[에너지관리기능사] 보일러의 구조 및 종류 필기 & 예상문제 정리

CH02. 보일러의 구조 및 종류

1) 보일러 3대 구성요소 : 본체, 연소장치, 부속설비장치

2) 보일러 부속기구장치 종류 : 급수장치, 송기장치, 폐열회수장치, 제어장치, 분출장치, 안전장치, 처리장치

3) 보일러 용량 표시방법 : 정격용량이란 100℃의 포화수를 100℃의 건조된 증기로 발생시켰을때의 용량을 말하며 상당증발량(환산증발량)으로 표시한다. 

상당증발량(Ge) = 포화증기엔탈피 - 급수엔탈피(급수온도) / 539 kgr/hr

                         =실제 증기발생량 x 증발계수 (증발력) 

4) 보일러의 전열면적: 한쪽 면이 연소가스와 접촉되며 다른 면이 물 또는 열매체에 접촉되는 것

5) 보일러 마력 : 시간당 100℃의 포화수 15.65kg을 100℃의 건포화증기로 발생시키는 능력을 보일러 1HP(마력)라 한다. 열량으로 계산하면 15.65 x 539 = 8,435 kcal/hr(35,298kh/h) 

*1보일러 마력 상당증발량 = 15.65 

  1보일러 마력 열량 = 8,435

6) 버팀 스테이 

- 경사버팀 : 경판이나 동판이나 관판과 동판을 지지하는 보강재

- 거싯버팀 : 경판이나 동판이나 관판과 동판을 지지하는 보강재

- 튜브 스테이 : 연관의 팽창에 따른 관판이나 경판의 팽출에 대한 보강재

- 바 스테이 : 진동, 충격 등에 따른 동체의 진동 방지 목적이며 화실 천장의 압궤 방지를 위한 가로 버팀이며, 관판이나 경판 양측을 보강하는 행거스테이(메달림)라 한다. 

- 볼트 스테이 : 기관차 보일러의 화실 측면과 경판의 압궤를 방지하기 위한 버팀

- 거더 스테이(도리 스테이) : 화실 천장 과열 부분의 압궤현상을 방지하는 버팀

- 도그 스테이 : 맨홀 뚜껑의 보강재 버팀

7) 압궤 : 외압에 못 견디고 찌그러지는것 

    팽출 : 대기압보다 내압이 커 튀어나오는것 

8) 노통 보일러 

- 이음부가 용접된것, 리벳 조인트로 형성된 것 

① 평형 노통 

- 고압력에 견디기 어렵다. 손상에 의해 누설을 일으키기 쉽다. 구조가 간단하고 제작이 용이하다. 

② 파형 노통

- 고열에 의한 노통의 이상 신축 현상을 훕수, 완화시킨다. 전열면적을 넓힐수 있다. 보일러 압력을 크게 견딜수 있다. 구조가 복잡하고 설비가 비싸다. 제작이 까다롭다. 

- 종류: 모리슨형, 데이톤형, 포크스형, 파브스형, 리즈포지형, 브라운형

③ 아담슨 조인트

- 평형노통의 약한 단점을 보환하기 위하여 약 1m 정도의 노통 거리마다 접합한다. 

- 이상 신축을 방지한다. 사용 압력에 견디는 힘이 강하다. 리벳을 보호한다. 

노통 보일러의 종류 : 랭커셔 보일러 ( 노통이 2개) , 코니시 보일러 (노통이 1개)

장점: 구조가 간단하고 제작이 간편하다. 청소나 검사가 용이하다. 부하 변동에 적응하기 쉽다. 급수처리가 까다롭지 않다. 

단점 : 보유수량이 많아서 습증기 발생이 많다. 연료의 선택 및 연료 사용량이 제한된다. 증기 발생시간이 길다. 파열시 보유수량이 많아 피해가 크다. 

9) 수랭노벽 : 연소실의 주위 벽에 수관을 다수 배치하여 복사열을 흡수하며 노벽을 보호함으로서 노재의 과열을 방지하고 노의 기밀을 유지하며 수명을 길게한다. 또한 가압연소 및 연소실의 열부하를 높일 수 있는 노벽이다. 

10) 원통형 보일러 

① 수직형 보일러 

동이 직립형 (입형)이며 연소실이 하부에 자리잡고 있다. 

수직형 보일러 종류: 입형 횡관식 보일러, 입형 연관식 보일러, 코크란 보일러, 스파이럴 보일러 

장점: 구조가 간단하다. 설치면적이 작다. 

단점: 전열면적이 작다. 소용량의 보일러이다. 내부 청소 시 까다롭다. 연소실이 작아 불완전 연소된다. 

*입형 횡관식 보일러 

횡관 ( 갤러웨이 튜브 ) 설치상의 이점, 전열면적이 증가한다. 소용량

* 입형 연관식 보일러

다수의 연관을 사용한다. 상부의 관판이나 연관을 부식되기 쉽다. 

