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연재기획

[Kharn·한국에너지공단 공동기획] 에너지절감 앞당기는 고효율기자재- 건물·산업용보일러

산업발전 원동력, 건물·산업용보일러
1999년 고효율기자재 편입…최근 시장 위축 가속화

보일러(Boiler)는 금속 밀폐된 용기내의 물을 연소(버너)를 통해 가열해 고온의 물 또는 수증기를 생성하고 이를 배관망을 통해 필요 부위로 이동시켜 난방용, 온수공급용 또는 기타용으로 사용할 수 있는 기기를 말한다. 보일러는 연료 종류가 다양한 만큼이나 보일러 자체의 종류도 매우 다양하며 용도에 따라 가정용, 산업용, 발전용 등으로 나뉜다.


최근 산업용보일러업계의 화두는 초고율화, 친환경, 소형화다. 보일러의 고효율화 기술은 손실열 발생을 억제해 에너지를 절약하는 시스템을 구현하는 것이다. 친환경기술은 효율적인 운전을 통해 시스템성능을 향상하고 연소 배기가스 중 NOx와 같은 공해물질 배출을 줄이는 저공해화 기술을 말한다.


업계의 한 관계자는 “공해물질 배출을 억제하기 위한 각종 규제로 인해 단순히 에너지효율만을 높이는 고효율화 기술은 무의미해졌다”라며 “특히 연소기술에 있어 에너지효율만을 높이고자 하면 공해물질 배출 가능성도 높아져 저공해화기술은 고효율화기술과 분리할 수 없다”고 밝혔다.


이에 따라 현재 보일러 기술개발은 에너지효율 측면뿐만 아니라 새로운 고효율화 개념이 검토돼야 하며 초저NOx 연소기술, 신개념 고효율 열전달 기술, 시스템 정밀 제어기술 등이 적용돼야 한다.


산업용보일러는 전체 산업용에너지의 절반을 소비하는 최대 에너지 소비 품목으로 산업용보일러의 고효율화와 초저공해화 기술은 시급해 해결돼야 할 상황이다.


업계의 한 관계자는 “전세계적으로 저NOx 버너개발, 이산화탄소 저감 등 연소기술 개발은 고효율 보일러 생산을 위한 필수 요소로 자리매김하고 있다”라며 “배기가스 저감대책이 지구온난화와 지구환경보전 측면에서 지구 환경전체를 위한 필수과제로 인식되고 있다”고 강조했다.


최근 산업용보일러는 보일러 본체의 소형화 개발을 추진하고 있다. 즉 보일러의 연소실 체적당 연소기의 열부하를 나타내는 체적열부하율이 과거에는 100만kcal/hr·㎥ 이하였으나 최근 개발된 산업용보일러는 150만~200만kcal/hr·㎥ 정도로 초소형화된 연소실 공간을 배정하고 있다.


이에 따라 연소기의 저NOx화는 더욱 더 힘든 상황으로 이를 해결하기 위해서는 매우 높은 연소기술이 요구되고 있다.


저NOx 연소기술은 에너지효율 증가와 초저공해를 위해 내부재순환(IFGR: Internal Flue Gas Recirculation), 선회기류(Swirl) 최적화, 급혼합연소(Rapidly mixed combustion), 연료/공기다단연소(Fuel/air staged combustion) 등의 저NOx 이론이 적용됐다. 최근에는 저NOx화의 한계에 직면하면서 예혼합 표면연소기술과 배기가스외부재순환(FGR: Flue Gas Recirculation)이론 및 기술을 적용해 10ppm 전후의 초저NOx 연소를 구현하고 있다. 과거에는 배기가스외부재순환(FGR) 적용 시 추가설비에 대한 부담이 있었으나 최근에는 FGR버너기술 및 많은 제어기술의 발달로 부담이 어느 정도 해소됐다.



축소되는 건물·산업용보일러시장

우리나라의 산업용 보일러는 60여년의 역사를 가지고 있으며 국가의 경제구조가 공업 위주로 변화하기 시작한 1960년대에 수요가 급격히 증가하기 시작했다. 주택의 난방도 개별난방에서 대단위 아파트 등 중앙난방으로 바뀌는 1970년대 수요가 정점에 다다랐다. 이와 같이 공업 발달과 그 과정을 함께 해 온 산업용보일러산업은 1970년대에 본격적으로 성장하기 시작했으며 산업의 대형화 및 대규모 플랜트의 건설과 함께 우리나라 산업발전의 원동력이었다.


그러나 관련업계는 건물(난방, 급탕)용 보일러시장이 10년 전에 비해 대수와 용량 모두 50% 이상 감소된 것으로 체감하고 있다. 특히 신축 건물일수록, 증기보일러일수록 설치빈도는 크게 줄어 들고 있다. 이는 냉난방시스템(EHP, 냉온수기) 변화, 저렴한 전기요금으로 전기온수기·전기판넬 확대, 지열·태양광 등 신재생에너지 의무비율 확대로 기존 보일러의 역할이 대체되고 있기 때문이다.


