열회수장치 (과열기·절탄기·공기예열기)

Heat Recovery Devices

과열기·절탄기·공기예열기는 배기열을 되살리는 열회수 삼형제예요. 배기 출구온도가 내려갈수록 회수 열량이 커져요. 보일러 효율을 올리는 부대설비 핵심이에요. 배기가스 출구온도를 바꿔 회수 열량 변화를 봐요.

버려지는 배기가스 열을 되찾는다

연료가 타고 남은 연소가스는 아직 뜨겁습니다. 그대로 굴뚝으로 내보내면 그 열은 손실입니다. 연도(배기 통로)에 과열기, 절탄기, 공기예열기를 차례로 놓아 이 폐열을 되찾으면 보일러 효율이 올라갑니다.

👀 세 장치가 되찾는 열의 목적지

①과열기: 포화증기를 더 데워 과열증기로 만든다 (터빈 효율·건도 확보)

②절탄기(이코노마이저): 보일러로 들어가는 급수를 예열한다

③공기예열기: 연소에 쓸 공기를 예열해 연소 효율을 높인다

④셋 다 배기가스의 폐열을 회수하는 열교환기다

연도 배치 순서: 고온에서 저온으로

📏 왜 이 순서인가

①증기 과열은 높은 온도가 필요하므로 과열기를 가장 고온부에 둔다

②급수 예열(절탄기)은 그다음 중온부에서 회수한다

③공기 예열은 가장 낮은 온도로도 충분해 굴뚝 직전 저온부에 둔다

④저온부일수록 이슬점(부식) 주의: 절탄기·공기예열기는 저온부식 관리 필요

배기가스 온도를 낮추면 효율이 오른다

배기가스 출구온도 T_e150 °C

회수 열량 (가스 1 kg당)

Q_r = 200 kJ/kg

cp · (T₀ - T_e)

효율 상승분

Δη ≈ 10.0 %

배기온도 20°C 하강당 약 1%

💡 저온부식이라는 한계선

①배기온도를 낮출수록 폐열 회수가 많아져 효율이 오른다

②그러나 이슬점(황산 이슬점, 약 130~150°C) 아래로 내려가면

③배기 중 수분·황산이 응축해 전열면을 부식시킨다 (저온부식)

④그래서 배기온도는 이슬점 여유를 두고 관리한다

핵심 공식

배기가스 회수 열량

Q_r = m·c_p·(T₀ - T_e)

m=가스 질량, cp=비열, T₀=기준 배기온도, T_e=출구온도

배기온도와 효율

Δη ≈ T₀ - T_e20

배기온도 약 20°C 하강당 보일러효율 약 1% 상승 (관용식)

보일러 효율

η = Q_sQ_f

Q_s=증기 발생열, Q_f=연료 공급열. 폐열 회수는 Q_f 낭비를 줄인다

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①연도 배치 순서(고온→저온): 과열기 → 재열기 → 절탄기 → 공기예열기

②과열기=증기 과열, 절탄기=급수 예열, 공기예열기=연소용 공기 예열

③세 장치 모두 배기가스 폐열을 회수 → 보일러 효율 상승

④배기온도 약 20°C 하강당 효율 약 1% 상승

⑤저온부식(황산 이슬점) 때문에 배기온도를 무한정 낮출 수 없다

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 배기가스 열을 회수해 급수를 예열하는 장치는? (답: 절탄기, 이코노마이저)

②[기출유형] 연도에서 과열기, 절탄기, 공기예열기의 설치 순서는? (답: 과열기 → 절탄기 → 공기예열기)

③[기출유형] 배기가스 온도가 300°C에서 160°C로 내려가면 효율은 약 몇 % 상승? (답: 140/20 ≒ 7 %)