보일러의 종류와 내부 구조

관류는 물이 증발부를 통과하며 증기로 바뀌는 흐름 방식을 말합니다. 대표적인 소형 관류 보일러는 가는 수관을 사용하므로 수관식 계열입니다. “관류식 대 수관식”을 완전히 별개인 두 종류로 나누면 혼동하기 쉽습니다.

보유 수량이 작은 구성은 기동과 부하 대응에 유리할 수 있습니다. 그러나 물이 적다는 이유로 수처리나 급수 감시가 덜 중요한 것은 아닙니다. 전열관의 안정적인 냉각을 위해 급수와 연소를 함께 제어해야 합니다.

하부 급수 헤더

들어온 물을 여러 수관으로 나눕니다.

중앙 연소실·주변 수관

뜨거운 가스가 관 바깥을 가열하고, 관 안의 물이 증발합니다.

상부 집합부·기수분리기

모인 기액 혼합물에서 물방울을 분리해 증기를 공급하는 구성입니다.

1. 급수펌프가 물을 하부 급수 헤더로 보냅니다.
2. 급수가 병렬 수관 안을 한 번 통과하며 가열되고 증기가 됩니다.
3. 이 예에서는 기수분리기 뒤 보일러 출구에서 증기 헤더로 보내고, 헤더에서 현장 부하로 나눕니다.

모든 관류형이 이 세로 배열을 쓰는 것은 아닙니다. Miura LX는 기수분리기에서 나눈 물을 압력용기로 회수합니다. 다른 기종의 분리수 회수·블로다운 경로는 해당 제조사 도면을 따릅니다.

노통은 동체 안의 큰 연소 통로입니다. 노통형은 이 큰 통로를 주요 전열면으로 이용하고, 노통연관식은 여러 개의 작은 연관을 함께 사용해 전열면을 늘립니다. 현장에서 넓게 “노통형”이라고 부르더라도 실제 형식은 명판과 도면으로 구분합니다.

노통·연관 안에는 연소가스가, 바깥에는 물이 있습니다. 증기형에서는 수면 위에 증기를 모을 공간을 둡니다. 2패스·3패스라는 이름은 연소가스가 보일러 길이 방향으로 지나가는 횟수이지, 급수가 순환하는 횟수가 아닙니다.

버너·큰 노통

연료가 연소하고 고온 가스가 형성되는 첫 통로입니다.

작은 연관·반전실

연소가스의 방향을 바꾸어 전열면을 거치게 합니다.

물 공간·증기 공간

전열면 바깥 물이 열을 받고 생성된 증기가 위로 분리됩니다.

1. 버너에서 형성된 화염과 가스가 큰 노통을 지납니다.
2. 반전실과 연관에서 열을 더 전달하고 연도로 나갑니다.
3. 물에서 분리된 증기가 상부 취출구로 나갑니다.

대표 3패스는 노통에서 뒤로, 2패스 연관에서 앞으로, 3패스에서 다시 뒤로 흐릅니다. 뒤쪽 반전실과 마지막 배기실은 칸막이로 구분됩니다. 가스가 2·3패스를 건너뛰고 곧바로 연도로 빠지는 구조가 아닙니다. 관 묶음의 상하·좌우 배열은 제조사마다 다릅니다.

노통연관식과 반대로 물이 관 안에 있습니다. 가열된 상승관에서는 물과 증기의 혼합물이 위로 올라가고, 상대적으로 밀도가 큰 물은 비가열 하강관을 통해 아래로 내려갑니다. 그림은 이 밀도차를 이용하는 자연순환형입니다.

상부 드럼은 증기를 분리하고 물을 다시 순환시키는 역할을 합니다. 드럼을 중심으로 순환하는 이 방식은 관류 방식과 다릅니다. 수관식에는 자연순환 외에 강제순환·관류 등 여러 구성이 있습니다.

상부 증기드럼

물과 증기를 분리하고 증기를 취출합니다.

가열 상승관

관 안의 물이 열을 받아 증기를 포함하며 올라갑니다.

비가열 하강관·하부 드럼

물의 귀환 경로와 분배 역할을 합니다.

1. 급수가 상부 증기드럼으로 들어가 물과 합쳐집니다.
2. 물은 비가열 하강관으로 내려가고, 가열 상승관에서는 물·증기 혼합물이 올라옵니다.
3. 상부 드럼에서 증기를 분리해 증기 헤더로 보내고, 물은 다시 하강관으로 순환합니다.

수관식은 고압·대용량에도 쓰이지만 크기만으로 형식을 판별하지 않습니다. 자연순환형의 하강관은 가열 상승관과 분리해 물을 아래로 돌려보냅니다. 과열기·절탄기 등 부가 구성은 용도에 따라 추가됩니다.