KR20110067397A

KR20110067397A - 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러

Info

Publication number: KR20110067397A
Application number: KR1020090123974A
Authority: KR
Inventors: 강희국; 김규종; 현경수
Original assignee: 한국지역난방공사; 한국지역난방기술 (주)
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-22
Also published as: KR101184656B1

Abstract

본 발명은 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러에 관한 것으로써, 특히 가스터빈에서 발생되는 고온의 연소 배기가스를 이용하여 증기를 생산한 후 온도가 낮아진 연소 배기가스를 배출하는 배열회수 보일러와; 상기 배열회수 보일러로부터 배출되는 연소 배기가스를 대기로 방출하는 연돌과; 상기 배열회수 보일러의 후단부에 코일이 설치되고, 지역 열공급 후 회수되는 지역 난방수가 유입되고, 유입된 지역 난방수를 연소 배기가스의 여열로 가열하여 배출하는 DH 이코너마이저와; 상기 DH 이코너마이저의 코일 후단부에 콘덴싱 코일이 설치되고, 내부에 냉수가 순환되도록 폐회로를 구성하는 콘덴싱 DH 이코너마이저; 및 외부의 구동 열원으로 동작되어 상기 콘덴싱 DH 이코너마이저의 냉수를 냉각시켜 연소 배기가스의 여열을 회수하여 상기 DH 이코너마이저로 유입된 지역 난방수를 가열시켜 상기 DH 이코너마이저로 배출하는 히트펌프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 배열회수 보일러의 DH 이코너마이저 후단부에 콘덴싱 DH 이코너마이저를 설치하고, 히트펌프에서 냉각된 냉수를 순환시켜 연소 배기가스에 포함된 습분을 응축시켜 잠열까지 회수함으로써 연소 배기가스에 포함된 여열을 적극 회수하여 에너지를 절약할 수 있고, 또한, 지역난방수를 콘덴싱 DH 이코너마이저에서 회수한 여열을 이용하여 히트펌프에서 1차 가열하여 DH 이코너마이저에 공급함으로써 저온부식을 방지하여 DH 이코너마이저의 수명을 연장할 수 있다.

지역난방, 배열, 회수, 콘덴싱, 보일러, 히트펌프

Description

지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러{CONDENSING BOILER WITH DH WATER PREHEATING FOR CHP PLANT}

본 발명은 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러에 관한 것으로서, 상세하게는 배열회수 보일러의 DH 이코너마이저 후단부에 콘덴싱 DH 이코너마이저를 설치하고, 히트펌프에서 냉각된 냉수를 순환시켜 연소 배기가스에 포함된 습분을 응축시켜 잠열까지 회수하도록 하는 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 지역난방 시스템은 집단에너지를 공급하는 사업자가 다수의 개별 사용자에게 난방 및 급탕을 위해 배관을 통해 집단에너지를 직접 공급하는 시스템으로 개별적 사용자가 난방설비를 갖추는 개별난방 시스템과는 차이가 있다.

즉 지역난방은 한 개의 도시 또는 일정한 지역 내에 있는 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종 건물이 개별적으로 난방설비를 갖추지 않고, 대규모 열생산시설, 즉 열병합발전소를 건설하여 난방 및 급탕에 필요한 중온수를 생산하여 열수송관을 통해 공급하는 시스템이다.

이러한 열병합발전소에서는 가스터빈으로 전력을 생산하고, 가스터빈에서 발 생되는 고온의 연소 배기가스를 활용하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 배열회수 보일러(1)를 설치하여 추가적으로 증기를 생산한 후 온도가 낮아진 연소 배기가스를 연돌(3)을 통하여 대기로 방출한다.

한편, 배열회수 보일러의 후단부에 DH 이코너마이저(DISTRICT HEATING ECONOMIZER)(5)를 설치하고, 지역 열공급 후 회수되는 난방수(50~65℃)를 DH 이코너마이저(5)로 통과시켜 배기가스 여열을 최대한 회수하여 지역난방수를 가열하는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 배열회수 보일러의 경우 연돌을 통해 배출되는 연소배가스온도가 75~80℃ 정도로 비교적 높은 온도의 여열이 버려지고 있는 문제점이 있다.

