보일러진단가이드(2009) by (주)산업장터

보일러 에너지진단 Guide

2009. 12.

목

차

제1장. 보일러 에너지진단 개요 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·3 제2장. 운전관리 합리화 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 제3장. 연소관리 합리화 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·29 제4장. 배기가스 폐열회수 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·37 제5장. 폐열회수 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·65 제6장. 설비대체 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·87 제7장. 설비보완 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·129 제8장. 연료대체 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·137 제9장. 보온 및 단열 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·145 제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·161 제11장. 보일러 관련 Nomograph(에너지절약 선도) · · · · · · · · · · ·173 1. 연료 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·175 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·191 2. 전열 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·195 3. 증기 및 배가스 흐름 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4. 보일러․부대설비의 손실 및 절약 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·199 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·208 5. 배열회수, 에너지저장 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·219 6. 가스부식 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·221 7. 급수처리 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

－1－

1장

제

보일러 에너지진단 개요

－3－

-5-

보일러 에너지진단 Guide

제1장. 보일러 에너지진단 개요

보일러 에너지진단 Guide

제1장. 보일러 에너지진단 개요

구분

운전방법 개선

연소관리

배기가스 폐열회수

개선안 증기압력 하향조정 탈기기 운전압력 조정 과도한 블로우 다운 감소 프리퍼지 손실열 방지 급수처리 강화 블로우 다운 량 최소화 증기대신 열매체로 대체 운전부하율 개선(적정용량의 보일러 운전) 운전부하율 개선(운전대수조정(대수제어)) 운전부하율 개선(보일러 통합운전) 보일러 튜브 청결유지(세관 및 청결제) 기타 유지관리 방법 개선 응축수 회수량 증대 응축수 회수라인에 탈기기를 설치 응축기 작동압력 적정화 공기비조정 공기비조정(댐퍼조정) 공기비조정(F.D Fan 회전수 제어) 공기비조정(O2 Trimming 시스템 설치) 불완전연소방지 Turn Down Ratio 개선 적정공기비 유지를 위한 배가스 분석 계측설비 보강을 통한 연소제어 능력 개선 배기가스 열을 이용하여 연소공기 예열(공기예열기 신설,용량증대, 교체) 배기가스 열을 회수하여 급수예열(Economizer 신설,용량증대,교체) 배기가스 열을 이용하여 난방열원 공급 배기가스 열을 이용하여 온수생산 배기가스 열을 이용하여 기타 열원 공급 배기가스 열을 이용하여 제품이나 원료 예열 배기가스 열을 이용하여 공정수 등 예열 배기가스 열을 이용하여 공조용 공기 예열 배기가스 열을 이용하여 증기생산

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구분

폐열회수

설비대체

설비보완

연료대체

보온 및 단열

제1장. 보일러 에너지진단 개요

개선안 폐열보일러 설치로 증기 또는 동력생산 공정폐열로 보일러 보충수 예열 공정폐열로 보일러 급수 예열 블로우 다운수열 회수 냉각수열 회수 재증발 증기열 회수 응축수열 회수 Vent증기열 회수 재증발 증기활용하여 저압증기 생산 응축수 열을 이용하여 공정용 온수 공급 노후버너를 고효율 버너로 교체 노후보일러를 고효율 보일러로 교체 적정 용량의 보일러로 교체 노후설비교체 사용부하 근처로 보일러 이전 EHP, 전기보일러 도입 보일러를 히트펌프로 대체 태양열 시스템 도입 폐열회수기 전열면적 증대 초음파 스케일 제거기 설치 무화 공급원 변경(증기분사 방식에서 압축공기) 증기배관 누설방지 관수 자동 배출시스템 적용 트랩교체 과대 용량 적정화 급기팬 인버터 적용 B-C를 LNG로 교체 심야전기 도입 보다 저렴한 연료로 대체 유류연료를 가스연료로 전환 유류연료를 고체연료로 전환 가스연료를 유류연료로 전환 가스연료를 고체연료로 전환 유류연료를 목재연료로 전환 유류연료를 폐기물 연소로 전환 온실가스 발생이 적은 친환경 연료로 전환 부생가스/부생연료유 활용 스팀배관 및 밸브 보온개선 응축수 탱크 보온 개선 스팀헤더 보온 개선 보일러 본체 보온 개선 신소재 보온재 도입 보온재 불량 개선 미보온 설비의 보온

－7－

2장

제

운전관리 합리화

－9－

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제2장. 운전관리 합리화

제목

보일러 단속운전 개선

업종

산업기타

생산제품

개선안 대분류

운전방법 개선

개선안 소분류

보일러 통합운전

필름

[ 개선 전 ] ㅇ 열매체 보일러 150만(kcal/h)과 180만(kcal/h) 두대는, 사용부하에 비해 너무 용 량이 큰 보일러가 설치되어, 빈번한 On,Off에 따른 프리퍼지, 포스트퍼지 손실이 발생하고 있다. ㅇ 또한 빈번한 On,Off에 의해 착화장치등 주변기기의 고장율도 높아, 안정적인 열 원공급에 차질이 발생하고 있다. <표> 150만(kcal/h) 연료 사용량및 On,Off 횟수 1월

2월

3월

4월

5월

6월

7월

8월

9월

10월

11월

12월

36441 29655 35314 33725 38818 34994 36102 28356 34847 33758 33474 32197

- 연료합계: 407,682(Nm³/년) , - 시간당 평균연료사용량: 56.62(Nm³/h) - 부하율:35.52(%), - On,Off 횟수: 시간당 평균 10회 - 프리퍼지시간: 1분16초,

- 포스트퍼지시간: 10초

- 송풍기 풍량 : 40(m³/min),

- 풍압 : 300(mmaq)

<표> 180만(kcal/h) 연료 사용량및 점소화 횟수 1월

2월

3월

4월

5월

6월

7월

8월

9월

10월

11월

12월

33334 25069 30908 30659 30576 25659 27579 24066 24806 28232 25407 27144

- 연료합계: 333,439(Nm³/년), - 시간당 평균연료사용량: 46.31(Nm³/h) - 부하율: 24.16(%), - On,Off 횟수: 시간당 평균 9회 - 프리퍼지시간: 1분16초, - 포스트퍼지시간: 10초 - 송풍기 풍량 : 48(m³/min), - 풍압 : 250(mmaq)

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제2장. 운전관리 합리화

[ 개선 후 ] ㅇ 개선안으론 적정 부하율에 맞게 180만,150만,50만(2대-설치년도1992년으로 노후됨) 보일러 4대를, 별개로 가동하지 않고 헤더를 신설 150만 보일러 한대만 가동하여 부하측에 열원을 공급하고, 생산량 증가시 180만 보일러를 가동하는 방안이 가장 적절하다고 판단되고, 현재 보일러 4대 가동시 시간당 평균 연료사용량 합계가 127.81Nm³/h로, 150만보일러 1대가동시 부하율 80.1%에 해당한다. ㅇ 따라서 150만 보일러 1대로 통합하여 운전한다면, 잦은 On,Off 현상 차단뿐 아니 라 보일러 가동 대수를 줄이므로서 효율증가에 따른 연료절감, 유지 관리비감소, 공간확보등 여러 가지 이점이 있으므로, 추후 여건 허락시 적극 검토해야 할것이 다. ㅇ 라인 증설시 마다 보일러를 라인 근처에 설치해, 보일러와 보일러사이의 간격이 너무 멀리 떨어져있어 개선공사에 실효성이 떨어지므로, 본진단 에서는 보일러의 버너를 저용량으로 교체해 잦은 점, 소화현상을 차단하므로서 에너지를 절감하는 방안을 제시한다. ㅇ 현재 설치된 보일러 제조사와, 버너 제조사에 의뢰한 결과 사용하고 있는 DG-3P 버너와 새로 설치하려하는 DG-22-1버너는 같은 시리즈로 호환성이 있으며, 잦은 On,Off 현상을 차단시킬 수 있다고 확인되었으며, 추후 사용부하 증가시 철거했 던 버너를 재 장착해 사용가능하다. ㅇ 150만 보일러 최저 연료사용량 23(N㎥/h), 최고 연료사용량 80(N㎥/h), 연간 평 균

연료사용량

56.62(N㎥/h)로,

열량으로

환산시

242,650(kcal/h)

844,000(kcal/h)범위 이므로 교체시 적정 연소 범위에 해당함. <표>대열 보일러 버너 사양 보일러 용량(ton/h) 0.5 0.8 1 1.5 2 3 3.5

버너 형식

DG - 22

DG DG DG DG

32 3P 32 3P

정격연소량(kcal/h) 200,000~375,000 200,000~600,000 200,000~750,000 200,000~1,125,000 200,000~1,500,000

기 타

신설설치 예정버너

330,000~2,250,000 330,000~2,625,000

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현재 설치된 버너

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제2장. 운전관리 합리화

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : [산출공식] :

실제배기공기량(m³/h) ×

급공기온도) × 프리퍼지시간(h/회) ×

공기비열(kcal/Nm³℃) × 프리퍼지횟수(회/h) ×

(배기온도 - 공 연간가동시간(h/

년) × 안전율 ○ 150만kcal/h 열매 보일러 (A) = [2,400(m³/h)× 0.31× (152.5 - 27) ×

86 × 10× 7,200× 0.9]= 14,539,855 3, 600

○ 180만kcal/h 열매 보일러(B) =[2,880(m³/h)× 0.31× (153.95 - 27) ×

86 × 9× 7,200× 0.9]= 157,906,625 3, 600

○ 연간 연료 절감량(N㎥/년) = (A+B) ÷ LNG 발열량(kcal/N㎥) =[144,539,855 + 157,906,625(kcal/년)] ÷ 10,550(kcal/N㎥) = 28,667(N㎥/년) = 30.24(toe/년) ② 예상 절감률 : 절감량(toe/년) ÷ = 30.24 ÷

1,188 ×

총 연료사용량(toe/년) × 100

100 = 2.55(%) - 총 에너지사용량 대비 0.74(%)

③ 예상 절감액 : 연간 연료 절감량(N㎥/년) × 적용 LNG 단가(원/N㎥) = 28,667 ×

594.3 = 17,036(천원/년)

④ 투자비 : DG-22-1버너 1대 단가 : 12,000

× 2EA = 24,000

24,000 + 6,000(시공비) = 30,000(천원) ⑤ 투자비 회수기간 : 투자비(천원) ÷

연간 절감금액(천원/년)

= 30,000 ÷ 17,036 = 1.76(년) ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 30.24(toe/년) × 0.637 = 19.26(tC/년) = 70.62(t /년) ⑦ 개선사례의 파급효과 : 보일러 사용 부하율에 따른 적정한 버너를 선택함으로써 점,소화 시 발생되는 에너지를 절감한다. <기대효과 종합> 절감량 (toe/년) 투자비 (백만원)

30.2 30

절감율(%)

2.5

투자비 회수기간(년)

1.7

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절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

17 19.2

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제2장. 운전관리 합리화

제목

증기 발생 압력 적정 유지

업종

건물

생산제품

개선안 대분류

운전방법 개선

개선안 소분류

증기압력 하향 조정

[ 개선 전 ] ㅇ 보일러에서 발생된 증기는 급탕용 열원으로 아래와 같이 평균 5kg/㎠의 증기를 높은 압력으로 운전하므로 증기온도와 배가스 온도가 비례하여 높게 배출 되고 있어 보일러의 열효율이 저하되고 있다. <증기발생압력과 연소배가스 온도>

ㅇ 간접 열교환 방식으로 증기를 사용하는 설비에서는 증기가 갖고있는 Enthalpy 중에서 잠열을 이용하고, 현열은 응축수 상태로 회수하여 재이용하고 있다. ㅇ 아래표에서 보는바와 같이 증기가 보유하고 있는 총 열량과 현열은

증기압력에

따라 비례하여 증가하지만, 잠열은 오히려 감소된다. ㅇ 따라서 사용설비에서 요구하는 온도에 맞게 증기 압력을 유지할 필요가 있다.

[ 개선 후 ] ㅇ 현재 열사용설비에서 요구하는 온도가 50~60℃ 이므로 증기 2kg/㎠ 의 온도 13 3℃로 충분히 승온이 가능하다. 그러나 증기 압력이 5kg/㎠에서 2kg/㎠로 낮게 공급되면, 증기의 비체적이 증대되어 현 배관 Size로 증기 공급량이 부족할 수가 있기 때문에 현 열사용설비의 Heat Duty를 감당할수 있는 증기 공급을 위해서 증기 발생 압력을 4kg/㎠ 로 낮추어 공급한다.

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제2장. 운전관리 합리화

[ 개선 후 ] ㅇ 이와 같이 보일러 증기 발생압력을 5kg/㎠에서 4kg/㎠로 낮추면 보일러 배가스 온도도 낮아져 연료 절감이 가능하다. ㅇ 일반적으로 보일러 배가스 온도와 열효율관계는 배가스 온도를 25℃ 낮출 시 연 료가 1% 절감 가능하므로 아래와 같이 0.3%의 연료절감이 기대된다. ㅇ 배가스 온도저하에 의한 연료 절감   ℃     ℃

ㅇ 본 건물은 앞장의 증기 사용용도에서 언급한 바와 같이 4kg/㎠의 낮은 압력으로 도 충분한 난방공급이 가능하겠으므로 증기압력을 4kg/㎠로 낮출 시 잠열사용증 대와 응축수 배출손실열량이 감소되어 아래와 같이 연료절감이 기대되겠다.

[ 기대효과] ㅇ 절감 가능률 개선후 운전압력의 잠열 - 개선전 운전압력의 잠열 개선전 운전압력 총엔탈피 503.9 - 498.6 = × 100(%) = 0.8 % 657.9 ㅇ 절감연료량 =

= 연료사용량 × 절감률 = 301,143(N㎥/년) × 0.008 = 2,409 (N㎥/년) ㅇ 절감금액 = 연료절감량 × 연료단가 = 2,409 (N㎥/년) × 666.8(원/N㎥) = 1,606 (천원/년) ㅇ 투자비 : 없음

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× 100(%)

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제2장. 운전관리 합리화

제목

수질분석을 통한 적정 블로우량 관리

업종

식품

생산제품

우유

개선안 대분류

운전방법 개선

개선안 소분류

과도한 블로우 다운 방지를 통한 연료절감 [ 개선 전 ]

ㅇ 현재 급수는 커피 및 신설 주스공정의 열사용설비 일부 및 믹싱 밧데리의 생증 기 사용분을 제외하고 응축수 전량을 회수하여 이용하고 있으며 상하부에 연속 블로우 장치가 설치되어 있다. ㅇ 상부 연속 블로우는 가동되고 있으며 블로우 수는 Separator를 거친 후 증기는 응축수탱크로 회수하며 고온의 열수는 보일러 급수와 열교환 후 폐기되고 있다. ㅇ 연속블로우 장치는 관수농도에 따른 블로우량 조정이 되지 못하고 일정하게 배 출되고 있으며 보일러 정지 시에도 중지되지 않고 그대로 개방되어 보일러 내부 압력이 소멸될 때까지 계속 관수가 분출되고 있으며 특히 보일러 교체 운전 시 에는 보일러 내부압력이 높고 밸브조작의 어려움으로 블로우량이 증가하게 된다. ㅇ 보일러 블루우 량 = 200 kg/h

[ 개선 후 ] ㅇ 보일러의 급수 및 보일러수를 분석하여 표에 따른 기준치를 유지하도록 하여야 하나 현재 보일러 급수의 경도는 진단 시 6ppm으로 측정됨으로 표에 의한 보일 러수의 전 잔유물 농도 3,000ppm이하를 유지하기 위하여 블로우량을 산정하여야 한다. ㅇ 보유중인 경도분석기 및 전도도 측정기로 보일러 급수 및 관수의 수질을 주기적 으로 파악하여 경도에 따라 아래의 방법에 의한 적정량의 블로우를 실시하여야 하며 연속블로우가 불필요한 경우에는 수동밸브로 완전히 차단하여야 한다. ㅇ 아래 계산에 의하면 30% 부하율에서는 전열면 증발율이 30(kg/m².h)이하로 전증 발잔유물 농도는 3,000 ppm 이하로 유지하면 되므로 필요한 연속 블로우량은 8kg/h이 된다.

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제2장. 운전관리 합리화

[ 기대효과] ㅇ 보일러 블로우 현황 - 블로우량(kg/h) : 200 - 급수량(kg/h) : 4,000 - 블로우다운율(%) : 5 ㅇ 연료사용량 : 1,227,000 (N㎥/년) ㅇ 연료N㎥당 증발량 : 15.7 (kg/N㎥) ㅇ 평균블로우율 : 5% ㅇ 적정 블로우율 : 0.2 % ㅇ 블로우수 배출온도 : 70 ℃ ㅇ 급수온도 : 20 ℃ ㅇ 보일러효율 : 91 % ㅇ 절감 블로우량 (kg/년) = {현 블로우량 (kg/h) - 적정블로우량 (kg/h)}× 8,760 (h/년) = (200 - 8 )× 8,760 = 1,681,920 (kg/년) ㅇ 절감열량 (kcal/년) = 절감 블로우량 (kg/년)× 비열(kcal/kg℃)× 온도차(℃) = 1,681,920(kg/년) × 1(kcal/kg℃)× (70 - 20)(℃) = 84,096,000 (kcal/년) ㅇ 절감연료량(L) L = 절감열량 ÷ (연료발열량× 보일러효율) = 84,096,000 (kcal/년) ÷ {9,550(kcal/N㎥) × 0.91)} = 9,677 (N㎥/년) ⇨10.2 (toe/년) = 10.2 (toe/년) ㅇ 절감금액(W) W = 9,677 (N㎥/년) × 582 (원/N㎥) = 5,632 (천원/년) ㅇ 총 연료사용량 대비 절감율(r) r = 절감연료량÷ 총 연료사용량 × 100 = 10.2 ÷ 1,297 × 100 = 0.8 (%) ㅇ 예상소요투자비 : 0.0 (천원) ㅇ 투자비 회수기간 : 즉시

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제2장. 운전관리 합리화

제목

보일러 급수 정수처리 장치 설치

업종

화공

생산제품

데코타일

개선안 대분류

운전방법 개선

개선안 소분류

급수처리를 통한 스케일 형성 방지로 연료 절감

[ 개선 전 ] □ 보일러 급수 현황 ㅇ 당공장에서 가동 중인 4.0(t/h) 스팀 보일러는 열사용 설비에서 발생한 응축수를 80(%) 정도 회수 하고 있으며 나머지 20(%)정도의 보충수는 인근 저수지 및 계 곡에서 공급 받아 수처리를 하지 않고 간략하게 필터처리를 한 후 보일러 보충 수로 사용하고 있다. □ 문제점 ㅇ 보일러 보충수인 저수지 및 계곡물을 수처리 과정 없이 보일러에 공급하기 때문 에 급수의 총경도 성분 분석결과가 150ppm 이상으로 나타나고 있으며, 또한 탄 산 칼슘 성분 등 불순물이 많이 포함되어 있다. 따라서 보일러 내부에 스케일이 1mm이상 부착되어 전열손실로 인한 연료 소비가 증가되고 있다. <표> 스케일 두께에 따른 열손실율 스케일 두께 (mm)

0.5

1.0

2.0

3.0

4.0

열손실율 (%)

1.2

2.2

4.0

5.8

7.6

－ 18 －

비

고

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제2장. 운전관리 합리화

[ 개선 후 ] □ 개선방안 ㅇ 보일러 보충수는 저수지 및 계곡물을 사용하므로 불순물 및 이끼 종류가 많아 일차적으로 필터설비를 설치하여 필터링 한 다음 정수처리 장치를 설치하여 필 터링 한 급수를 보일러 급수 수질에 적합하게 수처리 한 후 보일러 급수로 사용 하고 수처리 장치 설치 후에도 수처리 장치의 관리를 철저히 하여 보일러 내부 에 스케일을 방지 하여 연료를 절감한다. <그림> 보일러 급수 처리장치 설치 후

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보일러 에너지진단 Guide

제2장. 운전관리 합리화

[기대효과] ① 년간 절감량 : = 740,000(N㎥/년) × 0.022(2.2%) = 16,280(N㎥/년) x 1.055(toe 환산계수) = 17,175.4(kgoe/년) = 17.18(toe/년) ② 예상 절감률 : = {절감량(toe/년) / 2007년 총 에너지사용량(toe/년)} ×100 = 17.18(toe/년) / 3,260.8(toe/년)} ×100 = 0.53(%) ③ 예상 절감액 : = 16,280(N㎥/년) × =

646.0(원/N㎥)

10,516.9(천원/년)

④ 투자비 : 12.00 (백만원) - 정수처리장치 : 8.0 (백만원) - 배관공사 및 부대설비 : 4.0 (백만원) ⑤ 투자비 회수기간 : = 투자비 / 년간 절감액 = 12.0[백만원] / 10.52[백만원/년] = 1.14[년] ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : = 절감량 (toe/년 ) × 탄소배출계수(tC/toe) = 17.18(toe/년) × 0.637(tC/toe) = 10.94(tC/년) <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

17.18

절감율(%)

0.53

투자비 (백만원)

12.0

투자비 회수기간(년)

1.14

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절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

10.52 10.94

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제2장. 운전관리 합리화

제목

R/O(Reverse Osmosis)System으로 블로우 다운 손실 방지.