산업용보일러 시장은 증기보일러 위주로 전기·전자, 식품, 제약업종의 노후설비교체, 신규 시설투자, 대기환경 개선 등의 요인으로 완만한 증가세를 유지하고 있는 것이 위안거리다.


한국에너지공단의 자료에 따르면 전국에 검사대상 보일러가 3만8,000여대가 있으며 2016년도에 약 2,200여대가 신규 설치됐다. 이중 3.0톤/hr 이하 소용량 보일러가 약 1,600여대로 70% 이상을 차지했다.


이는 대용량 보일러에 비해 고효율 운전과 생산설비 증·감축에 대응성이 유리하고 친환경적이고 안전성이 높은 장점을 활용한 관류보일러 보급이 확대된 것에 기인한 것으로 분석된다. 일본은 이미 15년전에도 특수분야를 제외한 산업분야 제조공정용으로 관류보일러가 90% 이상 설치되고 있다는 것이 관련업계의 공통된 인식이다.


건물·산업용보일러 시장규모는 사대상 보일러 외에 무검사 제품을 고려할 경우 연간 3,000여대 규모로 예상되며 주요 보일러기업의 매출을 추정해 보면 시장전체 매출은 약 3,500억원대로 예상된다. 한때 6,000억원대 시장이 불과 10년도 안돼 50% 이상 감소한 것이다.


보일러업계의 관계자는 “매우 짧은 시간에 난방, 급탕시장에서 밀려난 것을 교훈 삼아 향후에도 보이지 않는 경쟁자로부터 산업분야의 시장을 지키고 확대하기 위해서는 고효율, 친환경, 안전성, 운전 경제성이 높은 제품 개발과 함께 냉난방·급탕시스템 전반을 설계, 엔지니어링할 수 있는 전문인력을 양성해야 한다”고 밝혔다.


현재 건물·산업용보일러업계의 문제점은 발주처의 최저가 입찰제도, 업체간 과열경쟁, 수주물량 감소 등으로 출혈경쟁이 심화되고 있다는 것이다.


업계의 한 관계자는 “이익이 발생하지 않는 기업환경에서는 기술개발 투자와 유능한 인재유입이 있을 수 없다”라며 “중견기업으로 정착하기가 매우 어려워 최근에 부도나는 기업도 증가하고 있다”고 밝혔다.


특히 일부 업체는 덤핑입찰로 수주하고 현장 업무지원 부실, 품질저하, 사후관리 부재가 심해 건설사 현장 설비 담당자가 곤란을 겪는 사례가 늘고 있는 것으로 알려지고 있다.


업계의 또 다른 관계자는 “경쟁체제는 어쩔 수 없다고 하더라도 보일러 납품 후 현장에서 운영 중 발생하는 사양의 적합성, 품질, 서비스 문제에 대한 엄격한 평가와 이력관리를 통해 보일러산업 발전을 위해 부적합 업체의 시장질서 교란을 방지해야 된다”고 강조했다.


정책적인 산업용보일러업계의 위기감을 전한 업계의 한 관계자는 “신재생에너지보급 확대 정책으로 보일러시장이 점점 위축되고 있다”라며 “히트펌프는 신재생에너지 대상품목에 포함되지만 보일러는 신재생에너지 대상품목에 포함되지 않아 신축건물 설계 시 보일러는 제외되고 있는 것이 가장 어렵다”고 지적했다.


이 관계자는 이어 “폐열을 흡수하는 구조를 가진 고효율보일러도 신재생에너지 대상품목으로 포함시키는 제도개선이 필요하다”고 밝혔다.



고효율기자재로써 ‘건물·산업용보일러’

가스보일러는 자동제어가 쉽고 연료(가스) 중 유황 성분을 포함하고 있지 않기 때문에 저온부식이나 완전 연소로 배출가스에 의한 대기오염 염려도 비교적 적다. 또한 배기가스에 포함된 수분 중 응축잠열 회수를 통한 효율 극대화가 가능하기 때문에 1999년 고효율에너지기자재 품목으로 지정됐다.


제정초기 효율기준은 저위발열량기준 91% 이상이었지만 2001년 적용범위를 총 발열량기준 83% 이상으로 변경했다. 이후 2005년 효율기준을 83%에서 85%로 상향조정한데 이어 2012년 87%로 조정됐다.


2015년 적용범위도 100만kcal/h 이하에서 200만kcal/h 이하로 확대됐다. 고효율기자재 인증은 지난 2011년 9개사 161개 품목에서 2016년 3월 현재 13개 241개 품목으로 꾸준히 증가하고 있다.




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