폐열회수 시스템

1. 폐열회수 시스템 개요 산업공정 및 건축물 등으로 부터 폐기되는 폐열의 량은 막대하다. 설비 열량을 기준하여 산업용 요.로 류는 약 30내지 60% 정도, 보일러의 경우는 약 9내지 20%정도, 각종 건조설비는 약 10내지 50%정도, 대형빌딩 공조의 경우는 30내지 50%정도로 상당한 폐열이 발생하고 있다. 폐열은 배기, 또는 배가스 등의 형태로 배출되는 것이 대부분이고 어떤 방법을 동원하든지 상당수준까지는 줄일 수 있는 대상으로 파악되고 있다 . 폐열의 형태는 배가스, 배공기, 폐온수, 폐증기 등이 있고 생산공정의 제품의 현열,반응열 또한 폐열로 분류되며 폐열회수는 부식성 물질 포함여부, 온도 및 유량의 조건에 따라 적용 가능한 열교환기의 형태 및 규격과 재질 등도 다양하게 적용되고 있다. 폐열이용장치로는 폐열회수기, 전열교환기, 히트파이프식 열교환기 등이 있으며 특별한 경우 별도의 회수 시스템이 고려되고 있다. 1/10

1. 폐열회수 시스템 유 형                                       2/10

유형 1. 폐열회수시스템 유형별 폐열회수 방향 구 분 형 태 상 태 회수방법 회수후 형태 이용 방법 요.로 폐가스 기체폐열 공기예열기 열풍 자체순환 직접 이용 열 재 이용 - 수증기 히트펌프 증기 공정 온폐수 액체폐열 드레인 드레인 회수 온수 보일러 급수 간접 냉각수 유기열매체냉각 온수,증기 직접이용, 발전 증발냉각 직접 냉각수 온수,증기, 냉수 공기조화 반.제품 현열 고체폐열 열매체 열교환기. 폐열보일러 증기,온수, 열풍 직.간접이용, 발전 부생가스 폐잠열 연소 재이용 회수 연료 이용 공정 압력 폐압력 가스터빈 전력 회전체 폐동력 발전(직류) 플라이휠 동력 3/10

1. 폐열회수 시스템 배열회수열원 배가스 및 배공기 폐열 회수 가능지역 . 보일러 배가스열    . 보일러 배가스열      ‧ 섬유업종 : 텐터 배기열    ‧ 요업업종 : 시멘트소성로, 유리용해로, 터널킬른 배기열    ‧ 금속업종 : 용해로, 용선로, 가열로, 열처리로 배기열    ‧ 화공업종 : VOC 소각열      ‧ 제지업종 : 지건조기 배기열    ‧ 식품업종 : 농축기, 증자기, 살균기, 건조기 배기열    ‧ 기타 크린룸, 공조기 배기열 등 냉각수나 증기응축수의 현열 및 잠열 이용  ‧ 전체업종 : 증기응축수 보유열   ‧ 화공업종 : 증류탑 탑정폐열  ‧ 섬유업종 : 염색폐수열   ‧ 화섬공장 : 중합반응기 폴리머 냉각열 제품이나 슬래그의 보유 열량 이용    ‧ 폐기물 소각열    ‧ 시멘트 클링커 냉각열    ‧ 제철소 코크스 냉각열 및 제품의 현열 4/10

