KR101613228B1 - 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법 - Google Patents

선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101613228B1
KR101613228B1 KR1020140121812A KR20140121812A KR101613228B1 KR 101613228 B1 KR101613228 B1 KR 101613228B1 KR 1020140121812 A KR1020140121812 A KR 1020140121812A KR 20140121812 A KR20140121812 A KR 20140121812A KR 101613228 B1 KR101613228 B1 KR 101613228B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
steam
superheated
turbine generator
superheated steam
pressure
Prior art date
Application number
KR1020140121812A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160031745A (ko
Inventor
남병탁
안철민
김충식
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020140121812A priority Critical patent/KR101613228B1/ko
Publication of KR20160031745A publication Critical patent/KR20160031745A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101613228B1 publication Critical patent/KR101613228B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J2/00—Arrangements of ventilation, heating, cooling, or air-conditioning
    • B63J2/12—Heating; Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/26—Steam-separating arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

본 발명은 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 생성된 과열스팀을 증기터빈 발전기에 공급하는 이코노마이저 및 급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 생성된 포화스팀(saturated steam)을 과열스팀으로 전환하여 증기터빈 발전기에 공급하는 보조 보일러를 포함하는 제2 과열스팀 공급라인을 포함하는, 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 선박의 저부한 운전 또는 정박시에 보조 보일러에 의해 생성된 스팀을 증기터빈 발전기에 공급하여 전력을 생산하되, 보조 보일러에 의해 생성된 포화스팀을 과열스팀으로 전환시켜 공급함으로써 포화스팀을 공급할 때 발생할 수 있는 응축수에 의한 증기터빈 발전기의 날개의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 종래 선박의 메인 엔진을 보조하여 전력을 생산하던 보조 발전기 엔진을 보조 보일러가 대체할 수 있어, 폐열회수장치의 구성을 간소화하고, 폐열회수장치의 설치 비용을 절감할 수 있다.

Description

선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법{Waste Heat Recovery Unit for a Ship and Method for Recoverying Waste Heat}
본 발명은 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법에 관한 것으로, 선박내에서 소비되는 전력 생산을 위한 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법에 관한 것이다.
선박 추진의 효율을 높이고 선박의 전체적인 에너지를 절약하는 시스템에 대한 연구가 계속되어 왔다. 통상, 선박은 주엔진의 연료 중 일부만이 선박 추진을 위한 에너지로 활용되고 나머지는 배기가스의 형태로 대기중에 버려진다. 이에 따라, 메인 엔진의 배기가스를 모아 다시 엔진의 추진력으로 활용하거나 또 다른 에너지원으로 사용할 수 있게 한 폐열회수시스템이 주목받고 있다.
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.
그러므로, 외부로 배출되는 폐열 중 일부라도 회수하여 이를 유용한 에너지로 재활용할 수 있다면 그 만큼 연료의 절약을 도모할 수 있으므로 선박에서 소모하는 전체 에너지를 절감하는데 크게 기여할 수 있게 된다.
그 결과, 최근에는 외부로 배출되는 폐열 중 일부를 회수함으로써 에너지를 절감할 수 있는 고효율의 선박 또는 친환경 선박에 대한 필요성이 대두됨에 따라, 이미 선박 분야에서는 수년 전부터 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 이른바 폐열회수시스템(WRHS: Waste Heat Recovery System)을 적용하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 선박용 엔진의 폐열회수를 위한 폐열회수장치(1)에서는, 선박의 추진을 위한 주엔진(ME)에서 발생하는 배기가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생성한 다음, 생성된 스팀을 증기터빈 발전기(STG)에 공급하여 전력을 생산할 수 있도록 하는 스팀 공급원으로서 이코노마이저(EGE: Exhaust Gas Economizer, 10)가 사용되고 있다. 또한, 상기 폐열회수장치(1)는 선박의 저부하 운전 또는 정박시에는 스팀 공급원으로서, 상기 이코노마이저(10)에 부가적으로 보조 보일러(20)에서 생성되는 스팀을 증기터빈 발전기(STG)에 공급하도록 운전되고 있다.
그러나, 상기 보조 보일러(20)에서 생성되는 스팀은 포화스팀으로서, 포화스팀이 증기터빈 발전기(STG)로 공급되면 증기터빈 발전기(STG)의 배관 내에서 온도 저하에 의해 응축수가 쉽게 발생하고, 이로인해 터빈의 날개를 손상시키는 문제가 있었다.
