KR102174013B1 - Power generation system of organic rankine cycle using unused low and middle temperature waste heat - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오가스 엔진발전기, 매립가스 엔진발전기 또는 소각기, 터빈발전기 또는 소형소각로의 보일러에서 발생되는 미활용 중저온 폐열을 이용한 유기랭킨사이클(ORC; Organic Rankine Cycle) 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an organic rankine cycle (ORC) power generation system using unused medium and low temperature waste heat generated from a biogas engine generator, a landfill gas engine generator or incinerator, a turbine generator, or a boiler of a small incinerator.
인구 증가와 산업이 발전됨에 따른 화석 연료 사용은 많은 양의 이산화탄소가 배출되어 지구의 지표면 기온이 상승되는 지구온난화와 같은 환경오염이 발생되고 있다.The use of fossil fuels as the population grows and the industry develops is causing environmental pollution such as global warming, which causes the earth's surface temperature to rise due to the emission of large amounts of carbon dioxide.
따라서 최근에는 신재생 에너지로 대체하기 위한 기술이나, 화석 연료를 사용에 따른 시스템의 효율향상과 유해 배기가스가 절감되는 기술에 관한 연구가 많이 진행되고 있다.Therefore, in recent years, a lot of research has been conducted on a technology for replacing with renewable energy or a technology for improving system efficiency and reducing harmful exhaust gas by using fossil fuels.
여러 기술 중에서도 산업폐열이나 신재생에너지를 이용한 ORC에 관한 연구가 진행 중에 있다.Among various technologies, research on ORC using industrial waste heat or new renewable energy is in progress.
일반적으로 ORC 발전은 산업체에서 버려지는 미활용 열에너지를 회수하여 전기에너지를 생산하기 위한 시스템으로, 스팀보다 증발 온도가 낮은 유기물질을 이용하여 발전하는 시스템을 의미한다.In general, ORC power generation is a system for generating electric energy by recovering unused heat energy discarded by industries, and refers to a system that generates power using organic materials with a lower evaporation temperature than steam.
ORC 발전은 400~600℃의 증기를 이용한 발전에 비해 70~400℃의 중온이나, 저온의 폐열을 회수하여 전력을 얻을 수 있으며, 제철, 제강, 시멘트, 제지, 섬유, 식품가공, 쓰레기 소각장, 선박폐열 등 다양한 산업체의 미활용 열에너지를 재활용할 수 있는 이점이 있다.ORC power generation can generate power by recovering waste heat at 70-400℃ compared to power generation using steam at 400-600℃, and it can be used in steelmaking, steel making, cement, paper, fiber, food processing, waste incineration, There is an advantage of being able to recycle unused heat energy of various industries such as ship waste heat.
그러나 ORC 발전시스템은 발전효율이 8~22% 수준으로, 국내에서 겨울철 난방수요에 대응하기 위해 가정이나 업소용 소규모 발전장치로 보급되고 있는 실정이다.However, the ORC power generation system has a power generation efficiency of 8 to 22%, and is being distributed as a small-scale power generation device for homes and businesses in order to respond to winter heating demand in Korea.
이러한 문제를 해결하기 위한 배경기술로는, 등록특허공보 제10-1152254호(이하, 문헌 1), 공개특허공보 제10-2011-0063935호(이하, 문헌 2), 등록특허공보 제10-1399428호(이하, 문헌 3) 및 등록특허공보 제10-1162619호(이하, 문헌 4)가 있다.Background techniques for solving this problem include Patent Publication No. 10-1399428 (hereinafter, Document 1), Patent Publication No. 10-2011-0063935 (hereinafter, Document 2), and Patent Publication No. 10-1399428 No. (hereinafter, Document 3) and Registered Patent Publication No. 10-1162619 (hereinafter, Document 4).
문헌 1은 배관을 통해 작동유체가 순환되며, 예열기, 증발기, 터빈, 발전기, 응축기, 응축탱크 및 이송펌프를 포함하는, 펌프의 캐비테이션을 방지할 수 있는 ORC 시스템에 관한 것이다.Document 1 relates to an ORC system capable of preventing cavitation of a pump, including a preheater, an evaporator, a turbine, a generator, a condenser, a condensation tank, and a transfer pump in which a working fluid is circulated through a pipe.
문헌 1의 ORC 시스템은 증발기에서 배출된 작동유체가 고온, 고압으로 형성되지 못하여, 터빈에서 발전이 잘 되지 않아 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다.The ORC system of Document 1 has a problem in that the working fluid discharged from the evaporator is not formed at high temperature and high pressure, and thus power generation is not well done in the turbine, resulting in a decrease in power generation efficiency.
문헌 2는 온도차를 이용한 발전장치를 장착한 에너지절약형 선박에 관한 것으로, 전기에너지를 생산하기 위해 선박의 열기관 냉각기에 ORC 장치가 설치되어야 하는 번거로움이 있다.Document 2 relates to an energy-saving ship equipped with a power generation device using a temperature difference. In order to produce electric energy, an ORC device must be installed in the ship's heat engine cooler.
문헌 3은 유기작동유체가 이송되는 주배관에 바이패스관과 밸브를 설치하고 유기작동유체를 공급하는 이송펌프를 제어하는 ORC 발전시스템의 안전장치에 관한 것이다.Document 3 relates to a safety device of an ORC power generation system that installs a bypass pipe and a valve in the main pipe through which the organic working fluid is transferred, and controls the transfer pump that supplies the organic working fluid.
문헌 3의 ORC 발전시스템은 진동이 발생되는 선박 등에 설치하기 위해 별도의 제어부가 필요하나, 위치가 고정된 경우에 제어부의 작용이 무의미할 수 있다.The ORC power generation system of Document 3 requires a separate control unit to be installed in a vessel where vibration is generated, but the action of the control unit may be meaningless when the position is fixed.
문헌 4는 우드칩, 판껍집, 왕겨 등과 같은 목질계 바이오매스로부터 가스화반응기를 통해 발생되는 연소성 합성가스가 지닌 폐열을 활용하는 ORC을 이용한 바이오매스 합성가스 중저온 폐열회수 발전시스템에 관한 것이다.
문헌 4의 ORC 발전시스템에서 사용되는 목질계 바이오매스는 리그닌, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 등의 성분과 수분을 함유하고 있는 식물을 원재료로 하고 있다.The lignocellulosic biomass used in the ORC power generation system of
그러나 목질계 바이오매스는 연소 시에 가연성 가스, 타르, 탄화물이 생성되며, 이는 대기환경을 오염시킬 수 있다.However, lignocellulosic biomass generates combustible gases, tar, and carbides during combustion, which can pollute the atmospheric environment.
<배경기술문헌><Background technical literature>
(문헌 1) 등록특허공보 제10-1152254호(Document 1) Registered Patent Publication No. 10-1152254
(문헌 2) 공개특허공보 제10-2011-0063935호(Document 2) Unexamined Patent Publication No. 10-2011-0063935
(문헌 3) 등록특허공보 제10-1399428호(Document 3) Registered Patent Publication No. 10-1399428
(문헌 4) 등록특허공보 제10-1162619호(Document 4) Registered Patent Publication No. 10-1162619
본 발명은 상기 배경기술의 문제점을 해결하고, 바이오가스 엔진발전기, 매립가스 엔진발전기 또는 소각기(Flare Stack), 터빈발전기 또는 소형소각로의 보일러에서 발생되는 미활용 중저온 폐열을 이용한 유기랭킨사이클(ORC) 발전시스템을 제공하는 데에 있다.The present invention solves the problems of the above background technology, and uses an organic Rankine cycle (ORC) using unused medium and low temperature waste heat generated from a biogas engine generator, a landfill gas engine generator or an incinerator (Flare Stack), a turbine generator, or a boiler of a small incinerator. It is to provide a power generation system.
본 발명은 열원으로 폐열을 사용하여 환경오염 특히, 대기와 수질 오염을 방지하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to prevent environmental pollution, particularly air and water pollution, by using waste heat as a heat source.
또한, 본 발명은 ORC 발전시스템에서 사용되고 남은 열원을 이용하여 소화조의 온도가 조절되는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to control the temperature of the digester by using the remaining heat source used in the ORC power generation system.
