Boiler Blowdown

Boiler Blowdown은 보일러 용기에서 물을 강제로 배출하여 고농도의 불순물(TDS, total dissolved solids)을 방지하는 수처리 과정이다. 

 

 

 

Boiler Blowdown

Boiler Blowdown 목적

보일러 블로우다운은 보일러 용기에서 물을 강제로 배출하여 고농도의 불순물(여러 화학물질, 침전물, 고형물 등)을 방지하는 수처리 과정이다. 이러한 보일러의 불순물을 총 용존 고형물(total dissolved solids) 또는 TDS라고 한다.

이러한 불순물을 방치하면 보일러의 열전달을 방해하여 보일러의 효율이 떨어진다. 또한 과열되면 보일러의 수명이 단축되기 시작하고 압력 용기가 고장날 수 있다. 

TDS에는 부유 고형물과 용존 고형물이 모두 포함된다. 용존 고형물은 칼슘, 마그네슘 또는 나트륨과 같이 미량의 물 속에 녹아 있는 원소이다. 이러한 용존 고형물을 이루는 원소는 "경수"를 만드는 반면에, 부유 물질은 물에 완전히 녹지 않는 minerals이다.

정기적인 보일러 블로우다운을 통해 보일러는 고품질의 증기를 생성하고 정상 수준의 TDS를 유지한다. 이러한 보일러 블로우다운 절차를 수행하여 배관 및 기타 장비에 추가 손상을 일으킬 수 있는 스케일링, 부식 및 보일러 물이 증기로 넘어가는 것을 적극적으로 방지할 수 있다.

 

 

Boiler Blowdown의 유형

보일러 블로우다운은  bottom blowdown, surface/ continuous blowdown, water column blowdown의 세 가지 주요 카테고리로 나뉜다.
1. 표면 스키머/연속 블로우다운(Surface Skimmer/ Continuous Blowdown)

표면 블로우다운은 보일러 수위 상단에서 천천히 연속적으로 물을 제거한다.

- 수동 : 니들 밸브를 적절히 설치하여 표면 블로우다운의 흐름을 제어함으로써 수동으로 제어할 수 있다.

- 자동 : 이 방법은 보일러의 수질을 모니터링 하고 센서(전도도), 전동 밸브 및 컨트롤러를 사용하여 자동화할 수 있다.  

정기적인 스키머 블로우다운은 배수로 손실되는 보일러 물의 양을 최소화하여 불순물을 처리하는 데 효과적이므로 농도 주기를 제어할 수 있다. 

2. 바닥 블로우다운(Bottom Blowdown)

바닥 블로우다운은 용존 고형물 축적을 방지하는 데 효과적이기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 방법이다. 이 방법은 느리게 열리고 빠르게 열리는 블로우다운 밸브를 활용하며, 대부분의 사람들이 보일러 블로우다운에 대해 이야기할 때 언급하는 방식이다. 이 밸브는 보일러 바닥에 연결되어 있으며 끓는 동안 침전되는 슬러지 농도를 제거하도록 설계되어 있다.

3. Water Column Blowdown
워터 컬럼 블로우다운은 수위 제어 장치와 sight glass에 슬러지가 쌓이는 것을 제어하여 작업자가 보일러의 수위를 명확하게 보는데 도움이 된다. 이 과정에서 수위계 유리, water column, 관련 블로우다운 배관 시스템 및 밸브가 청소된다. 

 

 

Boiler Blowdown Valve

위에서 설명한 불순물(TDS)을 제거하기 위해  다음 그림과 같은 throttle 블로우다운 밸브를 Drain line에 설치하여 사용한다.

<그림 1> Blowdown Valve Diagram (Courtesy: Powermag)

 

블로우다운을 달성하기 위해 여러 유형의 밸브를 사용할 수 있지만 다음과 같은 사유로 throttle valve가 선정된다.
- 높은 온도와 압력에서 효과적으로 작동
- 침식 및 부식에 대한 견고성.
- 특히 하단 블로우다운 밸브의 경우 일관된 차단을 제공해

 

 

블로우다운 밸브의 분류는 밸브 위치 또는 작동 간격에 따라 달라집니다. 일반적으로 블로우다운 밸브는 고체 불순물 침전 속도에 따라 장비의 표면 또는 바닥에 설치된다. 또한 밸브는 연속적으로 또는 간헐적으로 작동할 수 있다. 일반적으로 표면 블로우다운 밸브는 정상 상태에서 작동하는 반면 바닥 블로우다운 밸브는 간헐적으로 작동한다.

두 개의 블로우다운 밸브를 직렬로 사용하는 것이 일반적인 관행이다. 하나는 씰 밸브 역할을 하고 다른 하나는 메인 블로우다운 밸브 역할을 한다. 일반적으로 실 밸브는 배수 시 먼저 열리고 마지막으로 닫히지만, 밸브 디스크 면과 시트의 침식을 최소화하기 위해 두 밸브가 동시에 빠르게 열릴 수 있다.
또한 밸브를 닫은 후 잠시 다시 열어서 밸브 내부에 스케일과 녹 입자가 끼지 않도록 주의해야 한다. 특히 처음에 밸브를 닫을 때 저항이 있었다면 더욱 그렇다.

 

 

Boiler Blowdown 비율(Percentage)

블로우다운 밸브 작동에서 중요한 매개변수 중 하나는 블로우다운 비율이다. 블로우다운 비율은 아래 공식에서 볼 수 있듯이 공급수(Vfeed)에 대한 블로우다운 수(Vblowdown)의 비율을 의미한다.

 

 

대부분의 애플리케이션에서 블로우다운 비율은 4%에서 10% 사이이다. 그러나 시스템이 고품질 급수를 사용할 수 있는 경우 1%까지 낮아질 수 있다. 반면에 급수의 품질이 좋지 않은 중요한 시스템에서는 20% 이상에 달할 수 있다. 어떤 경우든 운전에 지장이 없는 범위에서 가능한 한 많은 오염 물질을 배출하도록 주의를 기울여야 한다.

 

 

보일러 블로우다운 열 회수 애플리케이션

보일러 내 TDS(총 용존 고형물) 수준을 제어하려면 보일러 용수의 지속적인 블로우다운이 필요하다.

다음 내용은 spiraxsarco에서 제시하고 있는 연속 블로우다운 공정의 열 회수 시스템으로 상당한 비용을 절감할 수 있다고 한다.

 

<그림 2> Typical heat recovery from boiler blowdown(source : spiraxsarco)

 

보일러 블로우다운에는 플래시 스팀으로 쉽게 회수할 수 있는 엄청난 양의 열이 포함되어 있다. 블로우다운 제어 밸브를 통과한 후 저압의 물은 플래시 용기로 흐른다. 이 시점에서 플래시 증기는 오염되지 않고 응축수로부터 분리되어 보일러 공급 탱크를 가열하는 데 사용할 수 있다.
플래시 용기에서 배출되는 잔류 응축수는 폐기물로 버려지기 전에 최대한 많은 열을 회수하기 위해 판형 열교환기를 통과할 수 있다. 보일러 연속 블로우다운에 포함된 총 열의 최대 80%까지 이러한 방식으로 회수할 수 있다.

 

Reference : 1. https://qrcvalves.com/blowdown-valve/

                    2. https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/condensate-recovery/flash-steam#article-top