<온실가스 감축 필수 4>보일러 감축 관건은 열효율 제고

따라서 보일러의 가동은 온실가스의 주성분인 이산화탄소의 발생과 직접적으로 연결돼 있다. 보일러의 효율 향상으로 에너지 절약은 물론 온실가스 발생량 억제의 효과를 얻을 수 있다.

보일러를 용도에 따라 분류하면 소형인 가정용 보일러, 중형인 산업용 및 집단 난방용 보일러 그리고 대형의 발전용 보일러로 분류할 수 있다.

가정용 보일러는 주로 동절기의 난방 및 온수의 사용 목적으로 사용하는 기기로 열매로는 온수를 사용하고 있으며 발생열량은 일반적으로 8만kcal/h이하다. 가정용 보일러는 사용연료에 따라 가스, 기름, 석탄보일러 등으로 분류할 수 있다.

지난 2001년 국내 가정의 난방 설비별 기구 분포현황을 보면 조사가구의 난방설비는 도시가스보일러(48.0%), 석유보일러(36.1%), 중앙난방 및 지역난방이 각각 5.3%로 조사됐다.

연도별 난방설비별 분포에서는 가스난방(48%), 석유난방(43.5%)순으로 석유난방의 경우 19951998년 기간중에는 32.5%에서 54.1%로 21.6% 증가추세를 보인 반면, 1998~2001년은 10.6%p 감소추세를 보이고 있다.

2000년의 가스 및 기름보일러의 보급률이 각각 40%정도 비슷했으나 2001년에는 기름보일러의 보급률은 36%로 감소한 반면 가스보일러는 50%로 증가한 것으로 나타나고 있다.

2000년의 기름 및 가스보일러의 지역별 보급현황에서는 수도권 지역만 가스보일러의 보급이 기름보이럴를 앞서는 것으로 나타나고 있다.

그러나 가스보일러의 보급률이 앞선 2001년에는 수도권이외의 지역에서도 가스보일러의 보급이 기름보일러를 앞설 것으로 추정할 수 있다.

이는 공동주책의 증가와 도시가스 배관망 확대 그리고 청정에너지의 선호경향이 뚜렷해짐으로써 가스 난방비중이 크게 증가했기 때문으로 풀이된다.

산업용보일러는 2001년에 제조업에서 이용하고 있는 보일러의 용량별로 형식을 살펴보면 3톤 미만에서는 관류형 보일러가 가장 많고, 3~10톤에서는 노통연관식이, 그리고 10톤 이상에서는 수관식이 주종을 이루고 있다. 특히 20톤 이상에서는 수관식 보일러가 90%가 넘는 것을 볼 수 있다.

보일러의 사용 에너지원으로는 대부분 석유와 가스를 이용하고 있다. 석유 보일러는 B-C유와 경유 및 등유 등의 순으로 이용하고 있다.

3톤 이하 보일러에서는 도시가스를 이용하는 비율이 B-C유, 도시가스 및 경유 보일러 순으로 이용하는 것으로 조사됐다.

엑서지엔지니어링과 서울대학교 공학연구소에 따르면 온실가스를 저감하기 위해서는 버너와 함께 열에너지로 전환하는 과정에서 높은 효율을 얻어야 하며 사용하는 연료 또한 탄소를 적게 함유하는 것이 바람직하다.

보일러의 에너지 소요량과 이산화탄소 배출량을 계산하기 위한 기준은 가정용 보일러는 가장 보편적으로 보급돼 있는 1만6000kcal/h 용량을 기준으로 했다.

산업용 보일러는 기술 데이터에 수록된 용량을 기준으로 해 증기보일러는 증기합 10kg/cm2의 보일러를 기준으로 계산했다.

산업용 보일러의 계산 기준으로 잡은 3톤의 노통연관식 증기 보일러의 연간 에너지 소모량을 계산해보면 가스용 노통연관식 증기보일러의 경우 효율이 82.4%이므로 3톤 보일러에서 연간 소요되는 에너지는 1548TOE로 이산화탄소 배출량으로 환산하면 천연가스의 이산화탄소 발생량이 0.64ton C/toe이므로 991.5 ton C가 발생한다.

보일러의 효율을 10%향상시킬 경우 연간 소요되는 에너지는 1,380TOE로 약 11%의 에너지를 절약할 수 있으며, 이 때 이산화탄소 발생량은 884.2ton으로 100ton 정도의 배출량을 감소시킬 수 있다.