또한, 종래 선박용 엔진의 폐열회수를 위한 폐열회수장치(1)에서는 선박의 운전 형태에 따라, 증기터빈 발전기(STG)에 스팀을 공급하는 스팀 공급원을 이코노마이저(EGE)에서 보조 보일러(20)로 전환시키거나, 또는 보조 보일러(20)에서 이코노마이저(EGE)로 전환시키기 위해서는 증기터빈 발전기(STG)를 일시 정지시킨 후 스팀 공급원을 전환시키고 나서 다시 증기터빈 발전기(STG)를 구동시켜야 하는 문제가 있었다.
증기터빈 발전기(STG) 종래에는 보조 보일러(20)에서 생성된 고압의 스팀이 감압되어 포화스팀으로 된 후 증기터빈 발전기(STG)에 바로 공급되므로, 증기터빈 발전기(STG)를 정지시키지 않고, 이코노마이저(EGE)에서 과열스팀을 공급하다가 보조 보일러(20)에서 포화스팀을 공급하도록 스팀 공급원을 전환시키게 되면, 과열스팀와 포화스팀의 온도차로 인한 과도한 열부하 변동으로 터빈이 손상될 수 있고, 또한, 과열스팀와 포화스팀의 압력차로 인한 증기터빈 발전기(STG) 입구 압력의 출렁임이 발생하여 가버너의 주파수 조절 한계치가 초과되는 문제가 있다.
또한, 종래 증기터빈 발전기가 없는 선박에서는 보조발전기 엔진이 일반적으로 3대가 필요하였는데, 보조발전기 엔진에 의해 선박의 설비가 복잡하고 설비비용이 증가하는 단점을 보완하고자 하는 기술에 대한 수요가 점차 증가되고 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 선박용 엔진의 폐열회수장치의 보조 보일러에서 생성되는 포화스팀을 과열스팀으로 전환시켜 증기터빈 발전기에 공급함으로써, 증기터빈 발전기의 배관 내에서 포화스팀의 온도 저하에 의해 발생되는 응축수로 인하여 터빈의 날개가 손상되는 현상을 방지하여 증기터빈 발전기의 안정성을 확보할 수 있는 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 선박용 엔진의 폐열회수장치의 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하는 스팀 공급원을 선박의 운전형태에서 따라, 이코노마이저에서 보조 보일러로 전환시키거나, 보조 보일러에서 이코노마이저로 전환시킬 때 증기터빈 발전기를 정지시키지 않고도 스팀 공급원을 전환시킬 수 있는 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박용 엔진의 폐열회수장치에 있어서, 상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 생성된 과열스팀(superheated steam)을 증기터빈 발전기에 공급하는 이코노마이저(EGE: Exhaust Gas Economizer)를 포함하는 제1 과열스팀 공급라인; 및 급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 포화스팀(saturated steam)을 생성하는 보조 보일러를 포함하되, 상기 포화스팀을 과열스팀으로 전환하여 증기터빈 발전기에 공급하는 제2 과열스팀 공급라인을 포함하는, 선박용 엔진의 폐열회수장치가 제공된다.
상기 제2 과열스팀 공급라인은, 급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 고압의 스팀을 생성하는 보조 보일러; 상기 고압의 스팀을 감압시켜 포화스팀을 생성하는 감압 밸브; 및 상기 포화스팀을 상기 보조 보일러에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 과열스팀으로 전환시키는 스팀 과열기를 포함하는 스팀과열 라인을 포함할 수 있다.
상기 제2 과열스팀 공급라인은, 상기 감압밸브의 후단에, 포화스팀에 포함되어 있는 스팀과 물을 분리하기 위한 고압스팀 분리기를 추가로 포함할 수 있다.
상기 보조 보일러는 병렬로 연결된 제1 보조 보일러 및 제2 보조 보일러를 포함할 수 있다.
상기 제1 과열스팀 공급라인의 이코노마이저는, 상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 저압스팀을 생성하는 저압스팀 생성부; 상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 고압스팀을 생성하는 고압스팀 생성부; 및 상기 고압스팀 생성부에서 생성된 고압스팀을 과열시켜 과열스팀을 생성한 후 증기터빈 발전기에 공급하는 고압스팀 과열부를 포함할 수 있다.
상기 제1 과열스팀 공급라인은, 상기 저압스팀 생성부에서 생성된 저압스팀에 포함된 저압스팀과 물을 분리한 후, 분리된 저압스팀을 증기터빈 발전기에 공급하는 저압스팀 분리기; 및 상기 고압스팀 생성부에서 생성된 고압스팀에 포함된 고압스팀과 물을 분리한 후, 분리된 고압스팀을 고압스팀 과열기로 공급하는 고압스팀 분리기를 추가로 포함할 수 있다.
