이전 글에서 Fired Heater가 정유공장에서 가장 많은 연료(Fuel Gas)를 소비하는 설비라는 것을 알아보았다.
그렇다면 에너지를 관리하는 팀은 왜 매일
- Excess O₂
- Stack Temperature
- Draft
를 확인할까?
그 이유는 간단하다.
이 값들이 바로 Heater 효율을 결정하기 때문이다.
오늘은 정유공장 신입사원이라면 반드시 알아야 할 Heater 효율 관리의 기본 원리를 알아보자.
Heater 효율은 무엇일까?
Heater의 목적은 연료를 태워 공정 유체(Process Fluid)를 가열하는 것이다.
하지만 연료를 태운 열이 모두 공정 유체에 전달되는 것은 아니다.
일부는
- 굴뚝(Stack)을 통해 배출되고
- 외부로 복사(Radiation)되며
- 기타 손실로 사라진다
즉,
연료 100을 넣었다고 해서
공정 유체가 100을 모두 가져가는 것은 아니다.
실제 정유사에서는 아래 개념으로 Heater 효율을 계산한다.
Heater Efficiency (%)
= 100 - Stack Loss - Radiation Loss
즉,
굴뚝으로 빠져나가는 열을 줄일수록 효율은 올라간다.
가장 중요한 손실은 Stack Loss
실제 Heater에서 가장 큰 손실은
Stack Loss
이다.
Stack Loss란
배기가스가 굴뚝(Stack)을 통해 빠져나가면서 함께 가져가는 열 손실을 의미한다.
쉽게 말하면
아직 쓸 수 있는 열을 대기 중에 버리는 것
이다.
에너지관리팀이 Stack Temperature에 집착하는 이유도 여기에 있다.
Stack Temperature는 왜 중요할까?
예를 들어
배기가스 온도가
200℃인 Heater와
350℃인 Heater가 있다고 가정해보자.
350℃ Heater는 더 많은 열을 굴뚝으로 버리고 있다는 의미다.
즉,
Stack Temperature가 높을수록
↓
Stack Loss 증가
↓
Heater Efficiency 감소
가 된다.
물론 Stack Temperature를 무조건 낮출 수는 없다.
너무 낮으면
- Acid 응축
- 이로 인한 부식 문제
가 발생할 수 있기 때문이다.
그래서 적절한 범위를 유지하는 것이 중요하다.
Excess O₂는 무엇일까?
연료가 연소하려면 산소가 필요하다.
이를 위해 Heater는 Combustion Air(연소공기)를 공급한다.
그런데 필요한 공기만 정확히 공급하는 것은 현실적으로 어렵다.
그래서 실제 운전에서는 약간의 여유 공기를 공급한다.
이를 Excess Air라고 한다.
배기가스 중에 남아 있는 산소 농도를
Excess O₂
라고 부른다.
O₂가 많으면 왜 효율이 떨어질까?
많은 신입사원들이 처음에는 이렇게 생각한다.
"산소가 많으면 연소가 더 잘 되는 것 아닌가요?"
반은 맞고 반은 틀리다.
공기가 너무 적으면
- CO 발생
- 불완전 연소
- 화염 불안정
문제가 발생한다.
반대로 공기가 너무 많으면
불필요한 공기를 계속 가열해야 한다.
즉,
공기를 데우는 데 연료가 낭비된다.
결국 뜨거워진 공기가 굴뚝으로 빠져나가면서 열 손실이 증가한다.
그렇다면 O₂는 얼마가 적당할까?
업계 Best Practice 기준으로
일반적인 Fired Heater의 목표 Excess O₂는
약 2~3%
수준이다.
물론
- Burner 종류
- 연료 조성
- Heater 설계
에 따라 차이는 존재한다.
하지만 일반적으로
2~3%
수준이면
안정적인 연소와 효율을 동시에 확보할 수 있는 수준으로 평가된다.
그래서 정유공장 에너지관리팀은
Excess O₂가 높은 Heater를 지속적으로 모니터링한다.
APH는 왜 효율 향상에 도움이 될까?
이전 글에서 소개한 APH(Air Preheater)는
배기가스 열을 회수하여 연소공기를 미리 가열하는 설비다.
즉,
원래 굴뚝으로 버릴 열을
다시 사용하는 것이다.
배기가스 온도는 낮아지고
연소공기 온도는 올라간다.
결국
Stack Loss 감소
↓
Heater Efficiency 증가
효과를 얻을 수 있다.
왜 에너지관리팀이 매일 O₂를 확인할까?
정유공장에는 수십 기의 Heater가 존재한다.
Heater 효율이 1%만 개선되어도
연간 수억~수십억 원의 연료비 절감 효과가 발생할 수 있다.
그래서 에너지관리팀은
- Excess O₂
- Stack Temperature
- Draft
- APH 상태
를 지속적으로 확인한다.
실제로 글로벌 정유사 Energy Assessment에서도
Heater O₂ 최적화는 가장 대표적인 에너지 절감 Recommendation 중 하나로 제시된다.
마무리
Fired Heater 효율은 단순히 설비 성능 문제가 아니다.
연료비, 탄소배출량, 공장 경쟁력과 직접 연결되는 중요한 관리 항목이다.
특히
- Excess O₂
- Stack Temperature
는 Heater 효율을 결정하는 핵심 변수다.
그래서 정유공장 에너지관리팀은 매일 이 데이터를 모니터링하며 최적 운전 조건을 유지하기 위해 노력한다.
다음 글에서는
"왜 굴뚝 온도가 높으면 손해일까? Stack Loss 계산 원리 쉽게 이해하기"
를 통해 Heater 효율 계산을 조금 더 자세히 알아보도록 하겠다.
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