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폐 증기를 활용한 전력생산기술

폐 증기를 활용한 전력생산기술. 2008.10.01. 기술사 전 금 하. 목 차. 1. 폐 증기 란 ?. 2. 적용 분야. 3. 저압용 폐열 발전 시스템. 4. 처리 공정. 5. 경제성 분석. 4 Subtitle. 6. 관련법령과 처리절차. 1. 폐 증기 란 ?. 저압용 증기 1) 통상 증기압력 10 kg/cm2 이하의 저압 포화 증기를 말하며 , 2) 건조 , 가열 , 등 공정이용 후 경제적 가치가 없어서 응축 또는 배출되는

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폐 증기를 활용한 전력생산기술

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  1. 폐 증기를 활용한 전력생산기술 2008.10.01. 기술사 전 금 하

  2. 목 차 1. 폐 증기 란? 2. 적용 분야 3. 저압용 폐열 발전 시스템 4. 처리 공정 5. 경제성 분석 4 Subtitle 6. 관련법령과 처리절차

  3. 1. 폐 증기 란? 저압용 증기 1) 통상 증기압력 10 kg/cm2 이하의 저압 포화 증기를 말하며, 2) 건조, 가열, 등 공정이용 후 경제적 가치가 없어서 응축 또는 배출되는 저압 증기(3-5 kg/cm2)로서 전 산업공정 분야에서 배출증기 3) 중소형 소각설비에서 전량 배출되거나, 응축되어 사용되는 증기 4) 과잉으로 생산되어 별도의 에너지원으로 응축시키는 증기 5) 공정용 증기로 사용되기 위하여 7-8kg/cm2의 압력에서 1.5-4.0 kg/cm2 의 압력으로 감압되어 사용되는 증기

  4. 폐 증기 발전 설비란 ? 1) 고도의 기술이 요하지 않는 공정에 의하여 전력을 생산하는 설비 - 발전설비에 준하는 유지관리 - 안정된 증기의 압력,온도 및 질 관리 2) 고도의 초 순수 생산 설비(발전설비 필수)가 요하지 않는 발전설비 - 증기 중의 Na, Ca, Si 농도 0.02 ppm 이하 유지 - 순수 또는 초 순수 처리 , 탈기 및 탈산 처리 필수 3) 저질의 저압증기를 정제하여 발전용 증기로 제조하여 발전하는 설비 - 증기 전 처리에 의한 발전 적합성 - 발전 후 공정용 증기 사용의 이용성 4) 저 비용, 저 기술에 의한 무인 운전이 가능한 발전설비

  5. 폐열 발전에 따른 경제적 효과 • 배출 또는 응축되는 증기를 전력에너지로 변환 • 저압 저질의 배출. 응축 증기를 증기 전처리 및 MSEG시스템에 의한 전력 생산 • 공정용 증기의 전력 생산 및 공정 증기 이용 • 공정에 사용되기 전에 압력 차이에 의한 발전 을 하고 배출 증기를 건조, 가열 등 • 공정 증기로 활용하여 에너지 극대화 실현 • 공정 후 저압의 증기를 전 처리를 거쳐 폐열 발전 가능 • 4-5 Kg/cm2 정도의 압력에 의한 증기 발전 가능 • 증기 부하 변동에 따른 잉여 증기의 폐열 발전 • 증기 부하에 따른 잉여증기를 전량 전력에너지로 변환 가능

  6. 폐증기 발전시스템을 설치하여 얻어지는 효과는? 전력생산 동력비 절감 응축수 이용 용수비 절감 저압공정 증기활용 운전비용 절 감 Key Point 증기복수기 가동비 절감 용수재이용 약품비절감 온수활용 난방비 절감 포화 증기 5톤/시간 7 kg/cm2, 7000시간/년 200 KWH 급 2.6억/년 절감 예상

  7. 2. 적용 분야 • 환경 분야 • 1)폐기물 소각설비 : 수증기 전량을 대기 중으로 배출하는 설비 • 증기를 응축하여 에너지를 소비하는 설비 • 운영관리비의 대폭 절감이 필요한 설비 • 2) 축산폐수, 분뇨처리설비 : 폐 가스 이용 발전 또는 열 이용설비의 • 폐열 발전이 필요한 설비 • 3) 매립가스이용 발전 설비 : 폐열 이용 부가 발전 필요 설비 • 산업용 열 설비 설비 분야 • 생산되는 증기를 이용하여 전력 생산 및 공정 증기이용 사업장 • 공정사용 후 저압 잉여 증기를 응축 또는 폐기하는 분야 • 공정용 증기사용에 따른 감압조절 벨브 사용하는 사업장

