보일러 배기가스 관리는 배기가스 성분의 발생 원리와 이를 측정·억제하는 방법을 이해하는 것을 핵심으로 한다. 주요 관찰 대상은 불완전연소에서 발생하는 일산화탄소, 고온에서 생성되는 질소산화물, 연료 중 황으로 인한 저온부식 유발 물질 등이다. 배기가스분석법은 화학적 흡수식과 기기식으로 구분하며, 적절한 분석법 선택과 오염물질 억제 대책이 안전과 성능 관리의 핵심이라고 요약한다.
가스를 연료로 사용할 때 불완전연소가 발생하면 일산화탄소(CO)가 생성되며, CO의 안전 관리는 CO/CO2 비율을 기준으로 판단하는 것이 일반적이다. 문제 재료에서는 CO/CO2 비율이 0.002 이하로 유지되어야 한다고 제시하므로, 배기가스 점검 시 이 비율을 확인하는 절차가 중요하다고 본다.
질소산화물(NOx)은 주로 연소 온도가 높은 조건에서 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 생성되므로, NOx 억제 대책은 연소 온도와 산소 공급 조건을 낮추거나 체류 시간을 줄이는 방향이 핵심이라고 정리한다. 따라서 저질소 연료 사용, 2단 연소 등 온도나 산소 농도를 제어하는 방법이 억제 수단에 해당한다는 점을 기억한다.
저온부식은 연료 내 황 성분이 산화되어 생성된 SOx가 수분과 결합해 황산으로 응결하면서 금속 표면을 부식시키는 현상이라고 설명한다. 이 과정이 일어나면 공기 예열기 등 저온부에서 심한 부식이 발생하므로, 연료 황 함유량 관리와 온도 관리가 저온부식 예방의 관건이라고 본다.
배기가스분석법은 화학적 흡수법과 기기적 센서법으로 구분한다. 화학적 방법은 시약과 가스의 반응으로 부피 변화나 색 변화를 이용해 측정하는 방식이며, 오르자트법·헴펠법·검지관법이 이에 속한다고 정리한다. 세라믹 등 센서 기반의 방법은 화학적 반응이 아니라 물리적 특성 변화를 측정하는 기기 분석법으로 분류해야 한다고 본다.
링겔만 농도표는 매연의 육안 등급 판정 도구로 0번부터 5번까지 단계별 농도 대응이 규정되어 있고, 각 번호의 농도값을 통해 매연 정도를 판단하는 기본 암기 항목이라고 정리한다.
예제
저온부식 관련 문제에서는 정답이 연료 중의 황이라는 연결고리를 바로 떠올려야 한다는 예시를 든다. 연료의 황이 SO2·SO3로 변해 수분과 결합해 황산을 만들고 응결하면 저온부식이 일어난다고 요약한다.
NOx 억제 대책을 물을 때는 '온도 낮추기'와 '산소 공급 조절' 관점으로 보기를 분석해야 한다는 예시를 든다. 온도를 높이는 방식은 NOx 생성 촉진 요인이므로 억제 대책으로는 적절하지 않다고 판단한다.
가스분석법 문제에서는 '세라믹'이라는 용어가 나오면 기기식 센서법을 떠올리고, 오르자트·헴펠·검지관은 화학적 흡수법으로 분류하는 실수에 유의해야 한다는 실전 팁을 제시한다.
대표 기출 3문항
보일러에서 저온부식을 일으키는 성분은?
바나듐
탄산가스
황
일산화탄소
정답과 해설 보기
정답 ③ · 보일러의 저온부식(Low Temperature Corrosion)은 연료 중에 포함된 황(Sulfur) 성분이 연소 과정에서 산화되어 이산화황(SO2) 및 삼산화황(SO3)이 되고, 이가 금속 표면의 노점 이하의 온도에서 황산(H2SO4) 응결수를 형성하여 급격한 부식을 일으키는 현상입니다. 따라서 저온부식의 직접적인 원인 물질은 황 성분입니다.
저온부식은 연료 중 황 성분이 연소 후 황산으로 응결되어 금속을 부식시키는 현상이다.
보일러 에서 2차 연소란 무엇인가?
미연가스가 연소실 이외의 연도 에서 다시 연소하는 것이다.
미연가스가 연소실 내의 후부 에서 재 연소 하는것이다.
완전 연소 하기 어려운 연료를 2번 연소 시키는 것이다.
불완전 연소 가스가 연소실에서 재 연소 하는 것이다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 보일러의 2차 연소란 연소실에서 충분히 타지 못하고 배출되는 미연 가스가, 연소실을 벗어난 보일러 후단부나 연도(굴뚝)의 통로에서 다시 공기와 혼수되어 화재나 폭발을 일으키며 타들어가는 현상을 말합니다. 이는 통풍력 부족이나 불완전 연소 등에 의해 발생하며 보일러의 큰 사고로 이어질 수 있습니다.
배기가스분석 방법에서 수동식 가스분석계 중 화학적가스 분석 방법에 해당 되지 않는 것은?
오르자트 법
헴펠 법
검지관 법
세라믹 법
정답과 해설 보기
정답 ④ · 배기가스를 분석하는 수동식 가스 분석계 중 화학적 분석 방법은 특정 시약을 이용하여 가스를 흡수시켜 그 부피 감소를 측정하는 원리를 사용합니다. 대표적인 화학적 분석법으로는 수산화칼륨(KOH) 용액으로 CO2를 측정하는 오르자트(Orsat) 법과, 여러 종류의 흡수액을 이용하는 헴펠(Hempel) 법이 있습니다.
화학적 분석은 시약 반응과 부피 감소를 이용하지만, 세라믹 법은 고온 센서의 물리적 특성 변화를 측정하는 기기 분석법이다.