상기 증기터빈 발전기는, 상기 저압스팀 분리기로부터 저압스팀을 공급받는 저압증기터빈; 및 상기 고압스팀 과열기로부터 과열스팀을 공급받는 고압증기터빈을 포함할 수 있다.
상기 증기터빈 발전기는 그 전단에 제1 과열스팀 공급라인 및 제2 과열스팀 공급라인이 서로 전환될 수 있도록 하는 스팀공급원 전환밸브가 설치된 것일 수 있다.
상기 선박이 정상운전시에는 상기 제1 과열스팀 공급라인에 의해 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하고, 선박이 저부하 운전시 또는 정박시에는 상기 제2 과열스팀 공급라인; 또는 제1 과열스팀 공급라인과 제2 과열스팀 공급라인에 의해 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 선박용 엔진의 폐열회수방법에 있어서, 상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 생성된 과열스팀을 증기터빈 발전기에 공급하는 제1 과열스팀 공급공정; 및 급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 생성된 포화스팀을 과열스팀으로 전환하여 증기터빈 발전기에 공급하는 제2 과열스팀 공급공정을 포함하는, 선박용 엔진의 폐열회수방법이 제공된다.
상기 제2 과열스팀 공급공정은, 보조 보일러를 이용하여 급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 고압의 스팀을 생성하는 단계; 상기 고압의 스팀을 감압시켜 포화스팀을 생성하는 단계; 및 상기 포화스팀을 보조 보일러에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 과열스팀으로 전환시키는 스팀과열 단계를 포함할 수 있다.
상기 선박이 정상운전시에는 상기 제1 과열스팀 공급공정에 의해 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하고, 선박이 저부하 운전시 또는 정박시에는 상기 제2 과열스팀 공급공정; 또는 상기 제1 과열스팀 공급공정과 제2 과열스팀 공급공정에 의해 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 선박용 엔진의 폐열회수장치에 있어서, 선박의 저부하 운전시 또는 정박시, 보조 보일러에서 생성된 고압의 스팀을 감압시켜 생성된 포화스팀을, 스팀광려기에서 상기 보조 보일러에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 과열스팀으로 전환시킨 후 증기터빈 발전기에 공급하여 전력을 생산하도록 하여, 보조발전기 엔진이 보조 보일러에 의해 대체되는 선박용 엔진의 폐열회수장치가 제공된다.
본 발명에 따른 선박용 엔진의 폐열회수장치에 의하면, 선박의 저부하 운전시 또는 정박시, 보조 보일러에서 생성되는 포화스팀을 과열스팀으로 전환시킨 다음 증기터빈 발전기에 공급함으로써 포화스팀을 증기터빈 발전기에 공급할 때 쉽게 발생할 수 있는 응축수에 의한 터빈 날개의 손상을 방지하여, 증기터빈 발전기의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박용 엔진의 폐열회수장치에 의하면, 선박의 운전상태에 따라 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하는 스팀 공급원을 전환할 때, 예를 들어, 스팀 공급원을 이코노마이저에서 보조 보일러로 전환시키거나, 보조 보일러에서 이코노마이저로 전환시킬 때, 스팀 공급원 전환밸브를 조작하면 되므로, 증기터빈 발전기를 정지시킬 필요가 없다.
또한, 상기 보조 보일러에서 공급되는 과열스팀을 동력원으로 하여 전력을 생산하는 증기터빈 발전기가, 종래 선박용 엔진의 폐열회수장치에서 연료를 동력원으로 하여 전력을 생산하였던 보조 발전기 엔진을 대체할 수 있어, 폐열회수장치의 구성을 간소화하고, 폐열회수장치의 설치 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 선박용 엔진의 폐열회수장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 폐열회수장치의 모식도이다.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 폐열회수장치의 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 선박용 엔진의 폐열회수장치(1)는 상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크(60)로부터 공급된 물을 열교환시켜 생성된 과열스팀(superheated steam)을 증기터빈 발전기(STG: Steam Turbine Generator)에 공급하는 이코노마이저(EGE: Exhaust Gas Economizer)를 포함하는 제1 과열스팀 공급라인(SSL1); 및 급수탱크(60)로부터 공급된 물을 이용하여 생성된 포화스팀(saturated steam)을 과열스팀으로 전환하여 증기터빈 발전기(STG)에 공급하는 보조 보일러(20)를 포함하는 제2 과열스팀 공급라인(SSL2)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 엔진은 선박에 추진력을 제공하는 주엔진(ME: Main Engine)일 수 있다.
