KR20140085001A - Energy saving system for using waste heat of ship - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배기가스 이코노마이저의 폐열을 이용하여 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하는 유기랭킨사이클 발전장치를 작동시킬 수 있는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an energy saving system using waste heat of a ship, and more particularly, to a system and method for operating an organic Rankine cycle power generation apparatus using waste heat of an exhaust gas economizer and using an organic refrigerant having a boiling point lower than water as a working fluid To an energy saving system using waste heat of a ship.
지구 온난화가 환경에 미치는 영향이 커지면서 세계 주요국가들은 국가차원의 온실가스 감축목표를 설정하는 등 기후 변화에 적극 대응하고 있다. 특히 IMO(국제해사기구)는 선박에서 배출되는 온실가스의 감축을 요구하는 법적 수단을 개발하고 있으며, EEDI(Energy Efficiency Design Index)를 제한하는 요건을 적용시킬 예정이다.As global warming has increased its impact on the environment, major countries around the world are actively responding to climate change by setting national targets for greenhouse gas reduction. In particular, the International Maritime Organization (IMO) is developing legislative measures to reduce greenhouse gas emissions from ships and will apply the requirements to limit the EEDI (Energy Efficiency Design Index).
이에 따라 선박의 에너지효율에 대한 연구가 필요하며 선박에서 버려지는 에너지를 활용하는 방안에 대해 각 분야에서 활발히 연구 중에 있다. 이에 최근에는 배기 가스의 열원을 활용하는 폐열회수시스템(WHRS: Waste Heat Recovery System)이 개발되어 활용되고 있다.Therefore, it is necessary to study the energy efficiency of ship and it is actively studied in various fields to utilize the energy that is abandoned from the ship. Recently, a waste heat recovery system (WHRS) utilizing a heat source of exhaust gas has been developed and utilized.
폐열회수시스템은 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 직접 작동유체로 사용하는 가스터빈(또는 파워터빈이라고 함)과 고온의 배기가스의 열을 이용하여 생성된 증기의 일부를 작동유체로 사용하는 증기터빈 등을 추가적으로 설치하여 전력을 생산할 수 있도록 한 시스템이다.The waste heat recovery system includes a gas turbine (or a power turbine) that uses a high-temperature exhaust gas discharged from an engine as a direct working fluid, and a steam that uses a part of the steam generated by the heat of the high-temperature exhaust gas as a working fluid Turbines, etc., to generate electricity.
그러나 폐열회수시스템의 가스터빈, 증기터빈은 그 특성상 섭씨 약 200 내지 250℃ 이상의 열원으로부터만 열을 회수할 수 있으며, 그 이하 온도의 열은 여전히 버려질 수밖에 없다.However, the gas turbine and the steam turbine of the waste heat recovery system can recover heat only from a heat source of about 200 to 250 ° C or more, and heat of a lower temperature is still inevitable to be discarded.
따라서 에너지 활용을 높이기 위해서는 폐열을 충분히 회수할 수 있는 추가적인 시스템을 구성해야 한다. 기존에 사용하는 WHRS(Wast Heat Recovery System)은 물을 작동유체로 하는데, 물의 비등점이 높아 낮은 온도의 폐열을 회수 하지 못한다는 단점을 가지고 있고, 배기 가스를 직접적으로 회수하여 터빈을 가동시킬 경우 가장 많은 열원을 얻을 수는 있으나, 공기를 작동유체로 할 경우 터빈 출구에서 습증기가 되어 터빈의 효율이 오히려 감소될 수 있다.Therefore, in order to increase the energy utilization, an additional system capable of recovering waste heat must be constructed. The existing WHRS (Wast Heat Recovery System) uses water as the working fluid and has a disadvantage in that it can not recover the waste heat at a low temperature due to the high boiling point of water. When the exhaust gas is directly recovered and the turbine is operated, Although a large number of heat sources can be obtained, when the air is used as a working fluid, the efficiency of the turbine can be reduced by becoming wet steam at the turbine outlet.
