[논문]염색폐열을 이용한 히트펌프 적용 사례

박수영

문제 정의

본 사업은 이러한 열 공급처인 염색조합폐수처리장과 열 수급처인 KG에너지의 애로사항을 동시에 해결하는 방안으로, 염색폐수의 보유 열을 회수하여 히트펌프 및 폐수 열교환기를 통해 재생에너지를 공급하는 네트워크를 구축하는 목적으로 추진되었다. 이를 통하여 염색조합측의 폐수 수온강하를 통해 폐수처리의 효율개선 효과를 제공하며, KG에너지의 경우 기존 연료사용에 비해 저렴한 저가 대체 열원으로 제공하게 된다.

제안 방법

에너지 절감효과를 극대화하기 위하여 히트펌프에 폐수 열원을 인입하기 전에 1차열교환기를 두어 열회수 효과를 극대화하였으며, 히트펌프의경우 COP 4.0 정도의 성능을 얻을 수 있는 고효율 제품을 적용하였다. 또한 시스템의 안정성을확보하기 위하여 염색폐수와 직접 접촉하는 열교환기의 경우 STS316 재질을 적용하였으며, 폐수인입배관 계통은 스케일 형성을 고려하여 ST304 배관 재질을 선정하였다.
열교환기 전단에는 염색폐수에 섞여 있는 이물질을 걸러내기 위해 그림 4와 같이 차압에 의해 작동하는 기계식 자동 필터링 시스템을 설치하였다. 또한 유지관리 편리성을 고려하여 원격감시시스템 및 첨단 자동제어 시스템을 구축하고 장비의 효율적 관리를 위한 Lay-Out을 고려하였다.
또한 유지관리 편리성을 고려하여 원격감시시스템 및 첨단 자동제어 시스템을 구축하고 장비의 효율적 관리를 위한 Lay-Out을 고려하였다. 그림 5는 시화 염색 폐열 히트펌프 열공급 시스템조감도 이 다.

대상 데이터

까지 추진된 사업이다. 연구과제의 주관은 한국생산기술연구원이 며, 참여기 업은 시화염색사업 협동조합과 KG에너지, 지자체 행정기관으로는 시흥시가 참여하였다.
0 정도의 성능을 얻을 수 있는 고효율 제품을 적용하였다. 또한 시스템의 안정성을확보하기 위하여 염색폐수와 직접 접촉하는 열교환기의 경우 STS316 재질을 적용하였으며, 폐수인입배관 계통은 스케일 형성을 고려하여 ST304 배관 재질을 선정하였다.

성능/효과

열원 조건으로 연평균 약 36°C 이상의 양질의 폐수 열원을 확보할 수 있으며, 염색폐수 특성상 열교환기에 대한 오염 및 부식에 대한 영향 평가는 한국생산기술연구원의 과제를 통하여 검 증하여활용상 문제가 없는 것으로 검토되었다. 설치 장소는 시화염색폐수 조합 내의 유휴 부지를 검토한 결과 지하층의 펌프 기계실 상부에 히트펌프 기계실을 증축하여 설치하는 것으로 계획되었으며, 열수요처인 KG에너지가 1 km 인근에 위치하여 열 공급 Net-Work 구축이 가능한 것으로 검토되어 본 사업을 추진할 수 있었다.
문제가 없는 것으로 검토되었다. 설치 장소는 시화염색폐수 조합 내의 유휴 부지를 검토한 결과 지하층의 펌프 기계실 상부에 히트펌프 기계실을 증축하여 설치하는 것으로 계획되었으며, 열수요처인 KG에너지가 1 km 인근에 위치하여 열 공급 Net-Work 구축이 가능한 것으로 검토되어 본 사업을 추진할 수 있었다.
경제적 효과로서 KG에너지의 주 연료원이 되고있는 BC유를 연간 700만 리터, 연간 3, 900 Toe 의 절감효과가 기대되며 기존 보급수 가열에 필요한 에너지의 60%가 절감되는 효과를 얻을 것으로 기 대된다. 이를 온실가스 감축효과로 환산하며 연간 1만 6천 ton CQ 감축 효과를 얻을 수 있으며, 기존 열원 대비 75%의 감축효과가 기대된다.
기 대된다. 이를 온실가스 감축효과로 환산하며 연간 1만 6천 ton CQ 감축 효과를 얻을 수 있으며, 기존 열원 대비 75%의 감축효과가 기대된다. 환경 적인 효과로 B-C 유를 연소과정이 없는히 트펌 프와 열교환기를 적 용함으로서 연소과정에서 생성되는 배줄물을 저감하게 되고, 폐수온도를 8°C 정도 낮춤으로서 냉각탑 가동에 필요한 동력을 절감하고 염색폐수 처리 고도화에 기여할것으로 기 대된다.

후속연구

최근 시화 산업 단지 공단의 염색 폐 열을 활용하여히트펌프로 고온의 온수를 생산하여 산업단지에열공급 네트워크를 구성하여, 에너지절감과 환경개선 효과거두고 있는 사례를 소개하며, 향후 국내에서 미활용에너지 이용에 대한 인식이 더욱확산되고, 대용량 히트펌프 기술이 더욱 폭넓게보급되기를 기대 한다.
최근 에너지 비용 절감 효과가 우수하고 온실가스 저감효과가 뛰어난 수열원 히트펌프에 대해지역난방 열공급회사 및 지자체에서도 높은 관심을 갖고 대규모 사업이 진행되고 있으며, 앞으로히트펌프의 산업화에 있어서 국내 자체 기술개발이 빠르게 발전되어, 에너지 절감과 온실가스 감축에 많은 기여를 할 수 있기를 기대한다.《麝

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