검토순서 1. 폐열회수 시스템 1. 폐열원의 선정 어떤 공정, 어떤 시설의 폐열을 대상으로 검토할 것인가?     1. 폐열원의 선정      어떤 공정, 어떤 시설의 폐열을 대상으로 검토할 것인가?     2. 폐열회수 이전의 검토사항     폐열의 온도를 감소시킬 것인가?     폐열원(가스,폐수)를 근본적으로 감축시킬 것인가?     3  폐열원의 실태파악과 검토     배출패턴의 조사(배출 시간대, 배출 장소 등)     폐열의 량과 온도측정, 또는 추정     폐열의 성질과 상태조사(부식성, 분진의 량.성분)     폐열원의 집중화 (여러곳의 폐열을 한곳으로 모을 수?)     폐열원이 지속적인 패턴으로 나오는 가? 검토     4.  폐열내용에 따른 이용처조사     회수이용처에 대한 가능성조사(단계별 이용방안 포함)     5.  폐열이용처의 상황조사     이용시간대, 열량, 온도를 조사     이용처의 현재뿐만 아니라 장래의 수요까지 파악      6. 폐열원과 이용처의 회수 이용방안 조사     공급과 수요간의 시간적 불균형 조정방안     폐열원 중단시의 대책 (별도 열공급방안도 검토)     반대로 회수이용처의 중단시의 대책방안 (타 이용처 연계)     7. 폐열이용시스템의 구성     열 또는 동력 회수장치의 선정     폐열의 성상(내열,부식성,분진의 정도) 감안하여 선정     열수송방법과 열매체의 적정 선정을 검토     8. 폐열회수 시스템의 해석과 경제성평가     열교환 효율(회수) 등의 계산     회수장치 규모의 최적화를 위한 계산     부분 비용과 전체비용의 합리적인 계산     안전성, 조작성, 경제성 등의 종합적인 평가 5/10

유형별 적용기술 1. 폐열회수 시스템 배출 형태 방법 및 기술 내용 및 특징 배기 가스 열원 직접이용 공기예열기 - 효율이 5-15%증가, - 재질,유로에 따라   전열효율이 다르다 Recuperator 세라믹제 : 내고온성(1,000도C),  설비비가 비싸다. 금속제 : 500-600도C까지  회수 이용이 가능하며   비교적 싸다. Regenerator - 1,000도C까지 회수가능하나 누설이 있다.  (회수효율은 75-80% 정도이며   주로 로타리식이 이용된다) Heat Pipe 가동부분이 없으며   유체간 혼합이 없다 작은 온도차에서 회수가능 콤팩트하나 설비비가   다소 비싼 흠이 있다. 증기발생에 이용 폐열보일러 배기가스 온도가 높고   양이 많은 경우 주로 사용   (가열로,시멘트킬른 배가스 등) 동력발생에 이용 각종매체 터어빈 - 400도C이하의 배열에서   동력 또는 전력으로 회수 저압 증기 다중 효용관 - 해수의 담수화 등에 사용 냉열의 발생 흡수식 냉동기 - 1.0내지 0.4Kg/cm2.G의 증기로    5내지 10도C의 냉수제조 동력의 발생 저압 증기터빈 - 고압.중압사용후 저압이나   응축수의 리플랫싱 증기이용 응축수. 온폐수. 냉각 폐수 증기 직접발생 Reflash 온도차에 의한 저압증기발생 증기의 직접이용,   또는 발전 등에 이용 급수예열기 등 - 보일러 급수 및 공정제품   예열 등에 쓰인다 고밀도 열원으로 전환 열펌프 (Heat Pump) - 1종은 온수제조   2종은 증기제조에 주로 사용 응축수의 회수이용 보일러급수가열 등 (Heat Pump) - 개방식 또는 밀폐식(고온)   으로 회수하여 용도별로 사용 6/10