이러한 현상은 유기냉매(Organic Refrigerant)를 작동유체로 하여 중저온 열에너지를 회수할 수 있는 ORC(Organic Rankin Cycle, 이하 '유기랜킨사이클'이라 함) 시스템을 활용함으로써 해결할 수 있다.This phenomenon can be solved by using ORC (Organic Rankin Cycle) system which can recover low and medium temperature thermal energy using organic refrigerant as a working fluid.
유기냉매의 경우 dT/ds ≥ 0 이므로, 시스템 내에서 작동유체로 유기냉매를 사용하면 터빈 출구에서 과열증기상태가 되어 터빈내의 유동이 항상 건증기 상태가 유지되므로 터빈 내에서 손실이 적어져 블레이드에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있다.Since organic refrigerant has dT / ds ≥ 0, if organic refrigerant is used as the working fluid in the system, superheated steam is produced at the turbine outlet, and the flow in the turbine is always maintained in the dry steam. The stress applied can be reduced.
또한 유기냉매가 스팀보다 비등점이 낮기 때문에 중저온의 폐열을 회수할 수 있다. 이에 따라 유기랜킨사이클을 폐열회수시스템과 함께 사용함으로써 선박의 연비를 증가시킬 수 있고, 결과적으로 연료비 감소, CO2 배출감소 등의 효과를 얻을 수 있으므로 유기랜킨사이클을 이용한 새로운 개선책이 요구된다.Also, because the organic refrigerant has a boiling point lower than that of steam, the waste heat of medium and low temperature can be recovered. Accordingly, the use of the organic landfill cycle together with the waste heat recovery system can increase the fuel consumption of the ship, resulting in a reduction in fuel cost and a reduction in CO 2 emission. Therefore, a new improvement using the organic landfill cycle is required.
전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.The above-described technical structure is a background technique for assisting the understanding of the present invention, and does not mean the prior art widely known in the technical field to which the present invention belongs.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 엔진에서 발생되는 폐열의 회수 효과를 극대화할 수 있는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an energy saving system using waste heat of a ship which can maximize the effect of collecting waste heat generated in an engine.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 회수하여 상기 배기가스 이코노마이저로 공급되는 액체를 가열시켜 습증기를 생성하는 폐열회수증기발생장치; 및 상기 습증기에서 스팀이 분리되고 남은 액체와 열교환되며 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치를 포함하며, 상기 스팀을 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 공급하여 상기 유기랭킨사이클 발전장치와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a waste heat recovery steam generator for recovering waste heat of an exhaust gas supplied to an exhaust gas economizer to heat a liquid supplied to the exhaust gas economizer to generate a wet steam; And an organic Rankine cycle generator for producing electricity by using an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water as a working fluid, the steam being separated from the wet steam by heat exchange with the remaining liquid, and supplying the steam to the organic Rankine cycle generator The system for heat-exchanging heat with the organic Rankine cycle power generation apparatus can be provided.
상기 유기랭킨사이클 발전장치로 공급되는 스팀은 사용하지 못하고 버려지는 스팀일 수 있다.Steam supplied to the organic Rankine cycle generator may not be used but steam may be discarded.
상기 폐열회수증기발생장치는, 핫웰(Hot Well)에 저장된 액체를 상기 배기가스 이코노마이저로 공급하는 제1 펌프; 상기 배기가스 이코노마이저에서 공급되는 상기 습증기를 스팀과 액체로 분리하는 스팀분리기; 상기 스팀분리기에서 분리된 상기 액체를 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 펌핑하는 제2 펌프; 및 상기 유기랭킨사이클 발전장치와 열교환된 유체를 응축시키는 콘덴서를 포함할 수 있다.The waste heat recovery steam generator includes a first pump for supplying a liquid stored in a hot well to the exhaust gas economizer; A steam separator for separating the wet steam supplied from the exhaust gas economizer into steam and liquid; A second pump for pumping the liquid separated in the steam separator to the organic Rankine cycle generator; And a condenser for condensing the heat-exchanged fluid with the organic Rankine cycle generator.