선박용 엔진의 폐열회수장치(1)는 선박용 주엔진(ME)의 운전 중에 발생하는 배기가스 중의 폐열을 사용하여 스팀을 생산하고, 생산된 스팀을 증기터빈 발전기(STG)에 공급하여 선박에 필요한 전력을 생산할 수 있다. 그러나, 선박용 주엔진(ME)이 저부하 운전 중이거나, 선박이 정박시에는 주엔진(ME)에서 발생하는 배기가스의 양이 감소하므로 이에 따라 사용할 수 이는 배기가스 내의 폐열도 감소하므로, 상기 폐열을 사용하여 생산할 수 있는 스팀의 양도 감소하게 된다.
따라서, 선박용 주엔진(ME)이 저부하 운전 중이거나, 선박이 정박시에 감소되는 스팀의 생산량을 보완하기 위하여, 보조 보일러(20)를 이용하여 스팀을 생산한 뒤, 생산된 스팀을 증기터빈 발전기(STG)에 공급할 수 있다.
선박용 엔진의 폐열회수장치(1)에 있어서, 선박이 정상 운전시에는, 상기 제1 과열스팀 공급라인(SSL1)에 의해 과열스팀을 증기터빈 발전기(STG)에 공급하고, 선박이 저부하 운전 중이거나, 선박이 정박시에는, 제2 과열스팀 공급라인(SSL2) 단독으로 과열스팀을 증기터빈 발전기(STG)에 공급할 수도 있고, 상기 제1 과열스팀 공급라인(SSL1) 및 제2 과열스팀 공급라인(SSL2)에 의해 과열스팀을 증기터빈 발전기(STG)에 공급하여 전력을 생산하도록 할 수 있다.
한편, 선박이 저부하 운전 중이거나, 선박이 정박시에는 엔진의 배기가스에 포함된 폐열의 발생량이 적으므로, 제1 과열스팀 공급라인(SSL1)을 따라 이코노마이저(EGE)로 급수되는 물이 과열되는 정도와 제2 과열스팀 공급라인(SSL2)을 따라 이송되는 이코노마이저(EGE) 포화스팀이 이코노마이저(EGE)의 고압스팀 과열부(13)를 거친다 하더라도 과열되는 정도가 미미하므로, 스팀공급원 전환밸브(30V)에 의해 스팀과열기(30)에서 과열스팀으로 전환될 수 있다.
제1 과열스팀 공급라인(SSL1)은 주엔진(ME)에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크(60)로부터 공급된 물을 열교환시켜 생성된 과열스팀을 증기터빈 발전기(STG)에 공급하는 이코노마이저(EGE)를 포함할 수 있다.
상기 이코노마이저(EGE)는, 상기 주엔진(ME)에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크(60)로부터 공급된 물을 열교환시켜 저압스팀을 생성하는 저압스팀 생성부(11); 상기 주엔진(ME)에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크(60)로부터 공급된 물을 열교환시켜 고압스팀을 생성하는 고압스팀 생성부(12); 및 상기 고압스팀 생성부(12)에서 생성된 고압스팀을 과열시켜 과열스팀을 생성한 후 증기터빈 발전기(STG)에 공급하는 고압스팀 과열부(13)를 포함할 수 있다. 이때, 고압스팀은 6 ~ 16 barg의 스팀일 수 있고, 저압스팀은 4 ~ 5 barg의 스팀일 수 있다.
상기 저압스팀 생성부(11)에서 생성된 저압스팀은 저압스팀 분리기(11a)로 이송되어, 저압스팀에 포함된 물을 분리해낸 뒤, 분리된 물은 다시 저압스팀 생성부(11)로 순환되고, 물과 분리된 저압스팀은 증기터빈 발전기(STG)의 저압증기터빈(STG1)으로 공급될 수 있다.
상기 고압스팀 생성부(12)에서 생성된 고압스팀은 고압스팀 분리기(12a)로 이송되어, 고압스팀에 포함된 물을 분리해낸 뒤, 분리된 물은 다시 고압스팀 생성부(12)로 순환되고, 물과 분리된 고압스팀은 고압스팀 과열부(13)로 순환되어 과열스팀으로 전환된 후, 증기터빈 발전기(STG)의 고압증기터빈(STG2)로 공급될 수 있다. 한편, 고압스팀 분리기(12a)에서 분리된 고압스팀 중 일부는 기관실 잡용 스팀으로 소모된 후, 진공응축기(40)에서 응축된 다음 급수탱크(60)로 이송될 수 있다.
한편, 급수탱크(60)로부터 이코노마이저(10)로 물이 공급될 때, 급수탱크(60)의 물은 급수펌프(10P)에 의해 펌핑된 후 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치(16)를 거치면서 폐열에 의해 가열된 다음, 저압스팀 분리기(11a) 및 고압스팀 분리기(12a)를 거쳐 순환시키는 펌프(11P, 12P)에 의해 이코노마이저(10)로 공급될 수 있다.
