개념 한 쪽
보일러 및 연소설비의 배출물 관리는 연소 상태와 연료 성분에 따른 유해가스 발생, 그리고 배기가스에 포함된 물질이 설비에 미치는 화학적 영향을 모두 고려해야 한다는 점을 중심으로 다룬다. 연소 생성물의 비율 기준과 온도에 따른 오염물 생성 경향, 배기가스 분석 방법의 구분을 통해 안전과 설비 수명을 확보한다는 관점으로 접근한다.
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출제기준 단원 「배출수 관리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 저온부식 원인 물질 식별 | 1 | 저온 부식을 일으키는 연료 성분을 고르는 능력 평가 |
| 노내 가스폭발 관련성 판단 | 1 | 노내 가스폭발과 관련이 적은 요인을 가리는 문제 |
| 저온부식 원인 재확인 | 1 | 저온부식 발생 메커니즘과 원인을 묻는 기초 암기 문제 |
연료로서 가스를 사용하는 보일러는 연소 상태에 따라 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO) 등 서로 다른 생성물이 발생한다. 불완전 연소로 유독가스인 일산화탄소가 발생할 수 있으므로, CO의 농리를 단순 수치로 보지 않고 CO2에 대한 비율(CO/CO2)로 관리한다. 안전 기준으로 CO/CO2 비율은 0.002 이하로 유지해야 한다는 규정이 제시된다.
질소산화물(NOx)은 주로 고온에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성되므로 NOx를 억제하려면 연소 온도를 낮추거나 산소 공급을 조절하는 등의 온도·공기 관리 대책을 취하는 것이 핵심이다. 반대로 연소 온도를 높이는 조치는 NOx 생성량을 증가시키므로 억제 대책에 해당하지 않는다.
보일러의 저온부식은 연료 중의 황 성분에서 비롯된다. 유황이 연소하면서 생성된 SOx가 수증기와 결합하여 황산이 되면, 금속 표면의 노점 온도 이하에서 응결된 황산이 금속을 급격히 부식시킨다. 바나듐은 주로 고온 부식과 연결되므로 저온부식의 주원인과 구분해야 한다.
배기가스 분석 방법은 화학적 흡수법과 기기적(센서 기반) 방법으로 나뉜다. 화학적 방법은 시약과의 반응으로 가스량 변화를 측정하는 원리를 사용하며, 오르자트법·헴펠법·검지관법 등이 이에 속한다. 세라믹법 등 고온 센서를 이용한 방법은 화학적 흡수 원리가 아니라 물리적 특성 변화를 이용하는 기기 분석법으로 구분한다.
1) CO/CO2 비율 판단 예시 연료가스 연소 상태를 점검할 때측정 결과로 CO와 CO2 농도를 얻으면, CO/CO2 비율을 계산하여 기준과 비교한다. 기준은 0.002이므로 측정 비율이 이 값 이하이면 연소 상태가 허용 범위 내라는 판단을 한다.
2) 저온부식 발생 원리 요약 연료 중 유황이 연소 후 생성한 SOx가 수증기와 만나 황산으로 전환되고, 설비 표면의 온도가 노점 이하로 내려가면 황산이 응결하여 금속을 부식시킨다. 따라서 연료의 유황 관리와 배기가스 온도 제어가 저온부식 예방에 중요하다는 결론을 도출한다.
보일러에서 저온부식을 일으키는 성분은?
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.
노내 가스폭발과 가장 관계가 없는 것은?
정답 ④ · 노내 가스폭발과 관련 없는 요인을 찾는 문제이다. 가스폭발은 노내에 가연성 가스가 축적되고 점화원이 결합될 때 발생하므로, 심한 불완전연소로 미연소 가스가 쌓이거나 연소정지 중 연료가 노내로 유입되는 경우, 연도 굴곡이 심해 배기 가스의 배출이 원활하지 못한 경우는 모두 폭발 위험을 높이는 요인이다.
노내 가스폭발은 불완전연소나 연료 유입 등 폭발성 가스 축적과 관련되며, 연도 길이는 직접적 원인이 아니다.
보일러 저온부식의 원인이 되는 것은?
정답 ③ · 보일러 저온부식의 원인 물질을 묻는 문제이다. 저온부식은 연료 중의 유황 성분이 연소하여 이산화황과 삼산화황을 생성하고, 삼산화황이 수증기와 결합해 황산을 형성하며, 이 황산이 저온부에서 응결하여 금속을 부식시키는 현상이다.
저온 부식은 연료 중 유황이 연소 후 이산화황, 삼산화황을 거쳐 황산으로 변해 응결수에서 금속을 부식시키기 때문이다.
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