상기 스팀분리기에서 분리된 상기 스팀은 거주구 난방용 또는 연료 난방 유지용으로 사용될 수 있다.,The steam separated from the steam separator can be used for residence heating or fuel heating maintenance.
상기 유기랭킨사이클 발전장치는, 상기 습증기에서 스팀이 분리되고 남은 액체와 열교환되어 상기 유기냉매를 증발시키는 제1 증발기; 상기 제1 증발기에서 공급되는 상기 유기냉매와 상기 스팀분리기에서 공급되는 스팀을 열교환시켜 상기 유기냉매를 증발시키는 제2 증발기; 상기 제2 증발기에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈; 상기 터빈의 회전에 따라 연동하여 전력을 생산하는 발전기; 상기 터빈에서 나온 유기용매를 냉각하여 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 나온 응축된 유기용매를 압축시켜 상기 증발기로 공급하는 제3 펌프; 및 상기 제1 증발기로부터 상기 제3 펌프에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 제공하는 관로를 포함할 수 있다.The organic Rankine cycle generator includes a first evaporator for separating steam from the humidified steam and exchanging heat with the remaining liquid to evaporate the organic refrigerant; A second evaporator for evaporating the organic refrigerant by exchanging heat between the organic refrigerant supplied from the first evaporator and steam supplied from the steam separator; A turbine rotating through the organic refrigerant evaporated by the second evaporator; A generator for generating electric power by interlocking with the rotation of the turbine; A condenser for cooling and liquefying the organic solvent from the turbine; A third pump for compressing and supplying the condensed organic solvent from the condenser to the evaporator; And a conduit for providing a circulation path of the organic refrigerant from the first evaporator to the third pump.
상기 터빈과 상기 발전기는 다단으로 구성될 수 있다.The turbine and the generator may be configured in multiple stages.
상기 제1 펌프와 상기 배기가스 이코노마이저를 연결하는 라인에 마련되며 소기(Scavenge Air)의 열원으로 상기 배기가스 이코노마이저로 공급되는 액체를 가열시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.And a heat exchanger provided on a line connecting the first pump and the exhaust gas economizer to heat the liquid supplied to the exhaust gas economizer as a scavenging air heat source.
상기 열교환기는 상기 제1 펌프와 상기 배기가스 이코노마이저를 연결하는 라인에 직렬로 마련될 수 있다.The heat exchanger may be provided in series with a line connecting the first pump and the exhaust gas economizer.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 배기가스 이코노마이저로 공급되는 액체를 가열시켜 스팀을 생산하되, 상기 스팀이 분리된 후 핫웰로 공급되는 액체의 열원과, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되어 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치의 상기 작동유체를 열교환시키고, 상기 스팀을 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 공급하여 상기 작동유체와 추가로 열교환시키는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas recirculation apparatus for generating steam by heating a liquid supplied to an exhaust gas economizer using waste heat of an exhaust gas supplied to an exhaust gas economizer, A heat source and an organic coolant having a boiling point lower than that of water as a working fluid to heat the working fluid of the organic Rankine cycle power generation apparatus for generating electricity, supplying the steam to the organic Rankine cycle power generation apparatus, The energy saving system using the waste heat of the ship can be provided.
