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에너지관리기사 열설비 · 열회수장치 (과열기·절탄기·공기예열기)

Heat Recovery Devices

과열기 · 절탄기 · 공기 예열기는 굴뚝으로 버려질 배기가스의 열을 되찾는 장치이고, 연도에 고온부부터 차례로 놓인다. 세 장치가 되찾은 열을 보내는 곳과 배치 순서, 배기 온도를 낮출 때 늘어나는 회수 열량과 효율, 그 한계인 저온 부식을 다룬다. 첫 그림은 연도 배치도이고, 연소실만 · + 과열기 · + 절탄기 · + 공기예열기 버튼으로 장치를 하나씩 더해 볼 수 있어요. 둘째 그림은 배기가스 출구 온도 T_e 슬라이더(120 ~ 350 °C)를 내릴수록 회수 열량과 효율 상승분이 커지는 모습이에요.

버려지는 배기가스 열을 되찾는다

연료가 타고 남은 연소 가스는 아직 뜨겁다. 그대로 굴뚝으로 내보내면 그 열은 손실이다. 연도(배기 통로)에 과열기, 절탄기, 공기예열기를 차례로 놓아 이 폐열을 되찾으면 보일러 효율이 오른다.

👀 세 장치가 되찾은 열을 보내는 곳
①과열기는 포화 증기를 더 데워 과열 증기로 만든다(터빈 효율 · 건도 확보)
②절탄기(이코노마이저)는 보일러로 들어가는 급수를 예열한다
③공기 예열기는 연소에 쓸 공기를 예열해 연소 효율을 높인다
④셋 다 배기가스의 폐열을 되찾는 열교환기예요

연도 배치 순서: 고온에서 저온으로

📏 이 순서인 이유
①증기를 과열하려면 높은 온도가 필요해 과열기를 가장 뜨거운 곳에 둔다
②급수 예열(절탄기)은 그다음 중온부에서 열을 되찾는다
③공기 예열은 가장 낮은 온도로도 충분해 굴뚝 바로 앞 저온부에 둔다
④저온부일수록 이슬점(부식)에 주의해야 해서 절탄기 · 공기 예열기는 저온 부식을 관리해요

배기가스 온도를 낮추면 효율이 오른다

150 °C
회수 열량(가스 1 kg 당)
Qr = 200 kJ/kg
cp · (T0 - Te)
효율 상승분
Δη ≈ 10.0 %
배기 온도 20 °C 내려갈 때마다 약 1%
💡 저온 부식이라는 한계선
①배기 온도를 낮출수록 폐열을 많이 되찾아 효율이 오른다
②그러나 이슬점(황산 이슬점, 약 130 ~ 150 °C) 아래로 내려가면
③배기 속 수분 · 황산이 응축해 전열면을 부식시킨다(저온 부식)
④그래서 배기 온도는 이슬점에 여유를 두고 관리해요

핵심 식

배기가스 회수 열량
Qr = m·cp·(T0 - Te)
m = 가스 질량, cp = 비열, T0 = 기준 배기 온도, Te = 출구 온도
배기 온도와 효율
Δη ≈ T0 - Te20
배기 온도가 약 20 °C 내려갈 때마다 보일러 효율 약 1% 상승(어림식)
보일러 효율
η = QsQf
Qs = 증기 발생열, Qf = 연료 공급열 · 폐열 회수는 Qf 낭비를 줄인다

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①연도 배치 순서(고온 → 저온)는 과열기 → 절탄기 → 공기 예열기다
②과열기는 증기 과열, 절탄기는 급수 예열, 공기 예열기는 연소용 공기 예열이다
③세 장치 모두 배기가스 폐열을 되찾아 보일러 효율을 올린다
④배기 온도가 약 20 °C 내려갈 때마다 효율이 약 1% 올라요
⑤저온 부식(황산 이슬점) 때문에 배기 온도를 끝없이 낮출 수는 없어요
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 배기가스 열을 되찾아 급수를 예열하는 장치는? (답: 절탄기, 이코노마이저)
②[기출유형] 연도에 과열기 · 절탄기 · 공기 예열기를 놓는 순서는? (답: 과열기 → 절탄기 → 공기 예열기)
③[기출유형] 배기가스 온도가 300 °C 에서 160 °C 로 내려가면 효율은 약 몇 % 오르는가? (답: 140/20 ≒ 7%)

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