업종

화공

생산제품

개선안 대분류

운전방법 개선

개선안 소분류

급수처리 강화로 블로우다운 량 최소화

타이어, 튜브

[ 개선 전 ] ㅇ 다음과 같이 현장에 보일러가 운전되고 있다.

ㅇ 보일러의 공급수는 지하수를 이용하고 있으나 수질저하로 인하여 수돗물을 50% 혼용하여 사용하고 있다. ㅇ 혼용수를 사용함과 동시에 보일러 측에서 TDS밸브를 개방하여 블로우 다운을 시 켜 보일러 내부의 스케일 형성을 방지하고 있다.

<그림> 개선전 수처리 시스템 계통도 ㅇ 수돗물을 혼용하여 사용하여도 지하수의 수질이 좋지 않기 때문에 전체적으로 보 일러 급수 수질은 떨어지는 편이다. ㅇ 보일러 급수의 수질저하로 인하여 항시 상부 블로우 다운을 실시하고 있으며, 하 부는 수질에 따라 간헐 블로우 다운을 시행하고 있다. ㅇ 블로우 다운량이 많으므로 그에 따른 급수량은 물론이고 블로우 다운수에 의한 열 손실이 발생하고 있다.

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제2장. 운전관리 합리화

[ 개선 후 ] <표> 열 정산서에 의한 보일러 성능치 분석

ㅇ 개선 방법으로는, - 기존 수처리 시스템을 [그림 2]와 같이 R/O시스템으로 교체하여 보일러의 급수 수질을 개선한다. - 개선후 수질 향상으로 항시 배출되고 있는 상부 블로우 다운을 하지 않아도 된다. - 간헐 적인 하부 블로우 다운만으로 급수량은 물론 블로우 다운수가 가지고 있는 에너지 손실을 절감한다.

※ 개선후 목표치 : 전기전도도 - 10(㎲/cm) , TDS - 5(ppm)기준.

<그림> 개선후 수처리 시스템 계통도 ※ Ro Unit(Dimension) : 3,500(W) × 1,500(D) × 1,600(H) ※ Micro Filter(사양) : 65(∮) × 500(L) × 15(EA)

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제2장. 운전관리 합리화

[ 기 대 효 과 ] <계산기준> ○ 보일러 급수온도(열 정산 급수온도 평균) : 84.4(℃) ○ 급수탱크 유입온도(열 교환기 후단온도) : 78.8(℃) ○ 보일러 효율 : 82.0(%) ○ 블로우 다운률(열 정산 기준) : 6.0(%) ○ 절감률 = 블로우다운률(%) - 재증발증기이용률(%) = 6.0 - 2.1 = 3.9(%) ① 예상 절감량 = 연간연료사용량(천N㎥) × 절감률(%) = 2,968.8 × 0.039 = 105,500(N㎥/년) ② 예상 절감률 : 연료사용량의 3.7 (%) , 총 에너지 사용량의 2.3 (%) ③ 예상 절감액 : 연료절감량(N㎥/년) × 연료단가(원/N㎥) = 2,968.8 × 665.54 = 70,214(천원/년) ④ 투자비 : 정밀여과장치(1EA) = 3,400 , 고압펌프(2EA) = 7,500 역삼투압장치(1EA) = 40,000 , 설치비용(1식) = 14,100 합계 : 65,000 (천원) ⑤ 투자비 회수기간 = 투자비용(천원) ÷ 예상 절감액(천원/년) = 65,000 ÷ 70,214 = 1.0(년) ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 70.6(tc/년)

<기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

110.8

절감률(%)

2.3

투자비 (백만원)

65.0

투자비 회수기간(년)

1.0

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절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

70.2 70.6

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제2장. 운전관리 합리화

제목

중앙기계실 열원장비 운전 방법 개선

업종

건물

생산제품

개선안 대분류

운전방법 개선

개선안 소분류

적정 용량의 보일러 운전(고부하 운전비율 증대) [ 개선 전 ]

□ 현

황

ㅇ 각 건물별 냉․난방을 위하여 중앙기계실의 4.5t/h 또는 5t/h노통연관식 보일러 및 360usRT흡수식 냉동기를 가동중에 있음. □ 문제점 ㅇ 2008년도 보일러 가동 상태를 분석한 결과, 여름철 냉방 운전 시 흡수식 냉동기 냉매 재생용 증기를 1,584kg/h 사용하고 있다. 용량 4.5t/h 또는 5t/h 노통연관 식 증기보일러를 가동하고 있기 때문에 보일러 부하율이 약 40% ~ 45%로 낮게 유지되고 있다. 저부하 운전으로 보일러 단속가동 및 과잉공기가 공급되고 있어 열효율이 낮게 유지되고 있다. ㅇ 또한 흡수식 냉동기 재생기에서 Li-Br수용액 증발을 위해 8bar의 증기 압력(원활 한 증발을 위해서는 수용액의 비점 이상의 포화수 온도에 해당하는 증기 압력이 필요)이 필요하나, 5bar의 증기가 공급되므로서 Li-Br수용액에 포함된 물의 증발 이 잘 이루어 지지 않기 때문에

냉매 증발능력 저하로 인한 냉동능력이 저하

현상이 발생되고 있다.

[그림1. 개선 전 POWER PLANT 열원 발생 장비 계통도]

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제2장. 운전관리 합리화

[ 개선 후 ] □ 개선 방안 ㅇ 동절기 난방시는 관류보일러 2ton/h을 병렬운전 하도록 하며(운전 : 5bar, 공급 : 2bar), 여름철 냉방시는 360usRT 흡수식 냉동기 정격 부하(공급압력 : 8bar, 증기 사용량 : 1,584kg/h)에 대응이 가능한 고효율 2t/h 관류보일러 1대를 가동하는 것 이

효율적이다.

ㅇ 또한 냉방 운전 시 흡수식 냉동기 증기공급 압력을 현재 5bar에서 8bar로 상향 조정 하여 재생기 재생능력 향상에 따른 흡수식 냉동기 냉동 효율 향상이 가능 하다. 냉동능력 증대로 냉동기 및 보일러, 냉각탑 가동시간 감소에 의한 에너지 절감이 가능하다.

<그림> 개선 후 POWER PLANT 열원 발생 장비 계통도

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제2장. 운전관리 합리화

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : (계산과정 풀이) 6,008 [N㎥/년] × 0.955 / 1,000 = 5.7 [toe/년] ② 예상 절감률 : (계산과정 풀이) 5.7 [toe/년] / 269 [toe/년] × 100 = 2.1 [%]

* 연료에너지량 : 269 [toe/년]

③ 예상 절감액 : (계산과정 풀이) 6,008 [N㎥/년] × 721 [원/N㎥] = 4.3 [백만원/년] ④ 투자비 : (산출근거제시) 운전방법 개선 사항으로 투자비 따로 없음. ⑤ 투자비 회수기간 : 없음. ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 5.7 [toe/년] × 0.637= 3.6 [tC/년]

<기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

5.7

절감율(%)

2.1

투자비 (백만원)

없음

투자비 회수기간(년)

없음

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절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

4.3 3.6

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제2장. 운전관리 합리화

제목

응축수 회수 펌프 교체로 응축수 회수 강화

업종

섬유

생산제품

개선안 대분류

운전방법 개선

개선안 소분류

응축수 회수량 증대

폴리에스터

[ 개선 전 ] ㅇ 생산공정 및 동파, 난방에 필요한 증기를 공급하기 위하여 4t/h, 6t/h 용량의 수 관식 보일러가 1.8Mpa의 압력으로 운전되고 있으며, 헤더에서 공정 조건에 맞게 0.8~1.8Mpa의 압력으로 분리 공급하고 있다. ㅇ 응축수 회수 펌프(오그덴 펌프)의 고장으로 응축수가 회수 되지 못하고 폐기되고 있다.

[ 개선 후 ] ㅇ 응축수 회수 펌프(오그덴 펌프)를 교체한다.

[기대효과] ㅇ 절감량: B-C유: 27.8kℓ/년, 27.5 toe/년 ㅇ 절감액: 11.5 백만원/년 ㅇ 투자비: 34 백만원 ㅇ 회수기간: 3년 ㅇ 온실가스 저감량: 24.1 tC/년

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3장

제

연소관리 합리화

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제3장. 연소관리 합리화

제목

공기비 조정을 통한 연료 절감

업종

섬유

생산제품

폴리에스터

개선안 대분류

연소관리

개선안 소분류

O2 Trimming 시스템 설치를 통한 공기비 조정 [ 개선 전 ]

ㅇ 연료를 연소하여 연소열을 발생하기 위하여는 산소를 필요하게 되며 공기중의 21(%)의 산소를 이용하게 된다. 공기비란 연료를 완전 연소하는데 필요로 하는 이론연소공기량에 대한 실제 투입공기량의 투입 비율을 말한다. ㅇ B-C유 1kg을 완전 연소하시키기 위해서는 10.839Nm3의 이론연소공기량이 필요하 나, 실제 연소에서는 연료의 특성, 연소기기의 성능등 조건을 감안하여 불완전 연 소가 발생하지 않은 범위내에서 최소의 공기비로 연소하는 것이 연료절약을 위한 연소기법이 된다. B-C유를 연소하는 경우에는 이론공기량보다 약20%정도의 과잉 공기량으로 연소하며 이때의 공기비 1.2를 목표공기비 또는 적정공기비라 한다. ㅇ 공기비를 목표치인 1.2로 공연비를 제어하려면 배가스중의 가스성분을 분석하여 어떤 부하변화에서도 배기가스중의 O2성분이 3.5%이하로 항상 유지되도록 조정 하여 O2 또는 CO제어에 의한 최적 연소관리를 하도록 한다. ㅇ 공기량을 과잉으로 투입하면 연소에 이용되지 않은 불필요한 공기 가열에 의한 열손실이 발생되거나, 과잉으로 공급된 냉공기가 노내부를 냉각시켜 열손실은 물 론 불완전 연소의 원인이 되기도 한다. ㅇ 진단시 연소가스 측정결과는 아래와 같다.

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제3장. 연소관리 합리화

[ 개선 전 ] ㅇ 가스분석치에서 공기비(m)를 계산할 때는 다음식을 적용한다.

ㅇ 측정한 7t/h 보일러는 적정공기비를 유지하고 있으나 10t/h 보일러와 열매체 보 일러는 배가스중 O2 성분이 적정공기비 1.2보다 높아 과잉공기로 인하여 열손실 이 발생하고 있다. ㅇ 현재 열매체보일러의 건타입 버너는 3단 연소방식이나 주로 3단과 2단에서 가동 되고 있으나 측정치는 3단 연소일 경우이며 2단연소시는 더욱 높아져 댐퍼의 개 도 조정이 잘못되어 있는 상태이다. ㅇ 10t/h 보일러는 로터리 버너로 노후되어 있으며 현재의 시스템으로는 부하별로 완벽한 공기비 조정이 어려우며, 열매체보일러는 건타입버너 이고 고온의 공기를 공급할수 있는 타입이 아니어서 공기예열기와 같은 폐열회수 시설을 설치할 수 없다.

[ 개선 후 ] ㅇ O2 측정에 의한 공기비가 1.2맞추어 댐퍼조정이 되도록 모트롤 모타와 댐퍼개도 를 재설정하여야 하나 O2 변동시 수시로 댐퍼를 교정하는것이 번거로우므로 10t/h 보일러와 열매체보일러는 현재 연료사용비용으로 볼때 고효율버너로 교체 하고 O2 trimming 시스템을 설치하여 자동으로 공기비를 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직 하다.

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제3장. 연소관리 합리화

[ 기대효과] (가) 계산식

(나) 계산기준

(다) 계산 <10t/h보일러> ㅇ 절감열량(Q) Q = (1.43-1.2)× 10.839× 0.31× (185-26) = 122(kcal/kg) ㅇ 절감율(E) E = 122/9,877× 100 = 1.2% ㅇ 절감연료량(L) L = 연료 사용량(ℓ/년) × 절감율(%) = 2,379,300× 0.012 = 28,551(ℓ/년) .28.3(toe /년) ㅇ 절감금액(W) W = 절감 연료량(L) × 연료단가(원/ℓ) = 28,551(ℓ/년) × 862(원/ℓ) = 24,611(천원/년) ㅇ 총 연료사용량 대비 절감율(r) r = 28.3(toe/년) / 4,711 (toe/년)× 100 = 0.6%

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제3장. 연소관리 합리화

[ 기대효과] <열매체보일러> ㅇ 절감열량(Q) Q = (1.3-1.2)× 10.839× 0.31× (334-26)× 224 = 23,181(kcal/kg) ㅇ 절감율(E) E = 23,181/2,218,309× 100 = 1.0% ㅇ 절감연료량(L) L = 연료 사용량(ℓ/년) × 절감율(%) = 1,665,600× 0.01 = 16,656(ℓ/년) .16.4(toe /년) ㅇ 절감금액(W) W = 절감 연료량(L) × 연료단가(원/kg) = 16,656(ℓ/년) × 862(원/ℓ) = 14,357(천원/년) ㅇ 총 연료사용량 대비 절감율(r) r = 16.0(toe/년) / 4,711 (toe/년)× 100 = 0.3% <합계> ㅇ 절감연료량(L) L = 28,551(ℓ/년)+16,656(ℓ/년) = 45,207(ℓ/년) .44.7(toe /년) ㅇ 절감금액(W) W = 24,611(천원/년) + 14,357(천원/년) = 38,968(천원/년) ㅇ 총 연료사용량 대비 절감율(r) r = 44.7(toe/년) / 4,711 (toe/년)× 100 = 0.9% ㅇ 예상소요투자비(버너2대교체 및 O2 triming 시스템) : 120,000(천원) ㅇ 투자비 회수기간 : 120,000(천원) ÷ 38,968(천원/년) : ≒ 3.1(년)

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제목 업종

제3장. 연소관리 합리화

LNG 사용 보일러(열매보일러) 공기비 조정 요업

생산제품

개선안 대분류

연소관리

개선안 소분류

공기비 조정을 통한 연료 절감

유리장섬유

[ 개선 전 ] ㅇ LNG를 연료로 사용하는 용량 180만kcal/h 열매체 보일러를 가동 중이다. 열매 보일러는 고온이 필요한 건조기1, 2호기의 열원 공급용으로 사용된다. ㅇ 열매체 보일러의 배가스 성분 분석 결과 산소 농도가 약 9.0 Vol.%이며, 이때의 공기비가 1.8로 보일러 기체연료의 기준 공기비 1.1과 비교하여 약70%의 과잉공 기가 공급되어 불필요 공기가열에 의한 열손실이 발생되고 있다.

[ 개선 후 ] ㅇ LNG 1Nm3를 완전연소 시키기 위해서 필요한 이론 연소공기량은 10.696Nm3 이 나, 실제 연소에서는 연료의 특성, 연소기기의 성능 등 제 조건을 감안하여 약 10%이내의 과잉공기를 공급한다. 이때의 공기비 1.1을 기체 연료 연소시의 목표 공기비 또는 적정 공기비라 한다. ㅇ 보일러의 공기비를 정부 고시에서 기준으로 정한 목표치 1.1을 유지하려면 배가 스 중의 가스성분을 정기적으로 분석하여 어떤 부하 변화에서도 배기가스 중의 O2성분은 2.0% 이하로 관리하여야 한다. 이를 위해서는 댐퍼제어, 배기가스중의 산소량 제어, 배가스중의 CO제어 방법등이 있으나, 댐퍼제어로는 정밀한 제어효 과를 기대할수 없다. 따라서 공기비를 세밀하게 관리하기 위해서는 송풍기에 인 버터를 부착한 O2 및 CO제어에 대한 검토가 검토되어야 한다.

