제5절. 통풍장치 ■ 풍도와 연도 ■ 통풍방식의 분류 및 특징 ■ 송풍기의 분류 및 특징 ■ 송풍기의 윤활계통 ■ 풍도와 연도 ■ 통풍방식의 분류 및 특징 ■ 송풍기의 분류 및 특징 ■ 송풍기의 윤활계통 ■ 풍량 조절방식

1. 통풍장치 가. 개요 나. 풍도 (Air Duct) 다. 연도 (Flue Gas Duct) 연소용 공기를 노에 공급하고 연소가스를 대기로 배출 나. 풍도 (Air Duct) - 압입송풍기에서 노까지 연소용 공기를 공급하는 통로 - 증기식 공기예열기, 공기예열기, 윈드박스 다. 연도 (Flue Gas Duct) - 노 출구에서 연돌까지 연소가스가 지나는 통로 - 과/재열기, 절탄기, 공기예열기, 전기집진기, 유인송풍기

1. 통풍장치

2. 통풍방식 가. 자연 통풍방식 1) 자연 통풍력 - 연소용 공기와 연소가스의 유동은 공기와 연소가스의 밀도차 및 연돌의 높이에 의해 발생 - 소내정전시 자연통풍력으로 보일러의 남은 열을 냉각 2) 연돌 - 연소에 필요한 통풍력을 얻음 - 매연과 연소 후 생성물질(Sox, Nox, Dust 등) 등을 대기로 확산시키는 역할

2. 통풍방식 가. 자연 통풍방식 Zt = 353( 1 Ta Tg δ - ) H [mmAq] 3) 연돌의 이론 통풍력 Zt = (γa – γg ) H [mmAq] Zt = 353( 1 Ta Tg δ - ) H [mmAq] δ = γg / γa - 굴뚝의 높이에 비례 - 연소가스의 온도에 비례 - 공기의 온도에 반비례

2. 통풍방식 자연통풍력

2. 통풍방식 나. 강제 통풍방식 1) 압입 통풍방식 - 압입송풍기로 연소용 공기를 공급, 연소가스 대기 배출 - 노내압은 보일러 부하에 따라 변동 (150~450mmAq) - Oil/Gas 연소 보일러에 채용 - 노내압이 높으므로 Gas 누설 방지대책 필요 - 압입통풍방식의 특징 ① 과잉공기계수가 적다 ② 열부하를 높일 수 있다 ③ 통풍기의 동력소비 감소 ④ 찬 공기의 누입이 없다

2. 통풍방식 압입 통풍방식 압입송풍기 (FDF) Forced Draft Fan

2. 통풍방식 나. 강제 통풍방식 2) 평형 통풍방식 - 압입송풍기가 연소용 공기를 노 내로 공급하고 유인송풍기가 연소가스를 대기로 배출 - 노내압은 부압으로 일정하게 유지 (-10~-20mmAq) - 미분탄 연소방식에 채용 - 평형 통풍방식의 특징 ① Gas의 누설이 없다 ② 적은 용적에서도 통풍력이 크다 ③ 통풍기의 수량 증가 및 소비동력 증가 ④ 제어계통 복잡 석탄연소는 Ash 누설이 심하고 미분탄 분사속도는 화염전파속도보다 빨라야 하므로 노내압력이 높으면 1차공기의 압력도 높아지게 됨 -> 노내압이 부압이면 1차공기 압력(PAF 압력)도 낮출 수 있고 Ash 누설도 방지 가능

※ 석탄연소 보일러 2. 통풍방식 석탄연소일 경우 평형 통풍방식을 채택 - 석탄연소는 Ash 누설 심하고, - 미분탄 분사속도가 화염전파속도보다 빨라야 함 - 노내압이 높으면 1차공기의 압력도 높아야 함 노내압이 낮으면 일차송풍기(PAF ; Primary Air Fan)의 압력이 낮아도 되고 Ash 누설을 방지할 수 있으므로 석탄연소일 경우 평형 통풍방식을 채택 석탄연소는 Ash 누설이 심하고 미분탄 분사속도는 화염전파속도보다 빨라야 하므로 노내압력이 높으면 1차공기의 압력도 높아지게 됨 -> 노내압이 부압이면 1차공기 압력(PAF 압력)도 낮출 수 있고 Ash 누설도 방지 가능

2. 통풍방식 평형 통풍방식 압입송풍기 (FDF) Forced Draft Fan 유인송풍기 (IDF) Induced Draft Fan

2. 통풍방식 연도 및 풍도에서의 압력 변화

3. 송풍기의 분류 가. 통풍계통에 설치된 송풍기의 종류 1) 압입송풍기 (Forced Draft Fan ; FDF) 대기에서 연소용 공기를 흡입하여 노로 공급 Purge : 보일러 점화 전 노 내에 잔존하는 가연성 가스가 점화시 화염에 의해 순간적으로 연소하는 것을 방지하기 위해 가연성 가스를 배출시키는 과정 2) 유인송풍기 (Induced Draft Fan ; IDF) 연소가스를 노 내부에서 흡입하여 대기로 배출 3) 일차송풍기 (Primary Air Fan ; PAF) 미분기 내부 석탄 건조, 미분탄 이송 및 노 내로 분사 4) 가스재순환송풍기 (Gas Recirculation Fan ; GRF) 절탄기 출구 연소가스를 노하부로 공급하여 증기온도 조절

3. 송풍기의 분류 나. 원심 송풍기 - 회전차(Impeller)의 원주속도가 기체에 원심력을 가함 - 기체를 축방향으로 흡입하여 원주방향으로 이송 - 취급 용이, 소음이 적다, 부분부하에서 효율이 낮다

