징이 있고, 자연 발화점이 375도로 상당히 높은 편에 속하기 때문에 고온에서도 화재 위험성이 전혀 없다고 볼 수 있습니다.

 

  • 화학제품 생산으로 유명한 미국의 DOW사에서 제조된 열매체 유이다.
  • 비 가압식 액상 시스템
  • 최고 사용 온도에서도 낮은 증기압과 물리적 특성을 유지할 수 있다.
  • 고온에서 화재 위험성이 없는 편이다.

 

 

 

 

 

3. THERMINOL 55

다음으로는 써니 놀 55입니다. 현재 산업 전반에 걸쳐 가장 많이 쓰이고 있는 열매체유라고 보시면 됩니다.

사용 온도 범위가 -18도~316도까지 사용이 가능해서 엄청나게 고온이 필요한 특수 산업이 아니면 대부분 저렴한 THERMINOL55를 사용하는 편입니다. -40도에서 응고를 하는 오일이고 -20.5도에서부터 이론상 펌핑이 가능하기 때문에 높은 비열과 열전도 기능이 뛰어납니다.

비 가압식 간접 가열장치에 적합하도록 설계되었고 특별한 가압 없이 균일하고 정확한 열을 전달합니다.

비점이 낮으며 232도에서 가압 상태로 사용해야 하는 유기열 매체 대신 사용하기에 이상적입니다.

또한, 금속에 대한 비 부식적인 특성을 갖고 있어 일반적인 열매체 장치에 많이 사용됩니다. 저렴한 만큼 단점도 있는데 내화성 열전달 매체가 아니기 때문에 화재예방이 반드시 필요하고 산화를 극소화하기 위해 불황 성기체 장치 및 조절장치를 설치해야 안전하게 사용할 수 있다는 단점이 있다.

 

  • THERMINOL55는 가장 대중적인 열매체 유이다.
  • 비 가압식 간접 가열장치에 적합하다.
  • 특별한 가입 없이 균일한 열을 전달한다.
  • 비부식성이 있으며 일반적인 열매체 장치에 널리 사용된다.
  • 저렴하지만 화재예방이 반드시 필요하다.
  • 기체 장치 및 조절장치를 설치해야 안전하게 사용할 수 있다.

 

 

 

 

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