KR20160023371A - 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치 및 방법 - Google Patents

선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배전반에 부하조절 장치를 연결하여 선박의 소비 전력이 급격히 감소하는 경우에도 전력계통이 안정화될 수 있도록 한 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치에 있어서, 상기 선박의 주엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 증기 터빈 발전기; 상기 증기 터빈 발전기로 유입되는 스팀의 양을 조절하는 터빈의 가버너; 및 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 작동되어 상기 선박의 전력 부하량을 조절하는 부하 조절 장치를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치가 제공된다.

Description

선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR POWER PRODUCTION USING WASTE HEAT IN A SHIP}
본 발명은 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배전반에 부하조절 장치를 연결하여 선박의 소비 전력이 급격히 감소하는 경우에도 전력계통이 안정화될 수 있도록 한 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 추진용 또는 발전용 엔진에서 연료를 연소하여 발생하는 열 에너지 중 대략 50% 정도는 각각 추진이나 발전에 사용되지만, 나머지는 거의 대부분 배기가스의 형태 또는 엔진 냉각수에 대한 열교환을 통한 냉각 등을 통해 외부로 배출되는 형태로 소비된다. 이와 같은 형태로 배출되는 열은 기관의 추진이나 발전 등에 유용한 형태로 전환되지 못하고 버려지는 열이라고 할 수 있으며, 따라서 이를 폐열이라고 일컫는다.
외부로 배출되는 폐열 중 일부라도 회수하여 이를 유용한 에너지로 재활용할 수 있다면 그만큼 연료의 절약을 도모할 수 있으므로 선박에서 소모하는 전체 에너지를 절감하는 데 크게 기여할 수 있게 된다.
최근에는 외부로 배출되는 폐열 중 일부를 회수함으로써 에너지를 절감할 수 있는 고효율의 선박 또는 친환경 선박에 대한 필요성이 대두하고 있다.
이에 따라, 선박에서 주엔진의 배기가스에 포함된 폐열을 회수하기 위해 배기가스절탄기를 설치하고, 그것에서 발생한 스팀을 선박의 스팀사용처에 공급하여, 스팀을 생산하기 위한 보조보일러의 운전을 억제함으로서 연료비를 절약하는 시스템이 등장했다. 그리고, 이것에 추가하여 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 직접 작동유체로 사용하는 가스터빈(또는 파워터빈이라고 함), 고온의 배기가스의 열을 이용하여 생성된 증기의 일부를 작동유체로 사용하는 증기터빈 등을 추가적으로 설치하여 전력을 생산할 수 있도록 한 폐열 회수장치(WHRS: Waste Heat Recovery System)가 등장했다.
도 1은 종래 기술에 따른 폐열 회수장치의 일례를 나타낸 도면이다. 선박의 엔진(10)은 냉각을 위한 냉각수의 유동경로에 해당하는 메인유로(12)를 구비한다. 이코노마이저(50)는 엔진(10)에 연결되어 엔진(10)의 연소 후 발생되는 고온의 배기가스를 제공받아 고온의 배기가스와 물을 열교환 시켜 스팀을 발생시킨다. 폐열 회수장치(52)는 증기 터빈 또는 가스 터빈을 이용하여 전력을 생산한다. 증기 터빈을 이용하여 전력을 생산하는 경우에는 배기가스절탄기(50)로부터 가열된 물로부터 발생한 스팀을 제공받아 이를 작동유체로 사용하여 증기 터빈이 작동되고, 가스 터빈을 이용하여 전력을 생산하는 경우에는 엔진(10)의 배기가스 수집장치(Exhaust gas receiver)로부터 터보 차져(Turbo charger)를 우회하여 빠져나오는 고온의 배기가스를 제공받아 이를 작동유체로 사용하는 가스터빈(파워터빈)이 작동된다.
이 경우, 증기터빈은 배기가스절탄기(50)에 의해 물을 가열하여 스팀을 발생시키는 경로(50a,50b) 중에서 스팀의 출력측에 해당하는 경로(50b)와 연결된 또 다른 형태의 경로(52b)를 통해 스팀을 제공받고, 가스터빈은 엔진(10)과 직결되는 또 다른 경로(52a)를 통해 고온의 배기가스를 직접 제공받도록 구성될 수 있다.
