[보고서]가스보일러를 이용한 시설원예 난방 및 CO2 시비 기술 개발

보고서 정보

주관연구기관

한국기계연구원
Korea Institute of Machinery and Materials

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2013-01

과제시작연도

2012

주관부처

농촌진흥청
Rural Development Administration(RDA)

등록번호

TRKO201300013978

과제고유번호

1395026381

사업명

국책기술개발

DB 구축일자

2013-12-21

DOI

https://doi.org/10.23000/TRKO201300013978

표 Fig. 2.1 광합성 화학식
표 Fig. 1.2 CO2 농도에 따른 광합성량 변화
표 Fig. 1.3 측정시간에 따른 온실 내부의 CO2 농도 변화
표 Fig. 1.4 CO2 시비기술 적용례: (a) 액화탄산, (b) 직접 연소식
표 Fig. 1.5 시설원예용 온수보일러 및 컨덴서
표 Fig. 1.6 가스보일러 이용 CO2 시비/난방 시스템 개략도
표 Fig. 1.7 광량에 따른 광합성량 변화
표 Fig. 2.1 시설원예 CO2 시비용 CHP 시스템 (GE)
표 Fig. 3.1 CO2 압축기 사이클 해석 방법 및 결과
표 Fig. 3.2 액화탄산법과 CO2 보일러의 CO2 시비 및 난방비 비교
표 Fig. 3.3 CO2 시비용 보일러 사진: (좌) 노통연관식 보일러, (우) 진공온수 보일러
표 Fig. 3.4 연소기 성능시험용 진공온수보일러 설치 사진
표 Fig. 3.5 연소배출물이 작물에 미치는 영향: (좌) 에틸렌, (우) NOx
표 Fig. 3.6 연소기 설계: (좌) 공기다단 연소 기술의 개념도, (우) 산업용 보일러 시험 결과
표 Fig. 3.7 다단연소기 설계: (좌) 연소기 기초 도면, (우) 연소기 제작 사진
표 Fig. 3.8 저배출물 연소기 설계도
표 Fig. 3.9 공기량 변화에 따른 배출 특성 변화
표 Fig. 3.10 연소기 시동/정지 시 시간에 따른 배출 특성 변화
표 Fig. 3.11 경남 도농기술원에 설치된 Riello 버너의 배출물 측정결과
표 Fig. 3.12 500,000kcal/hr 급 Riello 버너 진공온수 보일러 시험 사진
표 Fig. 3.13 가스보일러 이용 CO2 시비 시스템 구성도
표 Fig. 3.15 Fin-Tube형 응축기 설계 도면
표 Fig. 3.14 응축기 설계 프로그램을 이용한 응축기 사양 결정 표
표 Fig. 3.16 보일러 배가스 응축기 설치사진
표 Fig. 3.17 응축수 유량 변화에 따른 보일러 배가스 응축기 성능시험 결과
표 Fig. 3.18 수입 응축기 사진 및 견적 (네덜란드 V사)
표 Fig. 3.19 CO2 시비용 송풍기 제어 시스템 및 3-way 밸브 구조
표 Fig. 3.21 밸브2 개도별 유량변화(좌) 및 송풍기 차압에 따른 유량변화(우) 그래프
표 Fig. 3.20 밸브 개도에 따른 송풍기 성능 실험 장치
표 Fig. 3.22 전단 밸브와 3-way밸브 개도에 따른 유량 차이
표 Fig. 3.23 CO2 시비용 배가스 배관 및 밸브 도시
표 Fig. 3.24 배가스 유량 측정용 Vane probe
표 Fig. 3.25 CO2 시비에 사용하는 가스보일러 배출물 특성
표 Fig. 3.26 밸브1의 개도에 따른 배가스 성분 비교
표 Fig. 3.27 밸브3의 개도에 따른 배가스 성분
표 Fig. 3.28 CO2 시비용 PVC 배관 설계 형상
표 Fig. 3.29 폴리에틸렌 튜브를 사용한 CO2 분배 시스템
표 Fig. 3.30 폴리에틸렌 튜브의 분수 홀 구조 및 설치 사양