3. 송풍기의 분류 나. 원심 송풍기 1) 다익 송풍기 (Sirocco Fan) - 폭이 넓고 깃통로의 길이가 짧으며 전곡형 - 다른 형식에 비해 회전수가 낮음 - 저속덕트용 송풍기, 건물의 공기조화 및 환기용

3. 송풍기의 분류 나. 원심 송풍기 2) 래이디얼 송풍기 (Radial Fan) - 반경방향의 깃, 방사형으로 자기청소(Self-Cleaning) - 임펠러의 폭이 좁아 직경이 커짐 - 높은 압력에서 적은 양의 공기를 이송

3. 송풍기의 분류 나. 원심 송풍기 3) 후곡형 송풍기 (Turbo Fan) - 회전방향에 대해 뒤로 기울어진 깃 - 효율이 높고 과부하특성이 없으며 구조가 강함 - 고속에서도 비교적 정숙한 운전

3. 송풍기의 분류 나. 원심 송풍기 4) 익형 송풍기 (Air Foil Fan) - 깃의 단면이 익형(Air Foil) - 원심송풍기 중 효율이 가장 높음 - 고속회전 가능, 소음이 적다

3. 송풍기의 분류 원심 송풍기의 특성 비교

3. 송풍기의 분류 다. 축류 송풍기 - 축에 부착된 날개의 양력을 이용 - 기체를 축방향으로 흡입하여 축방향으로 이송 - 풍량제어 용이, 부분부하에서 효율이 높다 - 소음이 크다, 가동익 조절장치의 침식 및 고장

4. 송풍기의 저항과 성능곡선 가. 성능곡선 (특성곡선) - 송풍기의 고유한 특성을 하나의 선도로 나타낸 것 - 일정한 회전수에서 풍량에 따라(풍량조절 댐퍼) 압력, 효율 및 소요동력의 변화과정을 나타낸 것

4. 송풍기의 저항과 성능곡선 정압과 동압 1) 정압 : 흐름에 평행한 표면에 작용하는 압력 송풍저항에 대항하는 압력 2) 동압 : 풍속도에 의해 생기는 압력 (γV2/2g) 3) 전압 : 정압 + 동압

Rd ∝ Q2 4. 송풍기의 저항과 성능곡선 나. 저항곡선 - Rs : 정적 저항 - Rd : 동적 저항 - Rc : 합성 저항 Rd ∝ Q2

4. 송풍기의 저항과 성능곡선 다. 통풍저항과 송풍기 압력 라. 저항곡선과 성능곡선 - 통풍량은 저항곡선과 정압곡선이 만나는 점 ⇒ 풍량(Q)을 관로저항 R인 관로에 송풍하기 위해서는 정압 Ps 곡선을 가진 송풍기가 필요 라. 저항곡선과 성능곡선 1) 풍량제한 : 모터의 용량 2) 풍량제어 : 저항곡선이나 압력곡선 변화 3) 통풍계통 설계 - 설계시보다 통풍저항 저하시 Damper로 제어 - 설계시보다 통풍저항 증가시 Fan의 회전수를 올려 압력곡선을 올려야 함

5. 풍량 제어 가. 개요 2) 풍량 제어 방식 ① 저항곡선을 변경하는 방식 - 출구 댐퍼의 개도를 변화 1) 풍량 : 송풍기의 압력곡선과 저항곡선의 교차점 2) 풍량 제어 방식 ① 저항곡선을 변경하는 방식 - 출구 댐퍼의 개도를 변화 ② 압력곡선을 변경하는 방식 - 입구 댐퍼의 개도를 변화 - 입구 베인의 개도를 변화 - 송풍기의 회전수를 변화

5. 풍량 제어 나. 출구댐퍼 제어방식 (Discharge Damper Control) - 출구 Damper 개도 조절 - 동일풍량에 대한 압력 상승분만큼 저항손실 - 통풍저항 큼 - 효율이 나쁨 - 동력소비 큼 - 소규모 설비에만 채용

5. 풍량 제어 다. 입구댐퍼 제어방식 (Suction Damper Control) - 입구 Damper 개도 조절 - 압력 높을수록 동력 감소 비율이 커짐 - Surging 방지에 유리 - 입구 Damper 닫을수록 흡입측이 부압이 되어 유체 비중량이 가벼워져 동력소비 감소 - 입구 Damper를 지나치게 Close하면 Fan 내부에 부압이 걸려 대기로부터 공기가 유입

5. 풍량 제어 라. 입구베인 제어방식 (Suction Vane Control) - 입구측에 Damper 대신 - 흡입측에 8~16매 방사상 가동익(Vane)을 동시에 조절 - 입구댐퍼 방식보다 동력소비가 적음

5. 풍량 제어 마. 회전속도 제어방식 (Speed Control) 송풍량 Q ∝ N 풍압 P ∝ N2 동력 L ∝ N3 - 변속전동기 또는 유체 Coupling을 이용하여 회전수를 변동 - 이상적인 제어 가능 - 구조 복잡, 고가 - 회전수 변동에 따라 송풍량 Q ∝ N 풍압 P ∝ N2 동력 L ∝ N3

5. 풍량 제어 바. 가변피치 제어방식 (Variable Pitch Blade Control) - 축류형 Fan에서 동익을 가동익으로 하여 가동익의 각도를 변화 시킴 - 효율저하 없이 풍량을 조절 - 구조 복잡, 고가