KR101946604B1 - 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템 - Google Patents

바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템에 관한 것으로서, 연료공급부를 통해 공급되는 바이오매스를 연소시켜 증기 또는 열매체를 가열하는 보일러와, 보일러에서 생성된 증기 또는 열매체와 열교환되어 공급되는 가스에 의해 터빈을 회전시켜 전기를 생성하는 터빈 발전기와, 터빈 발전기를 거친 증기 또는 가스를 유입받아 제1열교환관과 열교환을 통해 응축시키는 응축기와, 응축기의 제1열교환관과 접속되어 열매체를 순환시킬 수 있도록 되어 있으며, 난방대상 농업시설을 경유하여 배관된 폐열 활용 열교환관을 구비한다. 이러한 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템에 의하면, 터빈 발전기에서 배출되는 증기 또는 가스의 응축과정에서 발생되는 폐열을 농업시설의 난방에 활용할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템{waste heat recovery system of electric power generatoin plant using biomass}
본 발명은 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 터빈 발전시 발생되는 폐열을 농업시설의 난방에 이용할 수 있도록 된 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템에 관한 것이다.
일반적으로 화력발전은 보일러에서 발생되는 증기를 터빈에 공급하여 발전기를 회전시킬 수 있도록 되어 있다.
또한, 화력발전설비는 터빈을 거쳐 배출되는 증기를 냉각시키는 응축기와, 응축기에 유입된 증기를 냉각시키기 위한 냉각수를 응축기에 제공하는 냉각탑이 구비된다.
이러한 화력발전설비는 국내 공개특허 제10-2014-0002743호 등 다양하게 개시되어 있다.
한편, 최근에는 화석연료 대신 목재 펠릿과 같은 바이오매스를 이용한 발전방식이 다양하게 제안되고 있으며, 증기 발전시 생성되는 폐열을 난방이 요구되는 농업시설에 활용할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 바이오매스를 이용한 증기 발전시 발생되는 폐열을 난방이 요구되는 농업시설에 활용할 수 있는 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템은 연료공급부를 통해 공급되는 바이오매스를 연소시켜 증기 또는 열매체를 가열하는 보일러와; 상기 보일러에서 생성된 증기 또는 상기 열매체와 열교환되어 공급되는 가스에 의해 터빈을 회전시켜 전기를 생성하는 터빈 발전기와; 상기 터빈 발전기를 거친 증기 또는 가스를 유입받아 제1열교환관과 열교환을 통해 응축시키는 응축기와; 상기 응축기의 상기 제1열교환관과 접속되어 열매체를 순환시킬 수 있도록 되어 있으며, 난방대상 농업시설을 경유하여 배관된 폐열 활용 열교환관;을 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 난방시설 농업시설은 유리온실이 적용된다.
또한, 상기 보일러는 상기 연료공급부를 통해 공급된 바이오매스가 연소되는 연소공간을 형성하며 하단에 길이방향을 따라 개방된 개방홈을 향해 내부폭이 점진적으로 좁아지게 형성된 테이퍼부분을 갖는 연소실과; 상기 테이퍼 부분에 설치되어 연소실의 하부로 낙하되는 바닥재를 상기 갭방홈을 통해 배출하는 재배출유니트;를 구비하고, 상기 재배출 유니트는 상기 개방홈의 폭보다 확장된 제1외경을 갖으며 상기 개방홈을 폐쇄시킬 수 있도록 상기 개방홈의 연장방향을 따라 연장되되 회전중심이 상기 개방홈 보다 높은 위치에서 상기 테이퍼 부분에 회전가능하게 설치되고, 외측면으로부터 회전중심을 향하는 내측으로 인입되어 개방된 재수용홈이 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성된 원기둥형 배출로드와; 상기 원기둥형 배출로드를 회전구동하는 구동부;를 구비한다.
본 발명에 따른 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템에 의하면, 터빈 발전기에서 배출되는 증기 또는 가스의 응축과정에서 발생되는 폐열을 농업시설의 난방에 활용할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템을 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 보일러의 바닥재를 배출하는 재배출유니트를 설명하기 위한 확대 단면도이고,
도 3은 도 2의 재배출유니트의 원기둥형 배출로드의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재배출유니트의 측면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원기둥형 배출로드를 나타내 보인 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템을 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템(100)은 보일러(110), 터빈 발전기(140), 응축기(160), 폐열 활용 열교환관(180)을 구비한다.
보일러(110)는 연료공급부를 통해 공급되는 바이오매스를 연소시켜 증기를 생성하고, 생성된 증기를 터빈 발전기(140)로 공급할 수 있도록 되어 있다.
연료공급부는 바이오매스 연료를 보일러(110)이 연소실(112) 내부로 공급할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 바이오매스 연료는 목재펠릿이 적용될 수 있다.