본 발명의 실시예들은, 배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 이용한 폐열회수증기발생장치에 유기냉매를 작동유체로 하는 유기랭킨사이클 발전장치를 구성하되 폐열회수증기발생장치에서 생성되는 스팀을 유기랭킨사이클 발전장치로 공급하여 추가로 열교환시킴으써 종래의 폐열회수증기발생장치만 구성되었을 때보다 더 많은 배기가스의 폐열을 회수하여 효과적으로 이용할 수 있어 연료 효율을 높일 수 있다.The embodiments of the present invention provide an organic Rankine cycle power generation apparatus using an organic refrigerant as a working fluid in a waste heat recovery steam generator using waste heat of an exhaust gas supplied to an exhaust gas economizer, wherein steam generated in the waste heat recovery steam generator The organic waste water is supplied to the organic Rankine cycle power generation unit and further heat exchanged to recover the waste heat of the exhaust gas more efficiently than when the conventional waste heat recovery steam generator is constructed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템의 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view illustrating an energy saving system using waste heat of a ship according to an embodiment of the present invention.
2 is an operational state diagram of an energy saving system using the waste heat of the ship shown in FIG.
3 is a schematic view illustrating an energy saving system using waste heat of a ship according to another embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view illustrating an energy saving system using waste heat of a ship according to an embodiment of the present invention.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템(1)는, 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되는 배기가스의 폐열을 회수하여 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되는 액체를 가열시켜 습증기를 생성하는 폐열회수증기발생장치(100)와, 습증기에서 스팀이 분리되고 남은 액체와 열교환되며 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 전기를 생산하되 폐열회수증기발생장치(100)에서 생산된 스팀과 추가적으로 열교환되는 유기랭킨사이클 발전장치(200)를 구비한다.As shown in this figure, the energy saving system 1 using waste heat of a ship according to the present embodiment recovers the waste heat of the exhaust gas supplied to the exhaust gas economizer EE and supplies it to the exhaust gas economizer EE (100) which generates steam by heating the liquid to be heated, and an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water as a working fluid to produce electricity. The steam generator And an organic Rankine cycle generator (200) for further heat exchange with the steam produced in the apparatus (100).
폐열회수증기발생장치(100)는, 엔진에서 배출되는 배기가스(Exhaust Gas)의 폐열을 회수하여 배기가스 이코노마이저(EE)에서 액체와 열교환시켜 스팀을 생성하고, 생성된 스팀을 거주구 난방용 또는 연료 난방 유지용으로 사용하기 위한 장치이다.The waste heat
본 실시 예에서 폐열회수증기발생장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 핫웰(HW, Hot Well)에 저장된 액체를 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급하는 제1 펌프(110)와, 배기가스 이코노마이저(EE)에서 공급되는 습증기를 스팀과 액체로 분리하는 스팀분리기(120)와, 스팀분리기(120)에서 분리된 액체를 유기랭킨사이클 발전장치(200)로 펌핑하는 제2 펌프(130)와, 유기랭킨사이클 발전장치(200)와 열교환된 유체를 응축시키는 콘덴서(140)를 포함한다.1, a waste heat
본 실시 예에서 제1 펌프(110)에서 펌핑되는 유체는 액체 상태에 있지만 배기가스 이코노마이저(EE)를 통과하면서 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되는 고온(200℃이상)의 배기가스와 열교환되어 습증기 상태 즉, 물과 증기가 혼합된 상태가 된다.In this embodiment, the fluid pumped by the
이러한 물과 증기의 혼합물은 스팀분리기(120)로 공급되며, 스팀분리기(120)에서 분리된 스팀 중 사용 가능한 스팀은 배관을 통해 거주구 난방용이나 연료 난방 유지용으로 사용되기 위해 스팀 사용처(SU)로 공급되고, 스팀 사용처(SU)에서 사용할 수 없어 버려지는 스팀은 후술하는 유기랭킨사이클 발전장치(200)의 제2 증발기(220)로 공급된다.The mixture of water and steam is supplied to the
또한 스팀분리기(120)에서 분리된 액체는 제2 펌프(130)에서 펌핑되어 유기랭킨사이클 발전장치(200)로 공급되며, 제1 증발기(210)와 유기랭킨사이클 발전장치에서 열교환된 후 콘덴서(140)에서 응축되어 핫웰(HW)에 저장된다.The liquid separated from the
본 실시 예에서 배기가스 이코노마이저(EE)는 엔진의 배기가스로 증기 또는 온수를 끓이는 것으로서 배기가스 보일러(Exhaust Gas Boiler)를 포함하며, 배기가스 이코노마이저(EE) 내부에서의 열교환은 다단으로 이루어질 수 있다.In this embodiment, the exhaust gas economizer (EE) includes an exhaust gas boiler as boiling steam or hot water with the exhaust gas of the engine, and the heat exchange inside the exhaust gas economizer (EE) can be multi-stage .