증기 터빈을 이용하여 전력을 생산하는 폐열 회수 시스템은 생산되는 교류 전력의 주파수를 배전반에서 요구하는 주파수와 맞추기 위해 터빈의 가버너가 증기 터빈으로 유입되는 스팀의 양을 조절한다. 즉, 터빈의 가버너가 증기 터빈으로 유입되는 스팀의 양을 조절하고, 유입되는 스팀의 양에 따라 증기 터빈의 회전수가 조절되고, 증기 터빈의 회전수에 따라 발전기에서 생산되는 교류 전력의 주파수가 조절된다. 그런데, 쓰러스터, 발라스터 펌프와 같은 소비 전력이 큰 전력 부하가 정지하는 경우에는 소비 전력이 급격히 감소하고, 터빈의 가버너의 전단의 압력이 급격히 상승하고, 터빈의 가버너가 증기 터빈으로 유입되는 스팀의 양을 조절하지 못해 발전기에서 생산되는 전력의 주파수가 배전반에서 요구하는 주파수와 맞지 않게 되고, 이런 경우 정전 등의 문제가 발생할 수 있다.
선행기술 : 국내 공개 번호 10-2014-0042323호(2014.04.07 공개)
본 발명의 목적은 선박의 소비 전력이 급격히 감소하는 경우에도 전력계통이 안정화될 수 있는 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치에 있어서, 상기 선박의 주엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 증기 터빈 발전기; 상기 증기 터빈 발전기로 유입되는 스팀의 양을 조절하는 터빈의 가버너; 및 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 작동되어 상기 선박의 전력 부하량을 조절하는 부하 조절 장치를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치가 제공된다.
특히, 상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제2 임계치 이하이면 작동이 중단되고, 상기 제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 작은 값일 수 있다
또한, 상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 저장하는 전력 저장부일 수 있다.
또한, 상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 소모하는 저항부일 수 있다.
또한, 상기 증기 터빈 발전기는 스팀을 매개로 회전하는 증기 터빈; 상기 증기 터빈의 회전에 연동하여 전력을 생산하는 발전기; 및 상기 증기 터빈의 높은 회전수를 상기 발전기에서 요구하는 회전수로 감속시키는 감속기어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치는 상기 선박의 주엔진에서 배출되는 배기가스를 보일러수에 열교환시켜 스팀을 발생시켜 상기 증기 터빈 발전기로 공급하는 배기가스 절탄기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배기가스 절탄기는 상기 배기가스 절탄기는 배기가스와 보일러수를 열교환시켜 물과 스팀의 혼합물을 생성하는 고온 스팀 생성부분; 및 상기 고온 스팀 생성 부분에서 생성된 상기 혼합물 중 스팀을 가열하여 과열 스팀으로 만드는 고압스팀 과열 부분을 포함할 수 있다.
선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법에 있어서,
상기 선박의 소비 전력이 감소하면 증기 터빈 발전기의 전력 생산량을 감소시키는 단계; 및
터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 부하 조절 장치를 작동시키는 단계를 포함하고,
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 증기 터빈 발전기는 상기 선박의 주엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키고, 상기 터빈의 가버너는 상기 증기 터빈 발전기로 유입되는 스팀의 양을 조절하고, 상기 부하 조절 장치는 상기 선박의 전력 부하량을 조절하는, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법이 제공된다.
특히, 상기 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법은 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제2 임계치 이하이면 상기 부하 조절 장치의 작동이 중단되는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 작은 값일 수 있다.
또한, 상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 저장하는 전력 저장부일 수 있다.
또한, 상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 소모하는 저항부일 수 있다.
또한, 상기 증기 터빈 발전기는 스팀을 매개로 회전하는 증기 터빈; 상기 증기 터빈의 회전에 연동하여 전력을 생산하는 발전기; 및 상기 증기 터빈의 높은 회전수를 상기 발전기에서 요구하는 회전수로 감속시키는 감속기어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법은 배기 가스 절탄기가 상기 선박의 주엔진에서 배출되는 배기가스를 보일러수에 열교환시켜 스팀을 발생시켜 상기 증기 터빈 발전기로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배기가스 절탄기는 배기가스와 보일러수를 열교환시켜 물과 스팀의 혼합물을 생성하는 고온 스팀 생성부분; 및 상기 고온 스팀 생성 부분에서 생성된 상기 혼합물 중 스팀을 가열하여 과열 스팀으로 만드는 고압스팀 과열 부분을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치에 있어서, 상기 선박의 주엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 증기 터빈 발전기; 상기 증기 터빈 발전기로 유입되는 스팀의 양을 조절하는 터빈의 가버너; 및 상기 선박의 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제1 임계치 이상이면 작동되어 상기 선박의 전력 부하량을 조절하는 부하 조절 장치를 포함하는, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치가 제공된다.
