심플롯(Simplot), 버너 업그레이드로 아이다호 공장 에너지 사용량과 비용 절감

에너지 소비 절감과 운영 비용 감축을 위한 전략적 노력으로 J.R. 심플롯 컴퍼니(J.R. Simplot Company)는 아이다호주 콜드웰 감자 가공 공장의 스팀 시스템을 업그레이드했습니다. DOE 개발 스팀 시스템 평가 도구(SSAT)와 스팀 엔지니어링(Steam Engineering Inc.)의 빌 모어(Bill Moir) 자격 전문가 전문성을 활용해 측정 가능한 절감과 신뢰성 향상을 달성했습니다.

회사/공장 배경

보이스 기반 식품 및 농업 강자인 J.R. 심플롯 컴퍼니는 연매출 약 30억 달러, 미국, 캐나다, 중국, 멕시코, 호주에 12,000명 이상 인력을 보유합니다. 식품 생산, 비료, 잔디 및 원예 제품, 사료용 소 사육 등 광범위한 포트폴리오를 운영합니다. 심플롯의 에너지 효율 프로그램은 직원 교육과 지속적 개선에 중점을 둡니다. 데이비드 호크(David Hawk, 에너지 & 천연자원 이사)와 앨런 크리스티(Alan Christie, 식품 그룹 엔지니어링 매니저) 이사가 DOE, 워싱턴 주립대 에너지 프로그램, 아이다호 수자원부 에너지 부서와 협력해 산업 에너지 효율 향상의 실질적 생산성과 재무적 이득을 입증합니다.

콜드웰 시설은 심플롯 최대 공장 중 하나로 연간 약 2억 7천만 파운드 냉동 감자튀김을 생산합니다. 천연가스 연소 워터튜브 보일러 3대(2대 70,000 lb/hr, 1대 60,000 lb/hr)가 275 psig 포화 증기를 생성합니다. 증기는 감자 껍질 벗기기, 블랜칭, 튀김에 필수적입니다.

프로젝트 개요

2000년 심플롯은 스팀 엔지니어링에 스팀 시스템 감사를 의뢰했습니다. 콜드웰 평가에서 평균 스팀 부하 90,000 lb/hr, 과잉 연소 공기 50%, 배기가스 산소 7.5% 확인. 세 보일러 모두 변동하는 피크 수요 140,000 lb/hr 충족을 위해 부분 부하 운전하여 응축수 재사용 제한과 높은 운영 비용 초래. 분석 결과 명확한 기회 도출: 병렬 위치 제어 장착 현대식 버너 설치와 배기가스 산소 트림 시스템 추가로 과잉 공기 감소와 연소 효율 개선.

2002년 SSAT 소프트웨어 출시 후 모어는 플랜트 스팀 시스템 모델링에 활용. 모델은 버너 업그레이드와 산소 트림 시스템으로 배기가스 산소 3% 유지 시 연간 25,000 MMBtu 이상 천연가스 절감 예측. 응축수 회수 증가, 과잉 공기 10%로 조정, 피크 수요 충족에 보일러 2대만 필요함도 시사.

프로젝트 구현

심플롯 경영진이 SSAT 기반 권고 승인. 다운타임 최소화를 위해 계획된 정비 기간 동안 2개 보일러에 신규 버너, 제어장치, 연소 공기 팬, 배기가스 재순환 덕트, 산소 분석기, 드로트 팬 트림 시스템 설치. 업그레이드로 생산 저해 없이 더 적은 연료로 스팀 부하 충족 가능.

프로젝트 결과

업그레이드로 효율 극적 개선: 평균 배기가스 산소 3% 이하 유지, 피크 스팀 부하 110,000 lb/hr로 감소, 10% 과잉 공기 수준에서 보일러 2대만 필요. 응축수 회수율 50%로 상승해 응축수 펌프 5대 비활성화. 연간 절감: 52,000 MMBtu(기존 소비 7.5%)로 $279,000, 526,000 kWh로 $20,000, 유지보수 $30,000, 총 $329,000/년. 프로젝트 비용 $373,000으로 회수 기간 14개월 미만. 완료 후 보일러 정지 사고 제로로 생산 신뢰성 향상.

이후 심플롯은 SSAT 방법론을 8개 추가 시설에 적용해 연간 176,000 MMBtu 천연가스 절감 달성. 서부 미국 식품 가공 효율 이니셔티브 참여로 타 지역 식품 가공업체에도 모범 사례 전파.

그림 1. 흡기 공기 어셈블리

얻은 교훈

SSAT가 구현한 표준화된 데이터 기반 접근법이 산업용 스팀 시스템에서 상당한 성과 향상과 비용 절감을 드러냅니다. 심플롯 경험은 엄격한 모델링 시 기존 최적화 기법이 예상된 혜택 외 추가 혜택도 산출할 수 있음을 검증. 결과적으로 심플롯은 SSAT를 모든 스팀 동력 시설의 기업 표준으로 채택해 지속적, 반복적 개선 보장.

그림 2. 버너와 버너 하우징

연소 효율 정의

연소 효율은 연료 열량이 사용 가능한 열로 얼마나 효과적으로 전환되는지 측정. 핵심 지표는 스택 온도와 배기가스 산소. 천연가스 보일러 최적 과잉 공기(통상 10%)로 운전하면 열 손실 최소화와 효율 극대화. 연료 구성이나 스팀 수요 변동 시 온라인 산소 트림 시스템이 버너 제어를 자동 조정해 이상적 연소 조건 유지.

DOE ITP 모범 사례 스팀 시스템 평가 도구

모범 사례는 스팀 시스템 평가와 최적화 도구 모음 제공. SSAT가 주요 소프트웨어 패키지로 개선 시나리오 모델링과 정확한 에너지·비용 절감 추정 가능. 도구와 관련 소프트웨어는 EERE 웹사이트(https://www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml) 또는 EERE 정보 센터 877-337-3463으로 주문 가능.

미국 에너지부 산업 기술 프로그램에 대한 자세한 내용은 https://www1.eere.energy.gov 방문.