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제3장. 연소관리 합리화

[기대효과] ㅇ 절감열량(Q) Q = {개선전공기비 - 개선후공기비} × 이론연소공기량(Nm3/Nm3-연료) × 공기의평균비열 (kcal/Nm3℃) × (배가스온도 - 연소공기온도)(℃) × 연료사용량 = (1.8 - 1.1) × 10.696 × 0.31 × (110 - 21) × 44.9 = 9,277(kcal/h-연료) ㅇ 절감율(E) E = {절감열량(kcal/h-연료) ÷ 총입열합계(kcal/h-연료) }× 100 = 9,277 ÷ 429,980 × 100 = 2.2(%) ㅇ 절감연료(LNG)량(L) L = 연간 연료 사용량(Nm3/년) × 절감율(%) = 439,450 × 2.2 ÷ 100 = 9,668(Nm3/년) = 10.2(toe/년) ㅇ 절감금액(W) W = 절감연료량(Nm3/년) × 연료단가(원/Nm3) = 9,668× 557.1 = 5,386(천원/년)

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4장

제

배기가스 폐열회수

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제4장. 배기가스 폐열회수

제목

보일러 공기예열기 설치

업종

섬유/염색

생산제품

NYLON, 옥스포드

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 연소공기 예열(공기예열기 신설) [ 개선 전 ]

ㅇ 열매보일러는 텐타 2대와 코팅기 2대에 열매를 공급하고 있다. ㅇ 열매온도는 공급시 250[℃], 회수시 220[℃]를 유지하고 있다. ㅇ 배기공기의 온도는 260[℃]정도로 고온이나, 열교환기등의 설치가 없어

배기손실이 다량으로 발생하고 있다. ㅇ 열매보일러의 가동은 1일 24시간, 연간 300일 가동되고 있다.

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 배기공기를 이용한 공기예열기를 부착하여 급기공기를 예열한다. ㅇ 버너를 고온용으로 교체한다. ㅇ 급기팬 및 덕트를 설치하고, 덕트를 보온한다. ㅇ 급기 및 배가스 운전조건 급기공기 구분

연간

입구온도

출구온도

운전시간

[Nm /h]

[℃]

[h/년]

1,356

260

194

7,200

입구온도

출구온도

풍량

[Nm /h]

[℃]

1,181

114

풍량 3

열교환

배기공기

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : 19.1[toe/년] - 배가스 절감열량 = 배가스 풍량 * 배가스 비열 * 온도차 * 공기예열기 효율 = 1,356[Nm3/h] * 0.33[kcal/Nm3.℃] * (260-194)[℃] * 0.9 = 26,580 kcal/h - 예상절감량 = 배가스 절감열량 * 운전시간 * LNG고위발열량 * LNG에너지환산계수 3 = 26,580[kcal/h] * 7,200[h/년] * 10,500[kcal/Nm ] * 1.05

= 19.1 toe/년 ② 예상 절감률 : 0.6[%] - 예상 절감량 / 2008년 에너지사용량 = 19.1[toe] / 3,085[toe] = 0.6[%] ③ 예상 절감액 : 11,209[천원/년] - 예상 절감액 : 연간 LNG절감량 * 단가 = 18,226[Nm3/년] * 615[원/Nm3] = 11,209[천원/년] ④ 투자비 : 34,000[천원] -

자재비 : 29,000[천원]

인건비 : 5,000[천원]

⑤ 투자비 회수기간 : 3[년] - 투자비 / 예상 절감액 = 34,000[천원] / 11,209[천원] = 3[년] ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 12.2[tC/년] - 예상 LNG 절감량 * LNG 탄소 배출계수 = 19.1[toe/년] * 0.637[tC/toe] = 12.2[tC/년]

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제4장. 배기가스 폐열회수

제목

보일러 배가스 폐열회수로 지역난방수 회수온도 상승

업종

산업기타/지역난방

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 난방열원공급

생산제품

중온수

[ 개선 전 ] ㅇ 각 보일러의 배가스 출구 측에 절탄기 및 공기예열기가 설치되어 배가스 폐열을 회수하고 있으나 배가스 온도를 보면 공기예열기 후 배가스 온도가 135[℃] ~ 142[℃]로 다소 높다. <표> 배가스 분석결과 구 분

단 위

1호

2호

3호

4호

3.00

2.40

2.20

2.10

공기비

1.167

1.129

1.117

1.111

<표> 배가스 온도 측정데이타 구 분

단 위

1호

2호

3호

4호

본체출구

℃

230

225

238

228

공기예열기출구

℃

138

141

142

135

배가스온도

<그림> 현재 배가스 폐열회수 계통도

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보일러 에너지진단 Guide

제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 현재 지역난방 Return 수의 수처리를 위한 배관 및 펌프가 설치되어 일정량을 이온교환수지를 통과하여 수질을 관리하는 바 이를 이용하는 방안으로 아래 그 림과 같다. 지역난방 Return 수의 이온교환장치를 통과한 Return 수는 보일러 배가스 연도에 절탄기를 설치하여 지역난방수를 Heating하는 방안으로 일부 지 역난방 공급소에서 이용하고 있는 방안으로서 이는 보일러 연도에(공기예열기 후) 절탄기를 추가로 설치하여 지역난방수 Return 온도(기준온도 65[℃])를 상승 시켜 Sell&Tube 열교환기의 부하를 줄이는데 목적이 있다.

<그림> 배가스 폐열회수 추가 이용 계통도 <표> 배가스 기준온도 표 구 분

단 위

1호

2호

3호

4호

비고

현재 배가스 온도 (A/H후)

℃

138

141

142

135

기준온도

℃

128

131

132

125

배가스 회수 후 온도

℃

※ 기준온도는 탈기기 압력을 낮추었을 때 예상되는 배가스 온도이며, 추가로 설치 한 절탄기에서 배가스 폐열을 추가로 회수 시 예상되는 최종 배출온도는 95[℃]로 예상하여 효과를 산출하였다.

－ 43 －

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제4장. 배기가스 폐열회수

[기대효과] ① 예상 절감량 - 평균 입열량 : 1호기 9,563,2호기 9,581,3호기 9,587,4호기 9,619[kcal/N㎥] - 절감열량

: 1호기 132, 2호기 144, 3호기 148, 4호기 120[kcal/N㎥]

- 절감율

: 1호기 1.38, 2호기 1.50, 3호기 1.54, 4호기 1.25[%]

- 절감량

: 년간 연료사용량[N㎥/년] × 절감율 = (9,557,638×0.0138)+(8,646,551×0.0150) +(1,379,976×0.0154)+(3,254,695×0.0125) = 323,528[N㎥/년]

② 예상 절감률 : 25,230[toe/년] ÷ 341.3[toe/년] = 1.35[%] ③ 예상 절감액 절감연료 예상량[N㎥/년] × 연료단가[원/N㎥] ＝ 323,528[N㎥/년] × 618.79[원/N㎥] ＝ 200,196[천원/년] ④ 투자비 - 순환펌프 교체

6,000[천원] -> (1~4호기 공통)

- 배관 및 보온 1식

: 74,000[천원]

- 절탄기 제작설치(1~4호기) : 200,000[천원] - 소계 : 280.000[천원] ⑤ 투자비 회수기간 투자비 =  = 년간 절감액

  천원  ＝  = 1.4[년]   천원년 

⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 연간 절감 연료량[kN㎥/년] × 1.055 × 0.637[toe/tC] = 323.5 × 1.055 × 0.637[toe/tC] = 217.4[tC/년]

<기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

341.3

절감율(%)

1.35

투자비 (백만원)

280.0

투자비 회수기간(년)

1.4

－ 44 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

200.2 217.4

보일러 에너지진단 Guide

제4장. 배기가스 폐열회수

제목

보일러 배기가스 폐열회수

업종

요업

생산제품

유리

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 난방열원공급(열교환기 신설) [ 개선 전 ]

□현황 ㅇ 당사는 열매체 Boiler를 이용, 170~180℃의 열매체를 생산하여 도장실 Oven기의 가열 열원으로 사용하고 있다. ㅇ 정격현황 구분

본

재 란 1호기 열매체 보일러

단위

보 일 러 형 식

최대연속증발량

kg/h

최고 사용 압력

상 용 압 력 체

기

항목

전 용 면 적

kg/cm ･g kg/cm ･g m

400,000

26.2

제

작

일

2003.12

제

작

처

삼정보일러

식

GAS 5/2

형 버

최대

연소량

kcal/h

400,000

너

유 량 범 위

N㎥/h

35.3~71.5

삼정보일러

터보

제

작

형

처 식 3

송

풍

량

m /min

풍

압

mmAq

150

기

동

력

1.1

제

작

처

삼정보일러

유

량

m /hr

열매유

양

정

펌프

동

력

처

KSB

제

작

－ 45 －

보일러 에너지진단 Guide

제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 전 ] ㅇ 측정결과 구분

측

정

항

목

기 호

단

위

측정치

외기온도(건)

℃

19.5

실내온도(건)

℃

23.3

연

L.P.G

량

Nm ／h

연료공급온도

℃

연

사

5 6

급

수

증

용

연료발열량

명

연료공급압력

료

급 증

연소 공기

발

배기

가스

18 19

량

0.65 3

kcal/Nm

W1ℓ

ℓ／h

℃

185

W2kg

kg／h

13,800

드럼압력

kg／cm g

4.5

A/H 입구온도

ta1

℃

A/H 출구온도

ta2

℃

버너입구온도

ta3

℃

23.3

보일러출구

tg1

℃

200.3

CO₂

(CO₂)

Vol %

10.19

O₂

“

5.5

온도

량

보일러입구온도

기

수

kg／cm

성 분

이론연소공기량

“

10.696

11.699

Nm /Nm

이론연소가스량

Nm /Nm

증기건도

0.98

□ 문 제점 ㅇ Boiler에서 배출되는 배기Gas (배기온도 200.3℃)를 연도를 통하여 외부로 방출시 키고 있는 것은 합리적인 에너지 이용이라고 할 수 없다. 사용연료 LPG

연료사용량

배기가스온도

실내온도

공연비

가동시간

(N㎥/hr)

(℃)

(m)

(h/년)

200.3

1.32

8,700

－ 46 －

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 후 ] □ 개선방안 ㅇ Boiler 운전 시 발생되는 배기Gas 폐열을 전열교환기를 이용, 외기와 열교환하여 겨울철에는 Spoiler조립실의 난방(현재는 전열 Heat식 난방기 사용)에 이용하도 록 하고, 기타 계절에는 연소용 공기로 이용하도록 함으로써 난방비용의 절감과 LPG사용량의 절감을 이루도록 한다. ㅇ 폐열회수 System

< 상세도 >

－ 47 －

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 기대효과]  ×  ① 예상 절감량      년  = 19.8(toe/년)   ② 예상 절감률 = 연간 절감량(toe/년)÷전체 에너지사용량(toe/년)×100(%) = 19.8 ÷ 3,809.9 × 100 = 0.5(%) ③ 예상 절감액 = 13,181 (N㎥/년) × 1,103 (원/N㎥) = 14.5(백만원/년) ④ 투자비 전열교환기 1대 : 4.0(백만원) Duct 시공비 : 1.0(백만원) 합 계 : 5.0(백만원) ⑤ 투자비 회수기간 : 0.3(년) ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 = 19.8(toe/년) × 0.713 (tC/toe) = 51.8 (tC/년) ⑦ 개선사례의 파급효과 : 난방비의 절감과 LPG사용량의 절감효과 <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

19.8

절감율(%)

0.5

투자비 (백만원)

5.0

투자비 회수기간(년)

0.3

－ 48 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

14.5 51.8

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제4장. 배기가스 폐열회수

제목

공기예열기를 추가 설치하여 배기 가스열 회수 강화

업종

요업

생산제품

PHC파일

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 연소공기 예열 [ 개선 전 ]

ㅇ 당 공장의 보일러에는 공기 예열기가 설치되어 있어 연소용 공기를 예열하여 공 급하고 있으나 기존에 설치되어있는 Counter Type 공기예열기는 저온 부식의 문제로 인하여 연소용 공기의 예열온도를 160℃ 이내로 Control하고 있다. Steam 1.3Mpa 191.6℃

Comb Gas 350℃ 8640[CMH]

F.D Fan(30HP) 소비전력:18.5kWh

Air 20℃ 8,173[CMH]

1차양생조 Auto Clave

공기예열기

133℃ 233℃

수관보일러 (10ton)

B-C Oil 37℃ 636[ℓ/hr] 급수 56℃ 10,000[kg/h]

[그림] 보일러 배기가스 폐열 회수 계통도 - 개선 전 ㅇ 예열 공기의 상한을 제한하기 때문에 공기 예열기 후단의 배기가스 온도가 높게 나타나고있다. <표> 배가스 온도에 따른 공기예열기 후단에서 전기집진기 후단의 온도차 구분

연료소비량(ℓ/h)

공기예열기 전단 공기예열기 후단 전기집진기 후단

545

배기가스 온도(℃) 부하100% 부하80% ④340 ①352 ⑤232 ②240 ⑥193 ③202

－ 49 －

외기온도(℃) 27

온도차(△t) (②-③) (⑤-⑥) 38℃

39℃

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 고온의 배기가스 배출 손실을 유효하게 회수하기 위해서 기존 Counter Type 공 기예열기 후단에 추가로 Parallel Type의 공기예열기를 설치하여 연소용 공기 온 도를 높여 연료를 절감하도록 한다. F.D Fan(30HP) 소비전력:18.5kWh

Air 20℃ 8,173[CMH]

Comb Gas 350℃ 8640[CMH]

Steam 1.3Mpa 191.6℃

1차양생조 Auto Clave

133℃ 공기예열기

186℃ 180℃

수관보일러 (10ton)

233℃

B-C Oil 37℃ 636[ℓ/hr] 급수 56℃ 10,000[kg/h]

<그림> 공기예열기 배기가스 폐열회수 시스템 계통도 - 개선 후

ㅇ 배기가스 폐열을 회수함으로서 배기 열손실을 감소하여 연료절감을 할 수 있다. <표> 공기예열기에서의 배기가스 회수열량 공기예열기

배기가스

이론 배가스량 (N㎥/kg)

이론 공기량 (N㎥/kg)

기존 545 공기예열기 (517.7)

11.443

10.709

340

232

0.33

2.8

1.155

241,759

후단 545 공기예열기 (517.7)

11.443

10.709

232

186.5

0.33

2.8

1.155

116,402

구분

연료 사용량 (ℓ/h)

전단 후단 평균비열 산소농도 공기비 (℃) (℃) (kcal/Nm3) (%)

※연료사용량의 ( )값은 비중을 적용한 값 [kg/h]

－ 50 －

회수열량 (kcal/h)

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 후 ] <표> 연소용 공기흡수열량 구분 연소용공기 (개선 전) 연소용공기 (개선 후)

연료사용량 이론공기량 (ℓ/h) (N㎥/kg) 545 10.709 (517.7) 545 10.709 (517.7)

공기예열기 평균비열 3 공기비 전단(℃) 후단(℃) (kcal/Nm )

흡수열량 (kcal/h)

133

0.31

1.155

210,414

133

184 (예상)

0.31

1.155

101,237

※ 연료사용량의 ( )값은 비중을 적용한 값 [kg/h] ※ 개선 후 연소용 공기의 흡수열량은 공기예열기 회수열량의 87.0% 적용하였으며, 이를 근거로 공기예열기 후단의 예열공기 온도 계산. ㅇ 기존 공기예열기(Counter Type) 후단의 온도를 낮추었을 때 발생하는 저온 부식 문제는 Parallel Type의 열교환기를 적용함으로서 제거할 수 있다. ㅇ

Parallel Type 공기예열기는 공기와 배기가스가 평행하게 흐름으로서 공기예열 기 내부의 저온부식의 문제가 발생하지 않아 예열기 후단의 온도를 낮추어 열손 실인한 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.

ㅇ 신규로 설치하는 공기예열기(Parallel Type) 후단의 배가스 온도가 180℃로 배출 될때 집진기 후단(Stack 전단)에서의 배기가스 온도는 140℃이상을 유지할 것으 로 예상됨에 따라 저온부식의 문제는 발생하지 않는다.

－ 51 －

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 기대효과] 계산기준 - 년간 가동시간 : 7,008 [hr/년] - 년간 연료사용량 : 3,571.36[㎘/년],3,392.8[ton/년] - 연료의 저위발열량 : 9,350 [kcal/ℓ]- B-C Oil - 연료의 단가 : 503.25[원/ℓ], 529.74[원/kg] - 전기집진기 후단 Stack 배기가스 최저 온도 : 130℃ - 공기예열기 후단 최저 온도 : 180℃ - 공기예열기 전열 효율 : 87.0% - 적용율 : 70% (고부하 운전 비율 적용 및 저부하일 때 By-Pass 통하여 연소용 공기 공급 감안) - 개선 전· 후 연소용 공기 흡수열량 공기예열기 연료사용량 이론공기량 평균비열 3 공기비 (ℓ/h) (N㎥/kg) 전단(℃) 후단(℃) (kcal/Nm )

구분

흡수열량 (kcal/h)

연소용공기 (개선 전)

545 (517.7)

10.709

133

0.31

1.155

210,414

연소용공기 (개선 후)

545 (517.7)

10.709

133

184 (예상)

0.31

1.155

101,237

① 예상 절감량 : 52.58 [toe/년] - 절감열량 = (개선 후 공기예열기 회수열량)[kcal/h]× 년 가동시간[hr/년] × 적용율[%]/100 = 101,237[kcal/h]× 7,008[hr/년]× 0.7 = 496,628,227 [kcal/년] - 연료절감량 절감열량   =    유 저위발열량      년  =      = 53,115 [ℓ/년] = 53.115[㎘/년]× 0.99[toe 환산] = 52.58 [toe/년]

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 기대효과] ② 예상 절감률 : 1.22 [%] = 년간 연료절감량[toe/년]/2008년 에너지 사용량[toe/년])☓100 = (52.58[toe/년] / 4,316.71[toe/년]) ☓ 100 = 1.22 [%] ③ 예상 절감액 : 26.73 [백만원/년] = 연료절감량[ℓ/년] × 연료단가[원/ℓ] = 53,115[ℓ/년] × 503.25[원/ℓ] = 26.73 [백만원/년] ④ 투자비 :

42.5 [백만원]

- 공기예열기 : 21.0[백만원] - 온도 센서 (2SET) : 5.0 [백만원] - 설치비 기타 : 14.5 [백만원] - 시험운전 : 2.0 [백만원] ⑤ 투자비 회수기간 :

1.59 [년]

= 투자비 / 년간 연료절감액 = 42.5[백만원] / 26.73[백만원/년] = 1.59 [년] ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : = 연 료절감량 [toe/년] × 0.837[tC/toe] = 52.58[toe/년] × 0.875[tC/toe] = 46.01 [tC/년] <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

52.58

절감율(%)

1.22

투자비 (백만원)

42.5

투자비 회수기간(년)

1.59

－ 53 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

26.73 46.01

보일러 에너지진단 Guide

제4장. 배기가스 폐열회수

제목

LNG연료 보일러 배가스 폐열회수

업종

금속

생산제품

알루미늄 샷시

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 급수 예열(절탄기 신설) [ 개선 전 ]

ㅇ 현재 가동 중인 3.5Ton 노통연관식 보일러(2호기)의 연소가스 온도 측정 시 약 160.1℃가

폐열로 방출 되고 있음을 확인하였다.

