에너지 비용은 가스 연소식 대하로에서 가장 큰 단일 운영 비용 항목입니다. 연간 6,000시간 가동되는 5MW급 대하로를 입방미터당 0.35달러의 천연가스 가격으로 가동할 경우, 연간 가스 비용은 약 40만 달러에서 50만 달러에 달합니다. 이를 15~25% 절감하면 연간 6만 달러에서 12만 5천 달러를 운영 예산에 추가로 확보할 수 있으며, 이는 2~3년 내에 전체 제어 시스템을 업그레이드할 수 있는 충분한 금액입니다.
몬테 인텔리전스는 현장에서 수십 대의 보기형 노로에 대한 에너지 진단을 실시했습니다. 그 결과, 5년 이상 된 대부분의 노로에서 운영자들이 인지하지 못하는 에너지 효율 개선 기회가 있음을 발견했습니다. 이 글에서는 당사의 진단 방법론과 가장 일반적인 발견 사항에 대해 설명합니다.
에너지 진단은 열 균형 계산으로 시작됩니다. 사이클당 한 번의 적재물을 처리하는 배치형 용광로의 경우, 열 입력은 연료 연소 에너지, 연소 공기의 현열(예열된 경우), 그리고 적재물의 산화로 방출되는 열(미미하여 일반적으로 무시됨)입니다. 열 출력은 적재물이 흡수하는 유효 열, 연도 가스를 통해 손실되는 열, 용광로 벽과 문을 통해 손실되는 열, 공기 침투로 인한 열 손실, 용광로 구조물에 저장된 열(냉각 중에 방출되지만 사이클 사이에는 손실됨), 그리고 개구부, 밀봉부 및 기타 경로를 통해 손실되는 열입니다.
가공물에 실제로 열을 전달하는 에너지인 유효 열량은 가공물의 질량, 비열, 그리고 온도 상승을 이용하여 계산됩니다. 평균 비열이 0.55 kJ/kg·K인 20톤의 강철을 20°C에서 850°C까지 가열할 경우, 유효 열량은 20,000 × 0.55 × 830 = 9,130 MJ이며, 이는 약 2,536 kWh에 해당합니다. 이는 천연가스 약 260 세제곱미터에 해당하는 에너지입니다.
난방 사이클 동안의 총 가스 소비량은 난방기 가스 계량기로 측정됩니다. 계량기에 520 세제곱미터가 소비된 것으로 표시되면 난방기 효율은 260/520 = 50%입니다. 나머지 260 세제곱미터(사이클당 약 90달러 상당의 가스)는 다양한 열 손실 경로로 인해 손실됩니다. 에너지 효율 진단은 이러한 손실 경로를 파악하고 정량화하여 절감 기회를 찾아냅니다.
연도 가스 열 손실은 일반적으로 가장 큰 손실 경로이며, 전체 가스 소비량의 30~50%를 차지합니다. 연도 가스는 용광로 작동 온도에 가까운 온도로 배출되는데, 용광로 온도가 1000°C인 경우 연도 가스는 900~950°C 정도일 수 있으며, 이 과정에서 상당한 양의 현열을 손실합니다. 열량은 연도 가스 유량, 온도 및 조성으로부터 계산할 수 있습니다.
연소 가스 손실을 줄이는 데는 두 가지 전략이 있습니다. 하나는 과잉 공기를 줄이는 것이고, 다른 하나는 연소 가스에서 열을 회수하는 것입니다. 과잉 공기란 연소에 필요한 화학양론적 공기량보다 더 많이 공급되는 공기를 말합니다. 일반적인 설정인 50% 과잉 공기의 경우, 연소 가스량은 10% 과잉 공기일 때보다 약 30% 더 많으며, 이 추가 공기는 주변 온도에서 연소 가스 온도까지 가열되어야 합니다. 과잉 공기를 50%에서 10%로 줄이면 보일러 효율을 3~5% 향상시킬 수 있습니다. 이를 위해서는 버너에 산소 조절 장치가 필요하며, 연소 가스 덕트에 설치된 람다 센서가 연소 공기 댐퍼에 실시간 피드백을 제공합니다.
