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증기 발생기

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목차

1. 개요

증기 발생기는 보일러의 일종으로, 물을 끓여 증기를 생성하는 장치이다. 과거에는 객차 난방을 위해 기관차나 난방차에서 증기를 공급받았으며, 증기 기관차 시대 이후 전기 난방 도입 전까지는 별도의 증기 발생기가 필요했다. 이러한 증기 발생기는 디젤 또는 전기 기관차에 탑재되거나 별도의 난방차에 연결되는 방식으로 사용되었다. 증기 발생기는 열원의 종류, 구조, 용도에 따라 다양하게 분류되며, 안전을 위해 엄격한 관리와 물 처리가 필요하다.

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증기 발생기

2. 역사

증기 발생기는 석유 등을 연소시켜 그 열로 물을 끓여 증기를 발생시키고, 이 증기를 객차에 도관을 통해 공급하는 장치이다. 과거 전기 난방이 도입되기 전, 객차 난방은 기관차나 난방차에서 공급되는 증기를 이용했다. 증기 기관차 시절에는 기관차에서 동력용 증기를 일부 공급받았으나, 증기 기관차가 사라지고 전기 난방이 도입되기 전에는 별도의 증기 공급원이 필요했다.

이를 위해 디젤 기관차나 전기 기관차에 증기 발생기를 직접 탑재하거나, 별도의 난방차를 연결하는 방식이 있었다. 한국에서는 난방차 연결을 선호했다.[1][2]

2. 1. 초기 증기 발생기

초기의 증기 발생기는 보일러와 유사한 설비였다. 1712년 최초의 뉴커먼 증기 기관은 동력 실린더 아래에 설치된 큰 양조업자의 주전자와 비슷한 형태였다. 증기 기관의 동력은 증기의 응축으로 생성된 진공에서 나왔기 때문에, 1psi를 넘지 않는 매우 낮은 압력에서 대량의 증기를 얻는 것이 중요했다. 보일러 전체는 열을 유지하는 벽돌 구조물 안에 설치되었고, 오목한 팬 아래의 격자에 석탄 불을 붙여 가열했다. 하지만 가열 면적이 작아 굴뚝으로 많은 열이 낭비되었다.

이후 존 스미턴은 가스가 보일러 측면을 가열하고 연도를 통과하도록 하여 가열 면적을 늘렸다. 또한 보일러 아래에 나선형 미로 연도를 만들어 가스의 경로를 길게 했다. 이러한 하부 가열식 보일러는 18세기 동안 다양한 형태로 사용되었다. 일부는 원형 단면(헤이콕)이었고, 1775년경 볼턴 앤 와트는 직사각형 평면의 더 긴 버전(wagon top boiler)을 개발했다. 이것은 오늘날 3패스 보일러로 알려진 것으로, 불이 바닥을 가열하고, 가스는 중앙 사각형 단면 튜브형 연도를 통과한 다음 보일러 측면을 순환하는 방식이다.

2. 2. 철도와 증기 발생기

전기 난방이 도입되기 이전, 과거의 객차는 난방을 위해 기관차나 별도의 난방차에서 가열된 증기를 공급받았다. 증기 기관차 시절에는 기관차에서 동력용으로 발생시킨 증기를 일부 공급받아 객차 난방을 해결했다. 하지만 증기 기관차가 사라지고 전기 난방이 보편화되기 전에는 증기를 공급할 수단이 필요했다.

이 문제를 해결하기 위해 디젤 기관차나 전기 기관차에 직접 증기 발생기를 설치하거나, 별도의 전용 차량(난방차)을 연결하는 두 가지 방법이 고려되었다. 기관차에 증기 발생기를 직접 설치하면 편성 길이를 줄이고 공간 효율성을 높일 수 있지만, 난방이 필요 없을 때도 제거할 수 없고 증기 공급량이 부족할 수 있다는 단점이 있었다. 반면 별도의 난방차를 연결하면 충분한 증기 공급이 가능하고 계절에 따라 분리할 수 있지만, 추가 인력이 필요하고 편성 길이가 늘어나며, 차량기지에서 차량을 연결하고 분리하는 입환 작업이 필요하다는 단점이 있었다.