[ 개선 후 ] ㅇ 보일러의 배기가스 (160.1℃)를 절탄기(Economizer)를 이용하여 48℃의 급수온도 를 58℃까지 예열하여 공급하면 48℃에서 130℃로 증기를 만들 때 발생하는 연 료

소비량을 58℃에서 130℃로 증기를 발생시킬 수 있으므로 그 차이만큼 에

너지를 절감할 수 있다. ㅇ 여기서 급수의 온도를 95℃이상으로 예열할 경우에는 공급 PUMP에 캐비테이션 (Cavitation) 현상으로 인한 문제가 발생할 수 있으며, 또한 관 내부 압력 상승 등으로 인한 관의 파열을 일으킬 수 있으므로 주의 하여야 한다 .

<배기가스 폐열 회수 - 개선 후>

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제4장. 배기가스 폐열회수

[기대효과] ㅇ 보일러 배기가스 폐열회수를 통하여 급수를 예열 공급하여 연료절감 기대효과는 다음과 같다. 절감량

절감액

투자비

투자회수기간

(tC/년)

(천원/년)

(천원)

(년)

5.94

4,271

11,000

2.58

절감율(%) (N㎥/년) (toe/년) 1.69

8,838

9.32

－ 55 －

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제4장. 배기가스 폐열회수

제목

보일러 배기가스 폐열회수로 급수 예열

업종

건물

생산제품

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 급수 예열(절탄기 신설) [ 개선 전 ]

[ 개선 후 ] ㅇ 보일러 배기연도에 절탄기를 설치하여 4.5ton/h 보일러 급수를 65℃에서 80℃로 승온하여 공급함으로써 보일러 효율증가와 연료를 절감한다.

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제4장. 배기가스 폐열회수

[기대효과] ㅇ 절감량: 2.3천 천N㎥/년

2.4 toe/년

ㅇ 절감액: 1.4 백만원/년 ㅇ 투자비: 8.2 백만원 ㅇ 회수기간: 5.8년 ㅇ 온실가스 저감량: 1.5 tC/년

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제4장. 배기가스 폐열회수

제목

배가스 폐열회수

업종

건물

생산제품

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 급수 예열(절탄기 신설) [ 개선 전 ]

ㅇ 열정산 결과 분석을 통해 알 수 있듯이, 보일러의 배가스 온도가 연도 후단에서 최소 159.9℃에서 최대 221.5℃까지 나타나며, 이로 인한 배가스 손실열은 최소 6.5%에서 최대 10.4%로 크게 발생하고 있다

[ 개선 후 ]

ㅇ 일반적으로 배가스 보유 폐열을 회수하여 이용함으로써 배가스 배출온도를 25℃ 낮출 경우 연료의 약 1% 정도가 절감된다. 그러므로 배가스 보유 폐열을 회수하 여, 불필요한 에너지손실을 줄이고자 한다. ㅇ 보일러 연료를 LNG인 청정연료를 사용하고 있으며, 연료 중에 유황(S)성분이 거 의 포함되어 있지 않기 때문에 절탄기의 저온부식 등의 문제가 없으므로 폐열회 수장치를 설치하여 배가스 배출 온도를 110℃ 정도까지 낮추어 운전하는 것이 바람직하겠다.

－ 58 －

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 배가스폐열을 회수하는 방안으로 • 공기예열기를 설치하여 연소용 공기를 예열 • 절탄기(Economizer)를 설치하는 방안 이 있으나 공기예열기가 설치되어 있으므로 절탄기(Economizer)를 여, 회수한 폐열을 통해 온수를 승온 공급하도록 한다.

[기대효과] ㅇ 연료절감 기대량 : 13,965(N㎥/년) ㅇ 절감예상금액 : 8,119(천원/년) ㅇ 예상투자비 : 44,660(천원)(절탄기 3대 및 공사비포함) - 3.5Ton(절탄기9,500천원×2대) / 2Ton(절탄기7,500천원×1대) ㅇ 투자비회수기간 : 5.5(년) ㅇ 총 연료 사용량대비 절감율 : 0.74(%) ㅇ 총 에너지 사용량대비 절감율 : 0.16(%) ㅇ 탄소 저감량 : 9.4(tC/년)

－ 59 －

추가 설치하

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제4장. 배기가스 폐열회수

제목

보일러 배기가스 폐열회수로 연소용 공기 예열

업종

식품

생산제품

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 연소공기 예열

도계

[ 개선 전 ] ㅇ 진단당시 가동중인 각 보일러의 배기가스 측정온도는 255℃, 220℃로 높음 ㅇ 이로 인하여 배기가스 손실열이 13.3%, 17.1%로 크게 발생하고 있지만, 이 고온 의 배기가스 폐열을 회수하지 못하고 있음. [각 보일러 열정산 분석결과 및 측정자료]

<보일러 계통도>

－ 60 －

보일러 에너지진단 Guide

제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 일반적으로 ‘배기가스 보유 폐열’을 회수하여 이용함으로써 배기가스 배출온도를 25℃ 낮출 경우 연료의 약 1% 정도가 절감됨. ㅇ 보일러 연료로 (B-C유)를 사용하고 있어 연료 중에 유황(S)성분이 포함되어 있기 때문에 산노점(Dew point)범위(110~150℃) 이하로 냉각, 응축될 경우에는 저온부 식등의 문제가 발생할 수 있으므로, ㅇ 공기예열기를 설치하여 연소용 공기를 예열하여 배기가스 배출 온도를 170℃ 정 도까지 낮추어 운전함.

[기대효과]

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보일러 에너지진단 Guide

제목 업종

제4장. 배기가스 폐열회수

목재보일러 배기가스 폐열회수 검토 금속

생산제품

합판

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 드라이어 건조용 공기예열(열교환기 신설) [ 개선 전 ]

ㅇ 공기예열기(A/H) 및 절탄기(E/M)를 설치하여 목재보일러의 배가스 폐열을 회 수. ㅇ 보일러의 연소용 공기예열 및 급수 승온 등에 활용하고 있음. ㅇ 최종 후단 배기가스 측정온도는 250℃로써 여전히 높으므로, 이 고온의 배기가스 폐열을 회수할 필요가 있음.

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제4장. 배기가스 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 일반적으로“배기가스 보유 폐열”을 회수하여 이용함으로써 배기가스 배출온도를 25℃ 낮출 경우 연료의 약 1% 정도가 절감됨. ㅇ 배기가스 폐열을 회수하는 방안은, 공기예열기(A/H)를 설치하여 목분을 건조하 기위한 드라이어(건조기)의 건조용 공기를 예열함으로써 드라이어(건조기)에 소 모되는 연료(LNG)를 절감하고자 함

[기대효과]

절감량 [toe/년]

연료 절감량 [천㎥/년]

절감율 [%]

절감액 [백만원/년]

투자비 [백만원]

투자회수기간 [년]

233.47

221.29

4.7

122.82

156.0

1.27

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제4장. 배기가스 폐열회수

제목

열매체보일러 폐열회수

업종

금속

생산제품

개선안 대분류

배기가스 폐열회수

개선안 소분류

배기가스 열을 이용하여 난방열원 공급

파티클보드

[ 개선 전 ] ㅇ 현재 가동되고 있는 200만(kcal/hr) 열매체보일러에서 대기로 방출되고 있는 배 가스 온도가 높아 에너지손실이 큼. - 배가스온도 : 282.5(℃) ㅇ 또한 Glue Line에 있어 동절기 동안에 온도저하에 따른 Glue와 Chip의 혼합의 불균일등의 문제점이 발생.

[ 개선 후 ] ㅇ 배가스 Duct Line에 공기예열용 Recuperator를 설치하여 Hot Air를 발생시켜 Glue Line에 동절기 난방을 실시함으로서 동절기 난방 에너지 절감을 도모.

<배가스 폐열회수 System 개략도>

[기대효과] ㅇ 연간 절감전력량 = 417,600 - 27,000 = 390,600(kWh/년) [84.0(toe/년)] ㅇ 연간 절감금액 : = 390,600(kWh/년) × 59.2(원/kWh) = 23,123(천원/년) ㅇ 전체 에너지사용량 대비 절감율 : = [84.0(toe/년) ÷ 12,026(toe/년)] × 100(%) = 0.7(%) ㅇ 투자비 : 45,000(천원) ㅇ 투자비 회수기간 = 45,000 ÷ 23,123 = 2.0(년)

－ 64 －

5장

제

폐 열 회 수

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제5장. 폐열회수

제목

재증발 증기 회수

업종

산업기타

개선안 대분류

폐열회수

개선안 소분류

Vent 증기 열 회수

생산제품

자동차용 방진고무부품

[ 개선 전 ] ㅇ 공장의 열원은 유틸리티동의 증기보일러에서 증기를 공급받고 있다. ㅇ 공장의 증기는 전처리공정과 도장도포공정에서 사용되고 있다. 2 2 ㅇ 공장의 증기사용압은 약 6kg/cm 이며, 응축수는 약 4~5kg/cm 의 압력으로 응축

수탱크에 회수되고 있다. ㅇ 고압의 응축수로 인해 응축수탱크에서 재증발 증기가 발생되고 있다. ㅇ 재증발증기의 응축을 위해 응축수탱크에 시간당 0.45ton의 보충수(약 20℃) 를 급 수하고 있으나 효과는 미미하다. ㅇ 유틸리티동의 증기보일러에는 시간당 2.38ton의 보충수(약 20℃)가 공급 되고 있다. ㅇ 회수되지 못한 재증발증기로 인한 에너지손실이 발생되고 있다. ㅇ 응축수탱크에서의 벤트증기 모습

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제5장. 폐열회수

[ 개선 전 ] ㅇ 현재 AVS공장 증기공급 계통도

[ 개선 후 ] ㅇ 재증발증기 벤트배관에 벤트증기 회수장치를 설치한다. ㅇ 기존 보일러급수탱크로 공급되던 보충수배관을 폐쇄하고 보충수는 응축수 탱크 로만 공급되도록 배관을 구성한다. ㅇ 응축수탱크와 벤트증기회수장치 사이에 순환펌프를 설치한다.

<개선후 재증발 증기 회수계통>

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제5장. 폐열회수

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : 연간 예상 LNG 절감량 x 에너지환산계수 = 131.0 (천Nm3/년) / 1.05(toe/천Nm3) = 137.6 toe/년 ② 예상 절감률 : 연간 예상 에너지 절감량 / 2008년 에너지 사용량 = 137.6 (toe/년) / 12,081 (toe/년) x 100 = 1.14 % ③ 예상 절감액 : 연간 예상 LNG 절감량 x LNG 단가(2008년 12월 기준) = 131.0 (천Nm3/년) x 1,000 x 614 (원/Nm3) = 80,434 천원/년 ④ 투자비 : 자재비 + 설치공사비 = 35,200(천원) + 30,000(천원) = 65,200 천원 ⑤ 투자비 회수기간 : 예상 투자비 / 예상 절감액 = 65,200 (천원) / 80,434 (천원/년) = 0.8 년 ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 연간 예상 에너지 절감량 x LNG 온실가스 배출 계수 = 137.6 (toe/년) x 0.637 (tC/toe) = 87.6 tC/년 ⑦ 개선사례의 파급효과 : 대기중으로 방출되어 손실되고 있는 재증발증기를 회수하여 보일러 보급수로 사용함으로써 보일러 보급수 가열에 필요한 에너지와 보일러 용수를 절감할수 있다.

<기대효과 종합> 절감량 (toe/년) 투자비 (백만원)

137.6

절감율(%)

투자비 회수기간(년)

－ 69 －

1.1

절감액 (백만원)

80.4

0.8

온실가스 저감량 (tC/년)

87.6

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제5장. 폐열회수

제목

블로우다운 폐열회수

업종

화공

생산제품

개선안 대분류

폐열회수

개선안 소분류

블로우다운수 열회수

인산

[ 개선 전 ] ㅇ 보일러 관 상부 및 하부의 스케일 방지를 적절하게 관리하기 위하여 블로우 다 운을 실시하고 있다. 블로우다운 폐수 현열을 이용하여 간접 열교환 예열, 난방 에 사용 함으로써 보일러 연료 사용량을 줄일 수 있고 공정4팀에는 열수를 이용 한 기존 FAN COIL UNIT(난방설비)로 실온을 높여 줌으로써 현재 공정4팀 난방 에 소요되는 에너지를 절약할 수 있을 것이다. ㅇ 95℃의 블로우 다운수를 전량 폐수로 방류 하고 있으며 1일 블로우 다운폐수의 양은 보일러 운전일지를 참고 하였으며 아래표와 같다. 구 분

온도(℃)

블로우다운수

드럼압력

방류량

(bar)

(㎥／ｄ）

8.0

－ 70 －

비고 평균치

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제5장. 폐열회수

[ 개선 후 ]

－ 71 －

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제5장. 폐열회수

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : Fa = Q / (Hℓ×η) = 2,160,000 / (9550 × 0.93) = 243 (Nm3/일) - 연간 연료절감량(L) = Fa × 연간가동일수(일/년) = 243 × 150 3 = 36,450 (Nm /년)

② 예상 절감률 : 38.5toe / 4,043toe × 100 = 0.95% ③ 예상 절감액 : (W1) = L × P = 36,450 × 646 = 23,546 (천원/년) ④ 투자비 : 20,000천원 → 판형열교환기, 저장탱크, 순환펌프, 설치 및 배관수정 ⑤ 투자비 회수기간 :

= W2 / W1 = 1.2 (년)

⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 24.6 <기대효과 종합>

절감량 (toe/년)

38.5

절감율(%)

0.95

투자비 (백만원)

20.0

투자비 회수기간(년)

1.2

－ 72 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

17.4 24.6

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제5장. 폐열회수

제목

보일러 블로워수 폐열회수

업종

건물/호텔

개선안 대분류

폐열회수

개선안 소분류

블로우다운수 열회수

생산제품

[ 개선 전 ] ㅇ 현재 보일러 블로워에서 발생되는 물이 수질관리를 위해 80℃로 많은 열원이 버 려지고 있다. 20평 정도의 한실 바닥난방을 위해 난방 전체 순환펌프를 사용하고 있으며, 사우나실의 온수공급을 위해 시수를 순간가열기를 통해 60℃로 공급, 현재 사우나폐열회수용 열교환기가 설치되어 있으나 사우나 하수부족 등의 이유 로 사용하지 않고 있다.

(보일러 블러워수 방류)

(사우나하수 폐열회수 열교환기)

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제5장. 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 전력에너지측면에서는 한실 바닥난방을 위해 난방 전체순환 펌프(19Kw/h) 를 사 용으로 연료와 전력이 과다 하게 소비되고 있으며, 열에너지측면에서는 블로워 폐수(80℃ 0.6(m3/h))가 버려지고 있다. 이를 열교환기 설치와 폐수열 회수 (80℃ → 60℃) 전용 펌프(0.39Kw/h)를 설치하여 전력과 연료 소비를 줄일 수 있을 것 이다. ㅇ 또한 난방회수 후 60℃물은 그대로 방류하지 않고, 시수예열로 사용하여 사우나 실로 공급되는 온수의 순간가열기 연료 소비를 줄일 수 있다.

<개선 후 전체 계통도>

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제5장. 폐열회수

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : (계산과정 풀이) 1. 폐열 회수열량 가. 한실 바닥난방 회수열량 = 유량(kg/h)× 비열(kcal/kg)× 온도차(℃)× (1-여유율)[%] = 600(kg/h)× 1.0(kcal/kg)× (80-60)(℃)× (1-0.1)(%) = 10,800 kcal/h 나. 시수예열(10개월 사용) = 유량(kg/h)× 비열(kcal/kg)× 온도차(℃)× (1-여유율)[%] = 600(kg/h)× 1.0(kcal/kg)× (80-35)(℃)× (1-0.1)(%) = 24,300 kcal/h 다. 시수예열(2개월 사용) = 유량(kg/h)× 비열(kcal/kg)× 온도차(℃)× (1-여유율)[%] = 600(kg/h)× 1.0(kcal/kg)× (60-29)(℃)× (1-0.1)(%) = 16,740 kcal/h 2. 전력 절감량 =[주 순환펌프 동력(kWh)-추가펌프 동력(kWh)]× 년 가동시간(hr/년) = [19(kWh)-0.39(kWh)]× 1,440(hr/년) = 26,798.4(kWh/년) = 26.798(MWh/년)× 0.125(toe/MWH 환산) = 3.350[toe/년] 3. 연료 절감량 =

회수열량   × 년 가동시간 (hr/년) 연료의 저위발열량  

가. 한실 바닥난방 회수열량 

=  × 년      = 1,357.1 [Nm3/년] = 1.357[kNm3/년]× 1.055 [toe/Nm3-LNG 환산] = 1.432 [toe/년]

－ 75 －

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제5장. 폐열회수

[ 기대효과] 나. 시수예열(10개월 사용) 

× 년  =     

= 15,267.0 [Nm3/년] 3 = 15.267[kNm3/년]× 1.055 [toe/Nm -LNG 환산]

= 16.107 [toe/년] 다. 시수예열(2개월 사용) 

=  × 년      = 2,103.5 [Nm3/년] = 2.104[kNm3/년]× 1.055 [toe/Nm3-LNG 환산] = 2.219 [toe/년] ② 예상 절감률 : (계산과정 풀이) = (연료절감량[toe/년] / 2008년 에너지사용량[toe/년])× 100 = (23.1[toe/년] / 6,468[toe/년])× 100 = 0.36[%] ③ 예상 절감액 : (계산과정 풀이) 3 3 = 년간 연료절감량(Nm /년)× 연료단가(원/Nm )

= 18,727.6(Nm3/년)× 698.68(원/Nm3) = 13.085[백만원/년] = 년간 전력절감량 = 26,798(kWh/년)× 74.6(원/kwh) = 1.9[백만원/년] ④ 투자비 : (산출근거 제시) 투자비 : 35[백만원] 재료비 : shell & tube 열교환기 재활용 관재료 및 콘트롤 : 30,000(천원) 인건비

: 5,000(천원)

총투자비

: 35,000(천원)

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제5장. 폐열회수

[ 기대효과] ⑤ 투자비 회수기간 : 투자비 회수기간 : 2.3[년] = 투자비 / 년간 전력절감액 = 35[백만원] / 15[백만원/년] = 2.3[년] ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 온 실 가 스 저 감 량 : 15.7[tc/년] = 년간 절감 toe × = 23.1[toe/년] ×

탄소배출계수 0.637[tc/toe]-LNG(도시가스)

= 12.59[tc/년] = 26.798[MWh/년] ×

0.116[tc/MWh]-전력

= 3.11[tc/년]

<기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

19.8

절감율(%)

0.4

투자비 (백만원)

투자비 회수기간(년)

2.3

－ 77 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

15 3.1

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제5장. 폐열회수

제목

블로우다운 폐열회수

업종

금속

생산제품

개선안 대분류

폐열회수

개선안 소분류

블로우 다운수열 회수

LCD편광판

[ 개선 전 ] ㅇ 보일러 연속 블로우 다운량은 160℃, 평균 240kg/h 정도 배출되고 있으며, 열회 수 없이 폐수장으로 배출되고 있음. ㅇ 보일러 운전압력이 6kg/㎠g이므로 버려지는 열량은 159kcal/kg으로써 시간당 71,550 kcal/h 정도임.

