스팀 온도 압력 - seutim ondo ablyeog

내가 아는 상식은 스팀온도는 압력에 비례하여 스팀 온도가 발생하는데 창화에너지에서 제작하는 보일러는 어떤 장치를 하였기에 다른 회사 보일러에 비하여 같은 압력에서 스팀온도가 10~30도 이상이 더 발생한다고 선전하는가요 만약에 창화에너지에서 생산하는 보일러가 같은 압력에서 스팀온도가 그렇게 발생한다면 대단한 발명이라라고 질문을 하는 것이였습니다 질문자가 보일러를 제조하는 회사인지 보일러를 사용하고 있는 분인지는 모르지만 발명특허 제품인 이중관 보일러는 똑 같은 압력에서 증기 온도가 10~30도 이상으로 높게 발생합니다

이 증기 온도는 대전에 있는 에너지관리 본부에서 측정한 100%의 건도 측정 치이기도 합니다 측정할 당시의 보일러 압력은 7kg/cm2 으로 실험하였고 증기 온도는 190도 였습니다

창화에서 제작하는 스팀 보일러는 다른 회사에서 제작하는 보일러와는 구조적으로 완전히 다른 보일러 입니다

일반 대형 보일러 중에서 4~5분만에 증기온도가 발생하는 보일러를 보신적 있던가요 우리 창화에서 제작하는 스팀 보일러는 10~20톤 보일러라 할지라도 4~5분에 안에 스팀이 발생합니다

증기온도가 높게 나오면 어떤 현상이 발생하는지 아시는지요 연료절감도 되지만 스팀 온도가 높기 때문에 생산성이 높게 나옵니다 오래전에 충북 보온에 위치한 어느 판지공장에 10kg/cm2 의 이중관 보일러를 설치한적이 있었습니다 설치 조건은 연료 절감 15~30% 였습니다 그 회사는 그동안 로통 연관 보일러를 15kg/cm2으로 사용하고 있었지만 우리회사 보일러는 9kg/cm2 으로 증기 온도는 205도 였습니다 압력을 낮추고 사용하였지만 15kg/cm2 압력보다 온도가 높기 때문에 생산성이 30% 이상으로 업 되였다고 하시면서 대단한 발명이라고 하셨습니다

얼마전에 인천에 위치한 화학공장에 5kg/cm2 사용하는 가스 스팀보일러를 설치한적이 있습니다 아마 그 회사도 같은 체험을 지금 하고 있을것입니다 그동안 로통 연관 보일러 6kg/cm2 으로 증기 온도140도를 사용하고 있었지만 우리 스팀 보일러는 같은 압력에서 170~180도 정도가 발생하기 때문에 생산성이 30% 이상으로 업 되였을것입니다 같은 압력에서 스팀 온도가 높게 나온다는 것은 일반 보일러는 꿈같은 이야기가 아닌가 생각합니다

o 일반적으로 증기가 보유하고 있는 총 열량과 현열은 증기압력에 따라 비례하여 증가하 지만 잠열은 오히려 감소됩니다. 따라서 사용설비에서 요구하는 온도에 맞게 증기 압력을 유지할 필요가 있습니다.

o 예를들어 보일러 증기 발생압력을 5kg/㎠에서 4kg/㎠로 낮추면 보일러 배가스 온도도 낮아져 연료 절감이 가능합니다. 일반적으로 ‘배기가스 보유 폐열’을 회수하여 이용함으로 써 배기가스 배출온도를 25℃ 낮출 경우 연료의 약 1% 정도가 절감됩니다.

개선 전

o 보일러에서 발생된 증기는 급탕용 열원으로 아래와 같이 평균 5kg/㎠의 증기를 높은 압력으로 운전하므로 증기온도와 배가스 온도가 비례하여 높게 배출되고 있어 보일러의 열효율이 저하되고 있습니다.

o 간접 열교환 방식으로 증기를 사용하는 설비에서는 증기가 갖고 있는 Enthalpy중에서 잠열을 이용하고, 현열은 응축수 상태로 회수하여 재이용하고 있습니다.

o 아래 표에서 보는바와 같이 증기가 보유하고 있는 총 열량과 현열은 증기압력에 따라 비례하여 증가하지만 잠열은 오히려 감소됩니다.

o 따라서 사용설비에서 요구하는 온도에 맞게 증기 압력을 유지할 필요가 있습니다.