또한, 지역난방 회수온도가 점차 낮아짐에 따라 현열만 이용하도록 설계된 DH 이코너마이저의 코일 표면에 연소 배기가스의 습분이 응축될 염려가 있으며, 습분의 응축과 증발이 반복됨으로써 산이 농축되어 저온부식의 염려가 있으며, 이로 인해 장비의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배열회수 보일러의 DH 이코너마이저 후단부에 콘덴싱 DH 이코너마이저를 설치하고, 히트펌프에서 냉각된 냉수를 순환시켜 연소 배기가스에 포함된 습분을 응축시켜 잠열까지 회수함으로써 연소 배기가스에 포함된 여열을 적극 회수하여 에너지를 절약하도록 하는 지역 난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 지역난방수를 콘덴싱 DH 이코너마이저에서 회수한 여열을 이용하여 히트펌프에서 1차 가열하여 DH 이코너마이저에 공급함으로써 저온부식을 방지하여 DH 이코너마이저의 수명을 연장하도록 하는 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 가스터빈에서 발생되는 고온의 연소 배기가스를 이용하여 증기를 생산한 후 온도가 낮아진 연소 배기가스를 배출하는 배열회수 보일러와; 상기 배열회수 보일러로부터 배출되는 연소 배기가스를 대기로 방출하는 연돌과; 상기 배열회수 보일러의 후단부에 코일이 설치되고, 지역 열공급 후 회수되는 지역 난방수가 유입되고, 유입된 지역 난방수를 연소 배기가스의 여열로 가열하여 배출하는 DH 이코너마이저와; 상기 DH 이코너마이저의 코일 후단부에 콘덴싱 코일이 설치되고, 내부에 냉수가 순환되도록 폐회로를 구성하는 콘덴싱 DH 이코너마이저; 및 외부의 구동 열원으로 동작되어 상기 콘덴싱 DH 이코너마이저의 냉수를 냉각시켜 연소 배기가스의 여열을 회수하여 상기 DH 이코너마이저로 유입된 지역 난방수를 가열시켜 상기 DH 이코너마이저로 배출하는 히트펌프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 콘덴싱 DH 이코너마이저는 내부에 냉수를 순환시키도록 관로 상에 순환 펌프가 구비된다.

여기에서 또한, 상기 히트펌프는 연소 배기가스에 포함된 습분이 상기 콘덴 싱 DH 이코너마이저의 콘덴싱 코일 표면에 응축되도록 상기 콘덴싱 DH 이코너마이저의 냉수의 온도를 연소 배기가스 내의 습분의 이슬점 온도보다 10~20℃ 낮게 냉각한다.

여기에서 또, 상기 히트펌프는 상기 DH 이코너마이저에서 가열되는 지역 난방수의 온도가 지역난방 공급온도까지 가열되도록 지역 난방수를 연소 배기가스 내의 습분의 이슬점 온도보다 10~20℃ 높게 가열하여 상기 DH 이코너마이저로 공급한다.

여기에서 또, 상기 히트펌프의 구동 열원은 지역 난방수, 상기 배열회수 보일러에서 생산되는 증기, 또는 발전소에서 생산되는 전기중 어느 하나를 이용한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러에 따르면, 연돌로 버려지고 있었던 연소배가스의 여열을 잠열까지 회수함으로써 에너지절약이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 히트펌프에서 생산된 낮은 온도의 냉수를 콘덴싱 DH 이코너마이저의 콘덴싱 코일에 공급하여 코일 표면에서 연속적으로 연소 배기가스중에 포함된 습분이 콘덴싱되며, 이를 통해 코일표면에 부식의 원인이 되는 산이 농축되지 않고, DH 이코너마이저의 재질 선정을 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 히트펌프에서 연소 배기가스로부터 회수된 여열을 이용하여 지역 난방수를 1차적으로 가열한 후 DH 이코너마이저에 공급함으로써 DH 이코너마이저의 저온 부식이 발생하는 것을 미연에 방지하고, 장치 크기를 줄일 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 히트펌프의 구동열원은 지역난방수나 배열회수 보일러에서 생산된 저압의 증기 또는 발전소에서 생산되는 전기를 이용함으로써 별도의 설비가 불필요하여 용이하게 배열회수 보일러에 적용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러의 구성을 개략적으로 나타낸 개요도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러(100)는, 배열회수 보일러(110)와, 연돌(120)과, DH 이코너마이저(130)와, 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)와, 히트펌프(150)로 구성된다.

먼저, 배열회수 보일러(110)는 가스터빈(미도시)에서 발생되는 고온의 연소 배기가스를 이용하여 증기를 생산한 후 온도가 낮아진 연소 배기가스를 배출한다.

그리고, 연돌(120)은 배열회수 보일러(110)로부터 배출되는 연소 배기가스를 대기로 방출한다.

또한, DH 이코너마이저(130)는 배열회수 보일러(110)의 후단부에 코일(131)이 설치되고, 지역 열공급 후 회수되는 지역 난방수가 유입되고, 연소 배기가스의 여열로 유입된 지역 난방수를 가열하여 배출한다.

또, 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)는 DH 이코너마이저(130)의 코일(131) 후단에 콘덴싱 코일(141)이 설치되고, 내부에 냉수가 순환되도록 폐회로를 구성한다. 여기에서, 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)는 내부에 냉수를 순환시키도록 관로 상에 순환 펌프(143)가 구비된다.

한편, 히트펌프(150)는 지역 난방수, 배열회수 보일러(110)에서 생산되는 증기, 또는 발전소에서 생산되는 전기중 어느 하나를 구동 열원으로 이용하고, 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)의 냉수를 냉각시켜 연소 배기가스의 여열을 회수하여 DH 이코너마이저(130)로 유입된 지역 난방수를 가열시켜 DH 이코너마이저(130)로 배출한다. 여기에서, 히트펌프(150)는 연소 배기가스에 포함된 습분이 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)의 콘덴싱 코일(141) 표면에 응축되도록 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)의 냉수의 온도를 연소 배기가스 내의 습분의 이슬점 온도보다 10~20℃ 낮게 냉각한다. 여기에서 또, 히트펌프(150)는 DH 이코너마이저(130)에서 가열되는 지역 난방수의 온도가 지역난방 공급온도까지 가열되도록 지역 난방수를 연소 배기가스 내의 습분의 이슬점 온도보다 10~20℃ 높게 가열하여 DH 이코너마이저(130)로 공급한다.