표 Fig. 3.31 홀 직경과 간격을 수정하기 위한 압력계 설치
표 Fig. 3.32 CO2 시비 시스템의 실제 형상
표 Fig. 3.33 PVC 배관 주요 구간 형상 및 격자
표 Fig. 3.34 입구 압력 변화에 따른 출구 유량 분포
표 Fig. 3.35 입구 유량 변화에 따른 출구 Cd값 비교
표 Fig. 3.36 PVC 배관 내 압력 분포
표 Fig. 3.37 PVC 배관 내 레이놀즈 수 분포
표 Fig. 3.38 PVC 배관 설계형상
표 Fig. 3.39 입구 압력 변화에 따른 PVC 출구 속도 : Case1
표 Fig. 3.41 PVC 배관 출구 속도
표 Fig. 3.40 PVC 배관 내 압력 분포: (a) Case1, (b) Case2
표 Fig. 3.42 PVC 배관 설계 형상: Case3
표 Fig. 3.43 개선된 실제 시비 시스템: Case3
표 Fig. 3.44 비닐 튜브 구간 설계 형상
표 Fig. 3.45 입구 압력 변화에 따른 PVC 출구 속도 : Case3.
표 Fig. 3.46 PVC 배관 출구에서의 유량 분포
표 Fig. 3.47 튜브 hole 직경에 따른 hole에서의 유량분포
표 Fig. 3.48 CO2 시비 시스템의 전체 형상 설계
표 Fig. 3.49 전체 CO2 시비 시스템의 압력분포
표 Fig. 3.50 최적화된 CO2 시비 시스템의 비닐 튜브 hole에서의 유량 분포
표 Fig. 3.51 경동 나비엔 콘덴싱 보일러 노즐 종류
표 Fig. 3.52 Danfoss 노즐에 대한 사양
표 Fig. 3.55 연료량 조절 위한 전자 펌프 공기빼기 볼트
표 Fig. 3.54 연소기 댐퍼-공기량 조절부
표 Fig. 3.53 노즐에 따른 분사 방식
표 Fig. 3.57 시판 제품 0.65USgal/h 80°H 노즐에 대한 배가스 농도 변화
표 Fig. 3.56 보일러 버너 측면도 및 노즐 위치
표 Fig. 3.58 연료량 변화에 따른 CO, NOx 배출특성 변화
표 Fig. 3.59 노즐 변화에 따른 CO, NOx 배출특성 변화
표 Fig. 3.60 노즐 변경 및 연료/공기량 변화에 따른 배출특성 시험결과
표 Fig. 3.61 선정된 노즐에 대한 당량비 변화에 따른 배출물 특성
표 Fig. 3.62 CO2 시비 배기가스 농도에 가장 적합한 실험군>
표 Fig. 3.63 시중에 판매되는 드라이아이스 크기와 종류
표 Fig. 3.64 CO2 시비용 드라이아이스 보관 용기 설계
표 Fig. 3.65 제작된 드라이아이스 챔버
표 Fig. 3.66 챔버 덮개 유무와 조각에 따른 드라이아이스 소모량 차이
표 Fig. 3.68 챔버 내의 압력(공급공기 유량)변화에 따른 소모량 변화
표 Fig. 3.67 공급 유량에 따른 0.5h 당 소모량
표 Fig. 3.69 송풍기 작동 유무 및 밸브 On/Off에 따른 드라이아이스 소모량
표 Fig. 3.70 수정 제작한 단열 드라이아이스 챔버
표 Fig. 3.71 단열 챔버와 단열하지 않은 챔버 내의 드라이아이스 소모량 비교
표 Fig. 3.72 드라이아이스 배송 전용 스티로폼 용기
표 Fig. 3.73 스티로폼 용기로 만든 드라이아이스 챔버 구상도 및 실제 설치 모습
표 Fig. 3.74 CO2 시비용 가스보일러 시스템 구성도
표 Fig. 3.75 시설원예시험장 내 온실 현장에 설치된 CO2 시비/난방 겸용 보일러 시스템
표 Fig. 3.76 온실 CO2 시비 자동 제어 시스템
표 Fig. 3.77 CIMON 프로그램의 기본적인 제어 로직
표 Fig. 3.78 CO2 센서 설치 장소
표 Fig. 3.79 난방/CO2 시비 모드별 자동밸브 운전 조건 표
표 Fig. 3.81 CO2 시비용 송풍기 제어 3-way 밸브 시스템 및 성능시험 결과
