KR102651901B1 - Exhaust Gas Heat Recovery System And Method For Ship - Google Patents
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Abstract
선박의 배기 폐열 회수 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 배기 폐열 회수 시스템은, 선박에 마련되며 고유황유 및 저유황유를 선택적으로 연료로 공급받을 수 있는 엔진; 상기 엔진으로부터 배출되는 배기를 열원으로 스팀을 생산해 선내의 스팀 소비처로 공급하는 폐열회수부; 상기 폐열회수부 및 스팀 소비처를 거쳐 상기 스팀이 순환되는 스팀순환라인; 및 상기 스팀순환라인에 마련되어 상기 스팀 소비처에서 사용 후 배출되는 스팀이 응축되는 컨덴서;를 포함하되, 상기 폐열회수부는 상기 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 고압 또는 저압 스팀 모드로 작동되어 폐열 회수량이 조절되는 것을 특징으로 한다.A ship's exhaust waste heat recovery system and method are disclosed. The ship's exhaust waste heat recovery system of the present invention includes an engine provided on a ship and capable of selectively receiving high-sulfur oil and low-sulfur oil as fuel; a waste heat recovery unit that produces steam using exhaust discharged from the engine as a heat source and supplies it to steam consumers within the ship; A steam circulation line through which the steam is circulated through the waste heat recovery unit and the steam consumer; and a condenser provided in the steam circulation line to condense the steam discharged after use from the steam consumer, wherein the waste heat recovery unit operates in a high-pressure or low-pressure steam mode depending on the fuel supply mode in which high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine. It is characterized in that the amount of waste heat recovery is controlled by operating.
Description
본 발명은 선박의 배기 폐열 회수 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진으로부터 배출되는 배기를 열원으로 스팀을 생산해 선내의 스팀 소비처로 공급하되, 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 고압 또는 저압 스팀 모드로 작동시켜 스팀 생성량 및 폐열 회수량을 조절하도록 하는 선박의 배기 폐열 회수 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for recovering exhaust waste heat from a ship. More specifically, the present invention relates to a system and method for recovering exhaust waste heat from a ship, and more specifically, to produce steam using the exhaust discharged from the engine as a heat source and supply it to steam consumers within the ship, where high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine. It relates to a ship's exhaust waste heat recovery system and method that operates in high-pressure or low-pressure steam mode depending on the mode to control the amount of steam generation and waste heat recovery.
최근 선박에서 각종 엔진의 연료로서 종래 사용하고 있는 중유, MDO(Marine Diesel Oil) 등을 연소시킬 경우 배기가스에 포함된 각종 유해물질로 인한 환경오염의 심각성이 대두되어, 중유 등의 오일을 연료로서 사용하는 선박의 각종 엔진에 대한 규제가 강화되고 있다. Recently, when burning heavy oil, MDO (Marine Diesel Oil), etc., which are conventionally used as fuel for various engines on ships, the seriousness of environmental pollution due to various harmful substances contained in the exhaust gas has emerged, so oils such as heavy oil are used as fuel. Regulations on various engines used on ships are being strengthened.
일반적으로, 선박에서 배출되는 배기가스 성분 중 UN 산하 국제 해사 기구(International Maritime Organization, IMO)의 규제를 받는 것은 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이고, EU(European Union), CARB(California Air Resources Board) 등 각 기관 및 단체에서도 황산화물(SOx) 배출에 제한을 두고 있다. 1973년 작성되고 1978년 수정, 보완하여 작성된 해양오염 방지협약(MARPOL 1973/1978; The Prevention of Marine Pollution from Ships) 의정서도 발효되어 있다.In general, among the exhaust gas components emitted from ships, nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) are regulated by the International Maritime Organization (IMO) under the UN, the European Union (EU), and California (CARB). Each agency and organization, including the Air Resources Board, also places limits on sulfur oxide (SOx) emissions. The Protocol to the Prevention of Marine Pollution (MARPOL 1973/1978; The Prevention of Marine Pollution from Ships), written in 1973 and revised and supplemented in 1978, is also in effect.
일부 기관 및 단체에서 규정하는 황산화물 배출 통제지역 내에서 운항하는 선박은 적용시기에 따라 황 함유량 최대 0.1% 이하의 저유황 연료유 (Low Sulphur Marine Gas Oil)의 사용을 의무화하고 있고, 2020년 발효되는 IMO의 선박 황산화물 배출규제(Global Sulphur Cap 2020)에서는 선박 연료의 황산화물 함유기준이 기존 3.5%에서 0.5%로 강화된다. Vessels operating within sulfur oxide emission control areas stipulated by some agencies and organizations are required to use low sulfur fuel oil (Low Sulfur Marine Gas Oil) with a sulfur content of up to 0.1% depending on the application period, and takes effect in 2020. In the IMO's ship sulfur oxide emission regulations (Global Sulfur Cap 2020), the sulfur oxide content standard for ship fuel will be strengthened from the existing 3.5% to 0.5%.
