KR20050112966A - 열방합발전에 의한 난방 및 급탕 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐열을 이용하여 난방과 급탕을 하는 열병합 발전설비에서의 효율적인 시스템의 설계에의한 구성과 운전방법에 관한것으로 상용전력계통에 대해 역송회피 제어를 해야하는 열병합발전에서 전력과 열의 수요가 열병합 발전시스템에서 발생하는 전력과 열이 일치할 수 없어 전력부하를 기준으로 발전기를 설정하여 운전하고 있으나 전기부하가 일정치 않은 집합건물이나 주거건물 등에서의 저부하시 발생되는 부분 부하운전에서의 발전효율저하와 엔진배열 및 배기가스량 감소로 인해 폐열회수량이 저하되어 보조열원인 보일러가 가동이 되어 난방 및 급탕 부하에 대응하므로 인해 열병합 발전에 의한 총합에너지 효율이 저하되고 그로인해 투자경제성이 급격하게 떨어지는 문제가 있다.

엔진에서 발생되는 폐열을 이용하여 저온의 냉수와 열교환하여 급탕에 회수된 열원(온수)를 공급하고 급탕에 공급이 되고나면 난방순환수를 폐열과 열교환하여 난방수를 승온하여 난방에 이용하고 엔진저부하시 급탕에 전기에너지를 열에너지로 변환하여 급탕에 축열시키고 축열된 열을 급탕이나 난방에 이용한다.

엔진냉각수 순환계와 난방순환계가 별도로 분리된 급탕순환계는 엔진부하감지 장치에 의해 저부하시 축열을 하므로 엔진냉각수 순환계의 온도제어가 원활하여 엔진가동율과 운전상태를 최적으로 할수 있으며 저온의 냉수와 난방수로 엔진배기가스와 응축열교환하여 잠열까지 회수하여 총합에너지 효율을 극대화하여 투자 경제성을 제고시킨다.

Description

열방합발전에 의한 난방 및 급탕 시스템{COGeneration Heating System}

본 발명은 전력수요처에 전기를 공급하고 폐열을 이용하여 난방과 급탕을 하는 열병합 발전설비에서의 효율적인 시스템의 설계에 의한 구성과 그에 따른 운전방법에 관한 것이다.

상용전력계통에 대해 역송회피 제어를 해야하는 열병합발전에서 전력과 열의 수요가 열병합 발전시스템에서 발생하는 전력과 열이 일치할 수 없어 전력부하를 기준으로 발전기를 설정하여 운전하고 있으나 전기부하가 일정치 않은 집합건물이나 주거건물 등에서의 저부하시 발생되는 부분 부하운전에서의 발전효율저하와 엔진배열 및 배기가스량 감소로 인해 폐열 회수량이 저하되어 보조열원인 보일러가 가동이되어 난방 및 급탕 부하에 대응하므로 인해 열병합 발전에 의한 총합에너지 효율이 저하되고 그로인해 투자경제성이 급격하게 떨어지는 문제가 있다. 일부에서는 이를 극복하는 방법으로 발전기 부하를 증가시켜 경제성을 높이기 위해 심야시간대에 발생되는 잉여 전기를 이용 난방순환수에 전기보일러를 설치하거나 축열탱크를 설치 난방에 이용 하고자하나 발전기 엔진냉각수는 불순물 혼입에 의한 엔진장애를 방지할 목적으로 밀폐된 순환계로 되어 있으며 또한 냉각장애에 의한 엔진의 과열방지를 위해 엔진냉각수의 입출구 온도가 일정하게 유지되어야 하는 문제가 있다. 그리고 엔진냉각수와 열교환되는 밀폐된 순환계로된 난방수의 온도가 열교환되는 온도차이하의 저온을 유지하여야 원활한 열교환이 이루어져 엔진의 소손을 방지할 수 있다. 즉 밀폐된 순환계에서 일정온도까지 냉각이 되어야 하는 엔진냉각수와 열교환이 되어 엔진냉각수의 열을 흡수하는 난방순환수에 가열승온하여 난방수요처에 방열후 회수된 난방수와 엔진냉각수와 열교환하여 일정온도까지 엔진냉각수를 냉각시키는 것은 난방수의 일정한 온도와 엔진냉각수의 일정온도를 유지시켜야 하는 많은 어려움이 발생되며 또한, 심야시간대에 축열시키는 열용량에 비해 열수요처의 열용량이 매우 크므로 경제성이 없다고 할수 있으며 또한 엔진배열 및 배기가스 폐열을 회수하는 난방순환계의 일정온도 유지로 난방수와 열교환되는 엔진 배기가스의 최종출구온도가 높아 배기가스를 응축시키지 못하므로 배기가스 잠열회수가 불가하여 경제성을 극대화 시키지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 위와같은 문제점을 해결하기위해 난방순환수에 축열을 하지 않고 엔진냉각수 순환계와 난방 순환계와는 별도로 구성된 급탕순환계에 엔진부하율에 따라 축열을하는 방법으로 구성하였으며 엔진에서 발생되는 폐열을 잠열까지 최대한 회수하는 시스템으로되어 종합에너지 효율을 극대화하고 엔진냉각수의 온도제어가 용이하게 동작되도록 시스템을 구성하였다.

