폐열 회수

폐열 회수란 무엇일까요?

”폐열 회수”는 열을 모으는 과정입니다. 즉, 대기로 버려지거나 방출될 수 있는 열 에너지를 모아 재사용하는 것을 의미합니다. 폐열을 회수함으로써 플랜트는 에너지 비용 및 CO₂ 배출량 절감과 동시에 에너지 효율을 높일 수 있습니다.

폐열 회수의 일반적인 예

이미 몇몇의 소비재에서는 열을 회수하여 사용하고 있습니다. 예를 들어, 다양한 자동차 제조업체가 제공하는 터보차저 자동차를 생각해 보겠습니다.

보통의 터보차저가 없는 자동차는 내연기관에서 연료를 연소 후에 고온의 가스를 자동차 배기구를 통해 배출합니다. 사실 이 가스에는 회수될 수 있는 열과 운동 에너지를 포함하고 있습니다. 터보차저 엔진은 고온의 가스로 터빈을 돌려서 에어 컴프레서를 회전시킵니다. 에어 컴프레서에서 압축된 에어는 증발된 가솔린과 함께 엔진 연소실로 보내지게 되고, 결과적으로 적은 연료 소모로 효율적인 점화와 더 큰 힘을 얻을 수 있게 됩니다.

산업계의 폐열 회수 이점은 유사할 수 있으며 이번 기사에서는 몇 가지 예를 들어 검토하였습니다.

절탄기(이코노마이져)

일반적으로 물을 가열하는 스택 절탄기는 폐열 회수의 가장 간단한 타입입니다. 플랜트 근로자들은 폐열을 회수 하는 이러한 장치에 익숙할 것입니다. 보일러 스택 절탄기는 가열 공정에서 배출 된 가스의 에너지를 보일러 급수 가열에 활용하여 증기를 만드는데 필요한 에너지를 절감 시킵니다. 미국 에너지부에 따르면 보일러 급수 절탄기의 설치로 보일러의 열 효율을 높이고 연료 소비를 5~10% 감소시킬 수 있습니다.

폐열 보일러(WHB)

절탄기와 비슷한 원리를 이용하여 폐열 보일러는 가열로 또는 산업 플랜트에서의 발열반응에서 발생한 열을 회수합니다. 이러한 곳에는 버려져서는 안될 상당한 에너지가 포함되어 있을 수 있습니다. 이 에너지는 폐열 보일러(WHB)로 저압에서 중압 증기를 발생시키는데 사용될 수 있습니다. WHB는 또한 운송이나 저장을 위해 냉각되어야 하는 공정 유체에서 열을 제거하며, 그 열로 증기를 발생시키는데 사용될 수 있습니다. WHB에서 발생된 증기는 가열원으로 사용될할수 있고, 전기를 발생시키는 터빈 구동, 증기 압축, 또는 유체 펌핑에도 사용될 수 있습니다. WHB 증기는 건도가 낮아 상당한 습기를 포함하고 있을 수 있으므로 WHB의 증기를 공급받는 공정에 최적의 품질로 증기가 공급되도록 고효율의 세퍼레이터와 스팀트랩의 설치를 추천드리고 있습니다.

열 회수 증기 발생기(HRSG)

열병합 발전 또는 보일러용 복합 순환 장치를 갖춘 많은 고효율 산업 플랜트는 가스 터빈(근본적으로 제트 엔진)을 사용하여 전기를 생성 한 다음 열 회수 증기 발생기(HRSG)를 사용하여 폐열로부터 증기를 생성합니다. 이번 섹션에서는 이 공정이 작동하는 방식과 HRSG가 실행되는 방식에 대해 설명하도록 하겠습니다.

앞의 터보차저 자동차 엔진 예시에서 모터 대신에 제트 엔진으로 바꿔서 생각해보겠습니다. 가스터빈/제트엔진은 천연가스를 사용하여 연소되며, 그 배기가스는 고온의 증기를 포함하고 있습니다. 만약 열과 운동 에너지의 일부가 남게되면 단순히 대기로 버려지는 것 입니다. 그러면 이렇게 버려진 열은 터보차저가 회수하여 활용하는 것처럼 어떻게 사용될 수 있을까요? 배출된 고온의 가스는 별도의 터빈을 구동시킬 필요가 있기 때문에 HRSG를 통과하게 됩니다. HRSG는 과열증기를 만들어 후단의 설비인 증기터빈을 구동 시킵니다. 터빈은 발전기(복합 순환 장치)를 구동 시키거나, 공정의 프로세스용도(열병합 발전 또는 Combined Heat and Power (CHP))에서 증기를 사용하는 것이 가능합니다. HRSG는 단일 증기드럼(아래의 에니메이션 참조) 또는 복수의 증기드럼에서 사용하여 압력을 설정하는 것이 가능합니다. 자연순환의 미연소 방식(아래의 그림 참조)과 덕트 연소 방식이 있어, 추가적인 가열을 실시할 수있습니다. 덕트 연소는 증기의 발생과 질을 향상시킨 과열증기를 터빈으로 공급하여 더 큰 전력을 생성할 수 있습니다.

