스팀 보일러란?- 정의, 작동 및 유형

스팀보일러란?

증기 보일러 또는 증기 발생기는 물에 열 에너지를 적용하여 증기를 생성하는 데 사용되는 장치입니다. 정의는 다소 융통성이 있지만 오래된 증기 발생기는 일반적으로 보일러라고 하며 중저압(7–2,000 kPa 또는 1–290 psi)에서 작동한다고 말할 수 있지만 이 이상의 압력에서는 다음과 같이 말하는 것이 더 일반적입니다. 증기 발생기의.

증기 공급원이 필요한 곳이면 어디에서나 증기 보일러 또는 증기 발생기가 사용됩니다. 형태와 크기는 적용 분야에 따라 다릅니다. 증기 기관차, 휴대용 엔진 및 증기 동력 도로 차량과 같은 이동식 증기 엔진은 일반적으로 차량의 필수적인 부분을 형성하는 더 작은 보일러를 사용합니다. 고정식 증기 기관, 산업 설비 및 발전소에는 일반적으로 배관으로 사용 지점에 연결된 더 큰 별도의 증기 발생 시설이 있습니다.

주목할만한 예외는 별도로 생성된 증기가 기관차의 수신기(탱크)로 전달되는 증기 동력의 불 없는 기관차입니다.

 

증기 보일러의 기능

증기 보일러의 주요 기능은 증기를 생성, 저장 및 처리하는 것입니다. 액체에 담긴 보일러는 껍질에 불과하며 연료를 태울 때 발생하는 열에너지는 물로 옮겨져 필요한 압력과 온도에서 증기로 변한다.

이 보일러의 주요 조건은 주로 물 용기가 매우 조심스럽게 잠가야 한다는 것을 포함합니다. 물의 증기는 품질, 속도, 압력 및 온도와 같은 바람직한 조건에서 공급되어야 합니다.

 

 

증기 보일러의 구성 요소

증기 발생기 또는 증기 보일러는 원동기로 간주될 때 증기 기관의 필수 구성요소입니다. 그러나 다양한 발전기 유형이 다양한 엔진 장치와 어느 정도 결합될 수 있으므로 별도로 처리해야 합니다.

보일러는 연료를 태우고 열을 발생시키기 위해 화실 또는 용광로를 포함합니다. 생성된 열은 물에 전달되어 끓는 과정인 증기를 만듭니다. 이것은 끓는 물 위의 압력에 따라 달라질 수 있는 속도로 포화 증기를 생성합니다. 용광로 온도가 높을수록 증기 생산이 빨라집니다.

이렇게 생성된 포화 증기는 터빈과 교류 발전기를 통해 전력을 생산하기 위해 즉시 사용되거나 더 높은 온도로 더 과열될 수 있습니다. 이것은 현탁수 함량을 현저하게 감소시켜 주어진 양의 증기가 더 많은 일을 생성하고 더 큰 온도 구배를 생성하여 응결 형성 가능성을 줄이는 데 도움이 됩니다.

연소 가스에 남아 있는 열은 배출되거나 이코노마이저를 통과하도록 할 수 있습니다. 이코노마이저의 역할은 공급수가 보일러에 도달하기 전에 가열하는 것입니다.

 

보일러의 작동 원리

보일러의 기본 작동 원리는 매우 간단하고 이해하기 쉽습니다. 보일러는 본질적으로 물이 저장되는 밀폐된 용기입니다. 연료(일반적으로 석탄)는 용광로에서 연소되고 뜨거운 가스가 생성됩니다.

이러한 뜨거운 가스는 이러한 뜨거운 가스의 열이 물로 전달되고 결과적으로 보일러에서 증기가 생성되는 물 용기와 접촉합니다.

그런 다음 이 증기는 화력 발전소의 터빈으로 파이프됩니다. 생산 장치 운영, 일부 지역 소독, 장비 살균, 주변 예열 등과 같은 다양한 목적으로 사용되는 다양한 유형의 보일러가 있습니다.

 

증기 보일러 효율

연료(석탄)가 공급하는 총 열에서 배출 증기가 내보내는 총 열의 비율을 증기 보일러 효율이라고 합니다.