  8. 3. 저압용 폐열 발전 시스템 가. 저압용 증기 사용 현황 ● 200톤/일 이하 급의 폐기물 소각설비 등 환경설비 - 인근 열 병합 발전설비의 증기 공급(대 용량 급) 생산 증기의 대기 배출(소형 급) 추가 에너지에 의한 증기 응축설비 가동(중형 급) - 발전용 초 순수 처리시스템 불비 - 발전 설비를 위한 전문인력 미확보 ● 가열, 건조, 증발 등 저압의 증기 이용 사업장 - 생산 증기의 감압 변에 의한 증기 감압 후 공정 이용 - 공정 이용 후 증기는 전량 응축 또는 폐기 ● 증기 부하에 따른 잉여 증기 전량 배출

  9. 나. 저압 증기 발전 도입 시 고려사항 ● 보일러 용수관리 - KS B 6209 (20-30 kg/cm2) 수질 기준 - 발전용 순수/초 순수 처리시스템 • VGN기준은 독일보일러협회에서 증기터빈의 연속 가동조건 으로 규정한 기준임 • 응축수의 분석치를 7kg/cm2의 포화 증기로 환산한 수치임. • 7kg/cm2의 포화 증기의 비체적은 0.001107 kg/m3

  10. ● 증기의 전 처리 - 기수분리 건도 약 95-98% 정도로 수분을 99.99%분리 사이클론식, 원심력식 –증기속도 12m/sec 일 때 약 98% 증기속도 20-25m/sec 일 때 약 40-60% 차폐판식 –증기속도 10-47m/sec 일 때 100% - 정압 유지 보일러의 부하 변동, 배관의 압력손실, 기타 압력에 따른 터빈 회전수의 변동 폭을 줄여 공급압력의 정압 유지

  11. ● 증기터빈의 선정 - 전력 생산용 증기의 100% 전력 생산이용, 배기증기 압력 0.01 kg/cm2 * 배압터빈의 적용은 경제성 불비에 따른 적용 불가 - 전력 + 배기증기의 공정 이용 공급 및 배기 압력의 엔탈피 차이에 의한 발전 및 배기증기의 공정이용(최대 5,0 kg/cm2의 증기 이용) * 배기 증기의 건조, 증발, 난방, 원예, 화훼용 등 공정용 증기 이용

  12. ● 유지관리 - 기동 및 정지 시 터빈 가열 및 축 얼라이번트의 필수관리 - 블레이드브 및 축부의 실리카 부착 관리 - 순수의 제조 및 응축수 유지관리 - 기타 전문인력에 의한 관리 시스템 ● 생산전력의 연계 - 상용전력선 연계방식(동기발전) - 상용전력선 분리방식(동기 또는 유도 발전) - 생산전력의 소내 전력 이용 또는 역 송전 방식

  13. 다 . 폐 증기 발전을 위한 저압 증기 터빈의 선정 1) 선정 기준 ◈소형 증기터빈발전기의 종류 - MSTG : 기존의 블레이드형식의 터빈발전기(대다수의 국내설치형식) (블레이드형 터빈 + 커플링 + 발전기) - MSEG : 스크류식의 터빈발전기 (스크류형 터빈 + 기어박스 + 발전기) * MSTG : Micro Steam Turbine Generator , * MSEG : Micro Steam Energy Generator ◈ 증기 조건 - 유 량 : 5 m3/시간 - 종 류 : 포화증기 - 유입 압력 : 7-9.5 kg/cm2.G , 배기압력 : 0.1 -4.5 kg/cm2.G ◈ 보일러 수질 조건 - KS B6209 (20-30 kg/cm2)