황산화물 배출 통제지역의 항해가 예정되는 선박들은 저유황유를 저장하기 위한 저유황유 연료 탱크와 중유를 저장하기 위한 중유 벙크 탱크를 구비하고, 황산화물 배출 통제지역 운항 시에는 저유황유를 사용하고, 통제지역을 벗어나면 중유 등 고유황유를 사용하고 있다.Vessels scheduled to sail in sulfur oxide emission control areas are equipped with low-sulfur oil fuel tanks to store low-sulfur oil and heavy oil bunk tanks to store heavy oil, and when sailing in sulfur oxide emission control areas, low-sulfur oil is used and controlled. Outside the region, high-sulfur oil such as heavy oil is used.
배기가스 중에 포함되는 SO2는 황산(H2SO4)으로 응축되면서 금속을 부식시키는 황산노점부식(Sulfuric Acid Dew Point Corrosion)현상을 일으키게 되며, 배기가스 폐열을 이용하여 열교환기를 설치하는 경우 장치의 금속 표면 온도가 노점 이하가 되기 쉬워 현저하게 부식이 진행될 수 있는데, 이를 저온부식이라고 한다. 저유황유를 사용하는 경우 엔진에서 배출되는 배기가스 내 황 함유량도 낮아져 저온부식 가능성이 낮아지고, 고유황유는 저온부식 가능성이 높다.SO 2 contained in exhaust gas condenses into sulfuric acid (H 2 SO 4 ), causing sulfuric acid dew point corrosion, which corrodes metals. When installing a heat exchanger using exhaust gas waste heat, the device's When the metal surface temperature easily falls below the dew point, corrosion can occur significantly, which is called low-temperature corrosion. When low-sulfur oil is used, the sulfur content in the exhaust gas emitted from the engine is lowered, lowering the possibility of low-temperature corrosion, and high-sulfur oil has a high possibility of low-temperature corrosion.
한편, 선내에는 열원 공급이 필요한 장치들이 다수 있고, 이들 장치로 열원 공급을 위해 스팀이 공급될 수 있다. Meanwhile, there are many devices on board that require a heat source supply, and steam can be supplied to these devices to supply a heat source.
본 발명은 선박에서 고유황유 및 저유황유 사용조건에 맞추어 배기가스 폐열을 회수하여 선내에 필요한 스팀을 최대한 공급할 수 있는 폐열 회수 시스템을 제공하고자 한다. The present invention seeks to provide a waste heat recovery system that can recover exhaust gas waste heat in accordance with the conditions of use of high-sulfur oil and low-sulfur oil in ships and maximize the supply of steam required within the ship.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되며 고유황유 및 저유황유를 선택적으로 연료로 공급받을 수 있는 엔진;According to one aspect of the present invention for solving the above-described problem, an engine provided on a ship and capable of selectively receiving high-sulfur oil and low-sulfur oil as fuel;
상기 엔진으로부터 배출되는 배기를 열원으로 스팀을 생산해 선내의 스팀 소비처로 공급하는 폐열회수부;a waste heat recovery unit that produces steam using exhaust discharged from the engine as a heat source and supplies it to steam consumers within the ship;
상기 폐열회수부 및 스팀 소비처를 거쳐 상기 스팀이 순환되는 스팀순환라인; 및A steam circulation line through which the steam is circulated through the waste heat recovery unit and the steam consumer; and
상기 스팀순환라인에 마련되어 상기 스팀 소비처에서 사용 후 배출되는 스팀이 응축되는 컨덴서;를 포함하되, A condenser provided in the steam circulation line to condense steam discharged from the steam consumer after use,
상기 폐열회수부는 상기 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 고압 또는 저압 스팀 모드로 작동되어 폐열 회수량이 조절되는 것을 특징으로 하는 선박의 배기 폐열 회수 시스템이 제공된다. The waste heat recovery unit operates in high-pressure or low-pressure steam mode depending on the fuel supply mode in which high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine, thereby adjusting the amount of waste heat recovery.
바람직하게는, 상기 스팀순환라인으로부터 상기 폐열회수부 후단에서 분기되며 상기 스팀 소비처를 바이패스하여 상기 컨덴서로 연결되는 덤프 라인; 상기 덤프 라인에 마련되는 스팀 덤프 밸브; 및 상기 폐열회수부에 마련되어 배기의 폐열을 열원으로 생산되어 상기 스팀 소비처로 공급될 스팀을 수용하는 스팀 드럼;을 더 포함하되, 상기 스팀 덤프 밸브 및 스팀 드럼은 상기 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 각각 고압 또는 저압 모드로 작동되도록 듀얼 세팅될 수 있다. Preferably, a dump line branches off from the steam circulation line at a rear end of the waste heat recovery unit, bypasses the steam consumer, and connects to the condenser; A steam dump valve provided in the dump line; And a steam drum provided in the waste heat recovery unit to receive steam produced from waste heat of exhaust as a heat source to be supplied to the steam consumer, wherein the steam dump valve and the steam drum allow high-sulfur oil or low-sulfur oil to be supplied to the engine. Depending on the fuel supply mode, it can be dual-set to operate in either high-pressure or low-pressure mode.