 

증기 보일러 효율= (출구 증기로 내보내는 열/연료에 의한 열 공급) * 100

여기에는 열 효율, 연소 효율 및 연료 대 증기 효율이 포함됩니다. 증기 보일러 효율은 사용하는 보일러의 크기에 따라 다릅니다. 증기 보일러의 일반적인 효율은 80~88%입니다.

실제로 불완전연소, 증기보일러 주변벽에서 발생하는 복사손실, 연소가스 불량 등으로 발생하는 손실이 있으므로 증기보일러의 효율이 이러한 결과를 가져온다.

 

증기 보일러의 종류

 

1. fire tube 보일러
가장 기본적인 유형의 보일러 중 하나인 fire tube 보일러도 가장 오래된 설계 중 하나입니다.
버너는 보일러 자체의 주 용기에 담긴 물에 잠긴 튜브에 화염을 쏘습니다. 여러 개의 fire tube이 있을 수 있습니다. 화염의 열이 물로 전달되어 끓는점까지 가열합니다.

생성된 증기는 물 위의 공간에 포획되어 증기 배출구를 통해 라디에이터를 가열하거나 기관차를 운전하는 등 의도한 모든 목적으로 배출됩니다. 그러나 이 공유 용기에는 증기와 물이 모두 포함되어 있기 때문에 증기 압력이 다소 제한됩니다.

주 선박이 용량을 초과하는 증가된 압력에 굴복해야 하는 경우 치명적인 결과가 발생할 수 있습니다.

fire tube 보일러의 영역에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 이러한 유형은 용광로의 물리적 위치(화염 생성)에 따라 다릅니다. 이들은 외부 및 내부 용광로로 설명됩니다.

두 가지 주요 유형 각각에는 하위 집합이 포함됩니다. 예를 들어, 세 가지 유형의 외부 용광로가 있습니다.

수평 리턴 관형 fire tube 보일러;
짧은 화실 fire tube 보일러; 그리고
소형 fire tube 보일러.

내부 용광로의 경우 두 가지 하위 집합이 있습니다.
수평 관형; 그리고
수직 관형 fire tube 보일러.

수평 리턴 관형 fire tube 보일러의 작동 방식을 살펴보겠습니다. 이 구성에서 대형 스팀 드럼은 하우징과 지지 구조물 내에 수평으로 설치됩니다. 여러 개의 fire tube이 용광로에서 나오고 드럼 내에서 수평 방식으로 정렬됩니다. 이것은 드럼이 수평이기 때문에 의미가 있습니다. 드럼이 물로 채워지면 튜브가 물에 잠기게 됩니다.

연료는 용광로 내에서 연소되어 튜브를 통과하는 가스를 가열하고 물에 열을 전달하여 물을 끓는점까지 가열합니다. 사용 후 가스는 fire tube을 통과하여 배기 굴뚝에 연결된 연기 상자로 들어갑니다.

그러나 드럼에서 증기가 생성됨에 따라 압력도 생성됩니다. 가압 시스템은 더 높은 온도에서 끓는 물을 초래합니다. 따라서 드럼 내부에 증기 압력이 증가할수록 물의 끓는 온도가 높아져 전체적으로 증기 생산이 감소합니다. 본질적으로 보일러는 작동을 통해 생성되는 증기 압력을 통해 자체 제어됩니다.

 

내부로 fire tube 보일러의 종류

콘월어 화재 튜브 보일러
이 스타일의 보일러는 일반 원통형 쉘과 중앙을 관통하는 단일 히트 파이프를 포함합니다. 단일 히트 파이프에 연결된 단일 배기 연도가 있습니다.

Lancashire fire tube 보일러
Lancashire 보일러의 구조는 2개의 내부 fire tube과 2개의 배기 연도가 있다는 점을 제외하고는 Cornish와 유사합니다.

기관차 화재 튜브 보일러
기관차 보일러는 구식 디자인입니다. 원래 증기 기관차에서 발견된 목재 또는 석탄은 연소실(로)에서 연소되었습니다. 수평 튜브 디자인의 장치는 높은 증기 용량을 가진 견고한 장비였습니다.