나아가, 본 발명은 ORC 발전시스템을 기존의 장치에 장착이 용이하고, 보조적으로 활용이 가능한 것을 목적으로 한다.Further, it is an object of the present invention to easily mount an ORC power generation system to an existing device and to be able to use it as an auxiliary.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 미활용 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 외부의 발전기, 보일러, 소각기 또는 소각로에서 버려지는 미활용 폐열이 포함되는 열원(1) 또는 온수에 의해 작동유체가 기화되는 온수저장탱크(110), 온수저장탱크(110)에서 기화된 작동유체에 의해 구동되어 전기에너지가 생성되는 터빈발전기(120), 냉각수가 순환되어 터빈발전기(120)를 통과한 작동유체가 응축되는 응축기(130), 응축기(130)의 작동유체를 응축시키기 위해 냉각수가 생성되는 냉각탑(140) 및 응축기(130)에서 액화된 작동유체가 상기 온수저장탱크(110)로 공급되는 펌프(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, the ORC power generation system using unused waste heat of the present invention is a heat source (1) containing unused waste heat discarded from an external generator, boiler, incinerator or incinerator, or hot water in which the working fluid is vaporized by hot water. The
상기 폐열은 50~600℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 한다.The waste heat is characterized by having a temperature of 50 ~ 600 ℃.
상기 온수는 열교환기(H) 또는 폐열 보일러(30)에 의해 온수저장탱크(110)로 공급되는 것을 특징으로 한다.The hot water is supplied to the hot
또한, 본 발명에서 온수는 소화조 온도 조절부(200)에 공급되는 것을 특징으로 한다.In addition, hot water in the present invention is characterized in that it is supplied to the digester
상기 소화조 온도 조절부(200)는 온수를 저장하는 저장조(210), 저장조(210)에 열을 가하는 가온보일러(220), 온수에 의해 소화조(230)의 소화액 온도가 향상되는 열교환기(H') 및 바이오가스 생성을 위해 유기성 폐기물이 분해되어 소화액이 생성되는 소화조(230)가 포함되는 것을 특징으로 한다.The
본 발명은 바이오가스 엔진발전기, 매립가스 엔진발전기 또는 소각기, 터빈발전기 또는 소형소각로의 보일러에서 발생되는 미활용 중저온 폐열 즉, 버려지는 자원을 활용하여 전기에너지가 생산되는 이점이 있다.The present invention has the advantage of producing electric energy using unused medium and low temperature waste heat, that is, discarded resources, generated from a biogas engine generator, a landfill gas engine generator or incinerator, a turbine generator, or a boiler of a small incinerator.
또한, 본 발명은 폐열을 열원으로 사용함으로써, 대기와 수질 오염 등의 환경오염을 방지하고, 열원 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of preventing environmental pollution such as air and water pollution, and reducing waste of heat sources by using waste heat as a heat source.
나아가, 본 발명은 ORC 발전시스템에서 사용되고 남은 열원을 이용하여 소화조의 온도를 조절하여 유기성 폐기물의 분해 효율을 향상시킬 수 있다.Furthermore, the present invention can improve the decomposition efficiency of organic waste by controlling the temperature of the digester using the remaining heat source used in the ORC power generation system.
특히, 본 발명은 기존의 장치에 ORC 발전시스템의 장착이 용이한 장점이 있다.In particular, the present invention has an advantage in that it is easy to install the ORC power generation system in the existing device.
도 1은 본 발명에 따른 ORC 발전시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 ORC 발전시스템이 바이오가스 발전기에 장착된 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 ORC 발전시스템과 소화조 온도 조절부가 바이오가스 발전기에 장착된 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 ORC 발전시스템이 매립가스 발전기에 장착된 구성도이다
도 5는 본 발명에 따른 ORC 발전시스템이 또 다른 터빈발전기에 장착된 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 ORC 발전시스템이 소각로에 장착된 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 ORC 발전시스템과 소화조 온도 조절부가 매립가스 소각기에 장착된 구성도이다.
<부호의 설명>
1: 열원
10: 바이오가스 발전기
20: 매립가스 발전기
30: 폐열 보일러 31: 터빈발전기
32: 증기복수기 33: 탱크
34: 감온기
40: 소각로 41: 폐열 보일러
42: 증기저장조 43: 펌프
50: 매립가스 소각기
100: ORC 발전시스템
110: 온수저장탱크 120: 터빈발전기
130: 응축기 140: 냉각탑
150: 펌프
200: 소화조 온도 조절부
210: 저장조 220: 가온보일러
230: 소화조
H, H’: 열교환기 P: 펌프
V: 밸브1 is a block diagram of an ORC power generation system according to the present invention.
Figure 2 is a block diagram of the ORC power generation system according to the present invention is mounted on a biogas generator.
3 is a block diagram of an ORC power generation system and a digester temperature control unit mounted on a biogas generator according to the present invention.
Figure 4 is a block diagram of the ORC power generation system according to the present invention is mounted on a landfill gas generator
Figure 5 is a block diagram of the ORC power generation system according to the present invention is mounted on another turbine generator.
Figure 6 is a configuration diagram of the ORC power generation system according to the present invention is mounted in the incinerator.
7 is a block diagram of an ORC power generation system and a digester temperature control unit mounted in a landfill gas incinerator according to the present invention.
<Explanation of code>
1: heat source
10: biogas generator
20: landfill gas generator
30: waste heat boiler 31: turbine generator
32: vapor recuperator 33: tank
34: desuperheater
40: incinerator 41: waste heat boiler
42: steam storage tank 43: pump
50: landfill gas incinerator
100: ORC power generation system
110: hot water storage tank 120: turbine generator
130: condenser 140: cooling tower
150: pump
200: digester temperature control unit
210: storage tank 220: heating boiler
230: digester
H, H': heat exchanger P: pump
V: valve
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다.Objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following embodiments.
본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is not limited to the embodiments disclosed herein and may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that the idea of the present invention can be sufficiently transmitted to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs, and all transformations included in the technical spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.
따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Therefore, the present invention should not be limited by the following embodiments, and it should be understood that all transformations included in the technical spirit and scope of the present invention are included. That is, those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains, within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims, variously modify or modify the present invention by adding, changing, deleting, or adding elements It will be possible to change, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.
본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다.In the present invention, since various transformations can be applied and various embodiments can be applied, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. In the drawings, the size of the elements or the relative sizes between the elements may be somewhat exaggerated for a clear understanding of the present invention. In addition, the shape of the elements shown in the drawings may be slightly changed due to variations in the manufacturing process.
따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Therefore, the embodiments disclosed in the present specification should not be limited to the shapes shown in the drawings unless otherwise specified, and should be understood as including some degree of modification.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 양상들, 특징들, 실시예들 또는 구현예들은 단독으로 또는 다양한 조합들로 사용될 수 있다.Meanwhile, various embodiments of the present invention may be combined with any other embodiments unless there is a clear opposite point. Any feature indicated to be particularly preferred or advantageous may be combined with any other feature and features indicated to be preferred or advantageous. That is, various aspects, features, embodiments or implementations of the present invention may be used alone or in various combinations.
본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 청구범위에 의해서 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 하고, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 통상의 기술을 가진 사람에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.It should be understood that the terms used in this specification are for describing specific embodiments, and are not intended to be limited by the claims, and all technical and scientific terms used in the present specification are general descriptions unless otherwise noted. It has the same meaning as commonly understood by someone with Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
본 발명에서 사용되는 폐열이라는 용어는 발전기, 제철, 제강, 시멘트, 제지, 섬유, 식품가공, 쓰레기 소각장, 선박폐열 등 다양한 산업체에서 발생되어 버려지는 열에너지를 의미한다.The term waste heat used in the present invention refers to heat energy generated and discarded in various industries such as generators, steel making, steel making, cement, paper, textiles, food processing, waste incineration plants, and ship waste heat.
본 발명에서 사용되는 작동유체라는 용어는 터빈의 기계 장치에서 동력을 일으키는 유동성 물질을 의미한다.The term working fluid used in the present invention refers to a fluid material that generates power in a mechanical device of a turbine.
본 발명에서 사용되는 바이오가스라는 용어는 하수슬러지, 축산분뇨, 음식물 쓰레기(음폐수), 농수산 쓰레기 등의 유기성 물질을 혐기 소화시켜 발생되는 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2) 및 미량의 성분들(질소, 산소, 황화수소, 수소 등)로 구성되는 가스를 의미한다.The term biogas used in the present invention refers to methane (CH 4 ), carbon dioxide (CO 2 ) and trace components generated by anaerobic digestion of organic substances such as sewage sludge, livestock manure, food waste (food waste), agricultural and fishery waste. It means a gas composed of s (nitrogen, oxygen, hydrogen sulfide, hydrogen, etc.).