－ 78 －

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제5장. 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 현재 보일러에 Economizer가 설치되어있고, 연속 블로우 다운수를 이용하여 급수 온도를 예열하여 공급하도록 한다.

ㅇ 65℃의 급수 온도 상승 ㅇ 9열교환후 브로우다운 배출수 온도 : 70℃

[기대효과] ㅇ 연료절감량: 11(toe/년) ㅇ 절감액: 5.9(백만원/년) ㅇ 투자소요액: 10(백만원) ㅇ 회수기간: 1.7(년)

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제5장. 폐열회수

제목

보일러 보급수 예열

업종

식품

생산제품

개선안 대분류

폐열회수

개선안 소분류

공정폐열을 회수하여 보일러 급수 예열

식품첨가물

[ 개선 전 ] ㅇ 보일러 보충수는 지하수를 R/O 정수기로 정수하여 사용하고 있다. ㅇ 보급수의 평균온도는 약 20℃ 정도이다. ㅇ 칠러는 1일 16시간 가동되고 있으며, 계절에 따라 차이는 있지만 측정일 현재 약 35~40℃를 냉각탑에서 냉각시키고 있다. ㅇ 보일러는 24시간 가동되고 있으며, 칠러 가동시의 보급수량은 일 60톤 정도이다.

[ 개선 후 ] ㅇ 칠러 냉각탑 입구배관을 2층 R/O 실로 연결하여 판형 열교환기를 통과한 후 냉 각탑에 연결되도록 한다. ㅇ 보일러 보급수 R/O정수기 토 출배관을 판형 열교환기에 연 결하고 예열된 물을 보급수 탱 크에 공급한다. ㅇ 보급수탱크에서 응축수탱크로 공급되는 배관에 예열된 물이 공급되도록

바이패스

배관을

연결한다.

[기대효과] ㅇ 절감량: LNG: 13,143 N㎥/년,

13.9 toe/년

ㅇ 절감액: 8.0 백만원/년 ㅇ 투자비: 14.0백만원 ㅇ 회수기간: 1.7년 ㅇ 저감량: 8.9 tC/년

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제5장. 폐열회수

제목

폐열보일러 용량 증설

업종

금속

생산제품

개선안 대분류

폐열회수

개선안 소분류

폐열보일러 설치로 증기 또는 동력생산

알루미늄

[ 개선 전 ] ㅇ Coating 공정 소각로에는 열교환기 2대가 설치되어 약 750℃의 폐가스를 열교환 하여 Oven과 소각로에 각각 270℃와 400℃의 연소용 공기를 승온하여 공급하고 있다. ㅇ 소각로에서 발생한 폐가스는 열교환기를 지나 대기로 배출하는 덕트와 1.8ton/h 의 폐열보일러로 연결되는 덕트로 분기되어 있다.

－ 81 －

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제5장. 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ Coating 공정에 기존의 폐열보일러보다 용량이 큰 폐열보일러를 설치하여 소각 로에서 발생한 폐가스중 대기로 배출되는 고온의 폐가스를 회수하여 증기를 생 산함으로써 보일러실의 Main보일러의 부하를 경감시키고 에너지를 절감한다.

[기대효과] ㅇ 절감량: B-C유: 1,375 kℓ/년, 1,361 toe/년 ㅇ 절감액: 593.4 백만원/년 ㅇ 투자비: 800 백만원 ㅇ 회수기간: 1.4 년 ㅇ 온실가스 저감량: 1,191 tC/년

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제5장. 폐열회수

제목

탈기기 Vapor 증기열 회수

업종

화공

생산제품

개선안 대분류

폐열회수

개선안 소분류

재 증발 증기열 회수

염화칼슘

[ 개선 전 ] ㅇ 45(ton) 유동층 보일러급수는 순수를 제조해서 사용하고 탈기기에서 용존가스를 제거하고 고압의 증기로 순수를 가열하는 과정에서 재증발 증기가 발생하는데 재증발증기를 회수하고 있으나 열교환기의 용량이 부족하여 재증발 증기의 일부 가 대기로 방출되고 있다.

<그림> 탈기기 Vapor 열교환 계통도

－ 83 －

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제5장. 폐열회수

[ 개선 후 ] ㅇ 기존 열교환기 용량으로는 순수 11.5(ton/h)의 온도를 12(℃)에서 41(℃)까지 승온 하고 있는데 열교환기 용량을 증설한다면 순수의 온도를 18(℃) 더 승온이 가능 하다.

<그림> 탈기기 Vapor 열교환 계통도 가) 기준 - 열교환기 통과 급수량 : 11,500 (kg/h) ※ 유속 : 1.46 (m/s), 관경 : 50(A) - 열교환기 입구 급수온도 : 12(℃) - 열교환기 출구 급수온도(개선 전) : 41 (℃) - 열교환기 출구 급수온도(개선 후) : 59 (℃) - 여유율 : 50(%) (계절별 순수온도변화 15 - 20(℃)추정) 나) 절감열량 (Q) = 급수량(kg/h) x 물의비열(kcal/kg℃) x (개선 후 온도 - 개선 전 온도)(℃) x 여유율(%) = 11,500 x 1 x (59 - 41) x 0.5 = 103,500 (kcal/h)

－ 84 －

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제5장. 폐열회수

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : = 절감열량 (kcal/h) / {유연탄 저위발열량(kcal/kg) x 보일러 효율(%)} x 연간 가동시간 (h/년) = 103,500 / (5,950 x 0.771) x 8,520 = 192 (ton/년) = 119 (Toe/년) ② 예상 절감률 = (119 / 15,431) x 100 = 0.8 (%) ③ 예상 절감액 : = 192.0 (ton/년) x 136.5 (천원/ton) = 26.2 (백만원/년) ④ 투자비 : 10.0 (백만원) (절탄기set, 배관 및 보온등) ⑤ 투자비회수기간 = 10.0 / 26.2 = 0.4 (년) ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : = 절감예상량(toe/년) x 탄소계수(tC/toe) = 126 ⑦ 개선사례의 파급효과 : 기존 열교환기 용량을 증설한다면 순수의 온도를 18(℃) 더 승온이 가능하다. <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

119

절감율(%)

0.8

투자비 (백만원)

10.0

투자비 회수기간(년)

0.4

－ 85 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

26.2 126

6장

제

설 비 대 체

－ 87 －

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제목

제6장. 설비대체

10(t/h) 보일러를 저용량 5(t/h) 고효율 콘덴싱보일러로 교체

업종

화공

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

적정 용량의 보일러로 대체

의약품

[ 개선 전 ] ㅇ 멸균 등 생산공정용 및 공조기 온수공급용 증기를 생산하기 위해 10(t/h) 노통연 관식 보일러 1기, 20(t/h) 수관식 보일러 1기, 총 2기를 설치하여 주간단위로 전 환운전. ㅇ 보일러는 현장의 증기사용부하에 따라 4.5(kg/cm2g) 내외의 증기압력으로 저부하 운전 및 자동 ON-OFF 운전되고 있으며 전체적으로 부하량이 크지 않아 10(t/h) 노통연관식 보일러는 주간시간대에 저부하로 운전 중이며 야간시간대는 On-Off 운전. ㅇ 20 (t/h) 수관식 보일러를 보면 10(t/h) 보일러보다도 용량이 커 주간시간대에도 On-Off 운전. ㅇ 10(t/h) 보일러는 수량계 이상으로 열손실법에 의해, 20(t/h) 보일러는 수량계 오 차가 적어 입․출열법에 의해 열정산을 실시. 결 과 치 (%) 항 보 부

일

러 하

효

목

10(t/h) 보일러 [열손실법]

20(t/h) 보일러 [입․출열법]

율 율

85.8 25.8

83.3 10.6

ㅇ 사용증기부하 대비 보일러용량이 커 저부하운전 및 잦은 기동과 정지운전으로 연소효율 저하, 미연분 증대 및 Purge손실 증대로 저효율 운전됨으로써 소비연 료 증대. ➜ 야간시간대에는 부하율이 더 낮아 잦은 기동 및 정지를 반복함으로써 Purge 에 따른 연료손실도 발생.

－ 89 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 개선 전 ] ㅇ 수량계가 정상인 20(t/h) 수관식 보일러를 기준으로 보면, ➜ 연간 20(t/h) 수관식 보일러 평균 증기생산량 : 1.6(t/h) ➜ 5(t/h) 초과 사용일 및 시간 : 2008년 2월 20일 10시 → 6.5(t/h)

<20(t/h) 수관식 보일러 일평균 증기사용량[2008년 자료]> ㅇ 보일러운전에 있어서 저부하운전할 경우 공기비제어가 어려워서 다음 그림에서 와 같이 10(t/h) 노통연관식 보일러의 경우 사용증기부하가 1(t/h)이하일 경우 공기비가 맞지 않아 사용연료에 비해 이론공기량도 공급되지 못해 배가스 중 CO 농도가 증가함으로써 미연분에 의한 연료손실도 발생.

<10(t/h) 노통연관식 보일러 배기가스 분석자료>

－ 90 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] ㅇ 따라서 현 증기부하율을 고려하여 사용년수가 15년 정도인 10(t/h) 노통연관식 보일러를 저용량 5(t/h) 고효율 콘덴싱 보일러로 교체함으로써 공조부 하가 큰 동절기를 제외한 절기에 가동함으로써 부하율 상승에 따른 고효율 운전으로 소 비연료를 절감. ㅇ 5(t/h) 고효율 콘덴싱 보일러

ㅇ 유사 부하조건인 타 사업장 P사 기설치 5(t/h) 고효율 콘덴싱보일러 열정산 자료는 다음과 같다.

량

Hℓ

입 3 kcal/m 9,550

현

열

현

열

6.8

0.1

흡 수 열

9,171.7

96.0

열

288.6

3.0

불 완 전 연 소 의 손 실 열

방 열 및 기 타 손 실 열

96.5

1.0

9,556.8

100

항 료

목

연

료

의

공

기

의

발 생 증 기 의

배

가

합

의

발

스

손

계

기호 열

실

Qi.Lo

－ 91 －

9,556.8

열 % 99.9

100

출 3 kcal/m

열 %

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : ○ 10(t/h) 노통연관식 보일러 = 10(t/h) 보일러 3∼11월 연료사용량(m3) × 절감율 = 346,080(m3) × 0.10 = 34,608(m3/년) [36.5(toe/년)] ○ 20(t/h) 수관식 보일러 = 20(t/h) 보일러 3∼11월 연료사용량(m3) × 절감율 3 = 402,870(m ) × 0.13

= 52,373(m3/년) [55.3(toe/년)] ○ 합

계 : 86,981(m3/년) [91.8(toe/년)] 주) 고효율 콘덴싱보일러 적용 시 급기팬 및 급수펌프 전력절 감 효과도 있으나 여기서는 무시함. 연간 전력절감액은 약 3(백만원/년) 전후임.

② 예상 절감률 : = 연간 절감량(toe/년) ÷ 전체 에너지사용량(toe/년) × 100(%) = 91.8 ÷ 3,878 × 100 = 2.4(%) ③ 예상 절감액 : = 연간 절감연료량 × 연료단가 3 3 = 86,981(m ) × 646.01(원/m ) = 56,191(천원/년)

④ 투자비 : 100,000(천원) ➜ D사 고효율 콘덴싱보일러 1대 설치비용. - 제어장치 및 설치비용 포함, 철거비용 포함. ⑤ 투자비 회수기간 : 1.8(년) ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : = 91.8(toe/년) × 0.637(tC/toe) = 58.5(tC/년) <기대효과 종합>

절감량 (toe/년)

91.8

절감율(%)

2.4

투자비 (백만원)

100.0

투자비 회수기간(년)

1.8

－ 92 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

56.2 58.5

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

제목

보일러 교체

업종및생산제품

건물/서비스

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

적정 용량의 보일러로 대체

[ 개선 전 ] ㅇ 보일러 1,3호기의 운전현황으로 잦은 보일러의 On-Off으로 인하여 예열손실이 많 음을 알 수 있다. 보일러 1호기 운전현황

ㅇ 부하변동율(On-Off 횟수) : 18 회/h 보일러 3호기 운전현황

ㅇ 부하변동율(On-Off 횟수) : 14 회/h

－ 93 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] ㅇ Purge 손실을 고려한 실제 보일러 효율 : 1호기 기준 - Purge 운전 손실열량 산출(Q) = 풍량(N㎥/min) × (시간당Purge횟수 × 회당Purge시간)(min/h) × 비열 (kcal/N㎥℃) × 온도(t) = 45(N㎥/min)× (18 × 1분40초 )(min/h)× 0.31(kcal/N㎥℃) × (140-25)(℃) = 48,127(kcal/h)

→ 12.9% 전 후 의 손 실 량

- 실제보일러 효율 = 보일러 운전효율 (%) - Purge 운전에 따른 손실열량(%) = 82.5(%) - 12.9(%) = 69.6(%) 보일러 1호기 월별/시간별 연료사용량 구 분

1월

2월

3월

4월

5월

6월

7월

8월

9월

10월

11월

12월

보일러1(08)

31220

28256

30748

31314

28298

22279

23015

21575

22831

23231

25678

32223

52.0

47.1

51.2

52.2

47.2

37.1

38.4

36.0

38.1

38.7

42.8

53.7

시간당 연료사용량

ㅇ 퍼지 손실량을 고려할 경우 실제 보일러 효율은 70% 정도이며 이때 증기 사용량 은 0.2~0.3t/h 정도가 된다. ㅇ 월별 연료사용량 및 시간당 연료사용량을 나타낸 것이다. 표에서 보다시피 동절 기의 사용량이 하절기에 비해 크게 증가하지 않고 있으며 연료량 측면에서 보면 동절기 증기사용량은 0.4~0.5t/h 정도로 추정이 된다. ㅇ 이에 현재 2.5 t/h보일러를 1.0 t/h 보일러로 교체시에 보일러 효율 상승을 통한 에너지 절감이 가능하겠다.

－ 94 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 기대효과] ① 예상 절감량 = 연간사용량

× 절감율 × 안전율

= 320,668

× 0.176

× 0.9

= 50,793(Nm3/년) ② 예상 절감률   

   ×   

     ×       ③ 예상 절감액 = 연료 절감예상량 × 연료단가 = 50,793(Nm3/년)

× 689(원)

= 35,000(천원/년) ④ 투자비 = 25,000(천원) ⑤ 투자비 회수기간 = 25,000(천원) ÷ 35,000(천원) = 0.7(년) ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 :

= 절감 연료량(toe/년) × LNG 부문 배출계수(tC/toe) = 53.6(toe/년) × 0.637(tC/toe) = 34.1(tC/년) = 34.1(tCO2/년) × 44 / 12(tC/년) = 125(tCO2/년) <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

53.59

절감율(%)

2.4

투자비 (백만원)

투자비 회수기간(년)

0.7

－ 95 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

35 34.1

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

제목

관류보일러 2대 신설로 대수제어10(t/h)

업종

섬유

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

적정 용량의 보일러로 대체

폴리에스텔 섬유

[ 개선 전 ] ㅇ 7 ton/h 의 노통 연관 보일러 1대가 설치되어 있으며 생산 공정과 난방용에 증기부하를 담당하고 있다. ㅇ 7 ton/h 보일러는 0.4MPa의 압력으로 증기를 생산하고 있으며 생산공정과 난방에서 0.2MPa 로 감압하여 사용하고 있다. ㅇ 7 ton/h 보일러의 열원은 LNG를 사용하고 있으며 배기덕트에 Economizer를 설치하여 평균 20℃의 급수를 예열하여 50℃로 공급하고 있다. ㅇ 보일러 운전현황은 다음과 같다.

ㅇ 진단기간 현재는 난방 증기부하가 중지된 상태이며 생산공정의 부하 감소로 부하율 6%로 운전되고 있으며 증기원단위 및 보일러 효율이 낮고 보일러 예열부하에 많은 열이 소모 되고 있다.

－ 96 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] ㅇ 고효율 관류보일러 1.0 ton/h 2대를 신설하여 생산공정 및 난방 부하에맞게 대수

분할 운전함으로써 에너지를 절감한다.

ㅇ 산출기준

1) 보일러 열정산 (저위발열량 기준)

－ 97 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 기대효과] 2) 개선전,후의 효율

3) 개선전,후의 용량 및 대수제어 조건

4) LNG 단가 : 639 원/N㎥ (2008년 기준) 5) 연간 LNG 사용량 : 190 kN㎥/년 (2008년 기준) 6) 절감율 = [(개선후 열효율 - 개선전 열효율)] / 개선후 열효율 * 100 = [(0.95 - 0.79) / 0.95] * 100 = 16.8% ① 예상 절감량 ▫ LNG 절감량 (kN㎥/년) = 2008년 LNG 사용량 * 절감율 = 190 (kN㎥/년) * 0.168 = 31.9 kN㎥/년 ▫ 에너지 절감량(toe/년) = LNG 절감량 * 에너지 환산 계수 = 31.9 (kN㎥/년) * 1.05 (toe/kN㎥) = 33.5 toe/년 ② 예상 절감율 = 연간 예상 에너지 절감량 / 2008년 에너지 사용량 = 33.5 (toe/년) / 3,803 (toe/년) * 100 = 0.9 %

－ 98 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 기대효과] ③ 연간 예상 절감액 (백만원/년) = LNG 절감량 * 1,000 * LNG 단가 / 1,000,000 = 31.9 (kN㎥/년) * 1,000 * 639 (원/N㎥) / 1,000,000 (원/백만원) = 20.4 백만원/년 ④ 예상 투자비 (백만원) 자재비 : 65.0 백만원 인건비 : 5.0 백만원 합 계 : 70.0 백만원 ⑤ 투자비 회수기간 (년) = 예상 투자비 / 예상 절감액 = 70.0 (백만원) / 20.4 (백만원/년) = 3.4 년 ⑥ 연간 예상 온실가스 저감량 (tC/년) = LNG 절감량 * 에너지 환산 계수 * 탄소배출계수 = 31.9 (kN㎥/년) * 1.05 (toe/kN㎥) * 0.637 (tC/toe) = 21.3 tC/년

<기대효과 종합>

절감량 (toe/년)

33.5

절감율(%)

0.9

절감액 (백만원)

20.4

투자비 (백만원)

70.0

투자비 회수기간(년)

3.4

온실가스저감량 (tC/년)

21.3

－ 99 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

제목

부하율이 낮은 보일러를 고효율 보일러로 개체

업종

식품

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

적정 용량의 보일러로 대체

크리마

[ 개선 전 ] ㅇ 아래표와 같이 현장 급탕 및 원료탱크 및 열수 열원의 공급을 위해 노통연관식 보일러가 운전되고 있다. <표> 보일러 운전 현황

ㅇ 보일러의 운전 중 배기가스 성분을 조사하여 열정산을 실시한 결과 부하율 이 11.6%로 낮게 나타났으며 효율 역시 70.2%로 낮게 나타났다. ㅇ 공기비는 1.02로 낮게 나타나 불완전연소가 이루어져 있으며 방열 및 기타 손실 열이 12.7%로 나타났고 부하에 비해 보일러 용량이 큰편이다. <표> 보일러 입.출열 결과 분석

－ 100 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 개선 전 ] ㅇ 적정 공기비를 기준공기비(1.1)로 유지시킨다. ㅇ 보일러 부하율이 11.6%로 낮게 유지되고 있으므로 적정 용량의 고효율 보일러 (0.8ton/h)를 설치 한다. 개선 후 부하율은 43.6%로 상승되며 효율도 97.0%로 상 승하게 됨으로서 보일러의 연료(LNG)를 절감시킬 수 있다. <표> 2008년도 보일러 운전일지

ㅇ 고효율 보일러의 선정은 [표 3] 2008년도 보일러 운전일지 상의 최고 사용량을 기준으로 선정하였음.