개선 후

o 현재 열사용 설비에서 요구하는 온도가 50~60℃ 이므로 증기 2kg/㎠의 온도 133℃로 충분히 승온이 가능하나 증기 압력이 5kg/㎠에서 2kg/㎠로 낮게 공급되면 증기 의 비체적이 증대되어 현 배관 Size로 증기 공급량이 부족할 수가 있기 때문에 현 열사 용설비의 Heat Duty를 감당할 수 있는 증기 공급을 위해서 증기 발생 압력을 4kg/㎠로 낮추어 공급합니다.

o 이와 같이 보일러 증기 발생압력을 5kg/㎠에서 4kg/㎠로 낮추면 보일러 배가스 온도도 낮아져 연료 절감이 가능합니다.

o 일반적으로 보일러 배가스 온도와 열효율관계는 배가스 온도를 25℃ 낮출 시 연료가 1% 절감 가능하므로 아래와 같이 0.3%의 연료절감이 기대됩니다.

o 본 건물은 앞장의 증기 사용용도에서 언급한 바와 같이 4kg/㎠의 낮은 압력으로도 충분 한 난방공급이 가능하겠으므로 증기압력을 4kg/㎠로 낮출 시 잠열사용증대와 응축수 배 출손실열량이 감소되어 아래와 같이 연료절감이 기대됩니다.

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기타 절감기술에는 공기예열기 교체, 열매체보일러 배가스 열교환기 교체, 소용량 보일러 추가 설치, 응축수 및 포화수 누설방지, 폐열보일러 용량 증설, 스팀제트버너무화공급원변경(스팀→압

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SETEAM TEMPERATURES-스팀온도와 압력 변환표

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정리 합니다

포화 스팀(Saturated Steam)의 용어에서 현열은 물을 물의 비등점(끓는점)까지 온도를 올리기 위하여 들어가는 열량을 말하며, 잠열은 이 끓는 물을 상의 변화를 일으켜 스팀으로 만들기 위한 열량이며, 이때 온도의 변화가 없이 들어가는 열량을 증발 잠열이라고 하며 이 두열, 현열과 잠열의 합을 스팀의 전열이라고 합니다.

3.스팀의 성질

3.1대기압 이상에서의 스팀

스팀이 공정에 열을 전달할 때, 먼저 동일한 온도에서 잠열을 전달하고 스팀은 응축 하여 물이 된다. 증발 잠열은 증기가 열전달을 위해 사용되는 열이다. 대기압 상태의 스팀은 사용에 제약이 있다. 대기압의 스팀은 자신의 압력으로는 사용 지점까지 증기 배관을 따라 수송 될 수 없기 때문이다. 그러므로 실질적인 증기의 응용에서, 증기는 보일러(증기발생장치)에서 사용 목적에 맞는 압력보다 높은 압력으로 생산되어야 한다. 물이 대기압 이상의 압력으로 유지되면, 100 ℃ 이상으로 상승되어야 물이 끓을 수 있다.

예로 7 barg에서, 물의 끓는점은 170 ℃이다. 이는 물이 대기압 상태에 있을 때

필요한 열량보다, 7 bar g에서 물의 온도를 끓는점까지 상승시키기 위해서는 더 많은 열량이 공급되어야 한다는 것을 의미한다. 포화 증기표에서 보면, 1 kg의 물을 0 ℃에서 끓는 온도인 170 ℃까지 상승시키는데 필요한 열량은 721 kJ(= 172 kcal)이다. 그러나, 1 kg의 물을 완전히 스팀으로 상 변화시키기 위해 7 bar g에서 필요한 증발 잠열(2,048 kJ/h = 489 kcal/h)은 대기압에서 물의 잠열(2,257 kJ/h = 539 kcal/h)보다 작다. 포화 증기표를 보면, 스팀의 압력이 증가함에 따라 잠열은 작아짐을 알 수 있다. 그림 2에서 압력이 증가함에 따라 잠열이 감소하는 것을 알 수 있다. 우선 고압의 스팀을 사용하면 좋지 않다는 것처럼 보인다. 나머지 상세한 사항은 다음의 스팀 압력과 엔탈피 관계의 설명을 참고한다.

3.2 스팀의 압력과 온도 관계

포화 증기표를 보고 압력에 따른 스팀 온도를 점으로 찍어보면, 그림 3과 같은 곡선이 얻어지면, 이 곡선을 포화 증기 곡선이라 한다. 물과 스팀은 이 곡선 상의 어떤 온도에서도 공존 할 수 있는데 포화 온도 곡선 상에서 증발 온도와 상응되는 압력을 읽을 수 있다. 끓거나 응축하는 조건에 있는 물과 스팀은 열에너지에 의해 포화되어 있기 때문에 각각 포화수 및 포화 증기라 불린다. 포화 증기 내에 포화수가 존재하지 않는다면, 건 포화 증기라고 한다. 포화 증기 곡선보다 위에 있는 스팀을 과열 증기라고 하고, 포화 온도 이상의 온도는 스팀의 과열도라 불린다. (0 bar g, 120 ℃에서 과열도는 20 ℃)