바람직하게는, 상기 엔진으로 고유황유 및 저유황유의 연료가 공급되는 연료공급라인; 상기 연료공급라인으로 상기 고유황유가 공급되는 HSFO 라인; 상기 연료공급라인으로 상기 저유황유가 공급되는 LSFO 라인; 및 상기 연료공급라인으로 상기 HSFO 라인 및 LSFO 라인이 연결되는 지점에 마련되어 상기 HSFO 라인 및 LSFO 라인을 개폐하는 삼방향 밸브;를 더 포함할 수 있다. Preferably, a fuel supply line through which fuel of high-sulfur oil and low-sulfur oil is supplied to the engine; HSFO line through which the high sulfur oil is supplied to the fuel supply line; an LSFO line through which the low-sulfur oil is supplied to the fuel supply line; and a three-way valve provided at a point where the HSFO line and the LSFO line are connected to the fuel supply line to open and close the HSFO line and the LSFO line.
바람직하게는, 상기 스팀순환라인에 마련되어 상기 컨덴서에서 응축된 물이 공급되는 캐스케이드 탱크; 및 상기 스팀순환라인에 마련되며 상기 캐스케이드 탱크로부터 물을 상기 폐열회수부로 공급하는 공급펌프;를 더 포함할 수 있다. Preferably, a cascade tank provided in the steam circulation line to supply water condensed in the condenser; and a supply pump provided in the steam circulation line and supplying water from the cascade tank to the waste heat recovery unit.
바람직하게는 상기 폐열회수부는, 상기 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 가열하는 보조 보일러부; 상기 보조 보일러부로부터 가열된 물을 공급받아 상기 엔진의 배기 폐열로 추가 가열하는 이코노마이저; 및 상기 보조 보일러부로부터 상기 이코노마이저로 물을 공급하는 순환펌프;를 포함하고, 상기 이코노마이저로부터 배기 폐열로 추가 가열된 물은 상기 보조 보일러부에 마련되는 스팀 드럼으로 공급될 수 있다. Preferably, the waste heat recovery unit includes an auxiliary boiler unit that receives water supplied from the supply pump and heats it; an economizer that receives heated water from the auxiliary boiler unit and additionally heats it using exhaust waste heat from the engine; and a circulation pump that supplies water from the auxiliary boiler unit to the economizer, wherein water additionally heated with exhaust waste heat from the economizer may be supplied to a steam drum provided in the auxiliary boiler unit.
바람직하게는 상기 폐열회수부는, 상기 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 가열하여 스팀을 생성하는 보조 보일러부; 및 상기 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 상기 엔진의 배기 폐열로 가열하여 스팀을 생성하는 배기 보일러부;를 포함하며, Preferably, the waste heat recovery unit includes an auxiliary boiler unit that receives water supplied from the supply pump and heats it to generate steam; And an exhaust boiler unit that receives water supplied from the supply pump and heats it with exhaust waste heat of the engine to generate steam,
상기 스팀 드럼은 상기 배기 보일러부에 마련될 수 있다. The steam drum may be provided in the exhaust boiler unit.
바람직하게는, 상기 엔진의 상류에 마련되어 상기 엔진으로 공급될 상기 고유황유 또는 저유황유를 가열하는 연료공급부;를 더 포함하고 상기 폐열회수부에서 생성된 스팀은 상기 연료공급부로 공급될 수 있다.Preferably, it further includes a fuel supply unit provided upstream of the engine to heat the high-sulfur oil or low-sulfur oil to be supplied to the engine, and steam generated in the waste heat recovery unit may be supplied to the fuel supply unit.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 선박의 엔진으로 고유황유 및 저유황유를 선택적으로 연료로 공급하는 단계; According to another aspect of the present invention, 1) selectively supplying high-sulfur oil and low-sulfur oil as fuel to a ship's engine;
2) 상기 엔진으로부터 배출되는 배기를 열원으로 물을 가열하여 스팀을 생산해 선내의 스팀 소비처로 공급하는 단계; 및 2) producing steam by heating water using the exhaust discharged from the engine as a heat source and supplying it to steam consumers within the ship; and
3) 상기 스팀 소비처에서 배출되는 상기 스팀을 응축시켜 상기 단계 2)로 순환시키는 단계; 를 포함하되, 3) condensing the steam discharged from the steam consumer and circulating it to step 2); Including,
상기 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 고압 또는 저압 스팀 모드로 작동되어 스팀 생성량 및 폐열 회수량이 조절되는 것을 특징으로 하는 선박의 배기 폐열 회수 방법이 제공된다. A method of recovering exhaust waste heat from a ship is provided, wherein the engine is operated in high-pressure or low-pressure steam mode depending on the fuel supply mode in which high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine, thereby controlling the amount of steam generation and waste heat recovery.