폐열 회수는 열회수기 또는 재생기를 사용하여 연도 가스의 열을 연소 공기로 전달하는 방식입니다. 연소 공기를 400°C로 예열하면 연소 온도에 도달하는 데 필요한 연료량이 줄어들어 노 효율을 15~25% 향상시킬 수 있습니다. 열회수기(일반적으로 쉘앤튜브형 또는 판형 가스-가스 열교환기)는 가장 일반적인 기술이며 50~60%의 열 회수 효율을 달성할 수 있습니다. 세라믹 매체층을 사용하여 열을 번갈아 흡수하고 방출하는 재생 버너는 80~90%의 회수율을 달성할 수 있지만 초기 투자 비용이 더 높습니다.
벽면 열손실은 내화물 두께, 열전도율, 그리고 외부 벽 온도에 따라 달라집니다. 평균 온도에서 열전도율이 0.15 W/m·K인 세라믹 섬유 단열재 300 mm로 둘러싸인 1000°C로 작동하는 용광로의 경우, 벽면을 통한 열손실은 제곱미터당 약 500 W입니다. 벽면적 100제곱미터인 용광로의 경우, 이는 연속적으로 50 kW의 열손실에 해당하며, 시간당 약 4.3 세제곱미터의 가스 소비량 또는 시간당 약 1.5달러의 비용 손실로 이어집니다.
적외선 온도계를 이용한 외벽 표면 온도 측정은 간단한 점검 방법입니다. 벽면의 어느 부분이 평균 온도보다 20°C 이상 높으면 단열재에 틈이 있거나, 고정 장치가 파손되었거나, 내부 버너 화염이 벽면에 직접 닿아 과열된 부분을 의미합니다. 이러한 과열된 부분은 정기적인 가동 중단 시 해당 단열 모듈을 교체하여 보수할 수 있습니다.
문틈이나 밀봉재 누출은 손실량을 정확히 측정하기 가장 어려운 원인이지만, 동시에 가장 쉽게 해결할 수 있는 문제이기도 합니다. 가로 4미터, 세로 3미터 크기의 문 둘레에 3mm 정도의 틈이 생기면 그 면적은 약 0.042제곱미터가 됩니다. 일반적인 용광로 압력인 10Pa에서 이 틈을 통해 새어 나오는 고온 가스는 상당한 에너지를 손실시킵니다. 1000°C 용광로의 경우 약 10~15kW의 에너지 손실이 발생합니다. 해결책은 문틈 밀봉재를 교체하는 것으로, 유지보수팀이 약 4시간 정도 소요되며 자재비는 수백 달러 정도입니다.
공기 침투, 즉 구조물의 틈새, 문 주변, 버너 밸브 주변, 점검구를 통해 용광로 내부로 새어 들어오는 찬 공기는 숨겨진 에너지 도둑입니다. 침투한 공기는 열을 빼앗아 갈 뿐만 아니라(찬 공기가 유입되면 뜨거운 가스가 빠져나가야 하기 때문), 연소 물질의 산화를 유발하고 온도 불균형을 초래할 수 있습니다. 연소 분석은 공기 침투에 대한 간접적인 증거를 제공합니다. 연소 가스의 산소 함량이 버너 설정값을 기준으로 예상보다 높으면, 그 초과 산소는 공기 침투로 인한 것입니다.
감사 보고서에는 예상 비용, 예상 절감액 및 단순 회수 기간을 명시한 에너지 절약 조치(ECM)의 우선순위 목록이 포함되어야 합니다. 보기형 노로의 일반적인 ECM은 회수 기간이 짧은 순서대로 다음과 같습니다. 도어 씰 수리(회수 기간 1개월 미만), 버너 공기/가스 비율 조정(회수 기간 3개월 미만), 내화물 과열 부위 수리(회수 기간 3~6개월), 산소 조절 장치 설치(회수 기간 6~12개월), 열회수기 설치(회수 기간 12~24개월).
몬테 인텔리전스는 현장 측정, 열 균형 계산, 에너지 효율 개선 조치(ECM) 식별 및 구현 지원을 포함하는 에너지 진단 서비스를 제공합니다.
보그형 난로의 에너지 진단을 예약하려면 helenxu@cnlymonte.com으로 문의하십시오.