특히, 상기 부하 조절 장치는 상기 선박의 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제1 임계치 이상이면 전력을 저장하는 전력 저장부일 수 있다
또한, 상기 부하 조절 장치는 상기 선박의 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제1 임계치 이상이면 전력을 소모하는 저항부일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배전반에 부하조절 장치를 연결하여 선박의 소비 전력이 급격히 감소하는 경우에 부하 조절 장치가 선박의 소비 전력을 조절함으로써, 전력계통이 안정화될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 폐열 회수장치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치는 부하 조절 장치(210), 증기 터빈 발전기(220), 터빈의 가버너(governor)(221), 고압 스팀 압력 조절 밸브(222), 저압 스팀 압력 조절 밸브(223), 진공 응축기(230), 응축수 이송 펌프(231), 케스케이드 탱크(232), EGE 급수 펌프(233), 주엔진 소기 냉각기의 폐열 회수 장치(234), 배기가스 절탄기(EGE, Exhaust Gas Economizer)(240), 고압스팀분리기(250), 고압보일러수 순환펌프(251), 저압스팀분리기(253), 저압 보일러수 순환펌프(254), 급수밸브(252, 255)를 포함한다.
증기 터빈 발전기(220)는 배기가스 절탄기(240)에서 주엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시킨다. 증기 터빈 발전기(220)는 증기터빈, 감속 기어, 발전기를 포함한다. 증기 터빈은 유입된 스팀을 매개로 회전하고, 발전기는 증기 터빈의 회전에 연동하여 전력을 생산한다. 감속기어는 증기 터빈의 높은 회전수를 발전기에서 요구하는 회전수로 감속시킨다. 증기 터빈은 6~16 barg의 포화스팀 또는 과열스팀을 사용하는 고압증기터빈만으로 구성될 수도 있고, 효율을 높이기 위해 고압증기터빈과 4~5 barg의 포화스팀을 사용하는 저압증기터빈으로 구성될 수도 있다.
선박의 전력을 관리하는 전력 관리 시스템은 선박의 전력 부하 및 운전 상황에 따라 증기 터빈 발전기(220)만 단독 운전시킬지, 보조 발전기 엔진(261)과 증기 터빈 발전기(220)를 병렬 운전시킬지 여부를 결정할 수 있다.
증기 터빈 발전기(220) 및 보조 발전기 엔진(261)에서 생산된 전력은 배전반(260)으로 공급되고, 배전반(260)은 공급받은 전력을 선박 내의 전력 소모처로 공급한다.
터빈의 가버너(221)는 선박의 전력 부하에 따라 증기 터빈 발전기(220)가 생산하는 전력량을 조절하기 위해 증기 터빈 발전기(220)로 유입되는 스팀의 양을 조절한다.
그런데, 쓰러스터, 발라스터 펌프와 같은 소비 전력이 큰 전력 부하가 정지하는 경우에는 소비 전력이 급격히 감소하고, 감소한 소비 전력을 맞추기 위해 증기 터빈 발전기(220)의 전력 생산량을 줄이면 증기 터빈 발전기(220)로 유입되는 스팀의 양이 급격히 감소하면서 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 급격히 상승한다. 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 급격히 상승하면 터빈의 가버너(221)가 증기 터빈 발전기(220)로 유입되는 스팀의 양을 제대로 조절하지 못하고, 증기 터빈 발전기(220)에서 생산되는 전력의 주파수가 배전반에서 요구하는 주파수와 맞지 않게 되고, 이런 경우 정전 등의 문제가 발생할 수 있다.
부하 조절 장치(210)는 배전반(260)에 연결되어 선박의 소비 전력이 급격히 감소하는 경우 작동되어 선박의 전력 부하량을 조절한다. 부하 조절 장치(210)는 전력 저장부 또는 저항부일 수 있다. 부하 조절 장치(210)가 전력 저장부인 경우 부하 조절 장치(210)는 소비 전력이 급격히 감소하는 경우에 전력을 저장한다. 그리고, 부하 조절 장치(210)가 저항부인 경우 부하 조절 장치(210)는 소비 전력이 급격히 감소하는 경우에 전력을 열로서 소모한다. 즉, 부하 조절 장치(210)는 선박의 소비 전력이 급격히 감소하는 경우에 전력을 저장하거나 소모함으로써 증기 터빈 발전기(220)의 전력 생산량이 서서히 감소할 수 있도록 한다.