유기랭킨사이클 발전장치(200)는, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되는 터빈 사이클이며, 통상 유기랜킨사이클(ORC;Organic Rankine Cycle)이라고도 한다.The organic Rankine
본 실시 예에서 유기랭킨사이클 발전장치(200)는 물보다 비등점이 낮은 유기냉매 예를 들어 R 245fa를 사용할 수 있으므로, 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되는 물보다 낮은 온도를 열원으로 동작할 수 있어 선박에서 발생되는 150℃ 내외의 폐열을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다.In this embodiment, since the organic Rankine cycle
또한 본 실시 예에서 유기랭킨사이클 발전장치(200)는 스팀분리기(120)에서 분리된 액체의 열원뿐만 아니라 스팀의 열원을 이용하여 다단으로 열교환이 이루어지므로 높은 효율을 얻을 수 있는 이점이 있다.In addition, in the present embodiment, the organic Rankine cycle
이제 유기랭킨사이클 발전장치(200)를 상세히 설명하면, 유기랭킨사이클 발전장치(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스팀분리기(120)에서 스팀이 분리되고 남은 액체와 열교환되어 유기냉매를 증발시키는 제1 증발기(210)와, 제1 증발기(210)에서 공급되는 유기냉매와 스팀분리기(120)에서 공급되는 스팀을 열교환시켜 유기냉매를 증발시키는 제2 증발기(220)와, 제2 증발기(220)에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈(230)과, 터빈(230)의 회전에 따라 연동하여 전력을 생산하는 발전기(240)와, 터빈(230)에서 나온 유기용매를 냉각하여 액화시키는 응축기(250)와, 응축기(250)에서 나온 응축된 유기용매를 압축시켜 증발기로 공급하는 제3 펌프(260)와, 제1 증발기(210)로부터 제3 펌프(260)에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 제공하는 관로를 포함한다.1, the organic Rankine cycle
본 실시 예에서 엔진에서 공급되는 배기가스는 대략 200℃ 이상의 온도를 가지나, 폐열회수증기발생장치(100)의 유체와 열교환되면서 대략 160℃ 정도의 열원으로 온도가 하강된다.In this embodiment, the exhaust gas supplied from the engine has a temperature of about 200 ° C or more, but the temperature of the exhaust gas is lowered to about 160 ° C with heat exchange with the fluid of the waste heat
또한 본 실시 예에서 폐열회수증기발생장치(100)의 유체(물)는 배기가스 이코노마이저(EE)에서 배기가스와 8bar의 가압상태로 열교환된 후 습증기 상태로 유기랭킨사이클 발전장치(200)의 제1 증발기(210)와 열교환되어 폐열을 전달한다.In this embodiment, the fluid (water) of the waste heat
나아가 유기랭킨사이클 발전장치(200)의 작동유체인 유기냉매는 제1 증발기(210)에서 스팀분리기(120)에서 분리된 액체와 1차적으로 열교환되어 100℃ 이상의 습증기 상태가 되고, 제2 증발기(220)에서 스팀분리기(120)에서 분리된 스팀과 열교환되어 완전한 증기 상태로 터빈(230)으로 공급된다. Further, the organic refrigerant, which is an operating oil of the organic Rankine cycle
그리고 유기랭킨사이클 발전장치(200)는 다른 터빈 시스템과 마찬가지로 증발기(210)에서 가열된 고온부의 온도와 응축기(250)에서 냉각된 저온부의 온도 차이가 클수록 높은 효율을 얻을 수 있는 특징이 있다.The organic Rankine cycle
즉 증발기(210)로 유입되어 증발기(210)에 열을 전달하는 고온부의 온도가 높을수록, 응축기(250)로 유입되어 응축기(250)의 열을 흡수하는 저온부의 온도가 낮을수록 효율이 높아진다.That is, the higher the temperature of the high temperature portion which is introduced into the
따라서 본 실시 예에는 제1 증발기(210)와 제2 증발기(220)를 통해서 2단으로 열교환이 이루어지므로 이전에 비해 더 높은 효율을 얻을 수 있는 이점이 있다.Therefore, in this embodiment, since heat exchange is performed in two stages through the