* 코크란 보일러 

입형 보일러중 열효율이 가장 높고 전열면적이 크고 고압에 잘 견딘다. 

11) 횡관 (갤러웨이 관)의 특징 

* 전열면적 증가, 물의 순환 양호, 노통의 강도 보강 

12) 연관식 보일러 

연관식 보일러 종류 : 기관차 보일러, 케와니 보일러, 외분식 횡연관 보일러 

장점: 노통 보일러에 비해 전열면적이 커서 젼열효과가 좋다. 외분식 연소실의 경우 연소실의 증축이 자유로워 저질 연료도 연소가 가능하다. 급수처리가 까다롭지 않다. 부하 변동에 응하기 쉽다. 

단점 : 노통 보일러의 비해 내부 청소가 불편하다. 외분식은 열손실이 크다. 연관의 길이에 제한을 받고 대용량 설비에는 부적당하다. 연관이 가열되면 늘어지기 쉽다. 

13) 직관식 수관 보일러 

자연순환식 보일러 종류 : 다쿠마 보일러, 스네기치 보일러, 하이네 보일러, 밥콕 보일러

장점: 수관의 청소가 용이하다. 구조가 간단하여 제작시 간편하다. 관의 교체가 용이하다. 원통형 보일러에 비해 고압, 대용량 보일러이다.

단점: 고압 대용랴에는 적당하지 못하다. 관의 열팽창에 대한 무리가 발생하기 쉽다. 

14) 직관식 보일러의 경사도 

보일러명	수관의 경사도
다쿠마 보일러	45°°
스네기치 보일러	30°
하이네 보일러	15° (드럼이 경사져 있다.)
밥콕 보일러	15°

15) 곡관식 수관 보일러 

종류 : 단동형 곡관식 보일러, 2동 D형 곡관식 보일러 

16) 강제 순환식 수관 보일러 : 보일러에서 압력이 높아지면 포화수의 온도가 상승하여 증기와 포화수 간의 비중차가 적어지며 하강하는 강수와 상승하는 승수와의 비중차가 많지 않아 보일러관수의 순환이 불량해진다. 노즐이나 순환펌프를 사용하여 강제로 순환시키는 보일러 

강제 순환식 수관 보일러 종류: 라몬트 노즐 보일러, 베록스 보일러 

장점: 수관의 배치가 자유로워 보일러 설계가 용이하다. 관의 두께가 적어도 되며 전열효과가 높다. 단위시간 당 전열면의 열부하가 매우 높다. 

단점: 관수의 농축속도가 빨라서 급수처리가 까다롭다. 노즐이나 순환펌프가 있어야 한다. 

17) 관류 보일러

하나의 긴관 휘어서 배관으로만 구성된 보일러 가열, 증발, 과열 순서로 증기를 생산하는 강제순환식 보일러

드럼이 없어 수면계가 필요없다. 순환비가 1이다. 순환비 = 급수량 / 증발량 = 1

관류 보일러 종류 : 벤슨 보일러, 슐처 보일러, 램진 보일러, 앳모스 보일러 , 소형관류 

장점: 증기 드럼이 필요없다. 고압 보일러로서 적당하다. 증발 속도가 매우 빠르다. 증기의 가동 발생시간이 매우 짧다. 

단점: 예민한 급수처리 (급수처리 까다로운 정도 : 관류 > 수관식 > 원통형 )

* 벤슨 보일러 : 수관전달을 위한 헤더 설치 

* 슐처 보일러 : 헤더가 없다. 증발부 끝부분에 기수분리기(염분리기 : 급수 중의 염류분과 수분을 배제한다.) 설치

18 ) 주철제 보일러 

보일러 용량에 따라 섹션을 조합하여 만들고 강도가 낮고 취성이 강하여 낮은 압력에만 사용하는 저압 보일러

*난방용 온수 보일러의 표준 방열량 : 450 kcal /m^2h 

*난방용 증기 보일러의 표준 방열량 : 650 kcal /m^2h

주철제 보일러의 종류 : 증기 보일러, 온수 보일러 

조합 방법에 따른 분류 : 전후 조합, 좌우 조합, 맞세움 전후 조합 

장점 : 섹션의 증감에 따라 용량 조절이 이루어진다. 내식성 (부식) 및 내열성이 우수하다. 급수처리가 까다롭지 않다. 

단점 : 강도가 약하고 취성이 강해서 고압에 부적당하다. 청소나 검사 시 불편하다. 대용량 부적당, 열에 의한 부동 팽창으로 인하여 균열의 발생이 쉽다.

19) 특수 보일러 

①열매체 보일러 : 고온 (350℃)의 증기를 얻을 수 있으며 비점이 낮은 매체를 이용하여 저압에서도 고온의 증기가 발생한다. 안전밸브로 밀폐식으로 해야한다. 