부하 조절 장치(210)는 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 작동하고, 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 제2 임계치 이하이면 작동이 중단될 수 있다. 이때, 제2 임계치는 제1 임계치보다 작은 값이다. 즉, 선박의 소비 전력이 급격히 감소하면 증기 터빈 발전기(220)의 전력 생산량이 감소하고, 이에 따라 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 올라간다. 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이 되면 부하 조절 장치(210)가 작동되어 증기 터빈 발전기(220)의 전력 생산량이 서서히 감소할 수 있게 되고, 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력도 떨어진다. 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 제2 임계치 이하가 되면 터빈의 가버너(221)가 정상적으로 작동할 수 있는 상황이 된 것이므로 부하 조절 장치(210)의 작동이 중단된다.
부하 조절 장치(210)가 전력 저장부인 경우 부하 조절 장치(210)는 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 저장하고, 부하 조절 장치(210)가 저항부인 경우 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 열로서 소모한다.
또는, 부하 조절 장치(210)는 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제3 임계치 이상이면 작동하고, 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제4 임계치 이하이면 작동이 중단될 수 있다. 이때, 제4 임계치는 제3 임계치보다 작은 값이다.
부하 조절 장치(210)가 전력 저장부인 경우 부하 조절 장치(210)는 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제3 임계치 이상이면 전력을 저장하고, 부하 조절 장치(210)가 저항부인 경우 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제3 임계치 이상이면 전력을 열로서 소모한다.
진공 응축기(230)는 스팀이 증기 터빈으로 에너지를 전달하여 동력을 발생시킨 뒤 증기 터빈으로부터 배출되는 부분에 진공에 가까운 부압을 형성하여 증기 터빈 내에서 스팀의 온도가 감소하여도 최대한 기체 상태로 유지하여 스팀으로부터 증기 터빈으로 전달되는 에너지가 최대가 되도록 함으로써 증기 터빈의 효율을 높이는 장치이다. 진공 응축기(230)는 일반적으로 -0.92 barg의 부압을 형성하고, -0.92 barg에서 응축되는 증기의 온도는 약 35도이다. 스팀은 대기압에서 100도에서 응축이 되는데, 100도의 물은 많은 에너지가 남아 있으므로, 진공 응축기(230)를 이용하여 스팀을 35도에서 응축을 시키킴으로써 증기 터빈의 효율을 높이는 것이다. 진공 응축기(230)에는 진공펌프가 설치되고 응축을 위해 낮은 온도의 해수가 공급된다.
응축수 이송 펌프(231)는 진공 응축기(230) 내의 응축수를 케스케이드 탱크(232)로 이송하여 진공 응축기(230) 내의 수위를 일정하기 유지시킨다.
케스케이드 탱크(232)는 스팀을 생성하기 위한 급수를 저장하는 탱크로서 60~80도로 유지되며 온도 유지를 위해 스팀분사를 통한 온도조절장치가 설치되어 있다.
EGE 급수 펌프(233)는 케스케이드 탱크(232)로부터 EGE(240)로 보일러수를 공급하는 펌프이다.
주엔진 소기 냉각기의 폐열 회수 장치(234)는 주엔진의 과급기(263)를 통해 압축된 소기(연소공기)와 보일러수를 열교환시켜 보일러수의 온도를 높이는 장치이다. 소기는 주엔진의 과급기(263)에 의해 압축됨에 따라 상당히 온도가 상승한다. 따라서, 냉각수를 이용하여 소기의 상승한 온도를 낮추는데, 냉각수를 소기로 공급하기 전에 보일러수와 소기를 열교환시킴으로써 소기의 폐열을 이용하여 보일러수의 온도를 상승시켜 스팀 발생량을 증가시킬 수 있다.
EGE(240)는 주엔진(262)에서 연료를 연소하고 배출되는 고온의 배기가스를 보일러수에 열교환시켜 스팀을 발생시키는 장치이다. EGE(240)는 고압스팀 생성부분(242), 고압스팀 과열부분(241), 저압스팀 생성부분(243)으로 구성될 수 있고, 저압스팀 생성부분(243)은 설치되지 않을 수도 있다. 배기가스와 보일러수의 열교환 방식은 보일러수를 관내로 순환시키고 관 외부의 배기가스로부터 보일러수로 열이 전달시키는 수관식과 배기가스를 관내에 순환시키고 관내의 배기가스로부터 관 외부의 보일러수로 열이 전달되는 연관식이 있다.