3.3 스팀의 압력과 부피 관계

밀도는물질의단위부피(V)당질량(m)이다. 비용적(v)은 밀도의 역수로서 단위 질량 당 부피이다. 밀도의 단위는 kg/㎥이고 비용적의 단위는 ㎥/kg이다. 그러므로 액체 와 스팀의 분자 구조를 비교해보면, 스팀의 분자들이 더 멀리 떨어져 있기 때문에 스팀 의 밀도가 물의 밀도에 비해 작다는 것을 알 수 있다. 일반적인 대기 조건에서, 물과 스팀의 밀도는 각기 1,000 kg/㎥ 과 0.6 kg/㎥로 약 1,700배의 차가 있다. 스팀 의 압력이 상승함에 따라, 스팀의 밀도 또한 증가하지만 비용적은 감소한다. 포화 증기 표를 참조하여 스팀 압력에 대한 비용적의 점을 찍어보면, 아래의 그래프를 얻을 수 있 다. 이 그래프를 통해, 압력이 상승함에 따라 얼마나 부피가 줄어드는지, 증기의 압력이 높을수록 얼마나 밀도가 상승하는지를 알 수 있다. 6 bar g 이하의 압력에서 비용적은 급격하게 증가한다.

3.4스팀 압력과 엔탈피 관계

표2의 포화 증기표를 보면, 증기의 압력이 상승함에 따라, 증발 잠열(kJ/kg 또는 kca/kg)은 감소한다. 예를 들면, 2 bar g의 증기 1 kg은 2,133 kJ(= 510 kcal)의 증 발 잠열을 갖지만, 14 bar g의 증기 1 kg은 1,947 kJ(= 465 kcal)의 증발 잠열을 가 져 약 14%의 열량이 부족하게 된다. 이는 높은 압력의 증기일수록 단위 질량당 열을 전달할 수 있는 잠열이 작다는 것을 의미한다. 그러나 압력이 상승함에 따라 증기밀도 가 더 높아지고 더 많은 질량유량이 흐를 수 있도록 하여 배관을 통하여 더 많은 열량 이 흐를 수 있기 때문에, 배관을 통해 열을 수송할 때 높은 압력의 증기가 더 유리하다.

예를 들어 증기 1 ㎥의 경우 2 bar g에서 1.658 kg의 잠열은 3,587 kJ(= 857 kcal)이고 14 bar g에서 7.576 kg의 잠열은 14,750 kJ(= 3,525 kcal)이다. 이 예에서, 동일 부피의 증기는 고압에서 4.57배 만큼 더 무겁고, 4.1배 만큼 잠열을 더 갖고 있다는 것을 나타낸다. 이 현상은 서로 다른 압력에서 열을 수송하는데 무슨 효과가 있을까?

3.5 스팀의 건도와 전열

어떤 압력에 상응하는 끓는점에서 생성된 증기는 포화증기로 알려져 있다. 산업용 보일러에서 100% 건포화증기를 생산하는 것은 거의 불가능하여 증기는 보통 물방울이 포 함 되어 있다. 증기 중의 물 함량이 무게로 10%라면, 증기는 90% 건조 또는 0.9의 건 도를 가지고 있다고 말한다. 그러므로 증기의 실질적인 잠열은 포화 증기표에 나오는 hfg가 아니라, 건도 χ와 hfg둘에 연관되어 있다.

예를 들어 지금 건도 90%의 7.0barg 의 스팀이 있다면 실제 전열은2,769kJ/kg(=661kcal/kg)가 아니라 7.0barg 스팀의 잠열 중 90% 만 있기 때문에 실제 전열은 현열 더하기 잠열에 0.9를 곱한 값이 된다. 즉 실제 전열은 721kJ/kg(=170kcal/kg) + [2,048kJ/kg(=489kcal/kg) x 0.9] = 2,564,2kJ/kg (=610kcal/kg)이 된다. 건도 100% 일 때의 전열 2,769kJ/kg(=661kcal/kg) 보다 204.8kJ/kg(=51kcal/kg) 적어진다. 스팀의 건도가 떨어지면 그만큼 열량이 적어지므로 스팀 사용 시 스팀 사용량이 부족한 열량만큼 더 필요하게 되고 이것은 스팀 사용처에서 응축수 부하가 증가 되는 요인이 된다.

정리 합니다

포화 스팀(Saturated Steam)은 압력이 증가하면 비등점(스팀의 온도)은 점점 올라가고 증발 잠열은 점점 감소합니다. 결국 스팀이 임계 압력(225.56kg/㎠)까지 도달하면 잠열은 거의 없고 현열(503.34kcal/kg) 만 존재하게 된다. 실제 우리가 부하 설비에서 사용하는 스팀의 에너지는 스팀의 잠열인데 스팀의 잠열은 압력이 증가되면 점점 감소되므로 부하 설비에서 스팀 사용은 압력이 낮을수록 잠열 량이 많아지므로 스팀 사용량이 줄어든다. 그러나 스팀 수송 할 때는 경우가 다른데 스팀의 부피는 압력이 증가 할수록 작아지므로 같은 량의 스팀을 수송 할 경우 압력이 높으면 그만큼 체적이 작아지므로 배관 사이즈도 작아 질 수 있다. 결론은 스팀은 높은 압력으로 수송하고 낮은 압력으로 사용하는 것이 보다 경제적이다.