Grundfos 보일러 급수 시스템: 제어 밸브를 제거하십시오!
표준 보일러 급수 시스템에는 제어 밸브, 바이패스 그리고 오버사이즈 펌프가 통합되어 있습니다. Grundfos는 고유하면서도 직접적인 접근 방법을 통해 설치 비용을 줄이고 연간 운영 비용을 거의 60% 절감합니다.
기술 분석
Grundfos에서는 급수 밸브가 필요하지 않은 고유한 보일러 급수 시스템을 개발하여 설치 비용과 고객 운영 비용을 획기적으로 줄였습니다.
급수 밸브 제어 시스템의 이점과 단점
급수 밸브를 사용하는 보일러 급수 시스템의 경우(그림 1 참조), 급수 밸브에 의해 수위가 제어되고, 급수 밸브는 보일러에 위치한 수위 센서에 의해 제어됩니다. 급수 밸브는 취수를 제어하는데, 이는 증기 소비량에 따라 조절됩니다. 하지만 이 경우 지속적인 운전을 위해서는 급수 펌프를 설치해야 합니다.
그림 1: 급수 밸브를 통한 보일러 급수
Grundfos Industrial Solutions의 애플리케이션 관리자인 Søren Mortensen은 다음과 같이 말합니다. “이 시스템이 무난하게 작동된다는 점 그리고 모든 크기의 증기 보일러에 적용할 수 있는 이점이 있는 것은 분명합니다. 보일러에 공급되는 물의 양이 증기 소비량에 비례하기 때문에 물이 끓어 넘칠 위험이 적고, 보일러의 수위가 일정하기 때문에 높은 증기 품질을 유지할 수 있습니다. 급수 밸브를 사용하는 보일러 급수 시스템에서 가변 속도 펌프를 함께 사용하는 경우에는 동일한 이점들에 더해 펌프 운전 시 에너지를 절감할 수도 있습니다.”
하지만 밸브 제어 보일러 급수 시스템의 세 가지 주요 단점은 다음과 같습니다.
- 급수 밸브 자체의 가격이 비싸고 유지보수 비용도 많이 듭니다.
- 급수 밸브 전체에 걸쳐 압력 손실이 발생하기 때문에 필요 이상으로 큰 급수 펌프가 필요합니다.
- 바이패스 사용으로 과도한 유량이 발생하고 이러한 물을 추가적으로 양수하려면 비용이 더 듭니다.
“더 값비싼 고급 시스템 설비의 경우, 바이패스가 필요하지 않을 때 바이패스를 차단할 수 있도록 바이패스에 밸브를 추가합니다. 이러한 비용 추가도 무시할 수 없습니다.”라고 Søren Mortensen은 덧붙였습니다.
직접적인 접근 방법
이러한 문제를 해결하기 위해 Grundfos에서는 iSOLUTIONS 프로그램의 일환으로 지능적이고 시스템 지향적인 접근 방법을 취했습니다.
Søren Mortensen은 “당사에서는 보일러를 ‘특정 수준으로 유지해야 하는 거대한 압력을 지닌 개방형 탱크’의 관점으로 바라보고 직접 급수를 고안했습니다.”라고 말하면서 “일단은 시스템을 살펴보고 시스템 내에 펌프를 제어할 수 있는 센서를 설치함으로써 급수 밸브를 제거하는 방법을 고민했습니다.”라고 덧붙였습니다.
그 결과, 급수 밸브 없이도 보일러의 수위가 가변 속도 펌프에 의해 직접 제어되는 능률적인 시스템이 개발되었습니다. (그림 2 참조) 보일러에 위치한 수위 센서가 증기 소비량에 따라 취수를 제어하므로 일정한 수위가 유지됩니다.
그림 2: 급수 밸브 없이 가변 속도 펌프를 사용한 보일러 급수
Søren Mortensen은 다음과 같이 말합니다. “급수 밸브 제어 시스템과 마찬가지로, 급수 밸브를 사용하지 않는 시스템 설정 역시 어떤 유형 및 크기의 보일러와도 효율적으로 작동하며 물이 끓어 넘칠 위험도 적습니다. 하지만 밸브 제어 시스템이 안고 있는 문제, 즉 급수 밸브 전반에 걸친 압력 손실은 직접적인 접근 방법을 통해서만 해결될 수 있습니다.”