  14. 2) 적용 증기터빈 Micro Steam Turbine Generator (MSTG) ◈용 도: 폐열 활용 발전용으로 유럽, 미국의 경우 20 bar 이상의 고압증기를 사용하며, 일본의 경우 5-10kg/cm2의 저압증기를 사용하여 발전 사례가 있음. ◈제조사: S사(독), C사(미), E사 (미, 일), K사, E사(일) 등 주로 2 MW 이하 급 으로 주문자 요구에 의하여 제작됨. 국내의 경우, 대형소각장(200톤/일) 설치기종으로 일본 및 독일 제품 이 주로 설치됨. ◈발전 효율: 15% 내외 (AC 생산, 역율 0.7정도) ◈유지 관리성: 고도의 기술 요함 ◈요구수질: 순수이상의 용수처리 필요하며, 대단히 세심한 관리 요구 (VGN 기준) ◈실적: 국내 대형소각장 3개소 및 일본 2개소 방문 현지조사 실시)

  15. Micro Steam Energy Generator (MSEG) ◈용 도: 가스터빈, 공정 폐 증기을 이용하여 소규모 발전용 ◈제조사: K사 (일), S사 (독) 주로 1 MW 이하 급으로 국내 설치 사례가 없으며, 일본의 경우, 신기술로 보호받고 있는 기술임. ◈발전 효율: 25%내외 (역율 1) ◈유지관리성: MSTG에 비하여 무인 운전 가능설비 ◈요구수질 : KS B6209 수질 조건 ◈설치실적 : 일본의 제지업체 , 열병합발전설비 등 2 개소

  16. 3. 증기터빈의 비교

  17. ☞참고 자료 유도발전과 동기발전의 비교

  18. 기존 블레이트 형식의 실리카 부착 현상

  19. 4. 저압용 폐 증기 발전 공정 ● 기존소각공정 이용 - 기존의 소각설비의 증기라인을 연결하여 발전 공정 시공 및 운영 - 용수 : 순수제조설비의 개.보수 이용 - 증기 : 기존 증기헤더에서 분리하여 발전 공정 연결 발전 후 응축기 이용 응축수 재 이용 - 응축수 : 기존의 응축 공정이용 ● 전력 동기화 - 소내 전력이용 - 기존 전력선 연결 및 매전 - 비상발전 동시 연결 - 발전 후 부족 전력은 한전 선로 전력 이용 1) 환경설비(소각설비분야) 공정 특허: 포화증기를 이용한 발전장치 및 포화증기를 이용한 발전방법

  20. 전처리 공정 분리증기배출 스팀헤더로 배출되는 저질의 증기를 증기터빈에 적합하도록 전 처리하는 공정 ◈ 기수분리공정: 저압의 포화증기로부터 수분을 99.99%이상 제거하는 공정으로 3단 원심력이용 분리하는 공정 ◈ 정압 유지 공정: 분리된 정제증기를 발전공정에 적합하도록 일정압력을 유지시키는 공정 증기 유입 분리수 배 출 분리수 배 출 분리수 배출

  21. 발전 공정 고도로 기수 분리되고 정압이 유지되는 포화증기를 이용하여 마이크로 증기 터빈을 동작시켜 동력을 생산하는 공정 기존 증기터빈 대비 160%이상의 발전효율을 내는 스크류식 증기 터빈 발전기 ◈ 발전 설비 초고효율 스크류식 증기터빈과 인버터 및 컨버터에 구동되는 동기발전기를 조합 한 증기발전장치 (MSEG)는 고효율 안정적인 전기 에너지를 생산하는 설비. 마이크로증기터빈

  22. MSEG의 작동원리 및 구성 성능곡선

  23. 후처리 공정 ◎ 기수 분리수, 정압유지 저장조의 드레인 수 및 증기터빈에서 배출되는 증기는 기존의 증기복수기를 이용하여 보일러 용수로 만들고, 증기를 이용하여 탈기를 하여 보일러수로 재 이용하는 공정. (응축수 회수율 80% 이상) ◎ 증기 복수기는 사용 증기의 압력에 따른 인버터 구동형 설치 계획. 기수분리기 드레인 용수 정압유지기 보일러 수 재이용 증기터빈 저압 증기복수기

  24. 2) 산업 공정 증기 이용 설비 ● 공정용 증기 감압 후 사용 공정 기존 공정용 증기를 이용하기 위하여 감압 벨브를 사용하는 대신, 발전 설비 구축 시 10톤/시간의 증기 활용하여 약 300 KWH의 전력 생산 및 증기 이용 증기압력에 따른 발전량 변화 기존 공정이용 방법 저압용 폐열발전설비