본 발명에서 사용되는 밸브라는 용어는 유체를 통하게 하거나 차단 또는 유체의 양이나 압력을 제어하기 위해 통로(배관)를 개폐할 수 있도록 작동되는 장치를 의미한다.The term valve used in the present invention refers to a device that is operated to open and close a passage (pipe) to allow a fluid to pass through or to block or control the amount or pressure of the fluid.
본 발명에서 사용되는 펌프라는 용어는 압력을 이용하여 액체나 기체를 빨아올리거나 이동시키는 장치를 의미한다.The term pump used in the present invention refers to a device that sucks or moves a liquid or gas by using pressure.
<실시예 1><Example 1>
본 발명에서 구성들이 연결되기 위해 도면에 도시된 바와가 같이 배관이 포함되어 있으나, 배관의 부호는 생략한다.In the present invention, a pipe is included as shown in the drawings in order to connect the components, but the numeral of the pipe is omitted.
미활용 중저온 폐열을 이용한 ORC 발전시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 열원(1), 온수저장탱크(110), 터빈발전기(120), 응축기(130), 냉각탑(140) 및 펌프(150)가 포함될 수 있다.The ORC
상기 열원(1)은 외부의 발전기, 보일러 또는 소각로에서 버려지는 열 자원인 폐열이 사용될 수 있다.The heat source 1 may be waste heat, which is a heat resource discarded from an external generator, boiler, or incinerator.
예컨대, 열원(1)은 바이오가스 엔진발전기, 매립가스 엔진발전기, 매립가스 소각기, 터빈발전기 또는 소형소각로의 보일러 중 어느 하나에서 발생되는 폐열이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, the heat source 1 may be waste heat generated from any one of a biogas engine generator, a landfill gas engine generator, a landfill gas incinerator, a turbine generator, or a boiler of a small incinerator, but is not limited thereto.
상기 폐열은 50~600℃의 저온 또는 중온의 온도범위를 가지며, 사용되는 열원(1)에 따라 상기 온도범위보다 낮거나, 높은 온도를 가질 수 있기에 이에 한정되지 않는다.The waste heat has a low or medium temperature range of 50 to 600°C, and is not limited thereto because it may have a temperature lower than or higher than the temperature range depending on the heat source 1 used.
상기 온수저장탱크(110)는 상기 열원(1) 또는 온수에 의해 열 교환이 이루어져, 작동유체가 액체에서 기체로 기화될 수 있다.The hot
상기 작동유체는 물 또는 냉매가 사용될 수 있다.Water or a refrigerant may be used as the working fluid.
예컨대, 냉매는 암모니아(NH3), 이산화탄소, 수소화염화불화탄소(HCFC) 계열, 수소불화탄소(HFC) 계열 또는 수소불화올레핀(HFO) 계열 중 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있으나, 세계적인 냉매 규제에 따라 사용되는 냉매의 종류가 변동될 수 있기에 이에 한정되지 않는다.For example, the refrigerant may be any one selected from ammonia (NH 3 ), carbon dioxide, hydrofluorocarbon (HCFC) series, hydrogen fluorocarbon (HFC) series, or hydrofluorine olefin (HFO) series, but is subject to global refrigerant regulations. Accordingly, the type of refrigerant used may vary, and thus the type of refrigerant is not limited thereto.
상기 물은 자연냉매에 해당되며, 환경에 대한 피해가 전혀 없고 손쉽게 구할 수 있는 장점이 있다.The water corresponds to a natural refrigerant, and there is no damage to the environment and has the advantage that it can be easily obtained.
상기 암모니아는 자연냉매에 해당되며, 가격이 저렴하고, 설비 유지비와 보수비용이 적으며 전열이 양호한 장점이 있다. 다만, 암모니아 냉매는 구리 합금이나 금속 재료에 대한 부식성을 가지고 있어, 암모니아 냉매를 사용할 경우에는 철로 제조된 배관이 사용되어야 한다.The ammonia corresponds to a natural refrigerant and has advantages such as low price, low equipment maintenance and repair costs, and good heat transfer. However, since the ammonia refrigerant has corrosiveness to copper alloys or metal materials, a pipe made of iron should be used when an ammonia refrigerant is used.
상기 이산화탄소 냉매는 자연냉매에 해당되며, 무독성이면서 가격이 저렴하여 경제적인 면에서 유리한 이점이 있다.The carbon dioxide refrigerant corresponds to a natural refrigerant, and is non-toxic and inexpensive, and thus has an economic advantage.
상기 HCFC 계열 냉매는 수소, 염소, 불소 및 탄소로 구성되어 있는 화합물로 2세대 합성냉매에 해당되며, 염화불화탄소(CFC) 계열 냉매에 비해 오존층붕괴지수가 작은 장점이 있다.The HCFC-based refrigerant is a compound composed of hydrogen, chlorine, fluorine and carbon, and corresponds to a second-generation synthetic refrigerant, and has an advantage of having a smaller ozone layer decay index compared to a chlorofluorocarbon (CFC)-based refrigerant.
상기 HFC 계열 냉매는 수소, 불소 및 탄소로 구성되어 있는 화합물로 3세대 합성냉매에 해당되며, 염소가 포함되어 있지 않아 오존층이 파괴되지 않는 장점이 있다.The HFC-based refrigerant is a compound composed of hydrogen, fluorine, and carbon, and corresponds to a third generation synthetic refrigerant, and does not contain chlorine, so that the ozone layer is not destroyed.
상기 HFO 계열 냉매는 수소, 불소 및 탄소로 구성되되, 탄소원자들 사이에 최소 1개의 이중결합이 포함되는 화합물로 4세대 합성냉매에 해당되며, 오존고갈지수가 0이고 지구온난화지수가 낮은 장점이 있다.The HFO-based refrigerant is composed of hydrogen, fluorine, and carbon, and is a compound containing at least one double bond between carbon atoms and corresponds to the fourth generation synthetic refrigerant, has an ozone depletion index of 0 and a low global warming index. have.
즉, HFO 계열 냉매는 CFC, HCFC, HFC 계열의 냉매와 비교하면, 친환경적인 냉매에 해당될 수 있다.That is, the HFO-based refrigerant may correspond to an eco-friendly refrigerant compared to the CFC, HCFC, and HFC-based refrigerants.
특히, HFO 계열 냉매는 R1234ze, R1233zd, R1336mzz 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 R1233zd가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In particular, as the HFO-based refrigerant, R1234ze, R1233zd, R1336mzz, and the like may be used, preferably R1233zd, but are not limited thereto.
따라서 본 발명에서 환경오염이 발생되는 것을 방지하기 위해, 상기 작동유체는 물 또는 HFO 계열 냉매를 사용하는 것이 가장 좋다.Therefore, in order to prevent the occurrence of environmental pollution in the present invention, it is best to use water or HFO-based refrigerant as the working fluid.
즉, 온수저장탱크(110)는 작동유체가 기화됨에 따라 증기가 생성될 수 있다.That is, the hot
상기 터빈발전기(120)는 터빈과 발전기가 결합되어 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸고, 다시 전기적 에너지로 변환하는 기능이 수행될 수 있다.The
보다 상세하게는, 온수저장탱크(110)에서 작동유체가 기화되어 생성된 증기가 터빈의 회전날개에 부딪힐 때의 충동력과 반동력으로 회전날개를 회전시켜 증기의 열에너지를 기계의 회전운동에너지로 전환된다.More specifically, the steam generated by the vaporizing working fluid in the hot
터빈에서 발생되는 회전운동에너지가 발전기에 의해 전기에너지가 생성된다.Electric energy is generated by the generator from the rotational kinetic energy generated by the turbine.
상기 응축기(130)는 냉각탑(140)에서 생성된 냉각수가 순환되어, 터빈발전기(120)를 통과한 작동유체가 응축될 수 있다.The
즉, 작동유체는 응축기(130)에서 순환되는 냉각수에 의해 열 교환이 이루어져, 작동유체가 기체에서 액체로 액화될 수 있다.That is, the working fluid is heat exchanged by the cooling water circulated in the
상기 냉각탑(140)은 응축기(130)를 통과하는 작동유체를 응축시키기 위해 냉각수가 생성되거나, 응축기(130)에서 열 교환이 이루어져 온도가 상승된 냉각수를 다시 반입하여 온도를 낮추어 재사용이 가능한 냉각수가 생성될 수 있다.The
상기 냉각수는 25~45℃의 물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 30~40℃의 물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The cooling water may be 25 ~ 45 ℃ water, preferably 30 ~ 40 ℃ water may be used, but is not limited thereto.