밸브 미사용에 따른 절감액
고객의 입장에서 매력적인 가장 중요한 이점 중 하나는, 아래의 테스트 데이터에 설명되어 있는 바와 같이 밸브를 사용하지 않는 솔루션을 통해 얻을 수 있는 에너지 효율과 그에 따른 비용 절감이 상당하다는 것입니다. (그림 3 참조)
그림 3
Grundfos 직접 보일러 급수를 통한 연간 에너지 소비량은 제어 밸브를 사용하는 보일러 급수 시스템과 비교할 때 상당히 낮은 수준이다.
시작 지점은 12톤/시간 및 10 bar의 압력으로 증기 보일러를 공급하는 것입니다. 전력 소모량은 두 경우 모두 Grundfos CR 펌프 사용 시의 결과입니다. 직접 보일러 급수는 CRE15-8, 제어 밸브를 통한 급수는 CR15-14입니다. 출처: Grundfos
Søren Mortensen은 다음과 같이 설명합니다. “보시는 바와 같이, 급수 밸브 전체에 압력 손실이 발생한다는 것은 이 구성 요소가 포함된 보일러 급수 시스템이 동일한 수준으로 운전하려면 훨씬 더 많은 전력이 필요하다는 것을 의미합니다. 이 예에서 59,450 kWh와 32,095 kWh를 비교하면 85% 더 많은 전력이 필요한 거죠.”
결과적으로, Grundfos의 직접 보일러 급수 솔루션의 연간 에너지 소모량은 밸브 제어 시스템보다 46% 적습니다. 밸브를 사용한 보일러 급수에는 연간 €1,000의 밸브 유지보수 비용이 추가되기 때문에 총 연간 비용이 €3,972.50가 되는데, 이것은 직접 보일러 급수 솔루션 연간 운영 비용의 2배가 넘는 금액입니다.
실제로, 단 1년 간 Grundfos 직접 보일러 급수를 통해 절감한 비용만으로도 이 실험에 사용된, 전기 작동기가 포함된 값비싼 밸브 제어 보일러용 급수 밸브(€1,500-€2,000)를 구매할 수 있습니다.
낮은 설치 비용
급수 밸브와 바이패스를 설치할 필요가 없다면 보일러 급수 시스템의 설치 비용을 줄일 수 있습니다.
직접 급수를 사용한다면 펌프의 크기도 급수 밸브가 포함된 펌프보다 작아집니다. 밸브를 통한 압력 손실이 없기 때문입니다. 펌프의 크기가 어느 정도까지 작아질 수 있는지는 압력, 유량 및 필수 안전 계수에 따라 다릅니다. 하지만 직접 급수의 경우가 더 작고, 따라서 설치 비용이 더 떨어질 것이라는 점은 분명히 알 수 있습니다.
이미지: 밸브 또는 바이패스가 없는 보일러의 경우 시스템 능률화를 통해 설치 비용과 유지보수 비용을 줄일 수 있다.
설치 비용은 국가별로 다르지만 압력이 높을수록 더 비싼 급수 밸브가 필요합니다. 따라서 더 높은 압력이 필요한 곳이라면 직접 급수를 통한 절감 효과가 더 클 것입니다.
직접 급수는 공통 급수 라인을 공유하는 보일러가 여러 대인 경우에는 사용할 수 없습니다.
펌프는 하나의 센서 신호에만 반응할 수 있습니다. 이러한 상황은 양조장, 도살장, 낙농장과 같은 오래된 공장 건물에서 볼 수 있습니다. 즉, 처음 시설을 열었을 때에는 적은 양의 증기를 생성했지만 차츰 시설 규모가 확장되면서 보일러들을 추가로 단일 급수 라인에 연결한 경우입니다. 이러한 경우에는 급수 밸브 솔루션을 제공할 수 있습니다. 하지만 가능한 상황이라면 직접 급수 시스템을 제공할 것입니다. 더 효율적이고 더 경제적인 솔루션이기 때문입니다.