표 Fig. 3.82 CO2 시비용 송풍기 제어 3-way 밸브 시스템 및 성능시험 결과
표 Fig. 3.83 가스보일러를 이용한 CO2 시비 데이터
표 Fig. 3.84 측창이 열린 상태에서 CO2 시비
표 Fig. 3.85 등유보일러를 이용한 CO2 시비 데이터
표 Fig. 3.86 측창이 열린 상태에서 CO2 시비
표 Fig. 3.87 시비 시(09:00~15:00) 동안 물탱크 온도 상승
표 Fig. 3.88 액화탄산을 이용한 CO2 시비 데이터
표 Fig. 3.89 측창이 열린 상태에서 CO2 시비
표 Fig. 3.90 드라이아이스를 이용한 CO2 시비 데이터
표 Fig. 3.91 드라이아이스가 전량 소진되어 시비 되지 않는 상태
표 Fig. 3.92 가스보일러를 이용한 CO2 시비시스템
표 Fig. 3.93 액화 탄산가스를 이용한 CO2 시비
표 Fig. 3.94 가스 보일러의 CO, NOx, CO2 농도 변화
표 Fig. 3.95 탄산가스 시비방법에 따른 수량(kg/10a, 조사기간:2012. 2.15- 3.14)
표 Fig. 3.96 탄산가스 시비방법에 따른 파프리카 품질
표 Fig. 3.97 드라이아이스 시비장치와 PE튜브
표 Fig. 3.98 탄산가스 시비에 의한 탄산가스 농도 일변화
표 Fig. 3.99 탄산가스 시비 방법에 따른 초기 수량(DMRT =0.05)
표 Fig. 3.100 연소방식 탄산가스시비기
표 Fig. 3.101 고무호스를 이용한 탄산가스 시비
표 Fig. 3.102 연중 난방부하량과 탄산가스부하량의 월변화
표 Fig. 3.103 연중 난방과 탄산가스 필요 환산 열량
표 Fig. 3.104 시비 방법에 따른 경제성 분석
표 Fig. 5.1 순산소연소 이용 CO2 시비용 시설원예 CHP 시스템
표 Fig. 5.2 폐열회수형 CO2 시비용 시설원예 CHP 시스템
표 Fig. 5.3 드라이아이스를 이용한 CO2 시비 시스템 개략도
표 Fig. 6.1 Hortifair 2010 전시장
표 Fig. 6.2 연소기 상용품: Zantingh (좌), Thermata (중), Riello (우)
표 Fig. 6.3 연소기 상용품: Unigas (좌), 연소기 모니터링장치 (우)
표 Fig. 6.4 Steuler 사의 배가스 모니터링 장치 (좌), 배가스 후처리용 촉매반응기 (우)
표 Fig. 6.5 Hanwel 사의 All in One 컨셉의 촉매반응기 (좌), 후처리 장치 모형 (우)
표 Fig. 6.6 CO2 시비용 송풍기: Van Dijk (좌), Zantingh (우)
표 Fig. 6.7 CO2 시비용 응축기: Van Dijk (좌), Zantingh (우)
표 Fig. 6.8 CO2 시비용 보일러: FH Crone (좌), BKC (중), Thermata (우)
표 Fig. 6.10 Priva의 각종 계측기
표 Fig. 6.9 Priva 부스 (좌), Priva의 에너지 모니터링 장치 (우)
표 Fig. 6.11 시설원예용 CHP에 적용가능한 가스엔진
표 Fig. 6.12 3,000,000 kcal/hr 용량의 CO2 시비용 Crone 보일러 및 응축기
표 Fig. 6.13 시설원예 CHP 이용 CO2 시비 시스템 개략도
표 Fig. 6.15 Royal Pride Holland 현장 설치 사진: 가스엔진, 촉매변환기, 물탱크
표 Fig. 6.14 시설원예 CHP 시스템 설치사진 (GE Energy)
표 Fig. 6.16 마이크로 가스터빈 이용 CO2 시비 시스템 개략도
표 Fig. 6.17 마이크로 가스터빈 CHP 시스템 현장설치 사진 (광주 위생매립장)

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