고온스팀생성부분(242)은 고압스팀분리기(250)로부터 보일러수를 공급받아 배기가스와 열교환시킨 후 다시 고압스팀분리기(250)로 회송한다. EGE(240)에서 보일러수를 배기가스와 열교환시키면 물과 스팀의 혼합물이 발생하는데, 고압스팀분리기(250)는 물과 스팀의 혼합물을 물과 스팀으로 분리시킨다. 분리된 스팀의 일부는 기관실 내의 스팀 소비처로 공급되고, 나머지 스팀은 고압스팀과열부분(241)으로 이송되어 추가의 에너지를 가진 과열스팀으로 만들어진 후 증기터빈발전기(220)의 고압증기터빈으로 공급된다.
저온스팀 생성부분(243)은 저압스팀분리기(253)로부터 보일러수를 공급받아 배기가스와 열교환시킨 후 다시 저압스팀 분리기(253)로 회송한다. 저온스팀 생성부분(243)에서 보일러수를 배기가스와 열교환시키면 물과 스팀의 혼합물이 발생하는데, 저압스팀분리기(253)는 물과 스팀의 혼합물을 물과 스팀으로 분리시킨다. 분리된 저압 스팀을 증기터빈발전기의 저압증기터빈으로 공급된다.
즉, 고압스팀분리기(250) 및 저압스팀분리기(253)는 물과 스팀의 혼합물을 물과 스팀으로 분리시킨다. 분리된 스팀은 고압스팀분리기(250) 및 저압스팀분리기(253)의 상부의 스팀 배출구를 통해 배출된다. 고압스팀분리기(250)에서 분리된 물은 고압보일러수 순환펌프(251)에 의해 고압스팀 생성부분(242)으로 이송되고, 저압스팀분리기(253)에서 분리된 물은 저압보일러수 순환펌프(254)에 의해 저압스팀 생성부분(243)으로 이송된다.
증기 터빈 발전기(220)에 저압 증기 터빈이 설치되지 않는 경우에는 EGE(240)에 저압스팀 생성부분(243)이 설치되지 않고, 저압스팀분리기도 설치되지 않을 수 있다.
고압 스팀 압력 조절 밸브(222)는 고압의 스팀이 증기터빈발전기(220)로 공급될 때, 증기터빈발전기(220)의 전력생산량이 스팀 공급량보다 작은 경우 잉여의 스팀을 진공응축기(230)로 보내 고압 증기 터빈에 공급되는 스팀의 압력을 일정하게 유지하는 역할을 한다.
저압 스팀 압력 조절 밸브(223)는 저압의 스팀이 증기터빈발전기(220)로 공급될 때, 증기터빈발전기(220)의 전력생산량이 스팀 공급량보다 작은 경우 잉여의 스팀을 진공응축기(230)로 보내 조압 증기 터빈에 공급되는 스팀의 압력을 일정하게 유지하는 역할을 한다.
주엔진(262)은 연료를 연소하여 그 에너지를 동력원으로 추진력을 발생시키는 장치이다. 연료를 연소 후 발생하는 배기가스는 고온으로 그 에너지의 일부는 과급기(263)를 구동시키는데 사용되고, 과급기(253)는 소기를 압축한다.
보조발전기엔진(261)은 연료를 연소하여 그 에너지를 동력원으로 선박에 필요한 전력을 생산하는 장치이다.
보조보일러는 선박의 잡용 및 보조기기를 구동시키기 위한 스팀을 발생시키는 장치로 열원은 연료유를 사용한다. 주엔진(262)을 사용하지 않는 정박 등의 상황에서 증기터빈발전기(220)를 가동시키기 위한 스팀을 공급하는 역할을 한다.
보조보일러급수펌프는 보조보일러에서 생성하는 스팀만큼 추가의 보일러수를 보조보일러에 공급하는 역할을 한다.
