복수기 방열 회수 시스템{Condenser Waste-heat Recovery System}
본 발명은 복수기의 방열을 회수하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수기에서 버려지는 열을 회수하여 저압급수가열에 이용함으로써 플랜트의 효율을 높일 수 있게 됨과 더불어, 냉각수량을 감소시켜 복수기의 크기뿐만 아니라 냉각펌프의 용량도 줄이게 됨으로써 설비비를 절감할 수 있는 복수기 방열 회수 시스템에 관한 것이다.
화력발전이나 원자력발전 등 대규모 발전시스템은 연료에서 발생한 열에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서, 입력과 출력의 비율인 에너지 전환율을 높이기 위하여 다양한 방법이 사용되고 있다. 예를 들어, 비열이 가장 큰 물을 작동유체로 사용하면서 최적의 효율을 낼 수 있도록 단열압축, 등압가열, 단열팽창, 및 등압방열의 프로세스로 구성된 랭킨 사이클(Rankine Cycle)이 발전시스템에 실제 적용되고 있다. 이러한 랭킨 사이클은 터빈의 열낙차를 크게 하기 위한 등압방열의 과정에서 복수기에 다량의 냉각수를 사용해야 하기 때문에 효율상승에 한계를 갖고 있다. 이러한 효율상승의 한계를 극복하기 위해서는 복수기의 방열을 회수하면 되지만, 복수기의 방열을 회수하는 시스템이 없어 터빈을 돌리고 나온 증기열의 대부분이 유효하게 이용되지 않고 그대로 대기에 방열되고 있는 실정에 있다. (특허문헌 1) KR 10-1295806 B
이에 본 발명은, 복수기에서 버려지는 열을 회수하여 저압급수가열에 이용함으로써 플랜트의 효율을 높일 수 있게 됨과 더불어, 냉각수량을 감소시켜 복수기의 크기뿐만 아니라 냉각펌프의 용량도 줄이게 됨으로써 설비비를 절감할 수 있는 복수기 방열 회수 시스템을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.
본 발명에 따른 복수기 방열 회수 시스템은, 증기를 발생시키는 보일러; 상기 보일러에서 발생하는 고온 고압의 증기를 이용하여 구동되는 터빈; 상기 터빈에서 배출되는 증기를 냉각 응축하여 물(복수)로 만드는 복수기; 상기 터빈의 회전 구동에 의해 전기를 발생시키는 발전기; 및 상기 복수기에 연결되어, 상기 증기가 가진 열을 회수함과 동시에 상기 증기를 냉각 응축하는 히트펌프를 포함하고, 상기 히트펌프는 상기 복수기의 내부를 순환하고 배출되는 냉각수를 이송하는 폐회로의 냉각수관에 연결되며, 상기 히트펌프는, 냉매를 통해 상기 냉각수관으로부터 열을 흡수하여 상기 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 증발기에서 증발한 냉매를 용액에 흡수하는 흡수기; 상기 흡수기에서 나오는 상기 냉매가 흡수된 상기 용액이 유입되어, 상기 용액으로부터 상기 냉매를 증기상태로 분리하는 재생기; 및 상기 재생기로부터 방열회수히터를 거쳐 유입되는 증기상태의 상기 냉매를 액화시키는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 복수기 방열 회수 시스템은, 증기를 발생시키는 보일러; 상기 보일러에서 발생하는 고온 고압의 증기를 이용하여 구동되는 터빈; 상기 터빈에서 배출되는 증기를 냉각 응축하여 물(복수)로 만드는 복수기; 상기 터빈의 회전 구동에 의해 전기를 발생시키는 발전기; 및 상기 복수기에 연결되어, 상기 증기가 가진 열을 회수함과 동시에 상기 증기를 냉각 응축하는 히트펌프를 포함하고, 상기 히트펌프는 상기 복수기의 내부를 순환하고 배출되는 냉각수를 이송하는 폐회로의 냉각수관에 연결되며, 