이때, 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치(16)는 주엔진 소기냉각기(미도시)에서 발생하는 폐열을 회수하는 장치로서, 주엔진의 과급기를 통해 압축된 소기는 압축이 됨에 따라 온도가 상승하게 되며, 상승한 온도를 낮추기 위해 냉각수를 공급하게 되는데, 냉각수를 공급하기 전에 먼저 급수되는 보일러수를 먼저 열교환하여 온도를 상승시켜 스팀 발생량을 증가시키는 폐열회수장치이다.
제2 과열스팀 공급라인(SSL2)은 급수탱크(60)로부터 공급된 물을 이용하여 고압의 스팀을 생성하는 보조 보일러(20); 상기 고압의 스팀을 증기터빈 발전기(STG)의 요구 압력으로 감압시켜 포화스팀을 생성하는 감압 밸브(30); 및 상기 포화스팀을 보조 보일러(20)에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 과열스팀으로 전환시키는 스팀과열기(30)를 포함하는 스팀과열 라인(SL)을 포함할 수 있다.
상기 보조 보일러(20)는 선박의 잡용 및 보조기기를 구동시키는 스팀을 발생시킬 수 있으며, 열원으로서 연료유를 사용할 수 있다. 특히, 선박의 주엔진이 저부하로 운전되거나, 선박의 주엔진이 사용되지 않는 정박시에는, 증기터빈 발전기를 가동시키기 위한 스팀을 생성하여 공급할 수 있다.
상기 보조 보일러(20)는 병렬로 연결된 제1 보조 보일러(20a) 및 제2 보조 보일러(20b)를 포함할 수 있으며, 보조 보일러(20)의 총 용량은 선박에 따라 결정될 수 있다.
상기 보조 보일러(20)에서 생성되는 스팀은 고압의 스팀으로서, 상기 보조 보일러(20)에서 생성된 고압의 스팀을 증기터빈 발전기(STG)가 요구하는 압력에 적합하도록 감압밸브(20V)를 이용하여 감압시킨 후 포화스팀을 생성할 수 있다. 이때, 보조 보일러(20)에서 생성된 고압의 스팀의 압력 및 온도는 20barg 및 220℃일 수 있고, 감압밸브(20V)에 의해 감압되어 생성된 포화스팀의 압력 및 온도는 7barg 및 169℃일 수 있다.
상기 감압밸브(20V)에 의해 감압되어 생성된 포화스팀은 고압스팀 분리기(12a)를 거쳐, 스팀과열 라인(SL) 상의 스팀과열기(30)로 이송될 수 있다. 상기 스팀과열기(30)로 이송된 포화스팀은, 보조 보일러(20)에서 배출된 배기가스와 열교환되어 과열스팀으로 전환된 후, 증기터빈 발전기(STG)로 공급될 수 있다. 이때, 상기 고압스팀 분리기(12a)로 공급된 포화스팀 중 일부는 기관실 잡용 스팀 등으로 소모된 후, 대기압응축기(50)에서 응축된 다음 급수탱크(60)로 이송될 수 있다.
한편, 증기터빈 발전기(STG)의 전단에는 제2 과열스팀 공급라인을 따라 공급되는 포화스팀을 과열스팀으로 전환시키기 위하여 포화스팀을 스팀과열기(30)로 보내기 위한 스팀공급원 전환밸브(30V)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 선박이 저부하 운전시 또는 정박시에 스팀 공급원을 보조 보일러로 전환시켜야 할 경우, 증기터빈 발전기를 정지시키지 않고 스팀공급원 전환밸브(30V)를 오픈시키는 것만으로도, 포화스팀을 과열스팀으로 전환시켜 증기터빈 발전기(STG)로 공급할 수 있다.
증기터빈 발전기(STG)는 이코노마이저(10) 및 보조 보일러(20)로부터 과열스팀을 공급받아, 터빈을 구동하여 전력을 생산할 수 있다. 상기 증기터빈 발전기(STG)는 4 ~ 5 barg의 포화스팀을 사용하는 저압증기터빈(STG1) 및 6 ~ 16 barg의 포화스팀 또는 과열스팀을 사용하는 고압증기터빈(STG2)을 포함할 수 있다. 이때, 저압증기터빈(STG1)의 증기터빈 발전기(STG)의 선택적인 구성일 수 있다. 예를 들어, 증기터빈 발전기(STG)가 생산해야 할 전력이 작다면 증기터빈 발전기(STG)는 고압증기터빈(STG2)만 포함하도록 구성할 수도 있으되, 이때에는 저압증기터빈(STG1)과 저압증기를 공급하기 위한 라인을 설치하지 않을 수도 있다. 반대로, 증기터빈 발전기(STG)가 생산해야 할 전력이 많다면 증기터빈 발전기(STG)는 고압증기터빈(STG2)에 추가로 저압증기터빈(STG1)을 설치하여 전력 생산을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 증기터빈 발전기(STG)의 전단에는 증기터빈 발전기(STG)의 부하에 따라 생산되는 전력을 조절할 수 있도록, 공급되는 스팀의 양을 조절하는 터빈의 가버너(governor, 14)가 설치될 수 있다.