  25. ● 공정 사용 후 배기증기의 발전 공정 고압의 증기를 공정 사용 후 배출되는 페 증기를 이용하여 발전하는 공정으로 4-5 kg/cm2의 증기 10톤/시간 일 경우, 350 -450 KWH의 전력 생산 및 응축수 활용 가능 증기압력에 따른 발전량 변화 공정 후 폐 증기 전 처리설비 발전 설비 응축 설비 응 축 수

  26. 3) 배기증기에 따른 발전량 변화 • 100 KWH 용량 적용 경우 • - 급기 압력 : 최대 10 Kg/cm2 • - 배기 압력 : 최대 5 Kg/cm2 • * 배기압력은 공정용 증기 압력 • 에 맞춰 0.5 -5.0 kg/cm2로 • 설정 발전을 합니다. • * 배기압력에 따라 발전량의 • 증.감이 있습니다.

  27. 4) 개략 성능도 • 급기 압력 : 7.0 kg/cm2 • 배기 압력 : 1.0 kg/cm2 • 소요증기량 : 2,561 kg/H • 발전량 : 100 KWH

  28. 5) 표준 사양 본 사양은 제조자인 고베제강㈜에 의하여 성능개선을 위하여 변경될 수 있음.

  29. 6) 설치 사례 (100KWH용량) 기존 배관라인 Steam Steam From : Steam condensor From : Steam Header CV-101 • 증기조건 • - 급기압력 : 7.0 Kg/cm2 • 증 기 량 : 2.3 톤/시간 • 증기조건 • - 배기압력 : 0.3 Kg/cm2 • 증 기 량 : 2.3 톤/시간

  30. MSEG의 실제 가동상황 증기 입구조건 압력 : 7.0 kg/cm2 유량 : 2,356 kg/h 증기 배기조건 압력 : 0.3 kg/cm2 발전량 : 97.9 KWH

  31. MSEG의 주요 운전 자료 관리

  32. 5. 경제성 분석 발생전력의 소내 전력 이용 경우 ☞ 전력단가 : 산업용”을” 2008.07월 기준 (69 원/KW)

  33. 발생전력을 한전에 매전 경우 • 매전단가 : SNP(한전발전단가) + 5원 (점차 상승 중임) • SNP 단가는 최고 142.43원/KW 에서 최저 92원/KW로 평균 110원 정도임.

  34. 투자 대비 회수 및 부대 효과 • 투자 대비 3-4년 이내 설비비의 회수가 가능한 설비이며, • CO2 저감이 년간 216 톤/100KWH이상 가능한 CDM 사업의 효과 기대. 국고지원, 장기 저리의 정책자금을 이용하여 설비를 설치할 수 있습니다.

  35. 6. 관련법령과 처리절차 가. 설치 목적에 따른 절차 자가용 –발생전력은 자가용 사용 후 잉여전력 역송전 사업용–-발생전력 전량 한전 역송전 매전사업 나. 전기사업법의 인 . 허가 사업계획 수립 및 허가단계 : 전기사업의 허가(법 7조) 공사계획의 인가 및 신고(법 15조) 시공 및 시운전 단계 : 송배전 전기설비의이용요금 등의 인가법(법 15조) 전기안전관리담당자 선임(법 73조) 사업개시신고(법 9조) 사용 전 검사법(법 63조) 상업용 운전 및 사후관리 : 전기설비의 시설계획 및 전기공급계획신고 정기검사(법66조) 전력거래(법 43조 전력거래소)

  36. ◈ 자가용전기설비의 공사계획의 인가 또는 신고(법 62조) - 지경부장관의 인가 및 시도지사 신고 단, 저전압에 해당하는 자가용 전기설비 설치공사의 경우, 사용 전 검사 신청 으로 갈음할 수 있음. ◈ 사용 전 검사 (법 63조) - 공사를 완료한 후, 관련서류를 첨부하여 검사일 7일전에 한국전기안전공사에 제출 관련서류 : 공사계획인가 또는 신고수리서 사본 전기안전관리 담당자 선임신고필증 사본 ◈ 정기검사 (법 65조) - 자가용 발전설비로서 증기터빈의 경우, 4년 이내

  37. 감사합니다. E-mail : e2n@e2ntech.co.kr Home page : www.mseg.co.kr

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