연료공급부는 일 예로서, 목재펠릿이 저장된 연료저장소와, 연료저장소에 저장된 목재팰릿을 이송하는 이송컨베이어, 이송컨베이어로부터 공급되는 목재팰릿을 수집하는 호퍼(102) 및 호퍼(102)로 유입된 바이오매스 연료를 보일러(110)의 연소실(112)내로 정량공급하는 정량공급기로 구축될 수 있다.
여기서 정량공급기(112)는 호퍼(102) 내에 설치되어 스크류의 회전에 의해 목재팰릿을 보일러(110)의 연소실(112) 내로 공급하는 구조 등 공지된 다양한 구조가 적용될 수 있다.
보일러(110)는 연소실(112), 저수드럼(114), 유동실(116) 및 재배출유니트(130)를 갖는 구조로 되어 있다.
연소실(112)은 연료공급부의 호퍼(102)를 통해 공급된 바이오매스가 연소되는 연소공간을 형성한다.
연소실(112)을 구분하면, 원통형으로 형성된 메인부분(117)과, 메인부분(117)으로부터 하방으로 연장되되 내부폭이 점진적으로 좁아지게 형성되며 하단에 길이방향을 따라 개방된 개방홈이 형성된 테이퍼부분(118)을 갖는 구조로 되어 있다.
테이퍼부분(118)에는 하부의 개방홈(118a)을 통해 연소실(112)의 하부로 낙하되는 바닥재를 배출하는 재배출유니트(130)가 설치되어 있다.
재배출유니트(130)의 상세구조는 후술한다.
참조부호 105는 배출된 바닥재를 수집하는 재수집 함체이다.
저수드럼(114)은 메인부분(117) 상부에 설치되어 있고, 연소열에 의해 증기화될 물이 저수되어 있다.
유동실(116)은 연소실(112)의 상부 측면에서 연장된 후 연소실(112)의 테이퍼부분(118)으로 연통되게 연결되어 있다.
유동실(116)은 연소가스에 포함된 재 또는 미탄화된 연료가 자중에 의해 연소실(112)로 회수되도록 하는 기능을 한다.
참조부호 121은 연소실(112)로 공기를 공급하는 공기 공급기이며, 참조부호 123은 저수드럼에 보충수를 공급하는 보충수 공급라인이다.
유동실(116)의 상부에서 배출되는 연소가스는 가스라인(125)을 통해 원심력 집진기(127) 즉, 사이클론 집진기로 유입된 후 원심력 집집기(127) 내의 여과포로 된 필터(128)를 거친다음 굴뚝과 같은 배기시설(129)을 통해 대기상으로 배출처리된다.
터빈 발전기(140)는 보일러(110)의 저수탱크(114)에서 생성되어 증기공급라인(142)을 통해 공급된 증기로 터빈(144)을 회전시켜 전기를 생성한다.
터빈 발전기(140)는 증기에 의해 회전되는 터빈(144)의 회전축(144a)과 발전요소(146)가 결합되어 있고, 발전요소(146)는 터빈(144)의 회전축(146)의 회전에 의해 전기를 생성하는 통상의 구조로 되어 있고, 이러한 구조는 공지되어 있어 더욱 상세한 설명은 생략한다.
터빈 발전기(140)에서 생성된 전기는 전력계통으로 전력을 공급하도록 결선되어 있다.
응축기(160)는 터빈 발전기(140)를 거친 증기를 유입 받아 제1열교환관(162)과 열교환을 통해 응축시키며, 생성된 응축수를 보일러(110)의 저수탱크(114)로 순환되게 공급하도록 회수관(161)을 통해 배관되어 있다.
여기서 제1열교환관(162)은 열매체가 이송될 수 있는 내부유로를 갖으며 응축기(160) 내에 설치되어 폐증기의 열을 흡수하며 후술되는 폐열활용 열교환관(180)과 접속되어 있다.
폐열 활용 열교환관(180)은 응축기(160)의 제1열교환관(162)과 접속되어 열매체를 순환시킬 수 있도록 되어 있으며, 난방대상 농업시설의 일 예로서 적용된 유리온실(185) 내부를 경유하여 배관되어 있다.
냉각탑(168)은 응축기(160)의 제1열교환(162)으로 냉각수를 보조적으로 공급하기 위해 마련된 것이다.
이를 위해 제1열교환관(162)의 일단(162a)과 냉각탑(168)의 일단(168a)이 연결되게 제1배관(171)을 통해 배관되어 있고, 제1배관(171)에서 유리온실(185)로 분기되게 폐열활용 열교환(180)의 일단이 접속되어 있다.