예컨대, 냉각수의 온도가 25℃ 미만의 물이 사용될 경우에는 응축기(130)의 압력이 낮아져 작동유체의 순환 효율이 저하될 수 있다.For example, when water having a cooling water temperature of less than 25° C. is used, the pressure of the
만일, 냉각수의 온도가 45℃ 초과의 물이 사용될 경우에는 응축기(130)의 작동유체가 액화되지 못해 ORC 발전시스템(100)의 효율이 저하될 수 있다.If, when the temperature of the cooling water exceeds 45 ℃ water is used, the working fluid of the
상기 펌프(150)는 응축기(130)에서 액화된 작동유체를 온수저장탱크(110)로 재공급하기 위해, 응축기(130)와 온수저장탱크(110) 사이에 배치될 수 있다.The
즉, 위와 같은 구성을 갖는 ORC 발전시스템(100)은 작동유체가 순환되는 구조 즉, 리사이클(recycle) 구조가 형성되어 전기에너지 생성에 따른 환경오염이 발생되지 않는 이점이 있다.That is, the ORC
특히, ORC 발전시스템(100)에 적용되는 열원(1)으로, 발전기, 보일러, 소각기 또는 소각로를 통해 대기로 버려지는 폐열을 사용하여, 대기오염을 방지할 수 있다.In particular, as the heat source 1 applied to the ORC
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 온수저장탱크(110)를 통과하고 남은 폐열은 대기로 방출되거나, 후단에 설명되는 열교환기(H)로 다시 반입되어 재사용이 가능할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 1, the waste heat remaining after passing through the hot
ORC 발전시스템(100)은 저온 또는 중온의 폐열을 활용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 이점이 있다.The ORC
다음은 ORC 발전시스템(100)을 이용하여 전기에너지가 생성되는 방법(S100)에 관한 설명이다.The following is a description of a method (S100) in which electrical energy is generated using the ORC
먼저, 열원(1) 또는 온수가 온수저장탱크(110)로 유입되는 단계(S110)가 수행될 수 있다.First, a step (S110) in which the heat source 1 or hot water is introduced into the hot
다음으로, 온수저장탱크(110)에서 열 교환에 의해 작동유체가 기화되는 단계(S120)가 수행될 수 있다.Next, a step (S120) in which the working fluid is vaporized by heat exchange in the hot
이때, 온수저장탱크(110)에서는 액체의 작동유체가 유입되는 열원(1) 또는 온수의 열에너지를 흡수함으로써, 기화 현상에 의해 기체가 발생될 수 있다.At this time, the hot
이어서, 기화된 작동유체가 터빈발전기(120)를 통과하여 전기에너지가 생성되는 단계(S130)가 수행된다.Subsequently, a step (S130) of generating electric energy by passing the vaporized working fluid through the
이때, 기화된 작동유체는 열에너지가 터빈발전기(120)에 고압으로 통과하여 터빈의 회전날개가 회전되어 기계적 에너지로 변환되고, 기계적 에너지는 발전기에서 전기에너지로 변환될 수 있다.At this time, in the vaporized working fluid, thermal energy passes through the
다음으로, 응축기(130)에서 열 교환에 의해 작동유체가 액화되는 단계(S140)가 수행될 수 있다.Next, a step (S140) in which the working fluid is liquefied by heat exchange in the
이때, 응축기(130)에서는 터빈발전기(120)를 통과한 기체의 작동유체가 냉각탑(140)에 의해 유입되는 냉각수로 열에너지가 방출됨으로써, 작동유체가 액체로 액화될 수 있다.At this time, in the
이어서, 액화된 작동유체가 펌프(150)에 의해 다시 온수저장탱크(110)로 유입되는 단계(S150)가 수행될 수 있다.Subsequently, a step (S150) in which the liquefied working fluid is introduced into the hot
이후, 상기 S150 단계 후단에, 앞서 설명된 S110 단계부터 다시 순차적으로 수행되는 순환 구조를 통해 전기에너지를 생성할 수 있다.Thereafter, after the step S150, electric energy may be generated through a cyclic structure sequentially performed again from the step S110 described above.
<실시예 2><Example 2>
바이오가스 발전기의 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, ORC 발전시스템(100)의 앞에 바이오가스 발전기(10), 밸브(V), 열교환기(H), 펌프(P1)가 배치될 수 있다.The ORC power generation system using waste heat from the biogas generator is a
상기 ORC 발전시스템(100)은 앞서 설명된 실시예 1과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.Since the ORC
상기 바이오가스 발전기(10)는 앞서 설명된 바이오가스를 이용하여 발전기 연료로 사용됨에 따라 전기에너지와 폐열이 발생될 수 있다.As the
여기서, 열원(1)으로 바이오가스 발전기에서 발생되는 폐열이 사용될 수 있다.Here, waste heat generated from the biogas generator may be used as the heat source 1.
상기 바이오가스 발전기에서 발생되는 폐열은 도 2에 도시된 바와 같이 밸브(V)를 통해 대기로 방출되거나, 열교환기(H)를 통과할 수 있다.Waste heat generated from the biogas generator may be discharged to the atmosphere through a valve V or may pass through a heat exchanger H as shown in FIG. 2.
보다 상세하게는, 바이오가스 발전기(10)와 열교환기(H) 사이에 제1밸브(V1)와 제2밸브(V2)가 배치될 수 있다.In more detail, a first valve (V 1 ) and a second valve (V 2 ) may be disposed between the
여기서, 제1밸브(V1)와 제2밸브(V2)는 버터플라이 밸브가 사용될 수 있다. 버터플라이 밸브는 원판 중심선을 축으로 원판이 회전함에 따라 개폐가 이루어지는 밸브로, 개폐 작용이 간단하고 빠르며, 유지 보수가 용이한 이점이 있다.Here, a butterfly valve may be used for the first valve V 1 and the second valve V 2 . The butterfly valve is a valve that opens and closes as the disk rotates about the center line of the disk, and has the advantages of simple and fast opening and closing action, and easy maintenance.
예컨대, 제1밸브(V1)가 열려 있을 경우에는 제2밸브(V2)가 닫히게 되어 상기 폐열이 대기로 방출될 수 있다.For example, when the first valve V 1 is open, the second valve V 2 is closed so that the waste heat may be discharged to the atmosphere.
만일, 제2밸브(V2)가 열려 있을 경우에는 제1밸브(V1)가 닫히게 되어 상기 폐열이 배관을 따라 열교환기(H)를 통과할 수 있다.If the second valve V 2 is open, the first valve V 1 is closed so that the waste heat can pass through the heat exchanger H along the pipe.
그리고 열교환기(H)에서는 폐열에 의해 열 교환이 이루어져 온수가 생성되고, 열 교환 후에 남은 폐열이 대기로 방출될 수 있다.In addition, in the heat exchanger (H), heat exchange is performed by waste heat to generate hot water, and waste heat remaining after heat exchange may be discharged to the atmosphere.
상기 열교환기(H)는 도 2에 도시된 바와 같이, ORC 발전시스템(100) 앞에 배치될 수 있다.The heat exchanger (H) may be disposed in front of the ORC
보다 구체적으로, 열교환기(H)는 온수저장탱크(110) 앞에 배치될 수 있다. 이러한 배치는 온수저장탱크(110)에 온수를 공급하여 작동유체가 기화되기 때문이다.More specifically, the heat exchanger (H) may be disposed in front of the hot water storage tank (110). This is because the working fluid is vaporized by supplying hot water to the hot
또한, 열교환기(H)는 제2밸브(V2)가 열리게 되면, 바이오가스 발전기(10)에서 발생되는 폐열이 열교환기(H) 내부로 통과될 수 있다.Further, in the heat exchanger H, when the second valve V 2 is opened, waste heat generated from the
이때, 열교환기(H)에 순환되는 물이 폐열에 의해 가열되어 온수가 생성된다. 상기 온수는 80~105℃의 온도를 갖으며, 바람직하게는 90~105℃의 온도를 가질 수 있으나, 공급되는 폐열의 온도에 따라 변동될 수 있기에 이에 한정되지 않는다.At this time, water circulating in the heat exchanger (H) is heated by waste heat to generate hot water. The hot water has a temperature of 80 to 105°C, and preferably may have a temperature of 90 to 105°C, but is not limited thereto as it may vary according to the temperature of the supplied waste heat.