상기 히트펌프는, 냉매를 통해 상기 냉각수관으로부터 열을 흡수하여 상기 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 증발기에서 증발한 냉매를 용액에 흡수하는 흡수기; 상기 흡수기에서 나오는 상기 냉매가 흡수된 상기 용액이 유입되어, 상기 용액으로부터 상기 냉매를 증기상태로 분리하는 재생기; 및 상기 재생기로부터 유입되는 증기상태의 상기 냉매를 액화시키는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 터빈에서 일을 하고 나온 증기를 냉각시키는 복수기에서 버려지는 열을 회수하고, 이 열을 저압급수가열에 이용함으로써 플랜트 효율을 높일 수 있는 효과가 있게 된다. 또한, 본 발명에 의하면, 히트펌프의 냉열을 복수기에 연결할 수 있기 때문에, 냉각수량을 감소시켜 복수기의 크기뿐만 아니라 냉각펌프의 용량도 줄이게 됨으로써 설비비를 절감할 수 있는 효과를 얻게 된다. 특히, 냉각수량을 줄일 수 있어 사막이나 수량이 부족한 곳에서도 용이한 운영을 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복수기 방열 회수 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 히트펌프를 더욱 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 복수기 방열 회수 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 히트펌프를 더욱 상세히 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 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. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복수기 방열 회수 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 히트펌프를 더욱 상세히 도시한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복수기 방열 회수 시스템은, 증기를 발생시키는 보일러(13); 이 보일러(13)에서 발생하는 고온 고압의 증기를 이용하여 구동되는 터빈(11); 이 터빈에서 배출되는 증기를 냉각 응축하여 물(복수)로 만드는 복수기(10); 터빈(11)의 회전 구동에 의해 전기를 발생시키는 발전기(12); 및 복수기(10)에 연결되어, 증기가 가진 열을 회수함과 동시에 증기를 냉각 응축하는 히트펌프(20)를 포함하고 있다. 보일러(13)에서 가열되어 발생한 고온 고압의 증기는 터빈(11)으로 보내어지고, 이 고온 고압의 증기가 터빈(11)에서 팽창함으로써 일을 하게 되는데, 이때 발전기(12)를 통해 전기를 만들게 된다. 그 후, 저압 저온으로 된 증기는 복수기(10)로 보내어지며, 복수기(10) 내에서 냉각 응축되어 복수로 된다. 이 복수가 급수펌프(15)에 의해 다시 보일러(13)로 보내어지게 됨으로써, 전술한 과정을 되풀이하면서 발전을 위한 사이클을 구성하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 히트펌프(20)는 증발기(21), 흡수기(25), 재생기(23), 응축기(22), 및 열교환기(26)로 구성되며, 이들 부재로 이루어진 사이클 내에는 냉매가 들어 있어, 이 냉매가 증발, 흡수, 재생, 응축의 과정을 거치면서 열을 흡수 또는 방출하게 된다. 