수직 fire tube 보일러
수직 튜브 보일러는 수직 실린더 디자인의 단순한 보일러입니다. 여기에는 크로스 튜브가 포함되어 있으며 퍼니스는 보일러 바닥에 있습니다. 연소 케이스는 연도를 통해 장치 상단을 통해 빠져 나옵니다.

코크란 fire tube 보일러
Cochran 보일러는 또한 다중 관 디자인의 수직 형 보일러입니다. 여기에는 여러 개의 수평 fire tube이 포함됩니다.

침수 fire tube 보일러
이 스타일의 보일러는 수평 단일 패스 디자인을 통합합니다. 화염은 해당하는 작은 직경의 튜브로 밀려납니다. 여러 개의 소구경 튜브가 개별적으로 물에 잠겨 있습니다. 각 화염 노즐에 대해 하나의 튜브가 있습니다.

 

2. 수관보일러

수관 보일러는 증기 생산 기술의 발전을 제공합니다. 이는 용광로의 화염이 넓은 격납 구역으로 발사된다는 점에서 소방관 기술과 다릅니다. 이 화염은 문자 그대로 후방 벽에서 반사되어 열을 보다 균일하고 효율적으로 분산시켜 연료 비용을 절감합니다.

화재 튜브는 챔버와 달리 물에 잠긴 튜브로 화염을 보냅니다. 고장 시 증기 폭발을 일으킬 수 있는 물이 적기 때문에 작업이 훨씬 안전하고 장치를 검사하고 유지 관리하기가 더 쉽습니다.

챔버 내부에는 물이 들어 있는 일련의 튜브가 있습니다. 튜브는 보일러의 길이만큼 작동합니다. 튜브는 밀봉되어 있으며 인접한 튜브에 영향을 주지 않고 개별적으로 압력을 견딜 수 있습니다. 열은 금속 튜브를 통해 흐르는 물로 전달됩니다.

이것은 증기를 생성하는 데 사용되는 물이 열원을 둘러싸는 소방관 보일러와 눈에 띄는 차이점입니다. 수관 보일러의 경우 열이 수관을 둘러쌉니다. 결과적으로 소방관 설계에 비해 보일러에 대한 스트레스가 적습니다.

튜브 내부에서 가열된 물은 보일러 상단과 스팀 드럼으로 올라갑니다. 이 프로세스는 일반적으로 몇 분 밖에 걸리지 않습니다. 증기가 높은 속도로 생성됩니다. 가열 및 냉각의 효과는 열 사이펀으로 알려진 상태를 만들어 보일러의 물 순환을 허용합니다.

보일러 작동의 효율성으로 인해 소방관 장치보다 작은 설치 공간을 차지할 수 있습니다. 수관 보일러는 주로 더 높은 압력과 더 많은 양의 증기를 생성하는 데 사용됩니다.

 

증기 보일러의 장점

▷ 이 보일러의 설치 비용은 낮습니다.
▷ 이 보일러는 모든 종류의 굴뚝을 사용합니다.
▷ 바닥 면적을 덜 차지합니다.
▷ 휴대용입니다.
▷ 자체 밀폐형 보일러가 있습니다.

 

증기 보일러의 단점

▷ 증기보일러는 수직형으로 설계되어 증기상승 용량이 적습니다.
▷ 압력과 용량이 제한되어 있습니다.
▷ 이들의 청소 및 검사는 어렵습니다.
▷ 높은 헤드스페이스가 필요합니다.

 

증기 보일러의 응용

▷ 이들은 증기 터빈이나 엔진에서 동력을 생성하는 데 사용됩니다.
▷ 공정 산업의 다양한 공정에 사용됩니다.
▷ 이들은 서늘한 날씨의 주택이나 건물에서 온수 공급을 생성하는 데 사용됩니다.

 

증기 보일러의 특성

▷ 증기 보일러는 낮은 연료 사용으로 가장 많은 양의 증기를 생성합니다.
▷ 무게가 가벼워야 하고 공간이 작아야 합니다.
▷ 즉시 시작해야 합니다.
▷ 이 보일러는 값이 싸고 불필요한 농도여야 합니다.
▷ 이 보일러는 변동하는 모든 종류의 부하를 처리합니다.