또한, 제1열교환관(162)의 타단(162b)과 냉각탑(168)의 타단(168b)이 연결되게 제2배관(172)을 통해 배관되어 있고, 제2배관(172)에서 유리온실(185)로 분기되게 폐열활용 열교환(180)의 타단이 접속되어 있다.
참조부호 173a 내지 173d는 제1열교환관(162)을 폐열활용 열교환관(180) 또는 냉각탑(168)중 어느 하나로 순환 유로를 조정할 수 있게 마련된 밸브들이다.
냉각탑(168)은 폐열활용 열교환관(180)을 통해 폐열을 회수하여 난방에 사용하지 않는 경우에 보조적으로 작동될 수 있고, 폐열활용이 충분히 이루어지는 경우 생략될 수도 있다.
이와는 다르게 저수드럼(114)에는 물 대신 서멀오일과 같은 열매체를 충진시켜 증발기(미도시) 및 펌프(미도시)를 통해 제1순환경로로 순환시키고, 서멀오일과 열교환되는 작동유체 예를 들면 실리콘오일이 증발기에서 서멀오일과 열교환되어 기화되도록 하여 가스 터빈 발전기에 공급하는 유기 랜킨 사이클 방식의 발전구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
이 경우 실리콘 오일은 증발기, 터빈 발전기, 응축기 및 펌프를 거쳐 증발기로 순환하는 제2순환경로로 순환되게 구축하면 된다.
한편, 재배출 유니트(130)는 도 2 및 도 3을 함께 참조하여 설명한다.
재배출유니트(130)는 원기둥형 배출로드(132)와, 모터(138)를 구비한다.
원기둥형 배출로드(132)는 개방홈(118a)의 폭보다 확장된 제1외경을 갖으며 개방홈(118a)을 폐쇄시킬 수 있도록 개방홈(118a)의 연장방향을 따라 연장되되 회전중심 즉 회전축(133)이 개방홈 보다 높은 위치에서 테이퍼 부분(118)에 회전가능하게 설치되어 있다.
또한, 원기둥형 배출로드(132)는 외측면으로부터 회전중심을 향하는 내측으로 인입되어 개방된 재수용홈(134)이 원주방향을 따라 상호 이격되게 다수개가 형성되어 있다.
또한, 원기둥형 배출로드(132)의 일단 중심은 모터(138)의 회전축(133)에 결합되어 있다.
이러한 원기둥형 배출로드(132)는 원기둥형 배출로드(132)를 회전구동하는 구동부로서 적용된 모터(138)의 회전에 의해 재수용홈(134)이 테이퍼부분(118)내에서 회전되는 과정에서는 바닥재(10)를 수용하고, 테이퍼부분(118)을 벗어나 개방홈(118a) 하부에 위치될 때는 수용된 바닥재(10)를 하부로 배출시킨다.
한편, 재수용홈(134)은 원기둥형 배출로드(132)의 길이방향을 따라 수평상으로 연장되게 형성되어 있고, 개방홈(118a)의 개방 영역을 줄일 수 있도록 도 5에 도시된 바와 같이 원기둥형 배출로드(132)의 길이방향에 대해 경사지게 연장되게 형성될 수 있다.
또한, 원기둥형 배출로드(132)의 상부에 적재된 바닥재(10)가 배출과정에서 원기둥형 배출로드(132)와 이격상태로 호형 돔상태로 하부 적층면을 유지하면서 원기둥형 배출로드(132)와의 간섭이 이루어지지 않는 공동영역을 형성할 수 있다.
이러한 공동영역의 발생을 억제하도록 적층된 바닥재(10)를 간섭하는 공동화방지 간섭편(137)이 원기둥형 배출로드(132)에 장착되어 있다.
도시된 예에서는 원기둥형 배출로드(132)에는 원주방향을 따라 제1외경보다 작은 제2외경을 갖게 인입된 서브홈(135)이 형성되어 있고, 서브홈(135) 상에 공동화 방지편(137)이 설치되어 있다.
공동화 방지편(137)은 서브홈(135) 상에 일단이 원기둥 배출로드(132)에 결합되게 장착되어 외력이 인가되지 않은 상태에서는 원기둥형 배출로드(132)보다 외측으로 직선상으로 돌출되게 연장된다.
또한, 공동화 방지편(137)은 테이퍼부분(118)과의 접촉시 서브홈(135)을 따라 말리는 형태로 감김이 가능하게 탄성변형가능한 소재 예를 들면 금속소재로 띠 형태로 설치되어 원기둥형 배출로드(132) 상부에 적층되는 바닥재를 간섭하여 낙하를 유도한다.
한편, 공동화 방지편(137)과 서브홈(135)은 각각 원기둥형 배출로드(132)의 길이방향을 따라 상호 이격된 위치에 다수 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 서브홈(135)들은 원기둥형 배출로드(132)의 길이방향에 대해 경사진 방향으로 상호 이격되게 형성하고, 인접된 서브홈(135)들에 각각 장착된 공동화 방지 간섭편(137)들 상호간은 원기둥형 배출로드(132)의 원주방향을 따라 결합위치가 상호 다르게 적용된다.