대기압응축기는 기관실 및 보조기기에서 사용된 스팀의 응축수와 응축되지 않은 스팀을 냉각시키는 역할을 하며, 응축수는 케스케이드탱크(232)로 이송된다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 선박의 소비 전력이 감소하면 증기 터빈 발전기(220)의 전력 생산량을 감소시킨다(S310). 그러면, 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 상승하고, 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이 되면 부하 조절 장치(210)가 작동한다(S320). 부하 조절 장치(210)가 작동함에 따라 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 떨어지고, 터빈의 가버너(221)의 전단의 압력이 제2 임계치 이하가 되면 부하 조절 장치(210)의 작동이 중단된다(S330).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210 : 부하 조절 장치
220 : 증기 터빈 발전기
221 : 터빈의 가버너
222 : 고압 스팀 압력 조절 밸브
223 : 저압 스팀 압력 조절 밸브
230 : 진공 응축기
231 : 응축수 이송 펌프
232 : 케스케이드 탱크
233 : EGE 급수 펌프
234 : 주엔진 소기 냉각기의 폐열 회수 장치
240 : 배기가스 절탄기
250 : 고압스팀분리기
251 : 고압보일러수 순환펌프
253 : 저압스팀분리기
254 : 저압 보일러수 순환펌프
252, 255 : 급수밸브

Claims (17)

  1. 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치에 있어서,
    상기 선박의 주엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 증기 터빈 발전기;
    상기 증기 터빈 발전기로 유입되는 스팀의 양을 조절하는 터빈의 가버너; 및
    상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 작동되어 상기 선박의 전력 부하량을 조절하는 부하 조절 장치를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제2 임계치 이하이면 작동이 중단되고, 상기 제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 작은 값인, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 저장하는 전력 저장부인, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 소모하는 저항부인, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 증기 터빈 발전기는
    스팀을 매개로 회전하는 증기 터빈;
    상기 증기 터빈의 회전에 연동하여 전력을 생산하는 발전기; 및
    상기 증기 터빈의 높은 회전수를 상기 발전기에서 요구하는 회전수로 감속시키는 감속기어를 포함하는, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 선박의 주엔진에서 배출되는 배기가스를 보일러수에 열교환시켜 스팀을 발생시켜 상기 증기 터빈 발전기로 공급하는 배기가스 절탄기를 더 포함하는 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 배기가스 절탄기는
    배기가스와 보일러수를 열교환시켜 물과 스팀의 혼합물을 생성하는 고온 스팀 생성부분; 및
    상기 고온 스팀 생성 부분에서 생성된 상기 혼합물 중 스팀을 가열하여 과열 스팀으로 만드는 고압스팀 과열 부분을 포함하는 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  8. 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법에 있어서,
    상기 선박의 소비 전력이 감소하면 증기 터빈 발전기의 전력 생산량을 감소시키는 단계; 및
    터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 부하 조절 장치를 작동시키는 단계를 포함하고,
    상기 증기 터빈 발전기는 상기 선박의 주엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키고, 상기 터빈의 가버너는 상기 증기 터빈 발전기로 유입되는 스팀의 양을 조절하고, 상기 부하 조절 장치는 상기 선박의 전력 부하량을 조절하는, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제2 임계치 이하이면 상기 부하 조절 장치의 작동이 중단되는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 임계치는 상기 제1 임계치보다 작은 값인, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 저장하는 전력 저장부인, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 부하 조절 장치는 상기 터빈의 가버너의 전단의 압력이 제1 임계치 이상이면 전력을 소모하는 저항부인, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 증기 터빈 발전기는
    스팀을 매개로 회전하는 증기 터빈;
    상기 증기 터빈의 회전에 연동하여 전력을 생산하는 발전기; 및
    상기 증기 터빈의 높은 회전수를 상기 발전기에서 요구하는 회전수로 감속시키는 감속기어를 포함하는, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    배기 가스 절탄기가 상기 선박의 주엔진에서 배출되는 배기가스를 보일러수에 열교환시켜 스팀을 발생시켜 상기 증기 터빈 발전기로 공급하는 단계를 더 포함하는 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 배기가스 절탄기는
    배기가스와 보일러수를 열교환시켜 물과 스팀의 혼합물을 생성하는 고온 스팀 생성부분; 및
    상기 고온 스팀 생성 부분에서 생성된 상기 혼합물 중 스팀을 가열하여 과열 스팀으로 만드는 고압스팀 과열 부분을 포함하는 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 방법.
  15. 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치에 있어서,
    상기 선박의 주엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 증기 터빈 발전기;
    상기 증기 터빈 발전기로 유입되는 스팀의 양을 조절하는 터빈의 가버너; 및
    상기 선박의 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제1 임계치 이상이면 작동되어 상기 선박의 전력 부하량을 조절하는 부하 조절 장치를 포함하는, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 부하 조절 장치는 상기 선박의 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제1 임계치 이상이면 전력을 저장하는 전력 저장부인, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 부하 조절 장치는 상기 선박의 선박의 단위 시간당 소비 전력 감소량이 제1 임계치 이상이면 전력을 소모하는 저항부인, 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치.
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