종류 : 다우섬 (A, B) 보일러 , 수은 보일러 , 카네크롤 보일러, 스네기치 보일러, 모빌섬 보일러, 세큐리티 보일러 

②폐열 보일러 : 연소장치 필요없고 배기가스를 통한 대류열을 이용한 보일러 

종류 : 하이네 보일러, 리 보일러

③간접가열 보일러

수질이 불량한 화학공장에서 사용한다. 증발부가 2개

종류 : 슈미트 하트만 보일러, 레플러 보일러 

형식	보일러의 종류
둥근 (원통형 보일러)	1. 입형 : 횡관식 보일러, 입연관 보일러, 코크란 보일러 2. 노통 : 코니시 보일러 (노통 1), 랭커셔 보일러 (노통 2) 3. 연관 : 횡연관 보일러, 기관차 보일러, 케와니 보일러 4. 노통연관 : 육용강제 보일러, 박용 보일러
수관 보일러	1. 자연순환 : 밥콕 보일러, 다쿠마 보일러, 야로 보일러, 2동 D형 보일러, 스네기치 2. 강제 순환식 : 베록스 보일러, 라몬트 노즐 보일러 3. 관류 : 벤슨 보일러, 슐처 보일러, 램진 보일러, 앳모스, 가와사키 (소향관류)
주철 보일러	주철제 : 온수 증기
특수 보일러	1. 폐열 : 하이네 보일러, 리 보일러 2. 특수 연료 : 버개스 보일러, 바크 보일러, 진개(쓰레기) 보일러 3. 특수 유체 : 다우섬 보일러, 카네크롤 보일러 4. 간접가열 : 레플러 보일러, 슈미트 하트만 보일러 5. 열매체 : 다우섬 (A.B) , 수은, 카네크롤, 스네기치, 모빌섬, 세큐리티

20) 안전밸브 작동시험 

안전밸브의 분출압력은 최고사용압력의 6% 를 최고사용압력에 더한 압력을 초과해서는 안된다. 

상용압력의 75% 정도 됫을때 1일 1회 분출시험을 해야한다. 

21) 열정산 기준 

보일러의 증발량은 사용부하로 조정하여 가동하고 2시간 이후부터 측정해야 한다. 

22) 온수 보일러의 효율

(매시 온수발생량 x 온수의 비열 / 매시 연료 소비량 x 저위 발열량) x 100(%)

23) 증기 보일러의 효율

(상당 증발량 (Ge) x 539 / 매시 연료 소비량 x 연료의 저위 발열량) x 100(%)

상당 증발량 = 실제 증방량 x (급수 엔탈피 - 증기 엔탈피 ) / 539 

 

 

출제 예상문제 (오답)

1. 강제 순환 수관 보일러에서 보일러수를 강제 순환시키는 이유는? - 증기압력이 높아지면 보일러 수와 증기의 비중차가 적어지므로

2. 외분식 보일러의 특징이 아닌것은? - 방사열의 흡수가 크다. 

방사열의 흡수가 큰 것은 내분식 연소실을 가진 보일러이다. 

3. 원통형 보일러 

* 습식 : 스네기치 보일러

   건식 : 부르동 카프스 보일러, 하우덴 존슨 보일러 

4. 수관식 보일러는 수부가 적고 용량이 커서 부하변동시 압력 변동이 심하다. 원통형 보일러는 보유수량이 많아 부하변동 시 압력변화가 적다. 

5. 보일러 효율 

관류 보일러 > 수관식 보일러 > 노통 연관식 보일러 > 연관식 보일러 > 노통 보일러 > 입형 보일러 

6. 랭커셔 보일러에 브리딩 스페이스 ( 노통의 신축 호흡거리) 를 너무 적게하면 그루빙 (구식 =도랑부식)을 일으키기 쉽다. 

7. 순환비 = 순환수량 / 발생증기량

8. 관류 보일러의 특징 

- 고압에 잘 견딘다. 

- 열효율이 높다. 

- 드럼이 없어도 된다. (기수분리기는 필요하다)

- 단편식, 다관식이 있다. 

9.주철제 보일러의 특징

- 부식이 잘 되지 않는다. 

- 저압이며 소용량 난방에 용이하다.

-섹션의 증감으로 용량 조절이 가능하다. 

- 인장 및 충격에 약하다. 

10. 수관식 보일러의 특징

- 고압에 잘 견딘다. 

- 전열면적이 크다. 

- 보일러 효율이 높다. 

- 스케일 생성이 빠르다.

- 철저한 급수처리 요망

11. 외분식 보일러는 연소실이 보일러 본체 밖에 있는 것으로 횡연관 보일러, 수관식 보일러, 관류 보일러 등이 있다. 

원통형 보일러 중에서 외분식인것은 횡연관 보일러 하나다.

12. 수관 보일러에 있어서 강제순환식으로 하는 이유는 고압에서 포화수와 포화증기의 비중차가 작아서 자연순환이 제대로 되지 않기 때문이다. 

13. 입형 보일러는 가정용 난방 보일러로 사용된다.