공조냉동기계기사 보일러설비 구성 — 수위 제어·급수내관·급탕부하

보일러 수위 제어의 목적은 관을 지키는 데 있다. 수위가 낮아지면 증기가 만들어지는 증발면이 물 대신 뜨거운 연소가스에 직접 드러난다. 물은 열을 잘 흡수하지만 기체는 그렇지 않으므로 관재의 온도가 급격히 올라 재료 강도가 떨어지고 변형이나 파손으로 이어진다. 그래서 수위 제어의 궁극적인 목적은 과열로 인한 손상을 막는 것이다. 급수 장치의 동결 방지나 연료 공급, 출력 조절은 수위 제어의 직접적인 목적이 아니다.

보일러 부속 장치는 이름마다 맡은 일이 다르다. 증기를 한 곳으로만 뽑아내면 그 부근의 압력이 낮아져 수면이 요동치고 물방울이 증기와 함께 튀는 비수가 생기는데, 이를 막는 장치가 비수방지관이다 — 취출구 주변의 수면을 안정시켜 압력 균형을 잡는다. 급수는 급수내관이, 증기와 물의 분리는 기수분리기가, 물을 끌어올리는 일은 인젝터가 맡는다. 급수내관은 상대적으로 낮은 온도의 급수를 고온의 보일러수와 섞이게 해, 차가운 물이 본체 금속에 직접 닿아 생기는 국부적인 열응력과 부동팽창을 막는다. 역류 방지(체크밸브)나 슬러지 방지(배수구), 과열 방지(안전장치)는 급수내관의 주된 목적이 아니다.

관류보일러는 구조가 운전 특성을 정하는 대표적인 예다. 드럼이 없는 구조가 일반적이고 관 안에 머무는 물의 양이 적어 열용량이 작으므로, 증기 수요가 변할 때 생산량을 빠르게 따라간다 — 부하 변동에 대한 추종성이 좋다. 대신 물의 양이 적어 수처리를 엄격하게 해야 하고 취급이 까다로우며, 물을 관으로 빠르게 순환시키므로 고압 증기를 얻기는 용이하다. 「드럼이 있어야 한다」거나 「수처리가 필요 없다」, 「고압 증기를 얻기 어렵다」고 적은 설명은 구조와 반대다.

성능을 재는 기준도 정해져 있다. 환산 증발량은 대기압 상태에서 100℃의 물을 100℃의 건포화증기로 만드는 경우를 기준으로 삼는다. 보일러마다 급수 온도와 만들어 내는 증기의 상태가 다르므로, 기준 조건을 하나 정해 두고 성능을 견주기 위한 것이다. 그래서 기준 온도를 37.8℃로 바꾸거나 증기의 상태를 건포화증기가 아닌 다른 것으로 적으면 정의가 흔들린다.

부하 계산은 열량식 하나로 정리된다. 어떤 물을 데우는 데 필요한 열량은 질량 × 비열 × 온도차로 구한다. 급탕부하를 묻는 문제라면 급탕량과 급수·급탕 온도차만 넣으면 된다 — 급탕량 100 kg/h, 급수 30℃, 급탕 70℃라면 100 × 1 × (70 − 30) = 4,000 kcal/h가 된다. 건평과 단위면적당 열손실은 난방부하를 구할 때 쓰는 자료이므로 급탕부하 계산에서는 쓰지 않는다. 문제의 지문이 급탕을 묻는지 난방을 묻는지에 따라 어떤 자료를 넣을지가 갈리는 셈이다.

급탕 설비의 구성과 집진장치의 원리도 함께 나온다. 간접 가열 급탕법은 보일러에서 만든 열로 열교환을 거쳐 물을 데우는 방식이라 보일러·저탕조·고가수조가 핵심 구성을 이룬다. 증기 사일런스는 배관을 지나는 증기의 소음을 줄이는 부속이라 열과 물의 순환을 이루는 핵심 요소와는 거리가 멀다. 보일러 집진장치 가운데 사이클론 집진기는 배기가스를 원통 안에서 회전시켜 생기는 원심력으로 무거운 입자를 외벽 쪽으로 밀어 분리하는 기계식 집진기다. 중유의 유화 연소, 습식 세정, 정전 집진은 각각 다른 원리이므로 사이클론의 설명이 될 수 없다.