이하, 본 발명에 따른 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 가스터빈에서 발생되는 고온의 연소 배기가스가 배열회수 보일러(110)로 공급되면 배열회수 보일러(110)는 증기를 생산한 후 온도가 낮아진 연소 배기가스를 연돌(120)을 통하여 대기로 방출한다.

이때, 지역 열공급 후 회수되는 지역 난방수가 DH 이코너마이저(130)의 코일(131)에 공급된다.

그러면, DH 이코너마이저(130)로 공급된 지역 난방수가 히트펌프(150)를 통과한다.

이와 동시에 히트펌프(150)는 지역 난방수, 배열회수 보일러(110)에서 생산되는 증기, 또는 발전소에서 생산되는 전기중 어느 하나를 구동 열원으로 동작되고, 내부의 증발기(미도시)를 동작시켜 연소 배기가스에 포함된 습분이 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)의 콘덴싱 코일(141) 표면에 응축되도록 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)의 냉수의 온도를 연소 배기가스 내의 습분의 이슬점 온도보다 10~20℃ 낮게 냉각시킨다.

이로 인해 콘덴싱 DH 이코너마이저(140)의 냉수가 냉각되어 연소 배기가스의 여열을 회수하여 온도가 높아진 냉수가 히트펌프(150)로 회수된 후 히트펌프(150)의 내부의 증발기에서 냉각되어 연소 배기가스의 여열이 회수되도록 한다.

한편, 회수된 연소 배기가스의 여열은 DH 이코너마이저(130)로 유입된 지역 난방수를 연소 배기가스 내의 습분의 이슬점 온도보다 10~20℃ 높게 1차로 가열시 킨다.

그리하여 1차 가열된 지역 난방수가 DH 이코너마이저(130)로 공급되면, DH 이코너마이저(130)는 연소 배기가스의 여열로 유입된 지역 난방수를 2차 가열한 후 배출하여 지역 난방수로 이용되도록 한다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래의 열병합발전용 보일러의 구성을 개략적으로 나타낸 개요도,

도 2는 본 발명에 따른 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러의 구성을 개략적으로 나타낸 개요도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1, 110 : 배열회수 보일러 3, 120 : 연돌

5, 130 : DH 이코너마이저 140 : 콘덴싱 DH 이코너마이저

150 : 히트펌프

Claims

가스터빈에서 발생되는 고온의 연소 배기가스를 이용하여 증기를 생산한 후 온도가 낮아진 연소 배기가스를 배출하는 배열회수 보일러와;

상기 배열회수 보일러로부터 배출되는 연소 배기가스를 대기로 방출하는 연돌과;

상기 배열회수 보일러의 후단부에 코일이 설치되고, 지역 열공급 후 회수되는 지역 난방수가 유입되고, 유입된 지역 난방수를 연소 배기가스의 여열로 가열하여 배출하는 DH 이코너마이저와;

상기 DH 이코너마이저의 코일 후단부에 콘덴싱 코일이 설치되고, 내부에 냉수가 순환되도록 폐회로를 구성하는 콘덴싱 DH 이코너마이저; 및

외부의 구동 열원으로 동작되어 상기 콘덴싱 DH 이코너마이저의 냉수를 냉각시켜 연소 배기가스의 여열을 회수하여 상기 DH 이코너마이저로 유입된 지역 난방수를 가열시켜 상기 DH 이코너마이저로 배출하는 히트펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러.
제 1 항에 있어서,

상기 콘덴싱 DH 이코너마이저는,

내부에 냉수를 순환시키도록 관로 상에 순환 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러.
제 1 항에 있어서,

상기 히트펌프는,

연소 배기가스에 포함된 습분이 상기 콘덴싱 DH 이코너마이저의 콘덴싱 코일 표면에 응축되도록 상기 콘덴싱 DH 이코너마이저의 냉수의 온도를 연소 배기가스 내의 습분의 이슬점 온도보다 10~20℃ 낮게 냉각하는 것을 특징으로 하는 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러.
제 3 항에 있어서,

상기 히트펌프는,

상기 DH 이코너마이저에서 가열되는 지역 난방수의 온도가 지역난방 공급온도까지 가열되도록 지역 난방수를 연소 배기가스 내의 습분의 이슬점 온도보다 10~20℃ 높게 가열하여 상기 DH 이코너마이저로 공급하는 것을 특징으로 하는 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러.
제 1 항에 있어서,

상기 히트펌프의 구동 열원은,

지역 난방수, 상기 배열회수 보일러에서 생산되는 증기, 또는 발전소에서 생산되는 전기중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 지역난방수를 이용하는 열병합발전용 콘덴싱 보일러.