과거 한국에서는 편성 길이가 길어지는 단점에도 불구하고, 혹한기에도 충분한 양의 증기를 공급하고 계절에 따라 분리할 수 있는 난방차 연결 방식을 선호했다.[1][2]

몇몇 객차에서는 공급받은 증기를 이용해 냉방을 하는 경우도 있었지만, 일반적인 방식은 아니었다.

철도 증기 기관차 보일러는 일반적으로 1패스 유형이었지만, 초기에는 티모시 핵워스가 제작한 증기 기관차처럼 2패스 "리턴 플루" 보일러가 일반적이었다.

1828년 프랑스에서 마크 세갱은 두 번째 통로가 여러 개의 관 묶음으로 구성된 2패스 보일러를 고안하여 획기적인 발전을 이루었다. 자연 유도를 사용하는 유사한 설계는 해양용으로 사용되었으며, 널리 사용된 스코치 해양 보일러였다.

1829년 레인힐 시운전 이전에 리버풀 앤 맨체스터 철도의 재무 담당자였던 헨리 부스는 조지 스티븐슨에게 두 개의 유닛으로 구성된 1패스 수평 다관 보일러 설계를 제안했다. 이 설계는 수공간으로 둘러싸인 화실과 25개의 구리 튜브가 장착된 두 개의 망원경 링으로 구성된 보일러 배럴로 구성되었다. 튜브 묶음은 배럴 내의 많은 수공간을 차지했으며 열 전달을 크게 향상시켰다. 조지 스티븐슨은 즉시 이 계획을 아들 로버트에게 전달했고, 이것이 시운전에서 압도적인 승리를 거둔 스티븐슨 로켓에 사용된 보일러였다.

2. 3. 현대의 증기 발생기

현대의 증기 발생기는 주로 전력 생산에 사용된다. 초임계 유체 압력에서 작동하는 초임계 증기 발생기는 "아임계 보일러"와는 다르게, 실제 비등이 멈출 정도로 높은 압력(3200psi)에서 작동한다. 이때문에 보일러에는 액체 물이 없어 증기 분리가 이루어지지 않는다. 물 내부에서 증기 기포가 생성되지 않는데, 이는 압력이 증기 기포가 형성될 수 있는 임계 온도 및 압력 이상이기 때문이다. 고압 터빈에서 일을 하면서 임계점 아래로 내려가 발전기의 응축기로 들어간다. 이로 인해 연료 사용량이 약간 줄어들고 온실 가스 배출량도 감소한다. 이러한 장치에서는 실제로 "비등"이 발생하지 않으므로, "보일러"라는 용어를 사용해서는 안 된다.[1]

초임계 증기 발생기 - 보일러 드럼이 없는 것에 주목

3. 구조 및 원리

석탄 화력 발전소에 사용되는 증기 발생기 유형


증기 발생기(증기 보일러)는 증기 기관의 필수 구성 요소로, 원동기로 사용될 때 중요한 역할을 한다. 보일러는 화실 또는 로를 포함하여 연료를 태워 열을 발생시킨다. 이 열은 물로 전달되어 끓임 과정을 통해 증기를 생성한다. 이렇게 만들어진 증기는 끓는 물 위의 압력에 따라 속도가 달라지는 포화 증기가 된다. 로의 온도가 높을수록 증기 생산 속도는 빨라진다.

이렇게 생성된 포화 증기는 터빈 및 교류 발전기를 통해 바로 동력을 생산하는 데 사용될 수 있다. 또한, 과열기를 통해 더 높은 온도로 과열될 수 있는데, 이는 주어진 부피의 증기가 더 많은 일을 할 수 있게 하고, 응축 형성 가능성을 줄여준다. 연소 가스에 남아있는 열은 배출되거나 절탄기를 통과할 수 있으며, 절탄기는 보일러에 도달하기 전에 급수를 예열하는 역할을 한다.[4]

3. 1. 연소

보일러의 열원은 목재, 석탄, 석유, 천연 가스와 같은 여러 연료의 연소이다. 핵분열 또한 증기 발생을 위한 열원으로 사용된다. 폐열 회수 증기 발생기(HRSG)는 가스 터빈과 같은 다른 공정에서 버려지는 열을 사용한다.

화재의 최적 연소 특성을 만들기 위해 공기는 받침대와 화재 위로 모두 공급되어야 한다. 현재 대부분의 보일러는 자연적인 통풍보다 기계 통풍 장비에 의존한다. 이는 자연 통풍이 외부 공기 상태, 배기가스의 온도, 굴뚝 높이에 따라 달라지는데, 이 모든 요인으로 인해 효과적인 통풍을 얻기가 어려워 기계 통풍 장비가 훨씬 더 경제적이기 때문이다. 기계 통풍에는 세 가지 유형이 있다.