그러나 석탄을 연료로 하는 경우 동일한 보일러에서 이산화탄소 발생량은 1,672ton C로 가스를 사용할 때보다 700 ton C 정도의 이산화탄소를 더 배출하게 된다. 따라서 경질연료의 사용이 이산화탄소의 배출에 효과가 가장 크며, 보일러의 효율을 높이는 것이 에너지를 절약함과 동시에 이산화탄소배출량 감소로 이어진다.

◆ 보일러 산업 온실가스 감축 수단 도출
보일러는 버너와 함께 버너 및 보일러의 본체 폐열을 회수하는 열교환기, 보일러에서 발생한 열을 사용하는 시스템으로 분류된다.

관련업계는 보일러와 같은 공통시설의 열 발생 설비에 대한 에너지 절감 기술은 설비의 대체 및 보완, 운전관리 합리화, 폐열 회수 등의 범주에서 찾고 있다.

엑서지측은 보일러 부문의 온실가스 감축 기술은 이 가운데 에너지의 절약효과가 큰 기술과 향후 파급효과가 클 것으로 예측되는 기술을 중심으로 선정했다.

엑서지에 따르면 보일러 부문의 도출 기술은 보일러의 효율 향상을 이룩하기 위한 설비의 교체이거나 부분적인 보완을 위한 경우다.

전체 보일러 시스템 교체는 펄스 가스 연소 보일러 기술 외 7건이고 부분적인 보완은 보일러의 원격관리시스템 등 총 5건으로 분류할 수 있다.

시스템 교체에 포함된 바이오 매스보일러 기술의 경우 시스템의 교체와 함께 연료의 대체 효과도 얻을 수 있는 기술로 분류할 수 있다.

기술배발의 수준은 국내외에서 기 적용된 사례에 따라 분류했으며 시장 점유율이 낮아 확대할 필요성이 있는 감축 수단은 상용화 기술로 분류했다. 현재 7개 감축 수단이 이에 해당하고 있다.

또한 국내외 개발 중에 있거나 개발이 완료된 기술로 아직 상용화가 되지 않았지만 향후 5년 이내에 상업화가 가능한 감축 수단을 실증 기술로 분류했다.

조사 기술은 전문가 회의를 통해 감축수단으로 타당한지의 여부와 국내 적용 가능성을 검토했으며 우선순위에 따라 기술의 검토, 수정 및 추가 보완 작업을 진행했다.

도출된 감축수단의 종류별 에너지 저감율과 이에 따른 이산화탄소 저감율을 나타냈다.

이산화탄소의 저감은 연료의 사용저감과 비례하기 때문에 동일한 비율로 절감됨을 알 수 있다. 도출된 감축 수단은 에너지의 절감 가능성과 향후 가능성을 고려해 선정했으며 선정된 온실가스 감축 수단의 특성 및 개요다.

보일러는 전통적인 기술로서 보일러의 효율은 이미 높아질 대로 높아져 있고, 동일한 보일러도 운용자에 따라 효율에 차이를 보이고 있기 때문에 기존 기술의 에너지 사용량과 신기술에 의한 에너지 절감 가능성을 계산하는 데 어려움이 있다.

가정용 보일러와 산업용 보일러의 가장 보편적인 용량을 전문가 회의에서 확정해 기준을 정해 계산을 했다.

◆ 보일러 온실가스 감축은 효율 향상이 관건
업계와 전문가들은 보일러 산업에 있어 온실가스를 감축하기 위한 관건은 보일러가  연료를 사용해 열을 발생하는 설비이므로 보일러 효윻의 향상은 에너지 절약과 동시에 온실가스 배출량 저감효과를 얻을 수 있다고 꼽고 있다.

박명오 엑서지 대표는 "보일러의 효율 향상은 감축 기술의 적용과 함께 보유하고 있는 시스템의 운용에 따라 이뤄질 수 있으며 시스템 운용의 개선으로도 효율 향상을 기대할 수 있다"고 강조했다.

구체적으로 설비의 대체 및 보완과 관련해서는  저효율 노후 보일러의 교체 (보일러, 버너의 신기술 적용), 보일러 노후 수관, 연관 교체 및 보완, 유효열 손실 최소화 내장형 폐열 회수형 버너, 증기 어큐뮬레이터 설치가 요구되고 있다.