히트펌프(20)에서, 증발기(21)는 펌프(미도시)에 의하여 복수기(10)의 내부를 순환하고 배출되는 냉각수, 즉 10 ~ 30 ℃ 정도의 온도를 가진 가열매체를 이송하는 폐회로의 냉각수관(31)으로부터 열을 흡수하여 냉매를 증발시킴으로써 저온의 냉매증기를 만든다. 증발기(21)에서 증발한 냉매증기는 증발기(21)로부터 증기공급관(32)을 통해 흡수기(25)로 유입되고 이 흡수기(25) 내에서 물과 리튬브로마이드로 조성된 용액에 흡수된다. 재생기(23)에는 열교환기(26)가 설치되어 있는데, 냉매증기가 공급된 흡수기(25)에서 나오는 저온의 묽은 용액이 펌프(24)에 의해 배관(34)을 거쳐 재생기(23)로 공급된 다음, 열교환기(26)를 통해 추기된 증기 또는 보조 증기를 이송하는 증기배관(34)으로부터 열교환 됨으로써 열을 공급받아 고온의 냉매증기로 된다. 플랜트를 기동하거나 저부하 운전일 때는 보조 증기를 사용하고, 정상부하가 되면 터빈(11)의 추기를 사용할 수 있다. 증기배관(34)을 통해 유입된 증기는 재생기(23) 내에서 열교환 한 후에 급수조(미도시) 또는 보일러 등으로 나아가 저압급수계통으로 회수될 수 있다. 재생기(23)에서 증기배관(34)에 의해 유입되는 열원에 의해 용액과 분리된 고온의, 예컨대 85 ~ 95 ℃ 정도의 냉매증기는 증기공급관(35)을 통해 방열회수히터(17)로 보내어진다. 여기서, 미설명부호 14와 16은 각각 고압히터와 저압히터를 표시한다. 복수기(10)의 방열을 히트펌프(20) 내 냉매로 회수한 다음에 냉매의 가열 및 응축, 그리고 용액과의 흡수 및 분리 과정을 거쳐 복수를 방열회수히터(17)에서 열교환을 통해 가열하게 됨으로써, 결국 보일러(13)로 공급될 저압급수를 미리 가열하게 되어 보일러(13)에 투입되는 열량을 감소시킬 수 있게 되고, 그 결과 사용되는 연료량을 절감하고 이에 따른 비용도 절감할 수 있게 됨은 물론 플랜트의 효율을 향상시키게 되는 것이다. 증기공급관(35)을 통해 유입된 증기는 방열회수히터(17) 내에서 열교환 한 후 펌프(27)에 의해 팽창하여 응축기(22)로 나아가고, 이 응축기(22)에서 응축되어 물로 된다. 온도가 떨어진 저온의 물은 응축기(22)로부터 배관(36)을 거쳐 다시 증발기(21)로 보내어져 증발기(21)에서 가열매체의 관로, 즉 냉각수관(31)으로부터 열을 빼앗아 증발한다. 한편, 순환수가 순환수관(37)을 통해 흡수기(25)를 거치면서 응축기(22)를 지나가게 되는데, 이 응축기(22)에서 순환수는 가열되어 예컨대 35 ~ 45 ℃ 정도인 고온의 순환수로 된다. 응축기(22)에서 가열된 순환수는 흡수기(25) 및 응축기(22)를 관통하여 설치된 폐회로의 순환수관(37)을 통하여 복수기(10)에 공급되고, 이 복수기(10) 내에서 열교환 하여 냉각된다. 따라서, 이 순환수를 위한 냉각탑을 생략할 수 있는 장점이 있게 된다. 요약하면, 히트펌프(20) 내의 흡수기(25)와 응축기(22)를 지나가는 순환수, 즉 냉각매체를 복수기(10)로 흐르게 하여 그 온도를 떨어뜨림으로써, 복수기(10)가 냉각탑의 역할을 대신하게 한다. 그리고 히트펌프(20)의 증발기(21)에서 나오는 냉열은 복수기(10)에 공급하여 복수기(10)의 열을 냉각하는 데에 이용하는 것이다. 이와 같이, 히트펌프의 냉열을 복수기에 연결할 수 있기 때문에, 냉각수량을 감소시켜 복수기의 크기뿐만 아니라 냉각펌프의 용량도 줄이게 됨으로써 설비비를 절감할 수 있게 된다. 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 복수기 방열 회수 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 히트펌프를 더욱 상세히 도시한 도면이다. 