한편, 상기 증기터빈 발전기(STG)로 고압스팀이 공급될 때, 전력 생산량이 고압스팀 소모량보다 작은 경우, 잉여의 고압스팀을 진공응축기(40)로 보내기 위한 고압스팀 압력조절밸브(41V)가 설치될 수 있다. 상기 고압스팀 압력조절밸브(41V)에 의해 잉여의 고압스팀이 진공응축기(40)로 보내져 응축된 후, 응축수는 급수탱크(60)에서 저장될 수 있고, 이로 인하여, 증기터빈 발전기(STG)로 공급되는 고압스팀의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이때, 상기 고압스팀은 과열스팀일 수 있다.
또한, 상기 증기터빈 발전기(STG)로 저압스팀이 공급될 때, 전력 생산량이 고압스팀 소모량보다 작은 경우, 잉여의 저압스팀을 진공응축기(40)로 보내기 위한 저압스팀 압력조절밸브(42V)가 설치될 수 있다. 상기 저압스팀 압력조절밸브(42V)에 의해 잉여의 저압스팀이 진공응축기(40)로 보내져 응축된 후, 응축수는 급수탱크(60)에서 저장될 수 있고, 이로 인하여, 증기터빈 발전기(STG)로 공급되는 저압스팀의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.
본 발명은 또한, 선박용 엔진의 폐열회수방법에 관한 것으로서, 상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 생성된 과열스팀을 증기터빈 발전기에 공급하는 제1 과열스팀 공급공정; 및 급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 생성된 포화스팀을 과열스팀으로 전환하여 증기터빈 발전기에 공급하는 제2 과열스팀 공급공정을 포함할 수 있다.
상기 제2 과열스팀 공급공정은, 보조 보일러를 이용하여 급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 고압의 스팀을 생성하는 단계; 상기 고압의 스팀을 증기터빈 발전기의 요구 압력으로 감압시켜 포화스팀을 생성하는 단계; 및 상기 포화스팀을 상기 보조 보일러에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 과열스팀으로 전환시키는 스팀과열 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 고압의 스팀의 압력 및 온도는 20barg 및 220℃일 수 있고, 감압되어 생성된 포화스팀의 압력 및 온도는 7barg 및 169℃일 수 있으며, 보조 보일러에서 배출되는 배기가스의 온도는 300~500℃일 수 있다.
상기 선박용 엔진의 폐열회수방법은, 선박이 정상운전시에는 상기 제1 과열스팀 공급공정에 의해 증기터빈에 스팀을 공급할 수도 있고, 선박이 저부하 운전시 또는 정박시에는 상기 제2 과열스팀 공급공정에 의해 증기터빈에 스팀을 공급하거나, 상기 제1 및 제2 과열스팀 공급공정에 의해 증기터빈에 스팀을 공급할 수 있다.
전술한 바와 같은 선박용 엔진의 폐열회수장치에 의하면, 선박의 저부하 운전시 또는 정박시, 보조 보일러에서 생성되는 포화스팀을 과열스팀으로 전환시킨 다음 증기터빈 발전기에 공급함으로써 포화스팀을 증기터빈 발전기에 공급할 때 쉽게 발생할 수 있는 응축수에 의한 터빈 날개의 손상을 방지하여, 증기터빈 발전기의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 보조 보일러에서 공급되는 과열스팀을 동력원으로 하여 전력을 생산하는 증기터빈 발전기가, 종래 선박용 엔진의 폐열회수장치에서 연료를 동력원으로 하여 전력을 생산하였던 보조 발전기 엔진 1대를 대체할 수 있어, 폐열회수장치의 구성을 간소화하고, 폐열회수장치의 설치 비용을 절감할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 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.