  • 유도 통풍: 이는 세 가지 방법으로 얻을 수 있다.
  • 첫 번째는 가열된 굴뚝의 "굴뚝 효과"로, 배기가스가 보일러를 둘러싼 주변 공기보다 밀도가 낮은 현상을 이용한다. 주변 공기의 밀도가 높은 기둥은 연소 공기를 보일러 안으로 통과하게 한다.
  • 두 번째 방법은 증기 분사를 사용하는 것이다. 배기가스 흐름 방향으로 향하는 증기 분사 또는 이젝터는 배기가스를 굴뚝으로 유도하여 전체 통풍을 증가시키는 더 큰 배기가스 속도를 허용한다. 이 방법은 키가 큰 굴뚝을 가질 수 없는 증기 구동 기관차에 흔히 사용되었다.
  • 세 번째 방법은 유도 통풍 팬(ID 팬)을 사용하여 배기가스를 용광로 밖으로 빨아들여 굴뚝으로 올리는 것이다. 거의 모든 유도 통풍 용광로는 부압을 가지고 있다.
  • 강제 통풍: 통풍은 팬(FD 팬) 및 덕트 작업을 통해 공기를 용광로로 강제로 유입시켜 얻는다. 공기는 종종 공기 가열기를 통과하는데, 이는 보일러의 전체 효율을 높이기 위해 용광로로 들어가는 공기를 가열하는 장치이다. 댐퍼는 용광로에 유입되는 공기의 양을 제어하는 데 사용된다. 강제 통풍 용광로는 일반적으로 정압을 가지고 있다.
  • 균형 통풍: 균형 통풍은 유도 통풍과 강제 통풍을 모두 사용하여 얻는다. 이는 배기가스가 여러 보일러 통과를 통해 먼 거리를 이동해야 하는 더 큰 보일러에서 더 흔하다. 유도 통풍 팬은 강제 통풍 팬과 함께 작동하여 용광로 압력을 대기압보다 약간 낮게 유지할 수 있다.

3. 2. 증기 생성

증기 발생기 또는 증기 보일러는 원동기로 간주될 때 증기 기관의 필수적인 구성 요소이다. 보일러는 연료를 태우고 열을 생성하기 위해 화실 또는 로를 포함한다. 생성된 열은 물로 전달되어 증기를 만들고, 이는 끓임 과정을 거친다. 이렇게 생성된 증기는 끓는 물 위의 압력에 따라 속도가 달라질 수 있는 포화 증기를 생성한다. 로 온도가 높을수록 증기 생산 속도가 빨라진다.

다음 단계는 물을 끓여 증기를 만드는 것이다. 목표는 열원으로부터 물로 열이 최대한 완전히 전달되도록 하는 것이다. 물은 화염에 의해 가열되는 제한된 공간에 갇혀 있다. 생성된 증기는 물보다 밀도가 낮기 때문에 용기에서 가장 높은 수준에 축적된다. 온도는 비등점에서 유지되며 압력이 증가함에 따라 증가한다. 이 상태의 증기(보일러 내부에서 증발하는 액체 물과 평형 상태에 있음)는 "포화 증기"라고 한다. 예를 들어, 대기압에서의 포화 증기는 100°C에서 끓는다. 잘 설계된 보일러는 거의 "건조한" 포화 증기를 공급하여 물 유입이 거의 없다. 포화 증기를 계속 가열하면 증기가 "과열된" 상태가 되어 증기가 포화 온도보다 높은 온도로 가열되고 이 조건에서는 액체 물이 존재할 수 없다. 19세기 대부분의 왕복 증기 기관은 포화 증기를 사용했지만, 현대의 증기 발전소는 보편적으로 더 높은 증기 사이클 효율을 허용하는 과열 증기를 사용한다.[4]

증기 기관차의 과열 보일러


L.D. 포르타는 모든 종류의 증기 기관에 적용할 수 있는 증기 기관차의 효율을 결정하는 다음 방정식을 제시했다.

  • 동력(kW) = 증기 생산량(kg/h) / 비 증기 소비량(kg/kW h).