바람직하게는, 상기 단계 2)에서 생성된 스팀이 상기 스팀 소비처로 공급되기 전 수용하는 스팀 드럼은 상기 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 각각 고압 또는 저압 모드로 작동되도록 듀얼 세팅될 수 있다. Preferably, the steam drum that receives the steam generated in step 2) before being supplied to the steam consumer is dual configured to operate in high-pressure or low-pressure mode, respectively, depending on the fuel supply mode in which high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine. It can be set.
본 발명의 폐열 회수 시스템 및 방법에서는 선내 엔진으로의 고유황유 및 저유황유의 연료공급이 따라 폐열회수부를 고압 또는 저압 스팀 모드로 작동되도록 듀얼 세팅하여 스팀 생성량 및 폐열 회수량을 조절함으로써, 연료공급조건에 따라 최대한으로 배기가스 폐열을 회수하여 스팀을 생성해 선내 소비처에 공급할 수 있고, 장치의 저온부식을 방지할 수 있다. In the waste heat recovery system and method of the present invention, the waste heat recovery unit is dual-set to operate in high-pressure or low-pressure steam mode according to the fuel supply of high-sulfur oil and low-sulfur oil to the onboard engine, thereby controlling the amount of steam generation and waste heat recovery, thereby adjusting the fuel supply conditions. Accordingly, exhaust gas waste heat can be recovered as much as possible to generate steam and supplied to consumers on board, and low-temperature corrosion of the equipment can be prevented.
또한, 배기가스 폐열을 회수하여 스팀을 생성해 선내 스팀 소비처에 필요한 스팀을 확보함으로써 보조 보일러 등 스팀 생성을 위해 다른 장치를 가동하기 위한 연료 소모를 줄일 수 있어, 선박의 에너지 효율을 높이고 선박 운용 비용을 절감할 수 있다. In addition, by recovering exhaust gas waste heat to generate steam and securing the steam needed for steam consumers on board, fuel consumption for operating other devices for steam generation, such as auxiliary boilers, can be reduced, increasing the ship's energy efficiency and ship operating costs. can save.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 배기 폐열 회수 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 배기 폐열 회수 시스템을 개략적으로 도시한다. 1 schematically shows a ship's exhaust waste heat recovery system according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 schematically shows a ship's exhaust waste heat recovery system according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objectives achieved by practicing the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Here, in adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are indicated with the same reference numerals as much as possible, even if they are shown in different drawings.
후술하는 본 발명의 실시예들에서 선박은, 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 저유황유 및 고유황유 등 연료유를 단독으로 사용하거나 LNG 등 다른 연료와 함께 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 연료유를 사용하는 기관을 마련되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LPG 운반선, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.In the embodiments of the present invention described later, ships are installed with engines that can use fuel oil such as low-sulfur oil and high-sulfur oil alone as fuel for propulsion engines or fuel for power generation engines, or can be used together with other fuels such as LNG. It can be any type of ship equipped with engines that use fuel oil. Representative examples include ships with self-propelled capabilities such as LPG carriers, LNG carriers, liquid hydrogen carriers, and LNG RVs (Regasification Vessels), as well as LNG FPSOs (Floating Production Storage Offloading) and LNG FSRUs (Floating Storage Regasification Units). Marine structures that do not have propulsion capabilities but are floating in the sea may also be included.