이하 도면에 의거 상세히 설명하면 가스엔진 본체에서 발생되는 배열은 엔진냉각수 열교환기(4)에서 열교환 후 냉각된 냉각수는 2차 열교환시 3방밸브 (25-1,2)에서 엔진본체로 순환하여 엔진을 적정온도로 냉각시킨다. 이때 엔진냉각수 열교환기(4)에서 열교환된 엔진냉각수의 온도가 적정온도(예:70℃)이상일때 2차냉각수 차단3방밸브(25-1,2)를 2차냉각수 열교환기(23)측으로 유입시켜 냉각탑(25)에서 냉각된 순환수와 열교환시켜 엔진냉각수를 적정온도까지 냉각시켜 엔진(1)으로 순환시킨다.

엔진냉각수는 오염 및 스케일등에 의한 엔진(1)본체의 장애를 방지하고 입구측과 토출측이 일정한 온도를 유지하여야 엔진의 원활한 작동에 의한 성능이 유지되므로 밀폐회로로 구성된다. 또한 냉수가 냉수공급펌프(12)에 의해 난방회수 분배3방변(17)에서 엔진배기가스 응축열교환기(6)로 유입되어 저온의 엔진배기가스와 응축열교환되어 냉수가 승온되고 엔진냉각수 열교환기(4)에서 엔진의 배열과 열교환하여 중저온의 온수로 승온되며 엔진배기가스 열교환기(5)에서 고온의 배기가스와 열교환 후 고온의 온수상태로 폐열회수 온수분배3방변(16)을 거쳐 온수저장탱크(27)에 저장된다. 온수저장탱크(27)에 온수가 만수되면 온수저장탱크 및 연결관에 압력이 상승되고 일정압력 이상이면 압력조절기(30)에서 난방회수 분배3방변(17)을 작동시켜 냉수유입을 차단하고 온수순환수를 난방회수차단밸브(15-1)을 개폐하여 난방순환수를 배기가스 응축열교환기(6)를 거쳐 엔진냉각수 열교환기(4)에서 엔진배열을 회수하고 엔진배기가스 열교환기(5)에서 고온의 배기가스와 열교환하여 고온의 난방순환수로 되어 폐열회수 온수 분배3방변(16)이 온수저장탱크측의 토출관이 닫혀 온수헤더(7-1)로 유입되어 난방에 이용된다.