그리고 제2 증발기(220)로 공급되는 스팀은 스팀 사용처(SU)에서 사용될 수 없어 분기라인(SL)을 통해 공급되는 스팀은 물론 스팀 사용처(SU)로 공급되는 스팀 또는 스팀 사용처(SU)에서 사용된 스팀 등이 사용될 수 있다.The steam supplied to the
한편 본 실시 예에서 터빈(230)과 발전기(240)는 다단으로 마련될 수 있다.Meanwhile, in this embodiment, the
도 2는 도 1에 도시된 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템의 작동 상태도이다. 이하에서 도 2를 참조하여 본 실시예의 작동 상태를 간략히 설명한다.2 is an operational state diagram of an energy saving system using the waste heat of the ship shown in FIG. Hereinafter, the operation state of the present embodiment will be briefly described with reference to FIG.
엔진에서 배출되는 배기가스는 배기가스 이코노마이저(EE)에서 제1 펌프(110)에서 공급되는 액체와 열교환되어 제1 펌프(110)에서 공급되는 액체를 스팀과 물이 혼합된 습증기 상태로 만들고, 습증기는 스팀분리기(120)로 공급된다.The exhaust gas discharged from the engine is heat-exchanged with the liquid supplied from the
스팀분리기(120)는 습증기를 스팀과 물로 분리하며, 분리된 스팀 중 사용 가능한 스팀은 거주구 난방용 등으로 사용되는 스팀 사용처(SU)로 공급되고, 스팀 사용처(SU)에서 사용된 스팀은 액화된 후 핫웰(HW)에 저장될 수 있다.The
스팀분리기(120)에서 분리된 액체는 제2 펌프(130)를 통해 유기랭킨사이클 발전장치(200)의 제1 증발기(210)로 공급되어 제1 증발기(210)와 1차적으로 열교환된 후 콘덴서(140)에서 응축되어 핫웰(HW)에 저장된다.The liquid separated from the
스팀분리기(120)에서 분리된 스팀 중 스팀 사용처(SU)에서 사용할 수 없는 스팀은 제2 증발기(220)로 공급되어 작동유체인 유기냉매와 2차적으로 열교환된다.Steam which can not be used in the steam use place (SU) among the steam separated by the
한편 제1 증발기(210)에서 열교환되어 기화된 유기냉매는 제2 증발기(220)에서 더 높은 온도로 가열되며, 터빈(230)으로 공급되어 터빈(230)을 구동시킨다.On the other hand, the organic refrigerant heat-exchanged in the
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a schematic view illustrating an energy saving system using waste heat of a ship according to a second embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템(1a)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진의 소기의 열을 회수하는 열교환기(300)를 제1 펌프(110)와 배기가스 이코노마이저(EE)를 연결하는 라인에 직렬로 마련한 점에서 전술한 실시예와 차이점이 있다.As shown in FIG. 3, the
본 실시 예와 같이 열교환기(300)를 직렬로 마련하면 기존의 라인에 열교환기(300)를 설치하면 되므로 설치가 간단하고, 라인이 간단하여 압력 및 온도 제어가 보다 용이하며, 열전달 사이클에서 열매체의 유량이 더 적어 비용면에서도 유리한 이점이 있다.If the
또한 핫웰(HW)에서 공급되는 물을 엔진의 소기와 열교환기(300)를 통해 온도를 높여줌으로써 배기가스 이코노마이저(EE) 입구의 물의 온도를 안정적인 온도로 유지시켜 본 시스템의 전체적인 안정성을 도모할 수 있으며, 이코노마이저(EE)에서의 열교환시 너무 낮은 온도로 물이 공급되어 시스템에 저온 부식이 생기는 것을 방지 할 수 있는 이점이 있다.Also, by increasing the temperature of the water supplied from the hotwell HW through the engine and the
나아가 엔진의 소기의 열원을 이용함으로써 배기가스 폐열만 이용했을 때보다 많은 유량의 물의 온도를 높일 수 있어 유량의 증가 효과로 유기랭킨사이클 발전장치(200)로 더 많은 열에너지를 전달할 수 있다.Further, by using a desired heat source of the engine, it is possible to increase the temperature of the water at a higher flow rate than that of the exhaust gas waste heat alone, and it is possible to transfer more heat energy to the organic Rankine