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 배기 폐열 회수 시스템을, 도 2에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 배기 폐열 회수 시스템을 각각 개략적으로 도시하였다. Figure 1 schematically shows a ship's exhaust waste heat recovery system according to a first embodiment of the present invention, and Figure 2 schematically shows a ship's exhaust waste heat recovery system according to a second embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 배기 폐열 회수 시스템은, 선박에 마련되며 고유황유 및 저유황유를 선택적으로 연료로 공급받을 수 있는 엔진(E), 엔진으로부터 배출되는 배기를 열원으로 스팀을 생산해 선내의 스팀 소비처로 공급하는 폐열회수부(100A), 폐열회수부 및 스팀 소비처(200)를 거쳐 스팀이 순환되는 스팀순환라인(SL)이 마련되고, 스팀순환라인에는 스팀 소비처에서 사용 후 배출되는 스팀이 응축되는 컨덴서(300)와, 컨덴서에서 응축된 물이 공급되는 캐스케이드 탱크(400)와, 캐스케이드 탱크로부터 물을 폐열회수부로 공급하여 순환시키는 공급펌프(500) 등의 장치가 마련된다.As shown in FIG. 1, the ship's exhaust waste heat recovery system according to the first embodiment of the present invention is provided on the ship and includes an engine (E) capable of selectively receiving high-sulfur oil and low-sulfur oil as fuel, and exhaust from the engine. A waste heat recovery unit (100A) that produces steam using the exhaust exhaust as a heat source and supplies it to steam consumers on board, and a steam circulation line (SL) in which steam is circulated through the waste heat recovery unit and steam consumer (200), are provided, and a steam circulation line (SL) is provided. There is a
폐열회수부(100A)는, 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 가열하는 보조 보일러부(110a)와, 보조 보일러부로부터 가열된 물을 공급받아 엔진의 배기 폐열로 추가 가열하는 이코노마이저(120a)와, 보조 보일러부로부터 이코노마이저로 물을 공급하는 순환펌프(130)를 포함하여 구성된다. 이코노마이저로부터 배기 폐열로 추가 가열된 물은 보조 보일러부에 마련되는 스팀 드럼(미도시)으로 공급될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 폐열회수부에 배기 폐열을 회수하기 위해 이코노마이저를 설치하며, 이코노마이저에는 별도의 스팀 드럼이 설치되지 않으므로 보조 보일러부의 스팀 드럼이 활용된다. 보조 보일러부(110a)로부터 순환펌프(130) 및 이코노마이저(120a)를 거쳐 보조 보일러부로 연결되는 순환라인(CL)을 따라 물이 순환한다. The waste heat recovery unit (100A) includes an auxiliary boiler unit (110a) that receives and heats water supplied from the supply pump, an economizer (120a) that receives heated water from the auxiliary boiler unit and further heats it with the exhaust waste heat of the engine, and , and includes a
고유황유 및 저유황유의 연료를 엔진으로 공급하기 위한 연료공급라인(FL)이 엔진으로 연결되며, 연료공급라인의 상류에는 연료공급라인으로 고유황유가 공급되는 HSFO 라인(HSL)과 저유황유가 공급되는 LSFO 라인(LSL)이 연결된다. 연료공급라인으로 HSFO 라인 및 LSFO 라인이 연결되는 지점에 HSFO 라인 및 LSFO 라인을 개폐하는 삼방향 밸브(TV)가 마련되어, 삼방향 밸브의 개폐에 따라 연료공급라인을 통해 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급된다. The fuel supply line (FL) for supplying high-sulfur oil and low-sulfur oil fuel to the engine is connected to the engine, and upstream of the fuel supply line, the HSFO line (HSL), which supplies high-sulfur oil to the fuel supply line, and low-sulfur oil are supplied. The LSFO line (LSL) is connected. At the point where the HSFO line and LSFO line are connected to the fuel supply line, a three-way valve (TV) is provided to open and close the HSFO line and LSFO line. Depending on the opening and closing of the three-way valve, high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine through the fuel supply line. Oil is supplied.
본 실시예에서 폐열회수부는 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 고압 또는 저압 스팀 모드로 작동되어 폐열 회수량이 조절되는 것을 특징으로 한다. In this embodiment, the waste heat recovery unit operates in high-pressure or low-pressure steam mode depending on the fuel supply mode in which high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine, thereby controlling the amount of waste heat recovery.
이를 위해 스팀순환라인으로부터 폐열회수부 후단에서 스팀 소비처를 바이패스하여 컨덴서로 연결되는 덤프 라인(DL)이 분기되어 마련되며, 덤프 라인에는 스팀 덤프 밸브(DV)가 마련되어 덤프 라인을 개폐한다. 폐열회수부(100A)에는 배기의 폐열을 열원으로 생산되어 스팀 소비처로 공급될 스팀을 수용하는 스팀 드럼(미도시)이 마련된다. 스팀 덤프 밸브 및 스팀 드럼은 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 각각 고압 또는 저압 모드로 작동되도록 듀얼 세팅된다. For this purpose, a dump line (DL) is branched from the steam circulation line to the rear end of the waste heat recovery unit, bypassing the steam consumer and connected to the condenser, and a steam dump valve (DV) is provided on the dump line to open and close the dump line. The waste
고유황유는 저유황유에 비해 점도(Viscosity)가 높다. 연료유는 통상 가열하여 엔진에서 필요한 점도로 공급하게 되는데, 연료유의 가열은 증기, 즉 스팀으로 할 수 있다.High-sulfur oil has a higher viscosity than low-sulfur oil. Fuel oil is usually heated and supplied to the engine at the required viscosity, and heating of fuel oil can be done with steam.
이를 위해 본 실시예에서 엔진의 상류에는 엔진으로 공급될 고유황유 또는 저유황유를 가열하는 연료공급부(미도시)가 추가로 마련될 수 있고, 폐열회수부에서 생성된 스팀이 연료유 가열을 위한 열원으로 연료공급부로 공급될 수 있다.For this purpose, in this embodiment, a fuel supply unit (not shown) may be additionally provided upstream of the engine to heat high-sulfur oil or low-sulfur oil to be supplied to the engine, and steam generated in the waste heat recovery unit may be provided as a heat source for heating fuel oil. It can be supplied to the fuel supply section.