예컨대, 온수의 온도가 80℃ 미만일 경우에는 사용되는 작동유체에 따라 기화가 이루어지지 못하거나, 기화된 작동유체가 저압이 되어 ORC 발전시스템(100)의 효율이 저하될 수 있다.For example, when the temperature of hot water is less than 80° C., depending on the working fluid used, vaporization may not be performed, or the vaporized working fluid may become low pressure, thereby reducing the efficiency of the ORC
만일, 온수의 온도가 105℃ 초과일 경우에는 작동유체가 고온, 고압이 되어 터빈발전기(120)에 과열이 발생되어 전기에너지 생산 효율이 저하될 수 있다.If the temperature of the hot water exceeds 105° C., the working fluid becomes high temperature and high pressure, resulting in overheating in the
도 2에 도시된 바와 같이, 온수는 온수저장탱크(110)를 통과하여 온수저장탱크(110)에서 열 교환이 발생되고, 열 교환에 의해 온도가 낮아진 온수는 제1펌프(P1)에 의해 다시 열교환기(H)로 반입되는 순환 구조를 가질 수 있다.As shown in FIG. 2, hot water passes through the hot
상기 제1펌프(P1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 열교환기(H)와 온수저장탱크(110) 사이에 배치되어 열 교환에 의해 낮아진 온수를 열교환기(H)로 재공급할 수 있다.As shown in FIG. 2, the first pump P 1 is disposed between the heat exchanger H and the hot
상기 온수저장탱크(110)는 열교환기(H)에서 생성된 온수가 통과함에 따라 열 교환이 발생되어 작동유체가 액체에서 기체로 기화되어 증기가 발생될 수 있다.As the hot water generated by the heat exchanger H passes through the hot
상기 터빈발전기(120)는 온수저장탱크(110)에서 생성된 증기가 터빈의 회전날개에 부딪힐 때의 충동력과 반동력으로 회전날개를 회전시켜 증기의 열에너지를 기계의 회전운동에너지로 전환된다.The
터빈에서 발생되는 회전운동에너지가 발전기에 의해 전기에너지가 생성된다.Electric energy is generated by the generator from the rotational kinetic energy generated by the turbine.
상기 응축기(130)는 냉각탑(140)에서 생성된 냉각수가 순환되어, 터빈발전기(120)를 통과한 작동유체가 응축될 수 있다.The
즉, 작동유체는 응축기(130)에서 순환되는 냉각수에 의해 열 교환이 이루어져, 작동유체가 기체에서 액체로 액화될 수 있다.That is, the working fluid is heat exchanged by the cooling water circulated in the
상기 냉각탑(140)은 응축기(130)를 통과하는 작동유체를 응축시키기 위해 냉각수가 생성되거나, 응축기(130)에서 열 교환이 이루어져 온도가 상승된 냉각수를 다시 반입하여 온도를 낮추어 재사용이 가능한 냉각수가 생성될 수 있다.The
상기 펌프(150)는 응축기(130)에서 액화된 작동유체를 온수저장탱크(110)로 재공급하기 위해, 응축기(130)와 온수저장탱크(110) 사이에 배치될 수 있다.The
ORC 발전시스템(100)은 바이오가스 발전기(10)에서 발생되는 폐열을 이용하여 전기에너지가 생성되는 이점이 있다.The ORC
즉, ORC 발전시스템(100)은 기존의 장치에 장착되어 보조적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.That is, the ORC
<실시예 3><Example 3>
상기 실시예 2의 바이오가스 발전기의 폐열을 이용한 ORC 발전시스템에 소화조 온도 조절부(200)가 더 포함될 수 있다.The digester
상기 바이오가스 발전기의 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 앞서 설명된 실시예 2와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.Since the ORC power generation system using the waste heat of the biogas generator is the same as in Example 2 described above, a detailed description thereof will be omitted for convenience.
상기 소화조 온도 조절부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 저장조(210), 가온보일러(220), 소화조(230), 열교환기(H') 및 펌프(P2, P3, P4)가 포함될 수 있다.As shown in FIG. 3, the digester
상기 저장조(210)는 열교환기(H, H')를 통과한 온수가 저장될 수 있다.The
상기 온수는 30~60℃의 온도 범위를 가질 수 있다.The hot water may have a temperature range of 30 to 60°C.
예컨대, 온수의 온도가 30℃ 미만일 경우에는 열교환기(H')에서 열 교환이 잘 이루어지지 못하여 소화액의 온도가 향상되지 못함에 따라 소화액 생성이 저하되어 바이오가스 생산량이 감소될 수 있다.For example, when the temperature of hot water is less than 30°C, heat exchange is not performed well in the heat exchanger (H'), so that the temperature of the digestive solution is not improved, so that the generation of the digestive solution decreases, thereby reducing the amount of biogas production.
만일, 온수의 온도가 60℃ 초과일 경우에는 소화조(230) 내에서 유기산이 축적됨에 따라, pH 저하로 인하여 메탄형성 미생물의 생장이 억제되어 바이오가스 생산량이 저하될 수 있다.If the temperature of hot water exceeds 60° C., as organic acids accumulate in the
상기 가온보일러(220)는 온수가 30~60℃의 온도범위를 갖기 위해 저장조(210)에 열을 가할 수 있다.The
상기 소화조(230)는 바이오가스를 생성하기 위해 유기성 폐기물이 분해되어 소화액이 생성될 수 있다.The
도면에서 소화조(230)가 1개만 도시되었지만, 1개 이상의 소화조(230)가 포함될 수 있다.Although only one
상기 열교환기(H')는 도 3에 도시된 바와 같이, 저장조(210)와 소화조(230) 사이에 배치되어 통과되는 온수에 의해 열 교환이 이루어져 소화액의 온도가 향상될 수 있다.As shown in FIG. 3, the heat exchanger H'is disposed between the
보다 상세하게, 열교환기(H')에서는 소화액이 온수의 열에 의해 소화액의 온도가 향상되어 소화조(230)로 다시 유입된다. 이때, 열 교환에 의해 온도가 낮아진 온수는 다시 저장조(210)로 유입되는 순환 구조를 가질 수 있다.In more detail, in the heat exchanger (H'), the temperature of the extinguishing liquid is increased by the heat of the hot water, and the extinguishing liquid is introduced back into the
즉, 소화조 온도 조절부(200)는 이와 같은 구성을 갖게 됨에 따라, 실시예 2에서 설명된 열교환기(H)의 잉여 온수를 사용함으로써, 소화조(230) 내의 유기성 폐기물의 소화 효율이 향상되는 이점이 있다.That is, as the digester
제2펌프(P2)는 온수저장탱크(110)를 통과하여 온도가 낮아진 온수 일부가 저장조(210)로 공급되기 위해, 온수저장탱크(110)와 저장조(210) 사이에 배치될 수 있다.The second pump P 2 may be disposed between the hot
제3펌프(P3)는 가온보일러(220)에 의해 온도가 상승된 온수가 열교환기(H')로 공급되기 위해, 온수저장탱크(110)와 열교환기(H') 사이에 배치될 수 있다.The third pump (P 3 ) may be disposed between the hot
제4펌프(P4)는 소화조(230)에서 온도가 낮아진 소화액이 열교환기(H')로 공급되어 소화액의 온도가 상승되기 위해, 열교환기(H')와 소화조(230) 사이에 배치될 수 있다.The fourth pump (P 4 ) is to be disposed between the heat exchanger (H') and the
보다 상세하게, 온수저장탱크(110)를 통과하여 온도가 낮아진 온수 일부가 제2펌프(P2)에 의해 저장조(210)로 공급될 수 있다.In more detail, some of the hot water whose temperature has been lowered through the hot
그리고 저장조(210)에 저장된 온수는 가온보일러(220)에 의해 온수의 온도가 상승되고, 온도가 상승된 온수는 제3펌프(P3)에 의해 열교환기(H')로 공급된다.In addition, the hot water stored in the
열교환기(H')에 공급된 온수는 제4펌프(P4)에 의해 온도가 낮아진 소화액이 열교환기(H')를 통과함과 동시에 열 교환이 발생되어 소화액의 온도가 상승되고, 온도가 상승된 소화액은 다시 소화조(230)로 반입되는 순환 구조를 갖게 된다.As for the hot water supplied to the heat exchanger (H'), the digestive liquid whose temperature has been lowered by the fourth pump (P 4 ) passes through the heat exchanger (H'), and heat exchange occurs at the same time, thereby increasing the temperature of the digestive liquid. The elevated digestive fluid has a circulation structure that is brought back into the
이때, 열 교환에 의해 온도가 낮아진 온수는 다시 저장조(210)로 반입되는 순환 구조를 통해 온수를 재사용할 수 있는 이점이 있다.In this case, the hot water whose temperature has been lowered by heat exchange has the advantage of being able to reuse hot water through a circulation structure that is brought back into the
또한, 바이오가스 발전기의 폐열을 이용한 ORC 발전시스템에 소화조 온도 조절부(200)가 포함됨에 따라, 소화조 내의 유기성 폐기물이 소화되기 위한 온도를 일정하게 유지하여, 바이오가스 생산량이 향상될 수 있다.In addition, as the digester
다음은 소화조 온도 조절부(200)를 이용하여 유기성 폐기물이 소화되는 방법(S200)에 관한 설명이다.The following is a description of a method (S200) of digesting organic waste using the
먼저, 온수가 저장조(210)에 저장되는 단계(S210)가 수행될 수 있다.First, a step (S210) of storing hot water in the
이때, 온수는 제2펌프(P2)에 의해 ORC 발전시스템(100)의 열교환기(H)를 통과한 온수가 저장조(210)로 유입되어 저장될 수 있다.In this case, the hot water may be stored by flowing the hot water passing through the heat exchanger H of the ORC
다음으로, 온수가 가온되는 단계(S220)가 수행될 수 있다.Next, the step of heating the hot water (S220) may be performed.