SSL1: 제1 과열스팀 공급라인
SSL2: 제2 과열스팀 공급라인
SL: 스팀과열 라인
ME: 주엔진
AGE: 보조 발전기엔진(Auxiliary Engine Generator)
STG: 증기터빈 발전기(Steam Turbine Generator)
STG1: 저압증기터빈, STG2: 고압증기터빈
1: 선박용 엔진 폐열회수장치
10: 이코노마이저
11: 저압스팀 생성부, 12: 고압스팀 생성부, 13: 고압스팀 과열부
11a: 저압스팀 분리기, 12a: 고압스팀 분리기
11P: 저압보일러수 순환펌프, 12P: 고압보일러수 순환펌프
14: 가버너
15: 주엔진 과급기
16: 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치
20: 보조 보일러
20a: 제1 보조 보일러, 20b: 제2 보조 보일러
20V: 감압밸브
30, 30a, 30b: 스팀 과열기
30V: 스팀공급원 전환밸브
40: 진공응축기
41V: 고압스팀 압력조절밸브, 42V: 저압스팀 압력조절밸브
40P: 응축수 이송펌프
50: 대기압 응축기
60: 급수탱크

Claims (13)

  1. 선박용 엔진의 폐열회수장치에 있어서,
    상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 생성된 과열스팀(superheated steam)을 증기터빈 발전기에 공급하는 이코노마이저(EGE: Exhaust Gas Economizer)를 포함하는 제1 과열스팀 공급라인; 및
    급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 고압의 스팀을 생성하는 보조 보일러를 포함하되, 상기 고압의 스팀을 과열스팀으로 전환하여 증기터빈 발전기에 공급하는 제2 과열스팀 공급라인을 포함하며,
    상기 제2 과열스팀 공급라인은
    상기 보조 보일러에서 생성된 고압의 스팀을 감압시켜 포화스팀을 생성하는 감압 밸브; 및
    상기 포화스팀을 상기 보조 보일러에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 과열스팀으로 전환시키는 스팀 과열기를 포함하는 스팀과열 라인;을 포함하는, 선박용 엔진의 폐열회수장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 과열스팀 공급라인은
    상기 감압밸브의 후단에, 포화스팀에 포함되어 있는 스팀과 물을 분리하기 위한 고압스팀 분리기를 추가로 포함하는, 선박용 엔진의 폐열회수장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 보일러는 병렬로 연결된 제1 보조 보일러 및 제2 보조 보일러를 포함하는 선박용 엔진의 폐열회수장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 과열스팀 공급라인의 이코노마이저는
    상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 저압스팀을 생성하는 저압스팀 생성부;
    상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 고압스팀을 생성하는 고압스팀 생성부; 및
    상기 고압스팀 생성부에서 생성된 고압스팀을 과열시켜 과열스팀을 생성한 후 증기터빈 발전기에 공급하는 고압스팀 과열부를 포함하는 선박용 엔진의 폐열회수장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 과열스팀 공급라인은
    상기 저압스팀 생성부에서 생성된 저압스팀에 포함된 저압스팀과 물을 분리한 후, 분리된 저압스팀을 증기터빈 발전기에 공급하는 저압스팀 분리기; 및
    상기 고압스팀 생성부에서 생성된 고압스팀에 포함된 고압스팀과 물을 분리한 후, 분리된 고압스팀을 고압스팀 과열기로 공급하는 고압스팀 분리기를 추가로 포함하는 선박용 엔진의 폐열회수장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 증기터빈 발전기는
    상기 저압스팀 분리기로부터 저압스팀을 공급받는 저압증기터빈; 및
    상기 고압스팀 과열기로부터 과열스팀을 공급받는 고압증기터빈을 포함하는 선박용 엔진의 폐열회수장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증기터빈 발전기는 그 전단에 제1 과열스팀 공급라인 및 제2 과열스팀 공급라인이 서로 전환될 수 있도록 하는 스팀 공급원 전환밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 폐열회수장치.
  9. 제1항에 있어서,
    선박이 정상운전시에는 상기 제1 과열스팀 공급라인에 의해 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하고,
    선박이 저부하 운전시 또는 정박시에는 상기 제2 과열스팀 공급라인; 또는 제1 과열스팀 공급라인과 제2 과열스팀 공급라인에 의해 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박용 엔진의 폐열회수장치.