특히 점도가 낮은 저유황유는 고유황유에 비해 연료 가열 온도가 낮으므로, 점도가 낮은 저유황유를 엔진 연료로 공급하면 연료유 가열에 필요한 스팀의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 저유황유가 엔진 연료로 공급되면 배기가스 내 황 성분 함유량이 낮아져 저온 부식이 발생할 가능성이 낮아지므로 배기가스 열 회수 시 온도 제한이 완화된다. In particular, low-sulfur oil with low viscosity has a lower fuel heating temperature than high-sulfur oil, so supplying low-sulfur oil with low viscosity as engine fuel can lower the temperature of the steam required for heating fuel oil. In addition, when low-sulfur oil is supplied as engine fuel, the sulfur content in the exhaust gas is lowered, lowering the possibility of low-temperature corrosion occurring, and thus the temperature limit during exhaust gas heat recovery is relaxed.
따라서 본 실시예에서는 이러한 점을 고려하여, 엔진의 고유황유 또는 저유황유의 연료공급모드에 따라 스팀 덤프 밸브 및 스팀 드럼 등 장치를 스팀 압력 설정을 각각 고압 또는 저압 모드로 작동되도록 듀얼 세팅하여 폐열 회수량을 조절하고 연료 조건에 따라 최대한 스팀을 생산할 수 있도록 한다. Therefore, in this embodiment, taking this into consideration, the steam pressure settings of devices such as steam dump valves and steam drums are dual-set to operate in high-pressure or low-pressure mode, respectively, depending on the fuel supply mode of high-sulfur oil or low-sulfur oil of the engine, so that waste heat recovery is achieved. Adjust the quantity and produce as much steam as possible depending on fuel conditions.
구체적으로 살펴보면, 엔진의 HSFO(High Sulfur Fuel Oil) 모드에서는 삼방향 밸브(TV)로 HSFO 라인(HSL)을 개방하여 연료공급라인(FL)을 통해 엔진으로 고유황유가 공급되도록 한다. 이때 스팀 시스템은 고압 모드로 작동하도록 하여 스팀 드럼 및 스팀 덤프 밸브 모두 고압 모드로 작동시킨다. 고압 모드로 설정시 스팀의 유속이 빨라지며 이코노마이저에서는 배기가스로부터 폐열 회수량이 적어진다. Specifically, in the engine's HSFO (High Sulfur Fuel Oil) mode, the HSFO line (HSL) is opened using a three-way valve (TV) to allow high sulfur oil to be supplied to the engine through the fuel supply line (FL). At this time, the steam system is operated in high pressure mode, so that both the steam drum and steam dump valve are operated in high pressure mode. When set to high pressure mode, the steam flow rate increases and the amount of waste heat recovered from the exhaust gas in the economizer decreases.
엔진의 LSFO(Low Sulfur Fuel Oil) 모드에서는 삼방향 밸브(TV)로 LSFO 라인(LSL)을 개방하여 연료공급라인(FL)을 통해 엔진으로 저유황유가 공급되고, 스팀 시스템은 저압 모드로 작동시켜 스팀 드럼 및 스팀 덤프 밸브 모두 저압 모드로 작동시킨다. 저압 모드로 설정시 스팀의 유속이 느려지며 이코노마이저에서는 배기가스로부터 폐열 회수량이 많아져, 보다 많은 스팀을 생성하게 된다. In the engine's LSFO (Low Sulfur Fuel Oil) mode, the LSFO line (LSL) is opened with a three-way valve (TV), low-sulfur oil is supplied to the engine through the fuel supply line (FL), and the steam system is operated in low pressure mode. Both the steam drum and steam dump valve are operated in low pressure mode. When set to low-pressure mode, the flow rate of steam slows down, and the amount of waste heat recovered from the exhaust gas increases in the economizer, producing more steam.
본 실시예에서 선박에 마련되는 엔진은 고유황유 및 저유황유의 연료유만을 연료로 공급받는 엔진일 수도 있고, 연료유와 LNG를 연료로 공급받을 수 있는 DF(Dual Fuel) 엔진일 수도 있다. DF 엔진이 마련된 선박에 본 실시예가 적용되는 경우에, Fuel Gas 모드에서 스팀 시스템 압력을 조절하여 폐열회수부에서의 스팀 생성량을 조절할 수 있다. In this embodiment, the engine provided on the ship may be an engine supplied only with high-sulfur oil and low-sulfur fuel oil, or it may be a DF (Dual Fuel) engine supplied with fuel oil and LNG as fuel. When this embodiment is applied to a ship equipped with a DF engine, the amount of steam generated in the waste heat recovery unit can be adjusted by adjusting the steam system pressure in Fuel Gas mode.
