보일러 수처리 최적화

물의 성질에 따라 보일러는 부식, 스케일, 캐리오버의 위험에 노출되는데, 이러한 장애현상을 방지하여 보일러를 안전하고 효율적으로 운전하기 위해서는 적절한 보일러 수처리가 반드시 필요하다.

 

 

 

보일러 수처리 최적화

보일러는 물을 가열해 스팀 및 온수를 생산하는 장치이다.

물은 보일러 급수로 유입되어 스팀으로 상변화 되었다가 열교환을 거치면서 응축수가 되고, 응축수는 특별히 오염되지 않은 경우라면 회수되어 다시 보일러 급수로 재사용된다.

이러한 순환과정을 거치는 동안 물의 성질에 따라 보일러는 부식, 스케일, 캐리오버의 위험에 노출되는데, 이러한 장애현상을 방지하여 보일러를 안전하고 효율적으로 운전하기 위해서는 적절한 보일러 수처리가 반드시 필요하다.

 

 

보일러 수처리 최적화를 위한 필수 요소 7가지

보일러 수처리를 최적화 하기 위해서는 다음 항목이 필수적으로 필요하다.

1. 급수 TDS 처리

2. 급수 용존산소 처리

3. 보일러 수 pH관리

4. 보일러 스케일 분산

5. 보일러 수 TDS관리 – 블로우다운

6. 응축수 pH 관리

7. 주기적인 수질분석을 통한 수질상태 파악

 

 

1. 급수 TDS처리는 급수를 보일러에 사용하기 적합하게 처리하는 것이다.

TDS 성분 중, 특히 경도성분(Ca2++ 칼슘이온, Mg2++ 마그네슘이온)은 물에 대한 용해도가 온도에 반비례 하기 때문에, 저온수에서는 다량 용존 상태로 존재하다가 가열이 되면 석출되는 성질이 있어 스케일을 형성하게 된다.

 

<그림1> 온도에 따른 염의 용해도(그림 출처: Steam People Vol. 119)

 

 

스케일의 열전도율은 금속과 비교해서 매우 낮기 때문에, 스케일이 발생하면 열효율이 저하되어 연료 손실이 증가된다.

<그림2> 연료 손실률(그림 출처: Steam People Vol. 119)

 

따라서 경도성분과 나트륨을 교환하여 경수를 연수로 만드는 경수연화장치를 사용하거나, 경도성분을 포함한 수중 TDS의 99% 이상을 제거하여 순수로 만드는 이온교환 순수처리장치나 RO장치를 사용하여 급수 TDS를 처리할 수 있다.

 

 

2. 급수 용존산소 처리

산소의 물에 대한 용해도는 온도에 반비례 하기 때문에, 급수에서 용존산소를 제거하지 않으면 고온부에서 기화되어 산소 기체가 금속을 부식시킨다. 산소 기체는 아주 미량인 ppb (Part Per Billion, 10^-9)단위에서도 부식을 일으키기 때문에 급수에서 완벽하게 제거해야 하고, 이를 위해서 고온의 급수탱크 탈기기나 탈기헤드를 거쳐 물리적으로 산소를 1차 제거 후, 용존산소 제거제를 사용하여 잔여 용존산소를 2차로 제거해야 한다.

 

<그림3> 온도와 압력에 따른 순수(純水)에 대한 산소의 용해도(그림 출처: Steam People Vol. 119)

 

 

3. 보일러 수 pH관리

pH는 물의 산성도를 나타내는 지표로써 9.8 bar 보일러수의 경우 다음과 같은 pH와 부식관계를 가진다.

따라서 보일러수의 pH를 관수에서 pH8이상, 관수에서 12.5이하로 관리되도록 적절한 수처리 약품 사용과 농축된 관수를 배출하는 블로우다운이 적절히 이루어져야 한다.

<그림4> pH와 부식관계(그림 출처: Steam People Vol. 119)

 

 

4. 보일러 스케일 분산

급수 TDS관리 단계에서 경도성분이 완벽히 제거되지 못한 경우, 또는 보일러 내에서 발생된 부식산화물 등이 스케일로 형성되는 것을 방지하기 위해서, 스케일을 분산시키는 목적의 약품을 사용한다.

이러한 스케일 분산제는 스케일 유발 물질과 결합하여 무른 성질의 슬러지를 형성하고 하부 블로우다운 시 보일러 바깥으로 배출된다.

 

5. 보일러 수 TDS관리

급수 내 TDS는 관수에서 농축되어 TDS 농도가 점차 높아지는데, 적정량을 블로우다운 하지 않으면 관리기준치를 초과하여 Foaming 현상에 의한 캐리오버를 유발한다. 따라서 보일러의 운전 조건에 알맞는 양을 블로우다운하여 Foaming 현상을 방지해야 한다.

 

 

6. 응축수 pH관리

응축수의 pH가 낮은 경우, 산성부식이 발생할 수 있다. 일반적으로 사용하는 보일러 수 pH관리 약품은 스팀에 섞이지 않으므로, 응축수의 낮은 pH문제를 해결하기 위해서는 휘발성을 가진 별도의 응축수 pH관리제를 사용해서 응축수 pH를 기준치 이상으로 관리해야 한다.

 

7. 주기적인 수질분석을 통한 수질 상태 파악

모든 보일러의 운전 조건이 다르므로, 현재 수질상태를 파악하지 않으면 최적의 수처리를 적용할 수 없다. 그러므로 최소 1회/월 이상 수질분석을 실시하여 현재 상태를 체크하고 수처리가 잘 되고 있는지 확인하고, 문제가 발견되면 조속히 원인 분석과 그에 알맞은 조치를 취해야 한다.

 

 

보일러 수처리 사례

상기의 보일러 수처리 최적화를 위한 필수 요소를 반영한 물-스팀 순환 루프에서의 수처리 사례이다.

<그림5> 물-스팀 순환 루프에서의 수처리(그림 출처: Steam People Vol. 119)

 

Reference : 한국스파이렉스사코(주), Steam People Vol. 119 (Mar. 2019)