－ 101 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 기대효과] <계산 기준> - 개선전 보일러 용량 : 3(ton/h)

- 개선후 보일러 용량 : 0.8(ton/h)

- 개선전 보일러 부하율 : 11.6(%)

- 개선후 보일러 부하율 : 43.5(%)

- 개선전 보일러 열효율 : 70.2(%)

- 개선후 보일러 열효율 : 97.0(%)

- 개선전 보일러 연료 사용량 : 244,703(N㎥/년) ◎ 절감률 = [(개선후보일러효율-개선전보일러효율)÷개선후보일러효율×100 = [(97.0(%) - 70.2(%)) ÷ 97(%) × 100 = 27.6(%) ① 예상 절감량 = 연간연료사용량(천N㎥) × 절감률(%) = 244,703 × 27.6 = 54,763(N㎥/년) ② 예상 절감률 : 연료사용량의 3.4 (%) , 총 에너지 사용량의 2.3 (%) ③ 예상 절감액 : 연료절감량(N㎥/년) × 연료단가(원/N㎥) = 57,763 × 665.54 = 36,447(천원/년) ④ 투자비 : 고효율 보일러(0.8ton) = 39,000(천원) 설 치 비 = 5,000(천원) 합계 : 44,000 (천원) ⑤ 투자비 회수기간 = 투자비용(천원) ÷ 예상 절감액(천원/년) = 44,000 ÷ 36,447 = 1.2(년) ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 36.6(tc/년)

<기대효과 종합> 절감량 (toe/년) 투자비 (백만원)

57.5

절감률(%)

44.0

투자비 회수기간(년)

－ 102 －

2.3

절감액 (백만원)

36.4

1.2

온실가스 저감량 (tC/년)

36.6

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

제목

고효율 보일러로 교체하여 연료 절약

업종

화공

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

노후 보일러 고효율 보일러로 교체

위생용 필름

[ 개선 전 ] ㅇ 한진 P & C에서 보유하고 있는 증기 보일러는 노통연관식 1대를 보유하고 있으 며 보일러 용량은 3.0t/h으로 보일러에서 발생된 steam의 주용도는 코팅 2호기 의 열풍 공급용과 solvent recovery에 탈착용으로 사용되고 있다. ㅇ 성능시험한 3.0t/h 보일러의 열효율은 부하율 27.7%에서 열효율이 76.0%로 낮다. 이와같이 열효율이 낮은 원인은 설치년도가 2001년도로 오래 경과 되었을 뿐만아 니라 그동안 에너지 절약을 통한 steam 사용량의 감소로 부하율이 낮기 때문이다. 구 분

단위

3.0 t/h 증기 보일러

형식 최고사용압력 사용압력 설치년도 제작자

kg/m2 kg/m2 -

노통연관식 10.0 6.0 2001. 12 대열보일러

비고

[ 개선 후 ] ㅇ 현 보일러 효율

: 76.0%

ㅇ 보일러 교체시 효율 : 88 % 구 분

단위

3.0 t/h 보일러

열효율

76.0

부하율

27.7

비고

ㅇ 효율이 낮은 현재의 보일러를 효율이 좋은 보일러로 교체 ㅇ 효율 및 부하율이 낮고 설치 년도가 오래 경과되어 보일러를 교체하는 방안이다. ㅇ 특히 한진 P & C의 경우 향후 코팅 2호기의 열원대체(스팀 -> 전기)시는 보일러 부하율이 더욱 낮아질 것으로 예상된다.

－ 103 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 기대효과] - 현 보일러 효율

: 76.0%

- 보일러 교체시 효율 : 88 % - 연료 사용량

: 322.391[l/년]

- 연료단가

: 592.02[원/l]

① 예상 절감량 = 연간사용량

× 절감율

= 322,391

× 0.136

= 43,845[l/년] ② 예상 절감률   

   ×   

     ×       ③ 예상 절감액 = 연료 절감예상량 × 연료단가 = 43,845[l/년]

× 592.02[원]

= 25,957[천원/년] ④ 투자비 = 70,000[천원] ⑤ 투자비 회수기간 = 70,000 ÷ 25,957 =

2.7[년]

※ 상기와 같이 보일러 교체시 투자 경제성은 약 2.7년으로 경제성이 양호하므로 향 후 교체를 검토하기 바란다. ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : = 절감 연료량[toe/년] × 0.875 =

41[toe/년] × 0.875

= 35.87[tC/년] <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

절감율(%)

13.6

투자비 (백만원)

투자비 회수기간(년)

2.7

－ 104 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

25.9 35.87

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

제목

공기예열기 교체

업종

제지목재

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

노후설비 대체

생산제품

골판지, BOX

[ 개선 전 ] ㅇ 보일러 배기덕트 라인에 설치되어 있는 공기예열기의 노후로 인한 성능 감소로 배가스열 회수율이 36.7%로 저조하다. - 배기가스 입구열량(Q1) = Vf × Cp1(t1 - to) = 4,074 × 0.33 × (214 - 26) = 252,750 (㎉/h) - 공기측 수열량(Qa) = Va ×

Cpa ×

(t4 - t3)

= 3,876 × 0.31 × (116.2 - 39) = 92,760 (㎉/h) - 공기예열기 폐열 회수율(η) =

 ×  

   ×    

= 36.7 (%)

－ 105 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] ㅇ 노후로 인한 회수율이 저하된 공기예열기를 교체하고 최종 배기가스 온도를 11 0℃로 배출하고, 공기예열기를 통하여 보일러 연소용 공기를 승온하므로써 에너 지 절감효과를 볼 수 있다. ․ 배가스유량(Vf)) : 3,520 N㎥/h (개선후 공기비 적용) ․ 배기가스 비열(Cp1): 0.33 ㎉/N㎥℃ ․ 개선전 배기가스 출구온도(t2)

:145℃

․ 개선후 배기가스 출구온도(t5)

:110℃

․ 연간연료사용량(  ) : 1,736,807(ℓ/년) ․ 총입열 합계( ) : 9,870 ㎉/kg-연료 ․ 연료단가 : 638(원/ℓ) ㅇ 절감열량 =  ×     ×  = 3,520 × (145 - 110) × 0.33 = 40,656(㎉/h) ㅇ 절감연료량 = (절감열량(㎉/h) ÷ 연료발열량(㎉/kg)) × 가동시간(h/년) = (40,656 ÷ 9,870) × 6,820 = 28,092(ℓ/년) ㅇ 절감률



=  ×   

    =  ×      

1.61 (%)

ㅇ 절감금액 = 연료절감량 × 연료단가 = 28,092(ℓ/년) × 638(원/ℓ) = 17,922(천원/년)

－ 106 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[ 기대효과] ① 예상 절감량 : 기기의 명칭 6t/h증기보일러 (공기예열기 교체) 합 계

총연료사용량 대비 절감율(%)

절감량 (ℓ/y)

절감액 (백만원/년)

1.0

28,090

17.9

1.0

28,090

17.9

비

고

② 예상 절감률 : 27.8toe / 2,807toe × 100 = 1.0% ③ 예상 절감액 : = 절감량(ℓ/y) × 단가(원/ℓ) = 28,090 × 638 = 20(백만원/년) ④ 실투자비 : (백만원) ⑤ 투자비 회수기간 :

→ 공기예열기 및 덕트공사 = 실투자비 ÷ 절감금액 = 1.1 (년)

⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 24.3 <기대효과 종합> 절감량 (toe/년) 투자비 (백만원)

27.8

절감율(%) 투자비 회수기간(년)

－ 107 －

1.0

1.1

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

17.9

24.3

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

제목

열매체보일러 배가스 열교환기 교체

업종

화공

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

노후설비 대체

탄산칼슘

[ 개선 전 ] ㅇ 3공장에는 1,400,000 kcal/h 의 열매체보일러가 설치되어 로타리건조기 열풍기에 열매유를 공급하고 있다. ㅇ 보일러 연도에 배가스 열교환기를 설치하여 로타리건조기 열풍기로 공급되는 급 기를 예열하고 있다. ㅇ 보일러연도에서 배가스열교환기를 거치지 않고 바로 집진기 배기팬으로 연결되 는 By-Pass덕트가 설치되어 있다. ㅇ By-Pass덕트 댐퍼의 개도율은 50%이다. ㅇ 보일러 운전현황은 다음과 같다. 용량 (kcal/h)

B-C유 사용량 (ℓ/h)

급기온도 (℃)

배가스온도 (℃)

운전시간 (h/년)

1,400,000

37.5

435.7

7,200

ㅇ 로타리건조기 열풍공급 시스템

－ 108 －

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제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] ㅇ 기존에 설치되어 있는 배가스열교환기를 교체한다. ㅇ By-Pass덕트를 폐쇄하여 전량의 배가스가 배가스열교환기를 통과하도록

운전한다. [ 기대효과] ① 예상 절감량 : 연간 예상 B-C유 절감량 x 에너지환산계수 = 26.7 (kℓ/년) x 0.99 (toe/kℓ) = 26.4 toe/년 ② 예상 절감률 : 연간 예상 에너지 절감량 / 2008년 에너지 사용량 = 26.4 (toe/년) /

4,450 (toe/년) x 100 = 0.6 %

③ 예상 절감액 : 연간 예상 B-C유 절감량 x B-C유 단가 = 26.7 (kℓ/년) x 1,000 x 655 (원/ℓ) / 1,000 = 17,488 천원/년 ④ 투자비 : 자재비 + 설치공사비 = 30,000(천원) + 10,000(천원) = 40,000 천원 ⑤ 투자비 회수기간 : 예상 투자비 / 예상 절감액 = 40,000 (천원) / 17,488 (천원/년) = 2.2 년 ⑥ 온실가스(tC/년) 저감량 : 연간 예상 에너지 절감량 x B-C유 탄소 배출계수 = 26.4(toe/년) x 0.875 = 23.1 tC/년 ⑦ 개선사례의 파급효과 : 대기중으로 방출되어 손실되고 있는 고온의 배기열을 회수 재활용함으로써 에너지를 절감할수 있다. <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

26.4

절감율(%)

0.6

투자비 (백만원)

투자비 회수기간(년)

2.2

－ 109 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

17.5 23.1

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제목 업종

제6장. 설비대체

난방 및 급탕 설비를 태양열 설비로 교체. 건물/경마,승마

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

태양열 시스템 도입

[ 개선 전 ] ㅇ 본관동에 500,000kcal/h의 온수보일러로 온수를 생산하여 화장실과 사우나 목욕 탕에 공급하고 있다. <표> 2008년 본관 보일러 가동시간 및 LNG사용 현황

－ 110 －

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제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] ㅇ 태양열 온수(축열식)가열 장치 설치 ㅇ 국가정책의 일환인 신재생에너지 보급 확산 정책에 부합하고 급탕 및 난방

에

소요되는 에너지를 절약하기 위하여 태양열 온수 가열장치를 도입한다 ㅇ 기존의 온수 보일러는 태양열 온수 제조 시스템의 보조 열원으로 사용할 수 있 도록 배관 시스템을 구성하면 태양열에 의해 만들어진 온수를 주간에 축열시켜 야간에 활용 하는데 유리 할 것이다.

<그림> 태양열 난방, 급탕 시스템 계통도 <표> 부산지역 월별 평균 시수 온도

<표> 부산 경마장 월별 시수 사용량(2008년도)

－ 111 －

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제6장. 설비대체

[ 기대효과 ] <계산기준> ◎ 온수 사용량 산정 ㅇ 본관 상시 온수 사용 인원 : 150명 ㅇ 샤워용 온수 사용량 : 1명당 40ℓ적용 - 40 × 150 = 6,000ℓ ㅇ 세면용 온수 사용량 : 1일 2회 사용 기준. 1명당 20ℓ적용 - 12 × 150 = 1,800ℓ ㅇ 합 계 : 6,000 + 3,000 + 1,800 = 10,800(ℓ/일) × 360(일/년) = 3,888(㎥/년) <표> 부산지역 태양열 집열량 및 LNG 절감량 산정표

<표> 태양열 의존율

ㅇ 태양열 온수기 집열면적 1(㎡)당 온수 생산을 52(ℓ/일)로 볼 때 - 태양열 집열면적은 10,800 ÷ 52 = 207.7(㎡)이므로 이 면적의 90(%)정도인 180(㎡) 기준으로 투자비를 산출한다. ㅇ 열량으로 환산시 : 52 × (60 - 16.2) = 2,278(kcal/일.㎡) ㅇ 투자금액은 : 180(㎡) × 700(천원/㎡) = 126,000(천원) - 정부 투자금액 반영시 : 126,000(천원)의 50% 지원시 = 63,000(천원)

－ 112 －

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제6장. 설비대체

[ 기대효과 ] ㅇ 에너지 절감량 = 연간 태양열 이용량 116,966,428(kcal/년) ÷ (9,540 × 0.85) = 14,424(N㎥/년) ㅇ 에너지 절감금액 = 14,424(N㎥/년) × 600(원/N㎥) = 8,654(천원/년) ㅇ 투자금액 = 180(㎡) × 700(천원/㎡) = 126,000(천원) - 정부 투자금액 반영시 : 126,000(천원)의 50% 지원시 = 63,000(천원) ㅇ 투자비 회수기간 = 투자비 ÷ 연간 절감금액 = 63,000 (천원) ÷ 8,654 (천원/년) = 7.3년

<기대효과 종합>

절감량 (toe/년)

15.2

절감률(%)

0.73

투자비 (백만원)

63.0

투자비 회수기간(년)

7.3

－ 113 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

8.6 9.7

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제6장. 설비대체

제목

급탕용 진공온수보일러를 히트펌프로 대체

업종

건물/백화점

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

보일러를 히트펌프로 대체

[ 개선 전 ] ㅇ 150,000kcal/h 진공온수보일러 2대가 설치되어 운전을 하고 있으며 현재 1호기가 1차 가동되고 사용처 부하에 따라 간헐적으로 2호기가 운전되고 있음. ㅇ 40~45℃의 온수생산을 위하여 연간 38,920N㎥의 가스를 사용하고 있으며, 현재 설치된 보일러 및 배관은 아래와 같이 구성되어 있음.

ㅇ 본 급탕열원설비 대체아이템은 기존 진공온수보일러 대신 연중 24시간 운전되고 있는 수냉식 쇼케이스에서 발생되는 응축열을 회수하여 급탕에 이용하는 수열원 히트펌프 대체 운용 방안을 검토하고자 한다. ㅇ 급탕부하 산정시 보일러 연료사용량 데이터와 보일러 및 각 열교환기에서 효율 을 고려하여 역산하였으며. 장비용량 선정시 기초자료는 진단시 측정자료와 일지 를 기준하였음.

－ 114 －

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제6장. 설비대체

[ 개선 전 ] ㅇ 아래 표와 그림은 2008년 급탕보일러 연료사용량과 사용금액를 나타낸 것으로 겨울철 집중되어 있음을 확인할 수 있음.

ㅇ 현재 150,000 kcal/h 진공온수보일러로 급탕수을 사용처에 공급하고 있으나 사용처 의 급탕부하 증가시 보일러 2대가 가동되어 연료소비량이 증가되고 있는 상황임.

－ 115 －

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제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] ㅇ 개선방안으로 기존 진공온수보일러 2대 중 1대를 수열원히트펌프로 대체운용하 고, 안정적인 연소와 배기가스온도가 낮은 보일러 1호기를 보조열원으로 활용하 는 것이 바람직하겠음. ㅇ 배관 구성시 냉동냉장용 쇼케이스 응축기를 통과하여 승온된 냉각수를 수열원히 트펌프 증발기와 열교환하도록 배관하고 급탕탱크 하단에 설치되어 있는 대류펌 프 배관라인과 히트펌프 응축용 열교환기와 연결한 후 기존 대류펌프 순환방향 과 동일하게 급탕탱크 하단에서 히트펌프 방향으로 순환하는 것이 바람직함.

[수열원히트펌프 설치시 배관도]

－ 116 －

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제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] ㅇ 장비 과용량 선정시 쇼케이스 과냉각으로 인한 트러블을 방지하기 위하여, 2008, 2009년 수변전 일지상 최소전력과 쇼케이스 용량별 cop등을 고려하였음. ㅇ 아래표는 2008년 12월, 2009년 1월 수변전일지상 매일 측정시간별 쇼케이스 전력 량이며 12월,1월 중 쇼케이스 전력량으로 급탕부하가 발생되는 오전 8h 부터 24h사이 측정시간 최소부하를 기준으로 하고 12월 18일 97.4kW값 적용하고자함. ㅇ 여기서 급탕부하가 없는 심야(24h~08h) 및 명절 측정치와 측정시간 오류로 평균 측정치와 크게 차이가 있는 데이터는 최소부하에서 제외함. ㅇ 고려될 부분은 냉동기의 성능계수 (Coefficient of Performance, COP)이며 당 마 트에 설치된 냉동기의 cop범위는 0.31~2.11임. 따라서 평균 cop 2.0 값을 적용하 여 히트펌프를 적용코자함.