히트펌프(20)에서, 증발기(21)는 펌프(미도시)에 의하여 복수기(10)의 내부를 순환하고 배출되는 냉각수, 즉 10 ~ 30 ℃ 정도의 온도를 가진 가열매체를 이송하는 폐회로의 냉각수관(31)으로부터 열을 흡수하여 냉매를 증발시킴으로써 저온의 냉매증기를 만든다. 증발기(21)에서 증발한 냉매증기는 증발기(21)로부터 증기공급관(32)을 통해 흡수기(25)로 유입되고 이 흡수기(25) 내에서 물과 리튬브로마이드로 조성된 용액에 흡수된다. 재생기(23)에는 열교환기(26)가 설치되어 있는데, 냉매증기가 공급된 흡수기(25)에서 나오는 저온의 묽은 용액이 펌프(24)에 의해 배관(34)을 거쳐 재생기(23)로 공급된 다음, 열교환기(26)를 통해 추기된 증기 또는 보조 증기를 이송하는 증기배관(34)으로부터 열교환 됨으로써 열을 공급받아 고온의 냉매증기로 된다. 증기배관(34)을 통해 유입된 증기는 재생기(23) 내에서 열교환 한 후에 저압급수계통으로 회수될 수 있다. 재생기(23)에서 증기배관(34)에 의해 유입되는 열원에 의해 용액과 분리된 고온의, 예컨대 85 ~ 95 ℃ 정도의 냉매증기는 증기공급관(39)을 통해 응축기(22)로 보내어진다. 유입된 증기는 이 응축기(22)에서 응축되어 물로 된다. 온도가 떨어진 저온의 물은 응축기(22)로부터 배관(36)을 거쳐 다시 증발기(21)로 보내어져 증발기(21)에서 가열매체의 관로, 즉 냉각수관(31)으로부터 열을 빼앗아 증발한다. 한편, 순환수가 순환수관(38)을 통해 흡수기(25)를 거치면서 응축기(22)를 지나가게 되는데, 이 응축기(22)에서 순환수는 가열되어 예컨대 50 ~ 70 ℃ 정도인 고온의 순환수로 된다. 응축기(22)에서 가열된 순환수는 흡수기(25) 및 응축기(22)를 관통하여 설치된 폐회로의 순환수관(38)을 통하여 방열회수히터(17)에 공급되고, 이 방열회수히터(17) 내에서 열교환 하여 냉각된다. 따라서, 이 순환수를 위한 냉각탑을 생략할 수 있는 장점이 있게 된다. 열교환 된 순환수는 펌프(27)에 의해 흡수기(25)로 다시 보내어진다. 복수기(10)의 방열을 히트펌프(20) 내 냉매로 회수한 다음에 냉매의 가열 및 응축, 그리고 용액과의 흡수 및 분리 과정을 거쳐 복수를 방열회수히터(17)에서 열교환을 통해 가열하게 됨으로써, 결국 보일러(13)로 공급될 저압급수를 미리 가열하게 되어 보일러(13)에 투입되는 열량을 감소시킬 수 있게 되고, 그 결과 사용되는 연료량을 절감하고 이에 따른 비용도 절감할 수 있게 됨은 물론 플랜트의 효율을 향상시키게 되는 것이다. 요약하면, 히트펌프(20) 내의 흡수기(25)와 응축기(22)를 지나가는 순환수를 방열회수히터(17)로 흐르게 하여 그 온도를 떨어뜨림으로써, 방열회수히터(17)가 냉각탑의 역할을 대신하게 한다. 그리고 히트펌프(20)의 증발기(21)에서 나오는 냉열은 복수기(10)에 공급하여 복수기(10)의 열을 냉각하는 데에 이용하는 것이다. 이와 같이, 히트펌프의 냉열을 복수기에 연결할 수 있기 때문에, 냉각수량을 감소시켜 복수기의 크기뿐만 아니라 냉각펌프의 용량도 줄이게 됨으로써 설비비를 절감할 수 있게 된다. 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 실시예는 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.
10: 복수기 11: 터빈
12: 발전기 13: 보일러
17: 방열회수히터 20: 히트펌프
21: 증발기 22: 응축기
23: 재생기 25: 흡수기 |