과열을 통해 주어진 양의 물로부터 더 많은 양의 증기를 생성할 수 있다. 불이 포화 증기보다 훨씬 높은 온도에서 타기 때문에, 과열을 통해 한 번 형성된 증기로 더 많은 열을 전달하고, 그 안에 매달린 물방울을 더 많은 증기로 바꾸고, 물 소비를 크게 줄일 수 있다.

과열기는 에어컨 장치의 코일과 유사하게 작동하지만, 다른 목적을 가지고 있다. 증기 배관(증기가 통과하는)은 보일러 화실의 연도 가스 경로를 통과하도록 향한다. 이 영역은 일반적으로 1300°C에서 1600°C 사이이다. 일부 과열기는 복사형(열 복사에 의해 열을 흡수)이고, 다른 과열기는 대류형(유체, 즉 가스를 통해 열을 흡수)이며, 일부는 이 둘의 조합이다. 과열기의 증기 온도가 상승하는 동안 증기 압력은 변하지 않는다. 터빈 또는 움직이는 피스톤은 "지속적으로 팽창하는 공간"을 제공하며 압력은 보일러의 압력과 동일하게 유지된다.[4] 증기 과열 과정은 가장 중요하게는 터빈 블레이드 및/또는 관련 배관 손상을 방지하기 위해 증기에 포함된 모든 물방울을 제거하도록 설계되었다. 증기를 과열하면 증기의 부피가 팽창하여 주어진 양(무게 기준)의 증기가 더 많은 동력을 생성할 수 있다.

모든 물방울이 제거되면, 증기는 과열 상태에 있다고 한다.

스티븐소니안 화관식 증기 기관차 보일러에서, 이것은 포화 증기를 화실에서 나오는 뜨거운 가스와 접촉시키기 위해 대구경 화관 내에 매달린 소구경 파이프를 통과시키는 것을 의미한다. 과열은 실린더와 증기 상자의 움직이는 부품의 과열 및 윤활 문제로 인해 1900년경에 이르러서야 기관차에 일반적으로 채택되기 시작했다.

많은 화관식 보일러는 물을 끓을 때까지 가열하고, 그 다음 증기는 주어진 압력에서의 물의 비등점 온도(포화 증기)에서 사용된다. 이것은 여전히 많은 양의 물을 부유 상태로 포함하고 있다. 포화 증기는 엔진에 직접 사용될 수 있고, 사용되어 왔지만, 부유된 물은 팽창하여 일을 할 수 없고, 일은 온도 강하를 의미하기 때문에, 작동 유체의 상당 부분이 그것을 생산하는 데 소비된 연료와 함께 낭비된다.

4. 종류

증기 발생기는 석유 등을 연소시켜 그 열로 물을 끓여 증기를 발생시키고, 이 증기를 객차에 도관을 통해 공급하는 보일러 설비이다.

과거 전기 난방 도입 이전에는 객차 난방을 위해 기관차나 난방차에서 증기를 공급받았다. 증기 기관차 시절에는 기관차에서 발생한 증기를 사용했지만, 증기 기관차가 사라진 후에는 별도의 증기 공급원이 필요했다.

이를 위해 디젤 기관차나 전기 기관차에 증기 발생기를 직접 탑재하거나, 별도의 난방차를 연결하는 두 가지 방식이 고려되었다. 기관차 탑재 방식은 편성 길이를 줄이고 공간 효율성이 높지만, 난방이 불필요할 때 제거할 수 없고 증기 공급량이 부족할 수 있다는 단점이 있었다. 반면 난방차 연결 방식은 충분한 증기 공급과 계절에 따른 제거가 가능하지만, 추가 인력, 편성 길이 증가, 입환 작업 등의 단점이 있었다.

한국에서는 편성 길이가 길어지는 단점에도 불구하고, 혹한기에 충분한 증기를 공급하고 계절에 따라 분리할 수 있는 난방차 연결 방식을 선호했다.

일부 객차에서는 공급받은 증기를 냉방에 사용하기도 했지만, 일반적인 방식은 아니었다.

4. 1. 열원에 따른 분류

증기 발생기의 열원은 목재, 석탄, 석유, 또는 천연 가스와 같은 여러 연료의 연소이다. 핵분열 또한 증기 발생을 위한 열원으로 사용된다. 폐열 회수 증기 발생기(HRSG)는 가스 터빈과 같은 다른 공정에서 버려지는 열을 사용한다.