－ 117 －

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제6장. 설비대체

[ 개선 후 ]

－ 118 －

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제6장. 설비대체

[기대효과]

계산방법 예1)

－ 119 －

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제6장. 설비대체

[기대효과]

－ 120 －

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제6장. 설비대체

[기대효과]

－ 121 －

보일러 에너지진단 Guide

제6장. 설비대체

[기대효과]

－ 122 －

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제6장. 설비대체

[기대효과]

<기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

16.35

절감율(%)

0.78

투자비 (백만원)

투자비 회수기간(년)

2.68

－ 123 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

14.16 44.2

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제6장. 설비대체

제목

냉난방 설비교체

업종

화공

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

EHP, 전기보일러 도입

[ 개선 전 ] ㅇ 보일러가 냉난방, 급탕용, 공정용 스팀 및 온수 생산을 주로 하고 있으며 냉난방, 급탕용으로 보일러가 설치된 정문/21동/56동은 냉방 시 PACA/C을 난방 및 급 탕을 위해 납사용 보일러를 년중 가동하여 에너지사용대비 상대적으로 에너지요 금이 높은 상황이다. ㅇ 현재 정문/21동/56동의 납사 사용현황과 금액 현황은 다음과 같다.

[ 개선 후 ] ㅇ 정문/21동/56동의 보일러를 철거하고 냉난방 공간을 많이차지하지 않는 EHP를 설치하여 냉난방을 하고 급탕은 심야전력을 이용하여 전기온수보일러로 온수를 생산하여 온수탱크에 저장하여 사용하도록 설비를 개선한다. ㅇ 다음은 각 건물 별 적정 EHP용량과 전기온수보일러의 용량이다.

ㅇ 다음은 EHP와 전기온수보일러를 적용하였을 경우의 년간에너지사용량과 사용금액이다.

－ 124 －

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제6장. 설비대체

[ 기 대 효 과]

※ 전기온수보일러 : 야간 운전[3(hr/일)], 245일 가동(정문은 365일 가동 기준) (1) 년간 절감량 = 연료절감량(kℓ/년) - 추가 소비전력량(MWh/년) = {37.29(kℓ/년) × 0.805(toe환산)} - {138.22(MWh/년) × 0.215(toe환산)} = 30.02(toe/년) - 29.72(toe/년) = 0.3(toe/년) (2) 절감율 = {절감량(toe/년) / 2007년 에너지사용량(toe/년)} . 100 = {0.3(toe/년) / 2,006(toe/년)} × 100 = 0.01(%) (3) 년간 절감액 = 연료절감금액(천원/년) - 운전비용(천원/년) = {37,286(ℓ/년) × 851(원/ℓ)} - 9,867(천원/년) = 21,863(천원/년) (4) 투자비 = 40,000(천원) : EHP, 전기온수보일러 구입 및 설치

－ 125 －

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제6장. 설비대체

[ 개선 후 ] (5) 투자비 회수기간 = 40,000(천원) ÷ 21,863(천원) = 1.83(년) (6) 온실가스저감량 = 절감연료의 온실가스저감량 - 추가 소비전력의 온실가스증가량 = [{연료절감량(toe/년) × 연료탄소배출계수(tC/toe)} - {추가 소비전력량(MWh/년) × 전력탄소배출계수(tC/MWh)}] = [{30.02(toe/년) × 0.829(tC/toe)} - {138.22(MWh/년) × 0.1156(tC/MWh)}] = 8.91(tC/년) <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

0.3

절감율(%)

0.01

투자비 (백만원)

투자비 회수기간(년)

1.83

－ 126 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

21.9 32.7

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제6장. 설비대체

제목

소용량 보일러 추가 설치

업종

건물

생산제품

개선안 대분류

설비대체

개선안 소분류

적정 용량의 보일러로 대체

[ 개선 전 ] ㅇ 현재 설치 운전 중인 1톤 보일러는 그 용량 비해 부하량이 현저히 낮으므로 이 에 따른 손실이 발생하고 있다.

[ 개선 후 ] ㅇ 현재의 1톤 보일러를 대신하여 0.5톤 보일러를 신설 가동하여 부하율과 효율을 높임으로써 에너지를 절감한다.

－ 127 －

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제6장. 설비대체

[기대효과] •개선 전 보일러 효율 : 81[%] •개선 후 보일러 효율 (0.5톤) : 87[%] → 35 ~ 60% 부하율 적용 1. 절감율 =

개선 후보일러효율  개선전보일러효율 = 6.9 [%] 개선후보일러효율

2. 연료 절감량 = 연료 사용량 [N㎥/년] x 절감율 = 107,842 x 0.069 = 7,441 [N㎥/년] 3. 연간 절감금액 = 연료 절감량 [N㎥/년] x 연료단가 [원/N㎥] = 7,441 x 609 = 4.5 [백만원/년] 4. 투자비용 = 10.0 [백만원] 5. 투자비 회수기간 = 투자비용 [백만원] ÷ 연간 절감금액 [백만원/년] = 2.2 [년]

－ 128 －

7장

제

설 비 보 완

－ 129 －

보일러 에너지진단 Guide

제7장. 설비보완

제목

응축수 및 포화수 누설방지

업종

식품

생산제품

개선안 대분류

설비보완

개선안 소분류

증기배관 누설방지

사료

[ 개선 전 ] ㅇ 응축수탱크 드레인 밸브 누설로 고온의 응축수가 누설되고 있어 연료손실이 발 생된다. ㅇ 보일러 드레인밸브 누설로 고온의 포화수가 누설되고 있어 연료 손실이 많다. 구분

누설량(ℓ/h)

배출온도[℃]

응축수탱크누수

108

92.0

보일러드레인누수

132

173

합계/평균

240

136.6

[ 개선 후 ] ㅇ 응축수 누설방지 : 고온의 응축수를 배출하지 않고 드레인 밸브를 직렬로 설치하 여 누수를 방지 한다. ㅇ 포화수 누설방지 : 보일러의 압력이 없는 경우 직렬로 설치된2 개의 밸브중 1개 의 Ball밸브를 교체하여 운전하고 정비기간을 통해 누설밸브 제거 및 교체한다 구분

누설량(ℓ/h)

배출온도[℃]

응축수탱크누수

보일러드레인누수

173

합계/평균

136.6

[기대효과] ㅇ절감열량 = 누설량 × 비중 × 비열 × (배출온도 - 년평균 용수온도) ×년간 가동시간 = 240[ℓ/h] × 1.0 [kg/ℓ]×1.0×(136.6 - 15)[℃] × 7,200[h/년] = 210,124,800[[㎉/년] ㅇ절감량 = 절감가능 열량÷(열정산 총입열량 × 연료비중 × 보일러 효율) × 안전율(0.9) = 210,124,800[㎉/년] ÷ (9,811[㎉/kg] × 0.95 × 0.886) ×0.9 = 22,901[ℓ/년] ㅇ절감금액 = 절감량 × 단가(2008년 B-C유 평균단가) =22,901[ℓ/년] × 687.27[원/ℓ] = 15,739 [천원/년]

－ 131 －

보일러 에너지진단 Guide

제7장. 설비보완

제목

보일러 관수 자동배출 시스템 적용

업종

섬유

생산제품

개선안 대분류

설비보완

개선안 소분류

관수 자동 배출시스템 적용

폴리에스터

[ 개선 전 ] ㅇ 수질 개선을 위해 보일러 드럼 내부의 슬러지, 침전 고형물 기타 이물질을 제거 하기 위해, 고온의 관수를 드레인 밸브 조작으로 1일 8,500ℓ가 지속적으로 손실 이 발생되고 있다. ㅇ 관수내의 이물질 농도가 기준치를 초과하여 운전 될 시, 보일러수와 증기가 함께 배출되는 Carry-over현상으로 증기의 건도가 낮아지며 보일러 및 증기사용 설비 의 Scale이 부착되어 열전달을 방해하여 연료가 추가적으로 사용된다

－ 132 －

보일러 에너지진단 Guide

제7장. 설비보완

[ 개선 후 ] ㅇ 보일러 관수 자동 배출장치를 설치하여 보일러 가동중에 급수중의 용존가스, 수 용성 고형물 및 부유물질 등의 불순물들과 내처리제로 주입된 약품들이 보일러 운전시간의 경과와 더불어 관수에 축적 총용융 고형물(T.D.S : Total Dissolved Solids)의 증가에 따른 농축된 관수를 자동으로 배출시켜 깨끗한 급수를 보일러에 공급하고 관수를 희석하여 보일러 관수의 T.D.S농도를 항상 일정한 규정치 이하 로 유지하도록 한다. ㅇ 관수 관리는 관수의 농축에 의해 발생되는 Scale, Carry-over 에 따른 과열기의부 식, 슬러지 등의 발생을 억제하여 보일러의 수명과 증기건도를 향상시키고 Scale 침적에 따른 보일러의 효율 저하와 전 블로우다운에 따른 에너지 및 약품등의 과 소비를 억제하여 연료를 절감한다 ㅇ 보일러 블로우다운 폐열회수 시스템을 설치하여 고온,중압의 블로우다운량의 일 부는 재증발 증기로 회수하고 나머지는 보일러 보충수와 열교환시켜 폐열을 회수 한 후 대기로 방출한다

[기대효과] ㅇ 절감량: B-C유: 21.8kℓ/년, 21.6 toe/년 ㅇ 절감액: 9 백만원/년 ㅇ 투자비: 37 백만원 ㅇ 회수기간: 4.1년 ㅇ 온실가스 저감량: 18.9 tC/년

－ 133 －

보일러 에너지진단 Guide

제7장. 설비보완

제목

폐열보일러 용량 증설

업종

금속

개선안 대분류

설비보완

개선안 소분류

트랩교체

생산제품

알루미늄

[ 개선 전 ]

[ 개선 후 ] ㅇ 도금라인 스팀트랩 교체와 스팀을 사용하는 공정 후단에 APT트랩을 설치하여 누설되고 있는 스팀과 응축수를 회수한다.

[기대효과] ㅇ 절감량: LNG-31.7 천N㎥/년, 33.4 toe/년 ㅇ 절감액: 19.8 백만원/년 ㅇ 투자비: 6.5 백만원 ㅇ 회수기간: 0.3 년 ㅇ 온실가스 저감량: 21.3 tC/년

－ 134 －

보일러 에너지진단 Guide

제7장. 설비보완

제목

스팀제트버너무화공급원변경(스팀→압축공기)

업종

제지

생산제품

개선안 대분류

설비보완

개선안 소분류

무화공급원 변경

백상지, 박엽지

[ 개선 전 ] ㅇ 현재 대용량 보일러 사용버너는 스팀제트 버너타입으로 보일러의 연료사용량 대 비3% (사용량:30㎏/h)의 스팀이 연료의무화(atomizing)용으로 사용되고 있음 ㅇ 현재 보일러에 설치되어있는 버너타입은 연료 무화공급원을 압축공기로 대체하 여도 무방함 ㅇ 버너Maker : 엘코버너 ㅇ 스팀단가: 49,000원/ton ㅇ 무화스팀사용량으로 연간 24.7백만원 비용 지출

[ 개선 후 ]

ㅇ 현재 보일러 연료 무화용으로 사용되고 있는 스팀대신에 압축공기를 사용함 ㅇ 압축공기의 단가가 스팀단가에 비해 매우 저렴함 <스팀과 압축공기 단가 비교> 구분

스팀

압축공기

압력

7 kg/cm g

공급량

30 kg/h

40 Nm3 3g

단가

1,470 원/h

280원/h

비고

[기대효과] ㅇ 절감량: 12.7(toe/년) ㅇ 절감액: 20(백만원/년) ㅇ 투자비: 20(백만원) ㅇ 회수기간: 1.0(년)

－ 135 －

스팀단가 : 49,000/ton 압축공기 단가 : 7원/ Nm3

8장

제

연 료 대 체

－ 137 －

보일러 에너지진단 Guide

제8장. 연료대체

제목

보일러 연료 B-C유를 LNG로 교체

업종

제지목재

개선안 대분류

연료대체

개선안 소분류

B-C를 LNG로 교체

생산제품

PVC타일/합성피혁

[ 개선 전 ] ㅇ 소재 : 합성피혁 ㅇ 설비 : 증기보일러

3, 5 ton/h : 2기

열매보일러 1,200,000kcal/h : 1기 ㅇ 공정

ㅇ 열매 보일러는 습식과 건식 건조공정에 열매 공급 (210도) 증기 보일러는 타일레 자 공정에 증기 공급 응축수 회수는 85% 회수 (5월진단시) ㅇ 08년도 유가의 상승으로 B-C유를 LNG로 변경 검토

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보일러 에너지진단 Guide

제8장. 연료대체

[ 개선 전 ] ㅇ 배가스온도 190도(증기보일러), 300도(열매)로 배출되나 배가스 열회수를 하

지 않고 있어 열손실이 크다. ㅇ B-C유의 가온에 필요한 열량(증기)이 B-C사용량의 2~3%이고 관리에 비용

발생 ㅇ B-C유의 경우 공해방지설비의 운영으로 송풍팬의 용량이 커 전력 손실이

크다. (B-C유 규제로 저유항유 사용)

－ 140 －

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제8장. 연료대체

[ 개선 후 ] ㅇ 개선 방안 - B-C유를 LNG로 대체

(유가 동향 및 경제성 검토)

- 보일러 버너 교체 (증기 및 열매보일러) - 배기 가스 배기열 회수 (절탄기 또는 공기 예열기 설치) - 송풍기 변경 (용량 축소 및 인버터 적용 검토) ㅇ 개선 효과 - 보일러 효율 5% 상승 예상(배가스 배열 회수, 절탄기 및 공기예열기 설치) - B-C유 가온등 관리에 필요한 에너지 및 경비 절감 - 공해 방지 설비가 불필요하여 송풍기의 용량 감소로 전력에너지 절감 효과

－ 141 －

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제8장. 연료대체

[ 기대효과]

ㅇ 투 자 비

<기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

94.9

절감율(%)

3.9

투자비 (백만원)

96.5

투자비 회수기간(년)

2.0

－ 142 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

49 84.7

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제8장. 연료대체

[기대효과] ㅇ LNG 와 BC유 의 단가 차이로 얻는 기대효과 (가)연간 절감 금액 = 2,293,151[천원/년] - 1,868,554[천원/년] = 424,597 [천원/년] ㅇ 전환후 연료비외 비용 절감

ㅇ 폐열회수에의한 절감량 = 105,458 [N㎥/년] = 65,423 [천원/년] (가)절감량 합계 ① LNG 절감량 = 142,475 [N㎥/년] ② 전력 절감량 = 62.1 [MWh/년] ③ 연간 절감액 = 73.7 [백만원/년] ㅇ 투자비 : 166 [백만원] ㅇ 투자비 회수기간 투자비 연간 절감액

 백만원  

== =2.28[년] 백만원 

－ 143 －

9장

제

보온 및 단열

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보일러 에너지진단 Guide

제9장. 보온 및 단열

제목

보온강화

업종

산업기타

생산제품

개선안 대분류

보온 및 단열

개선안 소분류

스팀배관 보온 및 단열

절연전선

[ 개선 전 ] ㅇ 당사는 1988년 12월에 화성보일러 노통연관식 1.5t/h 1대를 설치하여 가동중에 있으며, 열 사용 설비 중 메인헤더 스팀라인 밸브 및 응축수 탱크 등이 미보온 상태로 운전되고 있어 방열손실이 크게 운전되고 있다.

－ 147 －

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제9장. 보온 및 단열

[ 개선 후 ] ㅇ 앞에서 언급한 바와 같이 보일러 주증기 밸브 및 열사용 설비 라인의 공급 스팀 배관 및 응축수 탱크 등이 미보온 상태로 운전되고 있어 방열손실이 크게 운전 되고 있다. ㅇ 보온은 에너지 관리에 있어서 기본사항으로 미보온으로 인한 방열손실은 에너지 손실뿐만 아니라 생산제품의 품질에 손상 등을 초래할 수 있다. ㅇ 또한 열사용설비에 있어서도 열전달 효율 저하로 인한 제품의 불균일 등에 의한 품질 불량 등의 영향을 초래할 수 있다. 당사의 경우 미보온 부위에 대해 보온시 공을 실시하여 설비 및 보온표면온도를 40℃ 이하로 낮추어 방열 손실을 줄여야 할 것이다. ㅇ [그림 1-1] 및 [그림 1-2]는 각종 밸브의 보온시공법으로 밸브 보온시는 탈부착이 가능한 보온방법을 채택하여 시공하는 것이 좋다.

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제9장. 보온 및 단열

[ 개선 후 ] ㅇ [그림 1-3], [그림 1-4]는 방산열 및 노벽 표면온도에서의 표준보온관에서의 방산 열량 및 나관에서의 방산열량이다.