이상과 같이 연료공급모드에 따라 스팀 시스템의 압력을 듀얼 세팅하여 연료 공급 조건에 따라 폐열 회수량 및 스팀 생성량을 최대로 확보하고, 보조 보일러 등의 운전을 줄여 별도의 에너지 사용을 줄일 수 있다. As described above, by dual setting the pressure of the steam system according to the fuel supply mode, the amount of waste heat recovery and steam generation can be maximized according to the fuel supply conditions, and the use of separate energy can be reduced by reducing the operation of auxiliary boilers, etc.
도 2에 도시된 바와 같이 제2 실시예의 시스템에서 폐열회수부(100B)는, 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 가열하여 스팀을 생성하는 보조 보일러부(110b)와, 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 엔진의 배기 폐열로 가열하여 스팀을 생성하는 배기 보일러부(120b)를 포함하되, 전술한 제1 실시예와 달리 스팀 드럼(미도시)은 배기 보일러부에 마련된다. As shown in FIG. 2, in the system of the second embodiment, the waste
도 2에 도시된 바와 같이 폐열회수부에 배기 폐열 회수를 위해 배기 보일러부를 설치하는 경우에는, 공급펌프 하류에서 스팀순환라인(SL)을 제1 라인(SL1)과 제2 라인(SL2)으로 분기하여 보조 보일러부와 배기 보일러부로 스팀 생성을 위한 물이 공급될 수 있도록 한다. As shown in FIG. 2, when installing an exhaust boiler unit to recover exhaust waste heat in the waste heat recovery unit, the steam circulation line (SL) branches downstream of the supply pump into a first line (SL1) and a second line (SL2). This ensures that water for steam generation can be supplied to the auxiliary boiler unit and the exhaust boiler unit.
배기 보일러부(120b)에서는 공급받은 물로부터 엔진의 배기 폐열을 이용하여 직접 스팀을 생성하여 선내 스팀 소비처로 공급할 수 있다. The
다른 구성들은 전술한 제1 실시예와 유사하므로 중복된 설명은 생략한다. Since other configurations are similar to the above-described first embodiment, redundant description will be omitted.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다. It is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and that it can be implemented with various modifications or variations without departing from the technical gist of the present invention. It was done.
E: 엔진
100A, 100B: 폐열회수부
110a, 110b: 보조 보일러부
120a: 이코노마이저
120b: 배기 보일러부
130: 순환펌프
200: 스팀 소비처
300: 컨덴서
400: 캐스케이드 탱크
500: 공급펌프
SL: 스팀순환라인
DL: 덤프 라인
FL: 연료공급라인
HSL: HSFO 라인
LSL: LSFO 라인
DV: 스팀 덤프 밸브
TV: 삼방향 밸브E: engine
100A, 100B: Waste heat recovery unit
110a, 110b: Auxiliary boiler unit
120a: Economizer
120b: exhaust boiler unit
130: Circulation pump
200: Steam consumer
300: Condenser
400: Cascade tank
500: Supply pump
SL: Steam circulation line
DL: dump line
FL: Fuel supply line
HSL: HSFO line
LSL: LSFO line
DV: Steam dump valve
TV: three-way valve
Claims (9)
상기 엔진으로부터 배출되는 배기를 열원으로 스팀을 생산해 선내의 스팀 소비처로 공급하는 폐열회수부;
상기 폐열회수부 및 스팀 소비처를 거쳐 상기 스팀이 순환되는 스팀순환라인;
상기 스팀순환라인에 마련되어 상기 스팀 소비처에서 사용 후 배출되는 스팀이 응축되는 컨덴서;
상기 스팀순환라인으로부터 상기 폐열회수부 후단에서 분기되며 상기 스팀 소비처를 바이패스하여 상기 컨덴서로 연결되는 덤프 라인;
상기 덤프 라인에 마련되는 스팀 덤프 밸브; 및
상기 폐열회수부에 마련되어 배기의 폐열을 열원으로 생산되어 상기 스팀 소비처로 공급될 스팀을 수용하는 스팀 드럼;을 포함하되,
상기 폐열회수부는 상기 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 고압 또는 저압 스팀 모드로 작동되어 폐열 회수량이 조절되고,
상기 스팀 덤프 밸브 및 스팀 드럼은 상기 엔진으로 고유황유 또는 저유황유가 공급되는 연료공급모드에 따라 각각 고압 또는 저압 모드로 작동되도록 듀얼 세팅되는 것을 특징으로 하는 선박의 배기 폐열 회수 시스템. An engine installed on a ship that can selectively receive high-sulfur oil and low-sulfur oil as fuel;
a waste heat recovery unit that produces steam using exhaust discharged from the engine as a heat source and supplies it to steam consumers within the ship;
A steam circulation line through which the steam is circulated through the waste heat recovery unit and the steam consumer;
A condenser provided in the steam circulation line to condense steam discharged from the steam consumer after use;
a dump line branching from the steam circulation line at a rear end of the waste heat recovery unit, bypassing the steam consumer, and connected to the condenser;
A steam dump valve provided in the dump line; and
A steam drum provided in the waste heat recovery unit to accommodate steam produced from exhaust waste heat as a heat source and supplied to the steam consumer,
The waste heat recovery unit operates in high-pressure or low-pressure steam mode depending on the fuel supply mode in which high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine to adjust the amount of waste heat recovery,
The steam dump valve and steam drum are dual-set to operate in high-pressure or low-pressure mode, respectively, depending on the fuel supply mode in which high-sulfur oil or low-sulfur oil is supplied to the engine.