한편 열교환기(300)는 제1 펌프(110)와 배기가스 이코노마이저(EE)를 연결하는 라인에 병렬로 연결될 수도 있다.On the other hand, the
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 이용한 폐열회수증기발생장치에 유기냉매를 작동유체로 하는 유기랭킨사이클 발전장치를 구성하되 폐열회수증기발생장치에서 생성되는 스팀을 유기랭킨사이클 발전장치로 공급하여 추가로 열교환시킴으써 종래의 폐열회수증기발생장치만 구성되었을 때보다 더 많은 배기가스의 폐열을 회수하여 효과적으로 이용할 수 있어 연료 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the present embodiment, an organic Rankine cycle power generation apparatus using an organic refrigerant as a working fluid is constituted in a waste heat recovery steam generator using waste heat of an exhaust gas supplied to an exhaust gas economizer, and is generated in a waste heat recovery steam generator Steam is further supplied to the organic Rankine cycle generator and further heat exchanged to recover more waste heat of the exhaust gas than that of the conventional waste heat recovery steam generator, .
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.
1 : 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템 100 : 폐열회수증기발생장치
110 : 제1 펌프 120 : 스팀분리기
130 : 제2 펌프 140 : 콘덴서
200 : 유기랭킨사이클 발전장치 210 : 제1 증발기
220 : 제2 증발기 230 : 터빈
240 : 발전기 250 : 응축기
260 : 제3 펌프 300 : 열교환기
EE : 배기가스 이코노마이저 HW : 핫웰(Hot Well)
SL : 분기라인 SU : 스팀 사용처1: Energy saving system using waste heat of ship 100: Waste heat recovery steam generator
110: first pump 120: steam separator
130: second pump 140: condenser
200: Organic Rankine cycle generator 210: First evaporator
220: second evaporator 230: turbine
240: generator 250: condenser
260: third pump 300: heat exchanger
EE: Exhaust gas economizer HW: Hot Well
SL: Branch line SU: Steam application
Claims (9)
상기 습증기에서 스팀이 분리되고 남은 액체와 열교환되며 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치를 포함하며,
상기 스팀을 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 공급하여 상기 유기랭킨사이클 발전장치와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.A waste heat recovery steam generator for recovering waste heat of the exhaust gas supplied to the exhaust gas economizer and heating the liquid supplied to the exhaust gas economizer to generate a wet steam; And
And an organic Rankine cycle generator for producing electricity by using an organic refrigerant whose boiling point is lower than that of water and which is heat-exchanged with the remaining liquid after the steam is separated from the wet steam,
Wherein the steam is supplied to the organic Rankine cycle generator and the heat is exchanged with the organic Rankine cycle generator.