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제9장. 보온 및 단열

[ 개선 후 ]

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제9장. 보온 및 단열

[ 개선 후 ] ㅇ 스팀 밸브 표면적의 개략치와 온도에 따른 방산 열량표는 다음의 표와 같다.. [표 1-1] 스팀 밸브 표면적의 개략치

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제9장. 보온 및 단열

[기대효과] < 계산기준 > - 미 보온 표면적 : 11.42㎡ - 실내 온도:26℃ - 보온 전 표면온도 : 120℃ - 보온 후 표면온도 : 40℃ - 보일러 가동시간 : 460 h/년 (시간당 연료사용량:95.5N㎥기준) ㅇ 밸브의 보온시 기대효과 산출 < 계산식 >

Q : 절감열량 (kcal/h) A : 단열면적 (m2) h1 : 단열전 열전달율 (kcal/m2·h·℃) h2 : 단열후 열전달율 (kcal/m2·h·℃) ts1 : 단열전 표면온도 (°K)

tr1 : 단열전 실내온도 (°K)

ts2 : 단열후 표면온도 (°K)

tr2 : 단열후 실내온도 (°K)

αr : 복사 열전달율 (kcal/m2·h·℃) αc : 대류 열전달율 (kcal/m2·h·℃) Σ : 방사흑도 < 측정값 > A : 밸브면적(11.42m2) ts1 : 120(℃) → 393(°K) ts2 : 40(℃) → 313(°K) tr1 : 26(℃) → 299(°K) tr2 : 24(℃) → 297(°K) * Ts1, Ts2, Tr1, Tr2는 절대온도(°K)로 (273+℃) Σ : 0.35(금속중 철의 거칠은면 방사율 적용하였음 )

－ 152 －

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제9장. 보온 및 단열

[기대효과] < 수직면 > αr1 = [4.88 × {(Ts1 / 100)4 - (Tr1 / 100)4] × Σ / (ts1 - tr1) = [4.88× t(393 ÷100)4 - (299 ÷ 100)4}] × 0.35 ÷ (120 - 26) 2 = 2.88 (kcal/m ·h·℃) αr2 = [4.88 × {(Ts2 / 100)4 - (Tr2 / 100)4}] × Σ / (ts2 - tr2) = [4.88 × {(313 ÷100)4 -(297 ÷ 100)4}] × 0.35 ÷ (40 - 24) = 1.94 (kcal/m2·h·℃) αc1 = 2.2 × 4√(ts1 - tr1) 4 = 2.2 × √(120 - 26) 2 = 6.84 (kcal/m ·h·℃) αc2 = 2.2 × 4√(ts2 - tr2) = 2.2 × 4√(40 - 24) = 4.40 (kcal/m2·h·℃) h1 = αr1 + αc1 = (2.88 + 6.84) = 9.72 (kcal/m2·h·℃) h2 = αr2 + αc2 = (1.94 + 4.40) = 6.34 (kcal/m2·h·℃) Qr = A × {h1 × (ts1 - tr1) - h2 × (ts2 - tr2)} = 11.42 × {9.72 × (120 - 26) - 6.34 × (40 - 24)} = 9,276 (kcal/h) - 절감연료량 (Fr)

- 총 연료사용량 대비 (%) 절감율 (r) = 559/43,968 × 100 = 1.3(%) - 절감금액 (W) = 559(N㎥/년) × 668(원/N㎥) = 373（천원/년) - 투자비 : 1,200(천원) - 투자비 회수기간 : 3.2(년)

－ 153 －

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제9장. 보온 및 단열

[기대효과]

< 수평면 > αr1 = [4.88 × {(Ts1 /100)4 - (Tr1 /100)4L}× Σ / (ts1-tr1) =[4.88 × {(350 ÷ 100)4 -(298 ÷ 100)4]× 0.35 ÷ (77 -26) = 2.38 (kcal/m2·h·℃) αr2 = [4.88 × {(Ts2 /100)4 - (Tr2 /100)4}]× Σ / (ts2-tr2) = 4.88 × (313 ÷ 100)4 - (296 ÷ 100)4 × 0.35 ÷ (40 -24) = 2.05 (kcal/m2·h·℃) αc1 = 2.8 × 4√(ts1 - tr1) = 2.8 × 4√(77 - 26) = 7.48 (kcal/m2·h·℃) αc2 = 2.8 × 4√(ts2 - tr2) = 2.8 × 4√(40 - 24) = 5.6 (kcal/m2·h·℃)

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제9장. 보온 및 단열

[기대효과] h1 = αr1 + αc1 = (2.38 + 7.48) = 9.86 (kcal/m2·h·℃) h2 = αr2 + αc2 = (2.05 + 5.60) = 7.65 (kcal/m2·h·℃) Qr = A × {h1 × (ts1 - tr1) - h2 × (ts2 - tr2) } = 1.68 × {9.86×(77-26) - 7.65 × (40 - 24) } = 269 (kcal/h) < 수직면 > αr1 = [4.88 × {(Ts1 / 100)4 - (Tr1 / 100)4] × Σ / (ts1 - tr1) = [4.88× {(350 ÷ 100)4 - (298 ÷ 100)4}]× 0.35 ÷ (77 -26） = 2.38 (kcal/m2·h·℃) αr2 = [4.88 × {(Ts２ / 100)4 - (Tr２ / 100)4}] × Σ / (ts２ - tr２) = 4.88 × (313 ÷ 100)4 - (296 ÷ 100)4 × 0.35 ÷ (40 -24) = 2.05 (kcal/m2·h·℃) αc1 = 2.2 × 4√(ts1 - tr1) = 2.2 × 4√(７7 - 2６) = 5.87kcal/m2·h·℃) αc2 = 2.2 × 4√(ts2 - tr2) = 2.2 × 4√(40 - 24) = 4.40 (kcal/m2·h·℃) h1 = αr1 + αc1 = (2.38 + 5.87) = 8.25 (kcal/m2·h·℃) h2 = αr2 + αc2 = (2.05 + 4.40) = 6.45 (kcal/m2·h·℃) Qr = A × {h1 × (ts1 - tr1) - h2 × (ts2 - tr2)} = 6.40 × {8.25 × (77 - 26) - 6.45 × (40 - 24)} = 6,629 (kcal/h)

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제9장. 보온 및 단열

[기대효과] - 절감금액 (W) = 415(N㎥/년) × 668(원/N㎥) = 277(천원/년) - 투자비 : 1,000(천원) - 투자비 회수기간 : 3.7(년) - 스팀밸브 보온 절감량 + 응축수탱크 보온 절감량 = 559(N㎥/년) + 415(N㎥/년) = 974(N㎥/년) - 절감합계금액 (W) = 974(N㎥/년) × 668(원/N㎥) = 651(천원/년) - 투자비합계 : 2,200(천원) - 투자비 회수기간 : 3.4(년) <기대효과 종합> 절감량 (toe/년)

0.6

절감율(%)

0.02

투자비 (백만원)

1.2

투자비 회수기간(년)

3.24

－ 156 －

절감액 (백만원) 온실가스 저감량 (tC/년)

0.37 1.39

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제9장. 보온 및 단열

제목

신소재 보온재 적용을 통한 보온효율 향상

업종

금속

생산제품

개선안 대분류

보온 및 단열

개선안 소분류

신소재 보온재 도입

캔

[ 개선 전 ] ㅇ 현재 설치 운영되고 있는 배관 보온재 특히 증기배관에 설치된 GlassWool 보온 재는 설치연수의 경과로 인하여 보온효과가 떨어지며, Glass Wool 보온재의 특 성상 물의 침투가 발생될 경우 보온효과가 거의 제로로 떨어지는 현상이 발생된 다. ㅇ 과거 보온재의 시공시 시공 기준은 배관 방열량을 절감시키는 목적이 아닌, 배관 접촉시 인명을 보호하는 Protect 개념의 보온방식이었다. 인명을 보호하는 목적 으로 배관 보온재 표면온도는 45℃를 시공 표준으로 하였으므로 에너지 절감이 최우선시대에 맞는 보온방식이 필요하다.

－ 157 －

보일러 에너지진단 Guide

제9장. 보온 및 단열

[ 개선 후 ] ㅇ 현재 설치된 GLASSWOOL 보온재를 에어로젤 신소재 보온재로 교체하여 보온효 율을 높이도록 한다. (1) 신소재보온재 특징

(2) 주요 특징

－ 158 －

보일러 에너지진단 Guide

제9장. 보온 및 단열

[ 개선 후 ] (3) 보온재의 부피비교

(4) 보온재의 열전도율 비교

[기대효과]

－ 159 －

10장

제

보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

－ 161 －

보일러 에너지진단 Guide

제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

1. 보일러 열정산 계산 방법 가. 기본 계산 (1) 연료 사용량(kg/h, Nm3/h) (가) 유류 연료 사용량은 용적식 유량계로 측정하고 유량계 통과 온도에 대한 온도 보정을 하여 질량으로 환산한다. 연료사용량(㎏/h) = 연료측정량(ℓ/h) × 비중 × 체적보정계수(k)

＊연료(중유)의 온도에 따른 체적 보정계수(k) 중유비중(d15℃) 1.0～0.966 0.965～0.851

온도범위

k 값

15～50

1.00.00063×(t-15)

50～100 15～50

0.97790.0006×(t-50) 1.00.00071×(t-15)

50～100

0.97540.00067×(t-50)

(나) 가스인 경우는 유량계등으로 측정하고, 측정시의 온도와 압력에 따라 표준 상태의 용적으로 환산한다. (2) 급수 공급량 급수량은 용적식 유량계, 오리피스 등으로 측정하고 유량계 통과 급수 온도에 대한 비체적(스팀 테이블을 이용)을 적용하여 질량으로 환산한다. 과열기, 재열기에 증기 온도 조절을 위하여 스프레이 물을 넣는 경우에는 그 양을 측정하여 포함한다. 급수공급량(㎏/h) = 측정량(ℓ/h) ÷ 급수의 비체적 (3) 연소용 공기 공기량은 연료의 종류 및 그 조성과 연소가스의 조성으로부터 산출한다. 연료의 저위 발열량으로 Ao(이론공기량), Go(이론연소가스량) 계산식(KSB6205) 연료종류 고체연료 액체연료 기체연료

1.01×Hℓ +0.56 N㎥/㎏ 1,000 12.38×Hℓ 1.36 N㎥/㎏ 10,000 11.2×Hℓ N㎥/N㎥ 10,000

－ 163 －

0.904×Hℓ +1.67 N㎥/㎏ 1,000 15.75×Hℓ 3.91 N㎥/㎏ 10,000 12.25×Hℓ N㎥/N㎥ 10,000

보일러 에너지진단 Guide

제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

(4) 공기비 공기비 m은 고체,액체,기체 연료에 대하여 다음식에 따라 구할수 있다. m =

21 21 - O2

CO2 max CO2

(5) 보일러의 표준적인 열정산 범위는 그림1과 같다. 굴 뚝 흡출송풍기 집진장치

범위

외부열원 공기

공기

예열기A

예열기B

삽입 송풍기 공기 외부열원

가열기

가스

보조증기

급수펌프

급수

절탄기 주증기

급수

재순환 송풍기

보일러 드럼

과열기 스프레이 과열증기 재열기

2차공기

스프레이 재열증기

재열증기 보일러수 순환펌프

석탄 취 입 증

가 스

기 또는 온수 온도 조절용 공기

연소잔재물

연료유 가열기 연

외

료 유

부 열 원

그림1 보일러의 표준적인 구성범위

－ 164 －

보일러 에너지진단 Guide

제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

나. 열수지 계산 (1) 입열 (가) 사용 연료의 발열량(Q1) = 연료의 저위 발열량(kcal/kg 또는 (나) 연료의 현열(Q2,

kcal/kg 또는

kcal/Nm3)

kcal/Nm3) )

= Cf․(tfto) Cf : 연료의 평균비열(중유 0.45 ㎉/㎏℃) tf : 가열후 연료 온도(℃),

to : 기준온도(℃)

(다) 공기의 현열(Q3, kcal/kg 또는 kcal/Nm3) = m․Ao․Ca․(tato) m : 공기비 ,

Ao : 이론공기량(Nm3/㎏, Nm3/Nm3)

Ca : 공기의 평균비열(0.31㎉/N㎥℃) ta : 가열후 공기 온도(℃),

to : 기준온도(℃)

(라) 노내 취입증기또는 온수에 의한 입열(Q4) = Wb․(hb - hs) Wb : 연료 1㎏당 취입 증기 또는 온수(kg/kg 또는 kg/Nm3) hb : 취입 증기 또는 온수 엔탈피(kcal/kg) hs : 기준온도에서 증기 또는 온수 엔탈피(kcal/kg) 비고 시험 보일러의 발생증기 또는 온수의 일부를 노내에 취입하는 경우는 그 열량은 순환 열로 취급하고 위의 열량에 포함시키지 않는다. (마) 입열 합계(Qi, kcal/kg 또는 kcal/Nm3) = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 (2) 출열 (가) 발생증기의 흡수열(Qs1, kcal/kg 또는 kcal/Nm3 ) = W2․(hx - h1) W2 : 연료 1㎏(또는 Nm3)당 증기발생량(kg/kg, kg/Nm3) hx : 발생 증기의 엔탈피(kcal/kg) h1 : 급수의 엔탈피(kcal/kg)

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보일러 에너지진단 Guide

제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

(나) 연소에 의해서 생기는 배기 가스의 열손실(L2, ㎉/kg 또는 ㎉/Nm3) = G․Cg․(tg-to) G : 연료 1㎏당 실제 배기 가스량 (Nm3/㎏, Nm3/Nm3) Cg : 배기가스의 평균비열(0.33㎉/N㎥℃) tg : 배기 가스의 온도(℃),

to : 기준온도(℃)

G = {Go+(m-1)․Ao} (다) 노내 분입 증기 또는 온수에 의한 배기가스 열손실(L3) 외부 열원에 의해 증기를 분입하는 경우 = Wb․(hg - hs) Wb : 연료 1㎏당 취입 증기 또는 온수(kg/kg, kg/Nm3) hg : 배기가스에서의 증기 엔탈피(kcal/kg) hs : 기준온도에서의 증기 엔탈피(kcal/kg) 시험 보일러의 발생증기를 분입하는 경우 = Wb․(hg - h1) (시험 보일러의 발생증기를 취입하는 경우) Wb : 연료 1㎏당 취입 증기 또는 온수(kg/kg, kg/Nm3) hg : 배기가스에서의 증기 엔탈피(kcal/kg) h1 : 급수의 엔탈피(kcal/kg) 비고

분입증기는 주로 버너의 분사증기(Automizing steam)

(라) 불완전 연소가스에 의한 열손실 (L4) = 30.5 x {이론배가스량 +(공기비-1) x 이론연소공기량} x CO% (마) 방열, 전열 및 기타 손실열(L5) = Qi - (Qs1 + L2 + L3 + L4 ) (바) 출열합계(Qo, kcal/h) = Qs1 + L2 + L3 + L4 + L5 다. 보일러 효율 보일러 효율(η) =

보일러 부하율(η) =

발생증기의 흡수열 󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏× 100 (%) 입열합계 발생증발량 󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏× 100 (%) 최대연속 증발량

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보일러 에너지진단 Guide

제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

라. 열정산표

항

목

기호

기준 : 1.연료의 저위발열량 2. 외기온도 3. 연료 1㎏당 입 열 출 열 kcal/㎏-연료 % kcal/㎏-연료 %

연료의 발열량 Q1 연료의 현열 Q2 Q3 연소 공기의 현열 Q4 노내 분입증기의 입열 발생 증기의 흡수열 Qs1 배가스 손실열 L2 L3 로내 분입 증기에 의한 손실열 L4 불완전 연소에 의한 손실열 L5 방열, 전열 및 기타 손실열 합 계 Qi, Qo 비고. 보일러 효율 (1) 직접법(입출열법)

η =

Qs Qi

×100

입출열법 : 입출열에 의한 효율 계산 방법으로서 연료량, 증기량, 급수량 온도, 압력, 배가스 성분 등의 직접적인 측정을 요하므로 정 밀측정장치를 이용할수 없는 대부분의 현장 측정에는 실용적 이 못된다. 특히 이 측정 항목들은 연료량 및 증발량을 일정시간을 기준 한다는 점이 측정 오차의 발생 요인이 되고 있어서 효율 오 차를 더욱 크게 한다. (2) 간접법(열손실법)

η = (1- Li )×100 Qi

열손실법 : 이 방법은 열 손실을 측정하여 계산하는 방법으로서 연소 배가스의 상태와 방열 손실에 좌우되나 방열 손실은 표준곡 선에 의하여 결정되고, 배기가스의 온도와 O2 %를 측정함으 로서 효율계산이 가능하며 현장에서는 직접법에 비하여 훨씬 정확한 방법으로 받아 들여지고 있다. 단 공기비 측정시 연료에 따라 배기가스의 적정량을 산출하 고 O2측정에 의한 공기비 결정을 함으로서 보다 정확한 가스 량을 산출한다.

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보일러 에너지진단 Guide

제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

2. 기대효과 계산 방법 가. 공기비 조정 Q = (m1 - m2) × Ao × Ca × (tg - ta) Q E = ---- × 100 Qi 여기서 Q : 절감열량 (kcal/㎏-연료) m1 : 개선전 공기비 m2 : 개선후 공기비 Ao : 이론 공기량(Nm3/㎏-연료) 3 Ca : 연소공기 평균비열 (kcal/Nm ․℃)

tg : 배가스온도 (℃) ta : 기준 온도 (℃) E : 절감율 (%) Qi : 입열합계 (kcal/㎏--연료) 나. 보일러 배가스열 회수 Q = {Go + (m2 - 1)×Ao} × Cg × (tg1 - tg2) Q E = ---- × 100 Qi 여기서 Q : 절감열량 (kcal/㎏-연료) m2 : 조정후 공기비(공기비 조정 없을 때는 조종전 공기비) Cg : 배가스 평균비열 (kcal/Nm3․℃) tg1 : 개선전 배가스온도 (℃) tg2 : 개선후 배가스온도 (℃) E : 절감율 (%) Qi : 입열합계 (kcal/㎏-연료)

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보일러 에너지진단 Guide

제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

다. 보일러 급수온도 상승 절감율(%) = t2 - t1 ×100 h - t1

h : 증기 엔탈피(㎉/㎏) t1 : 개선전 급수온도에서 엔탈피(㎉/㎏) t2 : 개선후 급수온도에서 엔탈피(㎉/㎏) 라. 재증발 증기열 회수 W =

h - h2 h1 - h2

×χ

h1 : 재증발 증기 엔탈피(㎉/㎏) W : 재증발 증기량(㎏/h) χ : 고온 응축수량(㎏/h) h : 고온 응축수 엔탈피(㎉/㎏) h2 : 저온 응축수(재증발 증기압력에서) 엔탈피(㎉/㎏) 마. 설비대체 고효율 설비로 대체시 η2 - η1 개별 절감율(E) = ----------------- × 100 η2 여기서 η1 : 개선전 열효율 η2 : 개선후 열효율 바. 폐수열 회수시 Q = M × Cp × (t1 - t2) 여기서 Q : 절감열량 (kcal/h) M : 폐수량(㎏/h) Cp : 폐수의 평균비열 ( kcal/㎏․℃) t1 : 폐수열 회수전 폐수온도 (℃) t2 : 폐수열 회수후 폐수온도 (℃)

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보일러 에너지진단 Guide

제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

사. 보온강화 (1) Q = A × {h1 × (ts1 - tr1) - h2 ×(ts2 - tr2) h = αr + αc Ts Tr ∑ αr = 4.88 × { ( ------ )4 - ( ------ )4 } × ---------100 100 (ts - tr) αc = 2.2 × 4√(ts - tr) (수직면, 측면) αc = 2.8 × 4√(ts - tr) (수평상향, 상부) αc = 1.5 × 4√(ts - tr) (수평하향, 하부)

Q × 연간 가동시간 (2) S = --------------------------------Hℓ × Sg × η 여기서 Q : 절감열량 (kcal/h) A : 보온면적 (㎡) h1, h2 : 보온전,후 열전달율 (kcal/㎡․h․℃) ts1, ts2 : 보온전,후 표면온도 (℃) tr1, tr2 : 보온전,후 실내온도 (℃) αr : 방사 열전달율 (kcal/㎡․h․℃) αc : 대류 열전달율 (kcal/㎡․h․℃) S : 연료 절감량 (kg/h) 3 Hℓ : 연료 저위발열량 (kcal/kg, kcal/Nm )

Sg : 연료 비중 (kg/ℓ, kg/Nm3) η : 보일러 효율 (%)

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제10장. 보일러 열정산 및 기대효과 계산방법

아. 보일러의 저부하 운전시 on-off 가동에 따른 열효율 저하 그래프 90 lr=5% lg=10%

lg=10%

lg=10% 70

보일러 효율(%)

lg:배가스열손실율 lr:방산열손실율

50 40

0.2

0.4

0.6

연소시간 운전시간

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0.8

1.0

11장

제

보일러 관련 Nomograph(에너지절약 선도)

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