4. 2. 구조에 따른 분류

뉴커먼 증기 기관의 초기 모델에서는 보일러가 동력 실린더 아래에 설치된 큰 주전자와 유사한 형태였다. 증기 응축으로 생성된 진공을 통해 동력을 얻었기 때문에, 매우 낮은 압력에서 대량의 증기를 얻는 것이 중요했다. 이 보일러는 벽돌 구조물 안에 설치되어 열을 유지했지만, 가열 면적이 작아 굴뚝으로 많은 열이 손실되었다. 존 스미턴과 같은 후기 모델에서는 가스가 보일러 측면을 가열하고 연도를 통과하도록 하여 가열 면적을 늘렸다. 스미턴은 나선형 미로 연도를 통해 가스 경로를 더욱 길게 만들었다. 18세기에는 이러한 하부 가열식 보일러가 다양한 형태로 사용되었으며, 일부는 원형(헤이콕)이었고, 1775년경 볼턴 앤 와트는 직사각형 평면의 더 긴 버전을 개발했다.

1774년 영국의 기술자 존 블레이키는 원통형 보일러 설계를 제안했다.[1][2] 미국의 기술자 올리버 에반스는 원통형이 기계적 저항 측면에서 가장 우수하다고 인식하고, 18세기 말에 자신의 프로젝트에 이를 통합했다. 에반스는 증기 압력만으로 피스톤을 구동하는 비응축 엔진인 "강력한 증기"를 선호했으며, 이를 통해 더 적은 양의 증기로 더 많은 일을 할 수 있다고 보았다. 그는 단일 화실 튜브가 통합된 긴 원통형 연철 수평 보일러를 개발했다. 가스는 보일러 배럴 아래의 통로나 연도로 반전된 다음 측면 연도를 통해 다시 분할되어 굴뚝에서 합쳐졌다. 에반스는 이 보일러를 여러 정지형 및 이동형 엔진에 통합했다. 리처드 트레비식 또한 "강력한 증기"를 지지했으며, 그의 보일러는 에서 에서 작동했다. 1804년부터 트레비식은 소형 2패스 또는 리턴 플루 보일러를 생산했다. 코니쉬 보일러는 트레비식에 의해 개발되었으며, 길이 약 8.23m, 직경 약 2.13m의 원통형 물탱크와 단일 원통형 튜브로 구성되었다. 뜨거운 가스는 튜브를 따라 이동한 후 외부 플루를 따라 순환하고, 보일러 배럴 아래에서 세 번째로 순환한 후 굴뚝으로 배출되었다. 랭커셔 보일러는 나란히 있는 별도의 튜브에 한 쌍의 용광로를 설치하여 개선되었다.

철도 증기 기관차 보일러는 일반적으로 1패스 유형이었지만, 초기에는 티모시 핵워스가 제작한 증기 기관차에서 2패스 "리턴 플루" 보일러가 일반적이었다. 1828년 프랑스에서 마크 세갱은 두 번째 통로가 여러 개의 관 묶음으로 형성된 2패스 보일러를 고안했다. 유사한 설계가 해양용으로 사용되었으며, 널리 사용된 스코치 해양 보일러였다.

1829년 리버풀 앤 맨체스터 철도의 재무 담당자였던 헨리 부스는 조지 스티븐슨에게 1패스 수평 다관 보일러 설계를 제안했다. 이 설계는 화실과 25개의 구리 튜브가 장착된 보일러 배럴로 구성되었다. 이 설계는 스티븐슨 로켓에 사용되었고, 이후 모든 스티븐슨식 기관차의 기반이 되었다.

증기를 빠르게 생산하는 또 다른 방법은 물이 담긴 튜브를 연소 가스로 둘러싸는 것이다. 1820년대 후반 골즈워디 거니가 개발한 이 보일러는 매우 작고 가벼웠으며, 이후 해양 및 고정식 응용 분야에서 표준이 되었다. 튜브는 굴곡이 많고 핀이 있는 경우도 있다. 이러한 유형의 보일러는 고압 응용 분야에서 선호된다. 주철 섹션 보일러에서는 물이 주철 섹션 내에 포함되며, 이 섹션들은 현장에서 조립된다.