상기 유기랭킨사이클 발전장치로 공급되는 스팀은 사용하지 못하고 버려지는 스팀인 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.The method according to claim 1,
Wherein the steam supplied to the organic Rankine cycle power generation apparatus is steam that is not used but is discarded.
상기 폐열회수증기발생장치는,
핫웰(Hot Well)에 저장된 액체를 상기 배기가스 이코노마이저로 공급하는 제1 펌프;
상기 배기가스 이코노마이저에서 공급되는 상기 습증기를 스팀과 액체로 분리하는 스팀분리기;
상기 스팀분리기에서 분리된 상기 액체를 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 펌핑하는 제2 펌프; 및
상기 유기랭킨사이클 발전장치와 열교환된 유체를 응축시키는 콘덴서를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.The method according to claim 1,
The waste heat recovery steam generator comprises:
A first pump for supplying the liquid stored in the hot well to the exhaust gas economizer;
A steam separator for separating the wet steam supplied from the exhaust gas economizer into steam and liquid;
A second pump for pumping the liquid separated in the steam separator to the organic Rankine cycle generator; And
And a condenser for condensing the fluid heat-exchanged with the organic Rankine cycle generator.
상기 스팀분리기에서 분리된 상기 스팀은 거주구 난방용 또는 연료 난방 유지용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.The method of claim 3,
Wherein the steam separated from the steam separator is used for residence heating or fuel heating maintenance.
상기 유기랭킨사이클 발전장치는,
상기 습증기에서 스팀이 분리되고 남은 액체와 열교환되어 상기 유기냉매를 증발시키는 제1 증발기;
상기 제1 증발기에서 공급되는 상기 유기냉매와 상기 스팀분리기에서 공급되는 스팀을 열교환시켜 상기 유기냉매를 증발시키는 제2 증발기;
상기 제2 증발기에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈;
상기 터빈의 회전에 따라 연동하여 전력을 생산하는 발전기;
상기 터빈에서 나온 유기용매를 냉각하여 액화시키는 응축기;
상기 응축기에서 나온 응축된 유기용매를 압축시켜 상기 증발기로 공급하는 제3 펌프; 및
상기 제1 증발기로부터 상기 제3 펌프에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 제공하는 관로를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.The method according to claim 1,
The organic Rankine cycle generator includes:
A first evaporator for separating steam from the humidified steam and exchanging heat with the remaining liquid to evaporate the organic refrigerant;
A second evaporator for evaporating the organic refrigerant by exchanging heat between the organic refrigerant supplied from the first evaporator and steam supplied from the steam separator;
A turbine rotating through the organic refrigerant evaporated by the second evaporator;
A generator for generating electric power by interlocking with the rotation of the turbine;
A condenser for cooling and liquefying the organic solvent from the turbine;
A third pump for compressing and supplying the condensed organic solvent from the condenser to the evaporator; And
And a conduit for providing a circulation path of the organic refrigerant from the first evaporator to the third pump.
상기 터빈과 상기 발전기는 다단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.The method of claim 5,
Wherein the turbine and the generator are configured in multiple stages.
상기 제1 펌프와 상기 배기가스 이코노마이저를 연결하는 라인에 마련되며 소기(Scavenge Air)의 열원으로 상기 배기가스 이코노마이저로 공급되는 액체를 가열시키는 열교환기를 더 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.The method of claim 2,
Further comprising a heat exchanger disposed in a line connecting the first pump and the exhaust gas economizer to heat a liquid supplied to the exhaust gas economizer as a scavenging air heat source.
상기 열교환기는 상기 제1 펌프와 상기 배기가스 이코노마이저를 연결하는 라인에 직렬로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.The method of claim 7,
Wherein the heat exchanger is provided in series with a line connecting the first pump and the exhaust gas economizer.
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