난방회로로 순환되는 난방수는 난방수요처(33)에 직접 복사난방을 하거나 난방순환수 열교환기(8)에서 저온의 난방수와 열교환하여 저온의 난방수가 난방 수요처(33)에 공급되어 난방을 하고 중온의 난방순환수는 밀폐회로로 구성되어 열매체로만 순환할수 있다. 또한 중온의 난방순환수로만 시스템을 구성하면 도시되지 않았지만 난방수요처(33)에 공급되는 저온의 난방수를 온수저장탱크(27)에 저장되어 있는 급탕수와 열교환하여 난방에 이용할 수도 있다. 즉 급탕수와 저온의 난방수가 열교환되면 급탕수의 온도는 저하되고 설정온도 이하까지 저하되면 투입히타(29)에서 전기에너지를 열에너지로 변환하여 급탕수를 승온시킨다.

전기부하가 설정부하 이하일때 즉, 엔진(1)이 부분부하 운전일때 부하 및 출력감시장치(26)에서 부하를 감지하여 온수저장탱크(27)에 취부되어 있는 투입히타(29)에서 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 엔진(1)의 부하를 증대시켜 엔진(1)의 가동율상승과 부분부하 운전을 방지한다.

전기수요처에 전기사용량이 증대하면 즉, 전기부하가 설정부하에 도달하면 부하감지장치(26)에서 온수저장탱크(27)의 전기소모를 차단하고 전기수요처에 전기를 공급한다. 고온으로된 급탕수는 급탕수요처(34)에 공급되거나 저온의 난방수와 열교환되어 난방수요처(33)의 난방에 이용된다. 엔진(1)에서 발생되는 폐열을 이용하여 저온의 냉수와 열교환하여 급탕에 회수된 열원(온수)를 공급하고 급탕에 공급이 되고나면 난방순환수를 폐열과 열교환하여 난방수를 승온하여 난방에 이용하고 엔진저부하시 급탕에 전기에너지를 열에너지로 변환하여 급탕에 축열시키고 축열된 열을 급탕이나 난방에 이용한다.

엔진냉각수 순환계와 난방순환계가 별도로 분리된 급탕순환계는 엔진부하감지장치에 의해 저부하시 축열을하므로 엔진냉각수 순환계의 온도제어가 원활하여 엔진가동율과 운전상태를 최적으로 할수 있으며 저온의 냉수와 난방수로 엔진배기가스와 응축열교환하여 잠열까지 회수하여 총합에너지 효율을 극대화하여 투자 경제성을 제고시킨다.

도면은 본 발명에 있어서의 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가스엔진 2 : 발전기

3 : 보일러 4 : 엔진냉각수 열교환기

5 : 엔진배기가스 열교환기 6 : 엔진배기가스 응축열교환기

7 : 온수히터 8 : 난방순환수 열교환기

9 : 에어벤트 10 : 난방순환수 펌프

11 : 난방공급수 차단밸브 12 : 냉수공급 펌프

13 : 팽창탱크 14 : 보일러 난방순환 펌프

15 : 난방회수 차단밸브 16 : 폐열회수 온수분배 3방밸브

17 : 난방회수 분배3방밸브 18 : 응축열교환기 바이패스 공급수밸브

19 : 엔진배기가스 전동조절변 20 : 배기가스 바이패스 전동저절변

21 : 냉각탑 22 : 2차 냉각수 순환펌프

23 : 2차냉각수 열교환기 24 : 엔진 배기닥트

25 : 2차냉각수열교환기 차단3방변 26 : 부하 및 출력감지기 콘트롤러

27 : 온수저장 탱크 28 : 온수 순환펌프

29 : 투입히터 30 : 압력 제어기

31 : 온도 제어기 32 : 방음장치

33 : 난방 수요처 34 : 급탕 수요처

35 : 오염수 배출밸브

Claims (1)

1. 열병합발전에서 엔진냉각수 순환계와 난방순환계가 별도로 분리된 급탕순환계에 엔진 및 발전기 부하를 감지하여 설정저부하시 축열을 하는 난방 및 급탕장치