이때, 저장조(210)는 저장된 온수가 30~60℃의 온도범위를 갖기 위해 가온보일러(220)를 이용하여 저장조(210)에 열을 가할 수 있다.In this case, the
이어서, 열교환기(H')에서 열 교환에 의해 유기성 폐기물이 소화되는 단계(S230)가 수행될 수 있다.Subsequently, the step (S230) of digesting the organic waste by heat exchange in the heat exchanger (H') may be performed.
이때, 제3펌프(P3)에 의해 저장조(210)에 저장된 온수가 열교환기(H')를 통과함과 동시에 제4펌프(P4)에 의해 소화조(230)에 저장된 소화액이 열교환기(H')로 유입됨으로써, 열 교환에 의해 소화액의 온도가 향상될 수 있다.At this time, the hot water stored in the
상기 온도가 향상된 소화액은 다시 소화조(230)로 반입되어 유기성 폐기물이 소화될 수 있다.The digestive liquid having the increased temperature is brought back into the
다음으로, 열교환기(H')를 통과한 온도가 낮아진 온수가 저장조(210)로 유입되는 단계(S240)가 수행될 수 있다.Next, a step (S240) in which hot water having a lowered temperature passing through the heat exchanger H'is introduced into the
이후, 상기 S240 단계 후단에, 앞서 설명된 S210 또는 S220 단계부터 다시 순차적으로 수행되는 순환 구조를 통해 유기성 폐기물의 소화 효율을 향상시킬 수 있다.Thereafter, after the step S240, the digestion efficiency of the organic waste may be improved through a circulation structure sequentially performed again from the step S210 or S220 described above.
<실시예 4><Example 4>
매립가스 발전기의 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 도 4에 도시된 바와 같이, ORC 발전시스템(100)의 앞에 매립가스 발전기(20), 밸브(V), 열교환기(H), 펌프(P1)가 배치될 수 있다.The ORC power generation system using waste heat from the landfill gas generator is a
상기 ORC 발전시스템(100)은 앞서 설명된 온수저장탱크(110), 터빈발전기(120), 응축기(130), 냉각탑(140) 및 펌프(150)가 포함될 수 있다.The ORC
상기 매립가스 발전기(20)는 쓰레기 매립지에서 생산되는 매립가스(LFG)를 이용하여 발전기 연료로 사용됨에 따라 전기에너지와 폐열이 발생될 수 있다.The
여기서, 열원(1)으로 매립가스 발전기에서 발생되는 폐열이 사용될 수 있다.Here, waste heat generated from the landfill gas generator may be used as the heat source (1).
매립가스 발전기의 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 실시예 2에서 사용되는 열원(1)의 종류만 다를 뿐, 실시예 2와 동일한 구성과 전기에너지 생성 방식이 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.The ORC power generation system using waste heat from the landfill gas generator differs only in the type of heat source 1 used in Example 2, and the same configuration and electric energy generation method as in Example 2 are the same, so a detailed description thereof will be omitted for convenience. do.
ORC 발전시스템(100)은 기존의 장치에 장착되어 보조적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.The ORC
<실시예 5><Example 5>
또 다른 터빈발전기(31)의 증기복수기(32) 전단 열을 이용한 ORC 발전시스템은 도 5에 도시된 바와 같이, ORC 발전시스템(100)의 앞에 폐열 보일러(30), 터빈발전기(31), 증기복수기(32), 탱크(33), 감온기(34), 열교환기(H), 밸브(V3, V4, V5, V6), 펌프(P1)가 배치될 수 있다.Another ORC power generation system using the
상기 ORC 발전시스템(100)은 앞서 설명된 실시예 1과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.Since the ORC
상기 폐열 보일러(30)는 가연성 폐기물(예를 들어, 폐목재, 폐제지, 폐비닐 등)을 소각로에서 연소할 때 발생하는 고온의 폐열가스를 이용하여 증기가 생산될 수 있다.The
상기 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기는 도 5에 도시된 바와 같이, 터빈발전기(31), 감온기(34) 또는 열교환기(H) 중 어느 하나로 유입될 수 있다.The steam generated by the
예컨대, 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 폐열 보일러(30)와 감온기(34) 사이에 배치된 배관을 따라 이송되는 과정 중에 액화가 발생되어 물이 생성될 경우에는, 제6밸브(V6)가 열리면서 감온기(34)로 유입되지 않고 바이패스(bypass) 될 수 있다.For example, when the steam generated by the
도 5에 도시된 바와 같이, 위에서 설명된 물은 폐열 보일러(30)와 감온기(34) 사이에 배치된 또 다른 배관을 따라 열교환기(H)로 물이 유입될 수 있다.As shown in FIG. 5, the water described above may flow into the heat exchanger H through another pipe disposed between the
상기 터빈발전기(31)는 앞서 설명된 실시예 1의 터빈발전기(120)와 동일한 구성을 가질 수 있다. 이때, 터빈발전기(31)로 공급되는 증기는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 사용될 수 있다.The
상기 증기복수기(32)는 도 5에 도시된 바와 같이, 터빈발전기(31) 후단에 배치될 수 있다.The
이때, 증기복수기(32)는 터빈발전기(31)를 통과한 증기나, 열교환기(H)를 통과한 증기를 반입하여 순환되는 냉각수에 의해 열 교환이 이루어져 증기가 물로 액화될 수 있다.At this time, the
예컨대, 터빈발전기(31)를 통과한 증기가 터빈발전기(31)와 증기복수기(32) 사이에 배치된 배관을 따라 이송되는 과정 중에 액화가 발생되어, 물이 생성될 경우에는 제4밸브(V4)가 닫히게 되어 증기복수기(32)로 유입되지 않고 바이패스 될 수 있다.For example, liquefaction is generated during the process of steam passing through the
도 5에 도시된 바와 같이, 위에서 설명된 물은 터빈발전기(31)와 증기복수기(32) 사이에 배치된 또 다른 배관을 따라 열교환기(H)로 물이 유입될 수 있다.As shown in FIG. 5, the water described above may flow into the heat exchanger H through another pipe disposed between the
상기 탱크(33)는 증기복수기(32)에 의해 액화된 물이나 증기복수기(32) 내에서 열 교환에 의해 발생되는 응축수가 반입되어 저장될 수 있다.The
이때, 탱크(33)에 저장되는 물이나 응축수는 외부로 배출되거나, 재사용될 수 있다.At this time, water or condensed water stored in the
상기 감온기(34)는 앞서 설명된 증기복수기로, 폐열 보일러(30)와 터빈발전기(31) 사이에 배치될 수 있다.The
여기서 감온기(34)는 내부에서 순환되는 냉각수를 이용하여 폐열 보일러(30)로부터 유입되는 증기를 물로 액화시킬 수 있다.Here, the
감온기(34)에 의해 생성된 물은 열교환기(H)로 이송되어 ORC 발전시스템(100)의 작동유체가 기화될 수 있는 범위의 온도를 갖는 온수가 될 수 있다.The water generated by the
이때, 감온기(34)에 의해 생성된 물이 열교환기(H)로 이송될 경우에는 제5밸브(V5)가 닫힘과 동시에 제6밸브(V6)가 열림으로써, 물이 배관을 따라 열교환기(H)로 유입될 수 있다.At this time, when the water generated by the
상기 제5밸브(V5)는 감온기(34)에 생성된 물이 역류하여 터빈발전기(31)로 유입되어 고장 나는 것을 방지하기 위해, 앞서 설명된 바와 같이 작동될 수 있다.The fifth valve (V 5 ) may be operated as described above in order to prevent water generated in the
상기 열교환기(H)는 도 5에 도시된 바와 같이, ORC 발전시스템(100) 앞에 배치될 수 있다.The heat exchanger (H) may be disposed in front of the ORC
열교환기(H)는 폐열 보일러(30), 터빈발전기(31) 또는 감온기(34) 중 어느 하나 이상에서 생성되는 물이 유입되어, 열교환기(H) 내부에서 열 교환으로 인해 작동유체가 기화될 수 있다.In the heat exchanger (H), water generated from one or more of the waste heat boiler (30), turbine generator (31), or desuperheater (34) is introduced, and the working fluid is vaporized due to heat exchange within the heat exchanger (H). Can be.