초임계 유체 압력에서 작동하는 초임계 증기 발생기는 주로 전력 생산에 사용된다. "아임계 보일러"와 달리, 초임계 증기 발생기는 3200psi 이상의 높은 압력에서 작동하며, 보일러에는 액체 물이 없어 증기 분리가 이루어지지 않는다. 물 내부에서 증기 기포가 생성되지 않으며, 고압 터빈에서 일을 하면서 임계점 아래로 내려가 발전기의 응축기로 들어간다.

도블 증기 자동차는 연속적인 튜브로 구성된 단류형 역류식 발생기를 사용한다. 물은 하단의 튜브로 펌핑되고 증기는 상단에서 배출된다. 튜브 내부에 침전물이나 오염이 형성되는 것을 방지하는 강렬한 순환을 일으킨다. 뜨거운 가스가 코일 사이를 지나가면서 물에 의해 열이 흡수되면서 점차 냉각된다. 압력이 750psi에 도달하면 화구가 차단되고, 약 544.31kg으로 설정된 안전 밸브가 추가적인 보호 기능을 제공한다.[7] Pritchard, Lamont, Velox 보일러와 같은 강제 순환 보일러도 유사한 장점을 제공한다.

4. 3. 용도에 따른 분류

석유 등을 연소시켜 그 열로 물을 끓이고, 여기서 증기를 발생시켜 이를 각 객차에 도관을 통해서 공급하는 일련의 장치를 증기 발생기라고 한다.

증기 발생기는 과거 전기 난방이 도입되기 이전에 사용되었다. 과거의 객차는 전기 공급에 의해서 난방을 하지 않고, 기관차나 난방차로부터 가열된 증기를 공급받아 그 열을 바탕으로 객차 난방을 해결하였다. 이 증기는 과거 증기 기관차 시절에는 기관차에서 동력용으로 발생시킨 증기를 일부 공급받음으로써 해결할 수 있었으나, 증기 기관차가 도태되고 전기 난방이 본격 도입되지 않았던 기간 동안에는 증기를 공급할 원천이 필요하였다.

이를 해결하기 위한 방법으로, 디젤 기관차나 전기 기관차에 직접 증기 발생기를 탑재하는 방식과, 별도의 전용 차량을 연결하여 이를 해결하는 방식 두 가지가 고려되었다. 기관차에 직접 증기발생기를 탑재할 경우, 편성장을 줄일 수 있고, 기관차의 공간 여유를 효율적으로 활용할 수 있으며, 차량의 입환을 최소화할 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 난방이 불필요한 경우에도 이를 제거할 수 없고, 그 크기 제약이 커서 증기 공급량이 불충분할 수 있는 등의 단점이 있다. 반대로 별도의 전용 차량을 연결할 경우, 충분한 크기를 갖추어 장대열차에 증기 공급을 할 수 있으며, 계절에 따라 제거할 수 있지만, 조작에 추가 인원을 소요하고, 편성장이 늘어나며, 입환 소요가 생기는 단점이 생긴다.

과거 한국에서는 비록 차량 편성장이 길어지는 단점이 있었지만, 혹한이 많은 기후 하에서 충분한 용량의 증기를 공급할 수 있고 계절적 필요에 따라 분리할 수 있는 난방차 연결을 선호한 것으로 보인다.

한편, 몇몇 객차에서는 공급받은 증기를 바탕으로 냉방을 실현하는 예도 존재하였으나, 흔한 방식은 아니다.

증기 보일러는 증기와 고온의 증기가 필요한 곳에 사용된다. 따라서 증기 보일러는 에너지 산업에서 전기를 생산하는 발전기로 사용된다. 또한 미곡 처리장에서 쌀을 반숙하고 건조하는 데에도 사용된다. 난방 시스템이나 시멘트 생산과 같은 산업의 다양한 응용 분야 외에도 증기 보일러는 농업에서 토양 증기 살균에도 사용된다.[8]

5. 관련 차량 (한국)

과거 한국에서는 차량 편성장이 길어지는 단점이 있었지만, 혹한이 많은 기후에서 충분한 용량의 증기를 공급하고 계절에 따라 분리할 수 있는 난방차 연결을 선호한 것으로 보인다.