  10. 선박용 엔진의 폐열회수방법에 있어서,
    상기 엔진에서 발생한 배기가스 중의 폐열과 급수탱크로부터 공급된 물을 열교환시켜 생성된 과열스팀을 증기터빈 발전기에 공급하는 제1 과열스팀 공급공정; 및
    급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 생성된 포화스팀을 과열스팀으로 전환하여 증기터빈 발전기에 공급하는 제2 과열스팀 공급공정을 포함하되,
    상기 제2 과열스팀 공급공정은
    보조 보일러를 이용하여 급수탱크로부터 공급된 물을 이용하여 고압의 스팀을 생성하는 단계;
    상기 고압의 스팀을 감압시켜 포화스팀을 생성하는 단계; 및
    상기 포화스팀을 보조 보일러에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 과열스팀으로 전환시키는 스팀과열 단계를 포함하는, 선박용 엔진의 폐열회수방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    선박이 정상운전시에는 상기 제1 과열스팀 공급공정에 의해 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하고,
    선박이 저부하 운전시 또는 정박시에는 상기 제2 과열스팀 공급공정; 또는 상기 제1 과열스팀 공급공정과 제2 과열스팀 공급공정에 의해 증기터빈 발전기에 스팀을 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박용 엔진의 폐열회수방법.
  13. 선박용 엔진의 폐열회수장치에 있어서,
    선박의 저부하 운전시 또는 정박시,
    보조 보일러에서 생성된 고압의 스팀을 감압시켜 생성된 포화스팀을, 스팀 과열기에서 상기 보조 보일러에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 과열스팀으로 전환시킨 후 증기터빈 발전기에 공급하여 전력을 생산하도록 하여, 보조발전기 엔진이 보조 보일러에 의해 대체되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 폐열회수장치.
KR1020140121812A 2014-09-15 2014-09-15 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법 KR101613228B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140121812A KR101613228B1 (ko) 2014-09-15 2014-09-15 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140121812A KR101613228B1 (ko) 2014-09-15 2014-09-15 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160031745A KR20160031745A (ko) 2016-03-23
KR101613228B1 true KR101613228B1 (ko) 2016-04-18

Family

ID=55645121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140121812A KR101613228B1 (ko) 2014-09-15 2014-09-15 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101613228B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240009608A (ko) 2022-07-14 2024-01-23 (주)우신에이펙 열전소재를 이용한 선박용 발전장치

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017178189A (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 株式会社大晃産業 船舶の熱源供給システム
KR101965756B1 (ko) * 2017-09-15 2019-04-04 주식회사 동광보일러 증기보일러의 폐열 회수장치
KR101842713B1 (ko) * 2017-11-16 2018-03-28 주식회사 동광보일러 증기보일러의 폐열 회수장치
KR101978333B1 (ko) * 2017-11-28 2019-05-14 대우조선해양 주식회사 선박의 스팀응축기 운전 시스템 및 방법
CN109110063A (zh) * 2018-08-06 2019-01-01 江苏科技大学 一种极地船舶救生艇舱室预加热***及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240009608A (ko) 2022-07-14 2024-01-23 (주)우신에이펙 열전소재를 이용한 선박용 발전장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160031745A (ko) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101613228B1 (ko) 선박용 엔진의 폐열회수장치 및 방법
CN104204462B (zh) 组合循环caes方法(ccc)
JP5183756B2 (ja) 浮遊式ｌｎｇ再気化設備
KR101553196B1 (ko) 유기 랭킨 바이너리 사이클 발전시스템
US20160169210A1 (en) Solar Thermal Power Generation System
KR102011859B1 (ko) 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템
US20120023942A1 (en) Method for increasing the net electric power of solar thermal power stations
CN112761747A (zh) 基于海水淡化和梯级用能的水热电联产***及方法
CN104487661B (zh) 内燃机***及具备该内燃机***的船舶以及内燃机***的运行方法
CN102066694A (zh) 燃气与蒸汽轮机设备的运行方法及燃气与蒸汽轮机设备
KR101496716B1 (ko) 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치
CN104302975A (zh) 用于发电厂的辅助蒸汽生成器***
KR101247772B1 (ko) 유기 랭킨 사이클을 이용한 선박의 발전장치
KR101613227B1 (ko) 선박의 폐열을 이용한 전력 생산 장치 및 방법
KR102153769B1 (ko) 선박의 폐열회수 시스템
KR101271188B1 (ko) 선박용 폐열 회수 시스템
KR101426138B1 (ko) 선박의 폐열 회수 시스템 및 그 방법
KR101168022B1 (ko) 선박의 폐열 회수 시스템 및 방법
Wołowicz et al. Gas turbine selection for feedwater repowering.
KR102024989B1 (ko) 증기 생성 시스템
KR101597597B1 (ko) 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치 및 이를 가지는 선박
WO2017191676A1 (ja) 熱供給システム
KR20140086203A (ko) 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템
KR101623140B1 (ko) 선박용 엔진의 폐열회수장치를 이용한 전력생산 제어방법
KR20140009720A (ko) 선박의 이중 폐열회수 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190410

Year of fee payment: 4