흡수식 냉동기

일부 에너지 효율이 높은 CHP 시스템은 폐열로 생성 된 증기를 사용하는 흡수식 냉동기와 결합하여 냉각을 추가 할 수 있습니다.

흡수식 냉동기의 메커니즘은 다음과 같은 단계로 나눌 수 있습니다.

1. 희석된 흡수성 액체(60 % 브롬화 리튬 염, 40 % 물)는 흡수기에서 발전기로 이동할 때 응축수로 예열됩니다.
2. 발생기에서, 흡수성 액체는 증기로 가열되어 내부에 포함된 물의 일부가 증발하게 되면서 액체가 더 농축됩니다.
3. 농축된 흡수성 액체는 연속 순환에서 더 많은 물을 포집하기 위해 흡수기가 있는 아래쪽으로 흐르게 됩니다. 동시에 수증기는 응축기로 이동합니다.
4. 응축기에서 냉각수는 수증기를 액화시켜 진공압에 가까운 증발기 쪽으로 흘러들어 가도록 합니다.
5. 증발기에 유입되기 직전에 응축수는 오리피스나 팽창 밸브를 통해 흐릅니다. 이런 제약은 흐름을 제한하고 물은 다시 4.5°C [40°F]에서 차가운 물방울로 증발합니다. 여기는 냉각이 일어나는 곳입니다. 저온의 증기가 냉각수 순환에서 열을 빼앗아 5℃정도 온도를 낮춥니다.
6. 물방울은 냉각수 순환에서 열을 흡수할 때 가열되지만 농축된 염 용액의 강한 인력은 농축된 흡수제로 물을 끌어 당겨 흡수기로 들어가고, 공정의 증발기에서 진공압에 가까운 압력을 생성합니다.

자기 증기 압축법

자기 증기 압축법은 저압 증기같이 버려지는 증기 에너지를 활용하는 또 다른 열 회수 방법입니다. 이는 아래 보이는 것처럼 TLV의 SC 시스템같은 스팀 컴프레서 장치를 이용하여 고압의 증기와 저압의 증기를 혼합하여 중압의 증기를 만드는 프로세스입니다.

자세한 내용 보기:

• 제품 솔루션: 스팀 컨프렛서

증기 시스템에서 폐열 회수의 다른 예

재증발 증기의 분리와 재사용

재증발 증기가 발생하는 곳의 주변에서 저압 증기원으로 사용할 수 있는 가능성을 고려해야 합니다.

보일러 블로우다운

보일러 블로우다운에서 나온 열은 물을 예열하는 TLV의 SR 시리즈와 같은 열교환기에서 재사용할 수 있습니다.

자세한 내용 보기:

• 고온 폐수 열 교환기

증기 가열 온수기

저압 증기는 공정이나 내부 사용을 위한 온수를 만드는데 사용될 수 있습니다. 만약 폐열원에서 나오는 증기의 공급이 연속적이지 않다면 보조 스팀 밸브로 증기 공급이 변함없이 이루어져야 합니다. TLV의 증기 가열방식의 온수기인 SteamAqua®는 전형적인 예입니다. 최적화된 효율을 위해 SteamAqua®시리즈는 응축수의 열 에너지로 급수를 예열하는 예열 부분을 포함하고 있습니다.

열 회수 기회

증기 시스템에서 열 회수에 대한 기회에 대하여 이번 기사에 포함되어 있지 않을 수 있습니다. 여러분의 시스템에서 열 에너지 회수 방법에 대한 추가적인 정보는 TLV 기술담당 또는 Consulting · Engineering · Services (CES) 팀원에게 문의해 주십시오.

벤트증기와 폐열의 회수

보일러 에너지 절약 팁