상기 엔진으로 고유황유 및 저유황유의 연료가 공급되는 연료공급라인;
상기 연료공급라인으로 상기 고유황유가 공급되는 HSFO 라인;
상기 연료공급라인으로 상기 저유황유가 공급되는 LSFO 라인; 및
상기 연료공급라인으로 상기 HSFO 라인 및 LSFO 라인이 연결되는 지점에 마련되어 상기 HSFO 라인 및 LSFO 라인을 개폐하는 삼방향 밸브; 를 더 포함하는 선박의 배기 폐열 회수 시스템. According to clause 1,
A fuel supply line through which fuel of high-sulfur oil and low-sulfur oil is supplied to the engine;
HSFO line through which the high sulfur oil is supplied to the fuel supply line;
an LSFO line through which the low-sulfur oil is supplied to the fuel supply line; and
a three-way valve provided at a point where the HSFO line and the LSFO line are connected to the fuel supply line to open and close the HSFO line and the LSFO line; A ship's exhaust waste heat recovery system further comprising:
상기 스팀순환라인에 마련되어 상기 컨덴서에서 응축된 물이 공급되는 캐스케이드 탱크; 및
상기 스팀순환라인에 마련되며 상기 캐스케이드 탱크로부터 물을 상기 폐열회수부로 공급하는 공급펌프;를 더 포함하는 선박의 배기 폐열 회수 시스템. According to clause 1,
a cascade tank provided in the steam circulation line to which water condensed in the condenser is supplied; and
A supply pump provided in the steam circulation line and supplying water from the cascade tank to the waste heat recovery unit.
상기 폐열회수부는, 상기 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 가열하는 보조 보일러부; 상기 보조 보일러부로부터 가열된 물을 공급받아 상기 엔진의 배기 폐열로 추가 가열하는 이코노마이저; 및 상기 보조 보일러부로부터 상기 이코노마이저로 물을 공급하는 순환펌프;를 포함하고,
상기 이코노마이저로부터 배기 폐열로 추가 가열된 물은 상기 보조 보일러부에 마련되는 스팀 드럼으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 배기 폐열 회수 시스템. According to clause 4,
The waste heat recovery unit includes an auxiliary boiler unit that receives water supplied from the supply pump and heats it; an economizer that receives heated water from the auxiliary boiler unit and additionally heats it using exhaust waste heat from the engine; And a circulation pump that supplies water from the auxiliary boiler unit to the economizer,
A ship's exhaust waste heat recovery system, wherein water additionally heated with exhaust waste heat from the economizer is supplied to a steam drum provided in the auxiliary boiler unit.
상기 폐열회수부는, 상기 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 가열하여 스팀을 생성하는 보조 보일러부; 및 상기 공급펌프로부터 공급되는 물을 공급받아 상기 엔진의 배기 폐열로 가열하여 스팀을 생성하는 배기 보일러부;를 포함하며,
상기 스팀 드럼은 상기 배기 보일러부에 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 배기 폐열 회수 시스템. According to clause 4,
The waste heat recovery unit includes an auxiliary boiler unit that receives water supplied from the supply pump and heats it to generate steam; And an exhaust boiler unit that receives water supplied from the supply pump and heats it with exhaust waste heat of the engine to generate steam,
A ship's exhaust waste heat recovery system, wherein the steam drum is provided in the exhaust boiler unit.
상기 엔진의 상류에 마련되어 상기 엔진으로 공급될 상기 고유황유 또는 저유황유를 가열하는 연료공급부;를 더 포함하고
상기 폐열회수부에서 생성된 스팀은 상기 연료공급부로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 배기 폐열 회수 시스템. According to clause 4,
It further includes a fuel supply unit provided upstream of the engine to heat the high-sulfur oil or low-sulfur oil to be supplied to the engine.
A ship's exhaust waste heat recovery system, characterized in that steam generated in the waste heat recovery unit can be supplied to the fuel supply unit.
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| KR101454385B1 (en) * | 2013-03-22 | 2014-11-03 | 삼성중공업 주식회사 | Vessel |
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2019
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Patent Citations (3)
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