보다 구체적으로 상기 물은 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 배관을 따라 이송되던 중에 액화로 인해 발생되거나, 감온기(34)에 의해 폐열 보일러(30)의 증기가 액화되어 생성되거나, 터빈발전기(31)를 통과한 증기가 배관을 따라 이송되던 중에 액화 현상으로 인해 발생될 수 있다.More specifically, the water is generated by liquefaction while the steam generated by the
여기서 밸브(V3, V4, V5, V6)는 볼 밸브, 게이트 밸브 또는 버터플라이 밸브 중 어느 하나가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Here, as the valves V 3 , V 4 , V 5 , and V 6 , any one of a ball valve, a gate valve, or a butterfly valve may be used, but is not limited thereto.
상기 볼 밸브는 밸브의 개폐 부분에 구멍이 뚫린 공(볼) 모양의 밸브가 있고, 볼을 회전시켜 구멍을 막거나, 열어 밸브를 개폐시키며, 기밀성이 좋고, 조작이 편리한 장점이 있다.The ball valve has a ball (ball)-shaped valve with a hole in the opening and closing portion of the valve, and the ball is rotated to close or open the hole to open and close the valve, and has good airtightness and convenient operation.
상기 게이트 밸브는 밸브 디스크가 유체의 통로를 수직으로 막아서 개폐하고 유체의 흐름이 일직선으로 유지되는 장점이 있다.The gate valve has an advantage in that the valve disk vertically blocks the passage of the fluid to open and close, and the fluid flow is maintained in a straight line.
상기 버터플라이 밸브는 실시예 2와 동일하기에 구체적인 설명은 생략한다.Since the butterfly valve is the same as the second embodiment, a detailed description will be omitted.
제3밸브(V3)는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 터빈발전기(31)로 유입 또는 차단 여부를 제어하기 위해, 폐열 보일러(30)와 터빈발전기(31) 사이에 배치될 수 있다.The third valve (V 3 ) may be disposed between the
예컨대, 제3밸브(V3)가 열려 있을 경우에는 폐열 보일러(30)의 증기가 터빈발전기(31)를 통과하여 전기에너지가 생성될 수 있다. 이때, 터빈발전기(31)에서 생성되는 전기에너지의 효율을 향상시키기 위해 제5밸브(V5)가 닫혀 있을 수 있다.For example, when the third valve V 3 is open, the steam of the
만일, 제3밸브(V3)가 닫혀 있을 경우에는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 터빈발전기(31)를 통과하지 못하고, 폐열 보일러(30)와 터빈발전기(31) 사이에 형성된 배관을 통해 감온기(34) 또는 열교환기(H)로 증기가 유입되어 열교환기(H)에서 작동유체가 기화될 수 있다.If the third valve (V 3 ) is closed, the steam generated in the
제4밸브(V4)는 터빈발전기(31)를 통과한 증기가 증기복수기(32)로 유입 또는 차단 여부를 제어하기 위해, 터빈발전기(31)와 증기복수기(32) 사이에 배치될 수 있다.The fourth valve (V 4 ) may be disposed between the
예컨대, 제4밸브(V4)가 열려 있을 경우에는 터빈발전기(31)를 통과한 증기가 증기복수기(32)로 유입되어 증기가 물로 액화되거나, 터빈발전기(31)와 증기복수기(32) 사이에 형성된 배관을 따라 열교환기(H)로 증기가 유입되어 열교환기(H)에서 작동유체가 기화될 수 있다.For example, when the fourth valve (V 4 ) is open, the steam passing through the
만일, 제4밸브(V4)가 닫혀 있을 경우에는 터빈발전기(31)를 통과한 증기가 터빈발전기(31)와 증기복수기(32) 사이에 형성된 배관을 따라 열교환기(H)로 증기가 유입되어 열교환기(H)에서 작동유체가 기화될 수 있다.If the fourth valve (V 4 ) is closed, the steam that has passed through the turbine generator (31) flows into the heat exchanger (H) along the pipe formed between the turbine generator (31) and the steam recuperator (32). As a result, the working fluid may be vaporized in the heat exchanger (H).
제5밸브(V5)는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 감온기(34)로 유입 또는 차단 여부를 제어하기 위해, 폐열 보일러(30)와 감온기(34) 사이에 배치될 수 있다.The fifth valve (V 5 ) may be disposed between the
예컨대, 제5밸브(V5)가 열려 있을 경우에는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 터빈발전기(31), 감온기(34) 또는 열교환기(H)로 유입될 수 있다.For example, when the fifth valve V 5 is open, the steam generated by the
만일, 제5밸브(V5)가 닫혀 있을 경우에는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 터빈발전기(31)로 유입되어 전기에너지가 생성될 수 있다.If the fifth valve (V 5 ) is closed, steam generated from the
제6밸브(V6)는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 열교환기(H)로 유입 또는 차단 여부를 제어하기 위해, 폐열 보일러(30)와 열교환기(H) 사이에 배치될 수 있다.The sixth valve V 6 may be disposed between the
예컨대, 제6밸브(V6)가 열려 있을 경우에는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 폐열 보일러(30)와 터빈발전기(31) 사이에 위치한 배관을 거쳐 감온기(34) 또는 열교환기(H)로 유입되어 열교환기(H)에서 작동유체가 기화될 수 있다.For example, when the sixth valve (V 6 ) is open, the steam generated from the
만일, 제6밸브(V6)가 닫혀 있을 경우에는 폐열 보일러(30)에서 생성된 증기가 폐열 보일러(30)와 터빈발전기(31) 사이에 위치한 배관을 거쳐 감온기(34)로 유입될 수 있다.If the sixth valve (V 6 ) is closed, the steam generated from the
상기 열교환기(H) 후단에 상기 실시예 1의 ORC 발전시스템(100)이 배치될 수 있다.The ORC
상기 펌프(P1)는 앞서 설명된 실시예 2와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.Since the pump P 1 is the same as the second embodiment described above, a detailed description thereof will be omitted for convenience.
또 다른 터빈발전기(31)의 증기복수기(32) 전단 열을 이용하므로 ORC 발전시스템은 터빈발전기(31, 120)가 2개가 포함됨에 따라 증기복수기(32)나 감온기(34)의 전기 사용량을 크게 줄일 수 있고, 전기에너지를 생산하기에 일석이조의 효과가 있다.Since the
특히, ORC 발전시스템(100)은 기존의 장치에 장착되어 보조적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.In particular, the ORC
<실시예 6><Example 6>
소각로(40)의 폐열 보일러(41)에서 발생되는 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 도 6에 도시된 바와 같이, ORC 발전시스템(100)의 앞에 소각로(40), 폐열 보일러(41), 증기저장조(42), 펌프(43, P1), 열교환기(H)가 배치될 수 있다.The ORC power generation system using the waste heat generated from the
상기 ORC 발전시스템(100)은 앞서 설명된 실시예 1과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.Since the ORC
상기 소각로(40)는 종이, 플라스틱, 나무, 비닐 등의 고체 형태의 폐기물, 음식물쓰레기와 슬러지 등의 수분함유율이 높은 폐기물과, 폐유 등의 폐기물을 태워 없애는 화로가 사용될 수 있다.The
여기서, 소각로(40)는 소각능력이 1일 5t 이하 또는 1시간당 100kg 이하를 소각할 수 있는 소형소각로 또는 소각능력이 1일 50t 이하 또는 1시간당 100kg 이상을 소각할 수 있는 중형소각로가 사용될 수 있고, 바람직하게는 소형소각로가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Here, the
상기 폐열 보일러(41)는 앞서 설명된 실시예 5의 폐열 보일러(30)와 동일하기에 구체적인 설명은 생략한다.Since the
상기 증기저장조(42)는 폐열 보일러(41)에서 생성된 증기가 저장될 수 있다.The
상기 펌프(43)는 증기저장조(42)에 저장된 증기를 열교환기(H)로 공급하기 위해, 증기저장조(42)와 열교환기(H) 사이에 배치될 수 있다.The
상기 열교환기(H)는 증기가 통과됨에 따라 열교환기(H) 내에서 열 교환이 발생되어 작동유체가 기화되고, 열 교환 후에 남은 증기는 대기로 방출될 수 있다.In the heat exchanger (H), heat exchange occurs in the heat exchanger (H) as the steam passes through the heat exchanger (H) to evaporate the working fluid, and the steam remaining after the heat exchange may be released to the atmosphere.