6. 안전

1712년 보일러는 초창기에 납으로 덮인 돔형 상단과 리벳으로 연결된 구리판으로 조립되었다. 이후 보일러는 작은 단강판을 리벳으로 연결하여 제작되었는데, 50psi 정도의 압력에서도 안전하지 않았으며, 리처드 트레비식이 처음 사용한 주철 반구형 보일러도 마찬가지였다.[3] 1849년 티모시 헉워스의 ''상스 파레일 11''은 종방향 용접 이음새를 가지고 있었지만,[3] 증기 기관차 보일러에 용접 구조가 적용되기까지는 매우 오랜 시간이 걸렸다.

도블, 라몽, 프리차드가 사용한 관통식 단관 수관 보일러는 상당한 압력을 견딜 수 있으며 폭발 위험 없이 압력을 해소할 수 있다. 물이 증기로 변환되면 부피가 1,600배로 팽창하고 25m/s 이상의 속도로 증기 파이프를 따라 이동한다. 증기 발생 설비는 올바른 보일러 급수 처리가 없으면 스케일 형성 및 부식으로 이어질 수 있으며, 최악의 경우 치명적인 고장과 인명 손실을 초래할 수 있다. 이러한 사고를 최소화하거나 예방하기 위해 엄격한 법적, 테스트, 교육 및 인증이 적용된다. 고장 모드는 다음과 같다.


  • 보일러 과압
  • 보일러 내 물 부족으로 인한 과열 및 용기 파손
  • 부적절한 건설 또는 유지 관리로 인한 보일러 압력 용기 파손


도블 증기 자동차는 연속적인 튜브로 구성된 단류형 역류식 발생기를 사용한다. 물은 하단의 튜브로 펌핑되고 증기는 상단에서 배출된다. 이는 튜브 내부에 침전물이나 오염이 형성되는 것을 방지하는 강렬한 순환을 일으킨다. 뜨거운 가스가 코일 사이를 지나가면서 물에 의해 열이 흡수되면서 점차 냉각된다.

압력이 미리 결정된 지점(일반적으로 750psi)에 도달하면 화구가 확실히 차단된다. 약 544.31kg으로 설정된 안전 밸브가 추가적인 보호 기능을 제공한다. 화구는 압력뿐만 아니라 온도에 의해서도 자동으로 차단되므로 보일러가 완전히 건조된 경우 코일이 손상될 수 없다.[7]

Pritchard 및 Lamont 및 Velox 보일러와 같은 유사한 강제 순환 보일러는 동일한 장점을 제공한다.

7. 물 처리



보일러 급수는 부식, 발포 및 수증기 동반수를 유발하는 현탁 고형물과 용해된 불순물이 최소화된 최대한 순수한 상태여야 한다. 보일러 급수의 탈염을 위한 가장 일반적인 옵션은 역삼투(RO)와 이온 교환(IX)이다.[6]

참조

[1] 웹사이트 Simmonds's Colonial Magazine and Foreign Miscellany https://books.google[...] Simmonds and Ward
[2] 서적 The Steam Engine, Comprising an Account of Its Invention and Progressive Improvement; with an Investigation of Its Principles ... Detailing Also Its Application to Navigation, Mining, Impelling Machines, &c. ... Illustrated by ... Plates, and ... Wood Cuts https://archive.org/[...] J. Taylor 1827-01-01
[3] 서적 Timothy Hackworth and the Locomotive the Book guild Ltd 2000
[4] 서적 Locomotives Virtue and Company Ltd 1952
[5] 웹사이트 University of Rochester - Investigation of Steam Turbine Extraction Line Failures https://web.archive.[...] 2015-02-23
[6] 서적 Guidelines for Selecting Resin Ion Exchange or Reverse Osmosis for Feed Water Demineralisation http://www.purolite.[...] Purolite International 2015-02-23
[7] 서적 Doble Steam Cars, Buses, Lorries, and Railcars "Light Steam Power" 1965-74
[8] 웹사이트 Boiler Water Treatment Services https://watertreatme[...]
[9] 간행물 PTC 4-2008
[10] 간행물 PTC 4.3-1968
[11] 간행물 BS EN 12952-15: "Water-tube boilers and auxiliary installations. Acceptance tests." 2003
[12] 간행물 BS EN 12953-11: "Shell boilers. Acceptance tests." 2003
[13] 간행물 'BS 845-1: "Methods for assessing thermal performance of boilers for steam, hot water and high temperature heat transfer fluids. Concise procedure"' 1987
[14] 간행물 'BS 845-2: "Methods for assessing thermal performance of boilers for steam, hot water and high temperature heat transfer fluids. Comprehensive procedure.' 1987


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