이 경우 경사진 서브홈(135)들은 서브홈(135)내부에 인입된 바닥재(10)를 회전에 의해 재수용홈(134)으로의 이동을 가이드할 수 있으며, 공동화 방지 간섭편(137)들은 감김과 펼침 위치가 상호 달라 원기둥형 배출로드(132)의 회전부하를 분산시킬 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 원기둥형 배출로드(132)의 서브홈(135)이 형성된 영역에 대향되는 테이퍼 부분(118)의 하단은 외부에 대해 차폐되게 형성되어 공동화 방지 간섭편(137)이 간섭에 의해 호형으로 감긴상태로 선회시키는 선회가이드브릿지(119)을 갖는 구조로 형성될 수 있다.
이와는 다르게, 테이퍼 부분(118)의 하단은 선회가이드 브릿지(119)가 생략되고 개방홈(118a)이 원기둥형 배출로드(132) 길이에 대응되게 형성될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명된 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템에 의하면, 터빈 발전기에서 배출되는 증기의 응축과정에서 발생되는 폐열을 농업시설의 난방에 활용할 수 있는 장점을 제공한다.
또한, 바닥재(10)를 용이하게 배출할 수 있다.
110: 보일러 140: 터빈 발전기
160: 응축기 180: 폐열 활용 열교환관

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 연료공급부를 통해 공급되는 바이오매스를 연소시켜 증기 또는 열매체를 가열하는 보일러와;
    상기 보일러에서 생성된 증기 또는 상기 열매체와 열교환되어 공급되는 가스에 의해 터빈을 회전시켜 전기를 생성하는 터빈 발전기와;
    상기 터빈 발전기를 거친 증기 또는 가스를 유입받아 제1열교환관과 열교환을 통해 응축시키는 응축기와;
    상기 응축기의 상기 제1열교환관과 접속되어 열매체를 순환시킬 수 있도록 되어 있으며, 난방대상 농업시설을 경유하여 배관된 폐열 활용 열교환관;을 구비하고,
    상기 보일러는
    상기 연료공급부를 통해 공급된 바이오매스가 연소되는 연소공간을 형성하며 하단에 길이방향을 따라 개방된 개방홈을 향해 내부폭이 점진적으로 좁아지게 형성된 테이퍼부분을 갖는 연소실과;
    상기 테이퍼 부분에 설치되어 연소실의 하부로 낙하되는 바닥재를 상기 개방홈을 통해 배출하는 재배출유니트;를 구비하고,
    상기 재배출 유니트는
    상기 개방홈의 폭보다 확장된 제1외경을 갖으며 상기 개방홈을 폐쇄시킬 수 있도록 상기 개방홈의 연장방향을 따라 연장되되 회전중심이 상기 개방홈 보다 높은 위치에서 상기 테이퍼 부분에 회전가능하게 설치되고, 외측면으로부터 회전중심을 향하는 내측으로 인입되어 개방된 재수용홈이 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성된 원기둥형 배출로드와;
    상기 원기둥형 배출로드를 회전구동하는 구동부;를 구비하며,
    상기 원기둥형 배출로드에는 원주방향을 따라 상기 제1외경보다 작은 제2외경을 갖게 인입된 서브홈이 형성되어 있고,
    상기 서브홈에는 외력이 인가되지 않은 상태에서는 상기 원기둥형 배출로드보다 외측으로 직선상으로 돌출되게 연장되되 상기 테이퍼부분과의 접촉시 상기 서브홈을 따라 말리는 형태로 감김이 가능하게 탄성변형가능한 소재로 띠 형태로 설치되어 상기 원기둥형 배출로드 상부에 적층되는 바닥재를 간섭하여 낙하를 유도하는 공동화 방지 간섭편;을 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 서브홈은 상기 원기둥형 배출로드의 길이방향에 대해 경사진 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 원기둥형 배출로드의 길이방향을 따라 상호 이격되게 상기 서브홈이 복수개 형성되어 있고, 인접된 상기 서브홈들에 각각 장착된 상기 공동화 방지 간섭편들 상호간은 상기 원기둥형 배출로드의 원주방향을 따라 결합위치가 상호 다르게 적용된 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 원기둥형 배출로드의 상기 서브홈이 형성된 영역에 대향되는 상기 테이퍼 부분의 하단은 외부에 대해 차폐되게 형성되어 상기 공동화 방지 간섭편이 간섭에 의해 호형으로 감긴상태로 선회시키는 선회가이드브릿지;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오매스를 이용한 발전설비의 폐열 회수시스템.
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