또한, 열교환기(H) 후단에 ORC 발전시스템(100)이 배치되어, 기화된 작동유체에 의해 전기에너지가 생성될 수 있다.In addition, the ORC
상기 펌프(P1)는 앞서 설명된 실시예 2와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.Since the pump P 1 is the same as the second embodiment described above, a detailed description thereof will be omitted for convenience.
소각로(40)의 폐열 보일러(41)에서 발생되는 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 소형소각로에서 발생되는 폐열을 활용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 이점이 있다.The ORC power generation system using the waste heat generated from the
특히, ORC 발전시스템(100)은 기존의 장치에 장착되어 보조적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.In particular, the ORC
<실시예 7><Example 7>
매립가스 소각기의 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 도 7에 도시된 바와 같이, ORC 발전시스템(100)의 앞에 매립가스 소각기(50)가 배치되고, 매립가스 소각기(50)와 ORC 발전시스템(100) 사이에 소화조 온도 조절부(200)가 배치될 수 있다.In the ORC power generation system using waste heat from the landfill gas incinerator, as shown in FIG. 7, a
상기 ORC 발전시스템(100)은 앞서 설명된 실시예 1과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.Since the ORC
상기 매립가스 소각기(50)는 매립가스(LFG)를 소각함에 따라 발생되는 폐열을 이용하여 온수를 생성할 수 있다.The
생성된 온수를 이용하여 ORC 발전시스템(100)의 작동유체를 기화시키기 위해 매립가스 소각기(50)는 온수저장탱크(110) 앞에 배치될 수 있다.The
상기 소화조 온도 조절부(200)는 앞서 설명된 실시예 3과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 편의상 생략하도록 한다.Since the digester
이때, 소화조 온도 조절부(200)는 도 7에 도시된 바와 같이, 열 교환에 의해 온도가 낮아진 온수를 사용하기 위해 매립가스 소각기(50)와 온수저장탱크(110) 사이에 위치한 배관에 연결될 수 있다.At this time, the digester
매립가스 소각기의 폐열을 이용한 ORC 발전시스템은 후단에 소화조 온도 조절부(200)가 포함됨에 따라, 소화조 내의 유기성 폐기물이 소화되기 위한 온도를 일정하게 유지하여, 바이오가스 생산량이 향상될 수 있다.As the ORC power generation system using waste heat from the landfill gas incinerator includes the
또한, ORC 발전시스템(100)은 기존의 장치에 장착되어 보조적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.In addition, the ORC
본 발명은 폐열을 이용한 ORC 발전시스템으로, 바이오가스 엔진발전기, 매립가스 엔진발전기 또는 소각기, 터빈발전기 또는 소형소각로의 보일러에서 발생되는 버려지는 열 자원을 회수하여 전기에너지를 생산할 수 있는 산업상 이용가능한 발명이다.The present invention is an ORC power generation system using waste heat, which can be used industrially to produce electric energy by recovering waste heat resources generated from a biogas engine generator, a landfill gas engine generator or incinerator, a turbine generator, or a boiler of a small incinerator. It is an invention.
Claims (5)
열교환기(H)에 의해 생성된 온수가 온수저장탱크(110)를 통과하여 작동유체를 기화시키고, 제1펌프(P1)에 의해 열 교환에 의해 낮아진 온수를 열교환기(H)로 재공급하거나, 제2펌프(P2)에 의해 저장조(210)로 공급되는 온수저장탱크(110);
온수저장탱크(110)에서 기화된 작동유체에 의해 구동되어 전기에너지가 생성되는 터빈발전기(120);
냉각수가 순환되어 터빈발전기(120)를 통과한 작동유체가 응축되는 응축기(130);
응축기(130)의 작동유체를 응축시키기 위해 냉각수가 생성되거나, 응축기(130)에서 열 교환이 이루어져 온도가 상승된 냉각수를 다시 반입하여 온도를 낮추어 재사용이 가능한 냉각수가 생성되는 냉각탑(140);
응축기(130)에서 액화된 작동유체가 상기 온수저장탱크(110)로 공급되는 펌프(150);
열교환기(H, H')를 통과한 온수를 저장하는 저장조(210);
저장조(210)에 저장된 온수가 30 내지 60℃의 온도범위를 갖기 위해 저장조(210)에 열을 가하는 가온보일러(220);
제3펌프(P3)에 의해 저장조(210)의 온수가 열교환기(H')를 통과하고, 제4펌프(P4)에 의해 유입된 소화조(230)의 소화액이 저장조(210)의 온수에 의해 열 교환으로 인해 소화액의 온도가 향상되며, 온도가 낮아진 온수는 저장조(210)로 유입되고, 온도가 향상된 소화액은 소화조(230)로 유입되는 열교환기(H'); 및
바이오가스 생성을 위해 유기성 폐기물이 분해되어 소화액이 생성되는 소화조(230);를 포함하고,
폐열은 50 내지 600℃의 온도를 갖으며,
작동유체는 암모니아(NH3), 이산화탄소, 수소불화탄소(HFC) 계열 또는 수소불화올레핀(HFO) 계열 중 선택되는 어느 하나의 냉매가 사용되는 것을 특징으로 하는, 미활용 폐열을 이용한 ORC 발전시스템.The water circulating in the heat exchanger (H) is heated by the unused waste heat generated from the biogas generator to generate hot water and supply it to the hot water storage tank 110, or the heat exchanger (H) in which waste heat remaining after heat exchange is released to the atmosphere. );
Hot water generated by the heat exchanger (H) passes through the hot water storage tank 110 to vaporize the working fluid, and the hot water lowered by heat exchange by the first pump (P 1 ) is resupplied to the heat exchanger (H). Or, the hot water storage tank 110 supplied to the storage tank 210 by the second pump (P 2 );
A turbine generator 120 that is driven by the working fluid vaporized in the hot water storage tank 110 to generate electric energy;
A condenser 130 in which the coolant is circulated and the working fluid that has passed through the turbine generator 120 is condensed;
A cooling tower 140 in which cooling water is generated to condense the working fluid of the condenser 130, or cooling water that is reusable by lowering the temperature by bringing in the cooling water whose temperature has risen due to heat exchange in the condenser 130 again to generate reusable cooling water;
A pump 150 for supplying the working fluid liquefied in the condenser 130 to the hot water storage tank 110;
A storage tank 210 for storing hot water that has passed through the heat exchangers H and H';
A heating boiler 220 that applies heat to the storage tank 210 so that the hot water stored in the storage tank 210 has a temperature range of 30 to 60°C;
The hot water in the storage tank 210 passes through the heat exchanger (H') by the third pump (P 3 ), and the digestive liquid of the digester tank 230 introduced by the fourth pump (P 4 ) is hot water in the storage tank 210 The temperature of the extinguishing liquid is increased due to heat exchange by the heat exchanger (H') in which the temperature of the extinguishing liquid is increased, the hot water having the lowered temperature is introduced into the storage tank 210, and the extinguishing liquid having the improved temperature is introduced into the digester 230; And
Including; a digester 230 in which the organic waste is decomposed to generate a digestive liquid to generate biogas,
Waste heat has a temperature of 50 to 600 ℃,
The working fluid is an ORC power generation system using unused waste heat, characterized in that any one refrigerant selected from ammonia (NH 3 ), carbon dioxide, hydrogen fluorocarbon (HFC) series or hydrogen fluoroolefin (HFO) series is used.
냉각수는 25 내지 45℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는, 미활용 폐열을 이용한 ORC 발전시스템.The method according to claim 1,
The cooling water is characterized in that it has a temperature of 25 to 45 ℃, ORC power generation system using unused waste heat.
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