적용사례 1. 폐열회수 시스템 공기압축기 냉각수 공정용 공기압축기의 냉각수는 하절기에 최고34도C까지 온도가 상승하여 냉각탑의 부하를 증가시키고 있으며, 또 다른 공정에 쓰이는 세정수는 필요한 온도를 얻기 위해 스팀을 사용하는 판형열교환기를 설치하여 가열하고 있는 실정이었다 이에 착안하여 공기압축기의 냉각수를 일단 세정용 물을 가온하는데 일차 사용하고 온도가 다소 떨어진 냉각수를 쿨링타워로 보내면 쿨링타워의 부담도 경감 시킬 수 있음에 착안하였다. 열회수에 필요한 열교환기를 중간에 설치하여 공기압축기의 냉각수를 1차로 세정수를 가온하여 스팀가열기를 없애고 저온도의 냉각수를 쿨링타워에 보내어 쿨링타워의 부담을 경감 하였다. 설치 전 후 냉각수온도와 세정수온도 변화 구분 냉각탑 냉각수온도 세정공정 용수온도 유량 (m3/H)  설치전 설치후 제1공정 28 21.6 12 25 200  제2공정 26 19.6 24 250  투자 경제성 구 분 회수열량 (Mcal/Day) 연간 절감금액 (천원/Year) 투자비 (천원) 투자비회수 (년) 제1공정 62,516 663,660 290,000 0.44 제2공정 26,516 407,100 256,000 0.62 합계 89,032 1,070,760 546,000 0.51 7/10

1. 폐열회수 시스템 적용사례(소성로) 소성로의 폐열회수 투자 경제성 공정중의 각종 로(FURNACE)에서 발생하는 고온의 배기가스의 폐열을 회수하여 각 용도별의 공정용수 및 순수 등을 가열하여 에너지절감효과를 극대화 시킴     각 공정 로의 배가스 배출상태    투자 경제성 구 분 설치 수량 평균 온도 배기량 (m3/H) 배기열량 (Mcal/H) 제1공정 3 143 24,190 1,003 제2공정 4 104 39,017 1,177 제3공정 8 121 46,755 1,640 합계 15 - 109,962 3,820 구 분 설치수량 (대) 연간 절감금액 (천원/Year) 투자비 (천원) 투자비회수 (년) 제1공정 3 248,436 174,000 0.7 제2공정 4 278,222 242,000 0.9 제3공정 8 393,252 358,000 합계 15 919,910 774,000 0.8 *각 공정 로의 운전과 용수공급에 전혀 지장이 없었음 8/10

적용사례(보일러) 1. 폐열회수 시스템 각종 보일러의 배기열 투자 경제성 환경규제로 인하여 보일러의 열원을 B-C나 경유에서 가스(LNG)로 교체 가스연소의 특성은 연소효율이 좋은 대신 연소시의 로내온도가 OIL연소에 비하여 다소 낮은 단점이 있다. 이것은 연소시의 부유탄소가 거의 없기 때문인데 이로 인해 배기가스 온도가 OIL 연소에 비하여 다소 높아지는 경향이 있다. 가스연소시의 배가스는 황 등 저온부식성 성분이 극히 적기 때문에 낮은 온도 까지 회수가 가능하다. 이런 취지로 보일러의 배가스 온도를 270 도에서 80 도까지 낮추면서 이 열량을 보일러의    급수가열에 이요한다                                                                                                              투자 경제성 회수 열량 (Mcal/년) 절감금액 (천원/년) 투자비 (천원) 투자비회수 (년) 18,004,653 645,678 404,800 0.6 9/10

1. 폐열회수 시스템 지원제도 에너지이용 합화 자금 활용 ESCO 자금 활용 대상시설 : 모든 폐열회수이용장치 (예열기,절탄기,폐열보일러 등)    융자조건 : 소요자금 100%, 연리2.5%(변동), 2년거치 3년상환, 설치시공비 포함 (에너지관리공단 자금지원안내) : 바로가기 ESCO 자금 활용 초기투자비 없이 절약효과 실현(ESCO가 자기자금으로 선투자)    투자에 따른 위험부담 해소(기술.경제적 위험을 전문기업이 부담).    절약시설에 대한 전문적인 서비스 제공             (투자설비의 설계, 구입, 시공, 사후관리 까지 전문기업이 관리). 세 제 지 원                                                                                                                                                                  투자금액의 10%를 사업소득에 대한 법인세 또는 소득세에 공제 10/10