운전관리 합리화와 관련 산소제어에 의한 최적연소 관리(산소 제어시스템, 공기 연료비 제어 장치), 보일러 효율 자동 관리 및 원격 관리, 보일러 수 블로우 관리(보일러 관수 연소 배출장치), 보일러 급수의 수질 관리(스케일 방지기, 적절한 청관제 사용), 증기 건도를 높여 연료 사용량 절감, 적정 증기압력 유지, 보일러 본체의 급수온도 상승, 전열면의 청소 관리로 전열효과 향상

폐열 회수 측면에서는 배가스 유효 폐열 회수 이용(공기 예열기, 급수 예열기 등을 설치해 폐열회수, 블로우 다운수의 열회수 장치, 응축수의 회수 비율을 높여 증발 잠열 회수 최대화)이 급선무라고 전하고 있다.

◆ 보일러 업계의 대책은  
보일러 업계는 아직 온실가스 감축 절감에 대해 대처의 필요성은 느끼고 있었으나 아직 미온적인 반응을 보이고 있는 것으로 본지 취재결과 나타났다.

귀뚜라미보일러는 자체기술로 개발한 터보소용돌이 버너기술을 지속적으로 업그레이드할 계획이다.

종래의 버너는 불완전 연소하는 연료의 비중이 높아 연료비가 많이 들고 그을음과 유해가스를 발생시켰다는 게 귀뚜라미 측 주장이다. 하지만 터보소용돌이 버너기술은 자동차의 터보엔진 기술을 응용한 것으로 한번 연소된 가스를 800℃로 달궈진 특수금속판으로 재차 흡입, 2차 연소시켜 완전연소에 가깝게 만드는 기술이다.

이와 함께 현재 귀뚜라미보일러는 유럽에 진출해도 경쟁력을 갖출 저녹스(低NOx;질소산화물) 연소장치를 개발하고 있다.

경동보일러는 콘덴싱 기술력을 높이고 콘덴싱의 법제화를 추진할 방침이다. 콘덴싱 기술이란 그 동안 일반 보일러에서 버려지던 배기가스 열을 다시 회수해 재활용하는 것을 말한다.

경동에 따르면 일반 보일러는 두번 세번 열교환 과정을 아무리 거쳐도 기술적으로 뜨거운 배기가스 열(약 120~180°C)을 대기중으로 버릴수 밖에 없는 구조다. 하지만 콘덴싱 보일러는 특수 잠열응축기가 설치돼 있어 버려지는 열을 다시 재활용한다. 따라서 배기가스 온도가 50~60°C에 불과하다. 버려지는 열의 온도가 낮은 만큼 열효율이 높은 것은 당연지사라는 게 회사측 설명이다.

콘덴싱 기술을 이용한 보일러는 1대당 연간 455kg의 이산화탄소를 저감해 34그루의 나무를 심는 효과와 같다고 할 수 있다.

린나이코리아는 오래 전부터 이러한 환경문제를 해결하기 위한 친환경 기술을 개발해 왔다. 그 결과 린나이코리아는 지난 8월 기존 가스보일러의 유해가스 발생을 극소화 해 환경문제를 말끔히 해결 한 친환경 저녹스(低NOx) 가스보일러(모델명 R110)를 선보였다.

저녹스(低NOx) 가스보일러는 가스 유입량과 공기를 적절히 조화시키고 불꽃 양 옆에 보조 불꽃을 추가해 불꽃 크기를 고르게 유지해주기 때문에 질소산화물(NOx)을 획기적으로 낮췄다. 또한 가정용 일반 보일러로서는 최초로 저녹스(低NOx) 버너를 탑재해 보일러 연소 시 발생하는 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOx) 배출량을 각각 70%, 50% 이상으로 낮췄다.

뛰어난 친환경 기술을 인정받은 저녹스(低NOx) 가스보일러는 지난 8월 환경부로부터 일반가스보일러 중 국내 최초로 환경마크를 획득하는 성과를 거두기도 했다.

김범석 린나이코리아 홍보팀 팀장은 "보일러의 친환경 제품으로의 변신은 더 이상 선택이 아닌 필수 사항이 될 것"이라며 "최초의 가정용 저녹스(低NOx) 가스보일러를 출시한 린나이코리아는 친환경 기술 개발에 더욱 박차를 가해 유해가스 배출량을 대폭 줄인 웰빙 보일러를 적극 개발 할 계획"이라고 밝혔다.

린나이코리아는 이산화 탄소 배출 저감을 위한 고효율 제품을 공급하기위해 콘덴싱 가스보일러, 콘덴싱 가스온수기를 개발하고 이러한 고효율 제품의 판매 비중을 대폭 늘려나갈 계획이다. 또한 대체에너지 활용제품에 대해서도 단계적인 사업을 추진 중에 있다.