가스흡수식냉온수기 운전효율향상사업 결과
가스흡수식냉온수기 운전효율향상사업 결과
  • 승인 2007.01.15
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효율향상으로 연 1억477만N㎥절약
▲ 최창식 에너지관리공단 대전·충남지사장
에너지관리공단 대전·충남지사에서 실시한 가스흡수식냉온수기 운전효율 향상사업은 가스흡수식 냉온수기의 에너지 손실요인 도출 및 개선방안을 제시해 에너지 절감유도하고, 가스흡수식 냉온수기의 에너지절약 방안에 대한 설명회 개최 등으로 흡수식냉온수기의 에너지절약효과를 전파하는데 있다.

사업대상은 대전지역 가스흡수식 냉온수기 및 냉동기가 설치되어 있는 54개소 113대에 대하여 현장측정 및 분석했다.

현재 전국의 흡수식 냉온수기 및 냉동기는 총 9,551곳에 설치돼 dT고 비용량은 271만1,000RT에 달한다.

세부 추진내용을 살펴보면 에너지 사용 및 운전 실태 설문조사를 3~5월에 실시했으며, 조사내용은 업체 및 건물 현황, 냉 · 난방 설비 현황, 가스흡수식 냉온수기의 설비현황, 운전현황, 보수·유지관리사항 등이었다. 운전실태 설문조사를 토대로 운전성능파악을 위한 현장측정을 6~8월에 54업체 113대에 대해 실시했는데 측정내용은 가스사용량, 배기가스 온도 및 성분(O2, CO2, CO 등) 분석, 냉수 온도 및 유량, 냉각수 온도 및 유량 등이었다.

대전·충남지사는 측정·조사한 자료를 분석, 보고서를 작성해 지난 11월 29일 대전시 유성소재 경하장온천호텔 무궁화홀에서 사업결과 세미나 및 설명회를 개최했는데 대전·충남지역 가스흡수식 냉온수기 설치업체의 83명이 참가하는 성황을 이룬바 있다.

2000년 이후 최근 5년간 최대전력 증가율이 평균 5.7%증가했는데 이중 냉방용 전력이 5.1% 증가했고 2005년의 피크전력부하 가운데 약 20.8%인 1만1,359MW가 냉방전력수요로 차지하고 있다. 한편 최근 도시가스 사용량은 최근 5년간 7.2% 증가했고 냉방용은 1.2%인 16만8,000톤으로 난방용에 비해 아주 적게 사용하고 있다.

최근 2002~2004년도의 천연가스와 전력의 계절별 수요패턴을 보면 전력부하는 여름철 냉방전력의 급증으로 하고동저의 형태인 반면, 천연가스 부하는 겨울철 난방용 수요의 증가로 동고하저가 뚜렷하다.

가스냉방의 보급은 여름철 전력피크를 감소시켜 발전소의 저 부하 운전 및 추가적인 발전소 건설비용을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 천연가스 측면에서도 하절기 가스사용량의 증대로 안정적인 수급으로 하절기 비축물량의 감소로 저장탱크의 건설비용을 절감할 수 있다.

운전 실태를 조사한 결과 먼저 운전부하율이 낮은 것으로 나타났다. 흡수식냉온수기의 평균 운전부하율은 58.5%로 낮게 운전되고 있었는데 부하율 41~60%인 설비가 37.2%, 40%이하 저부하 운전은 19.5%나 차지하고 있다. 또 공기비가 매우 높아 배가스손실이 아주 많았는데 54업체 113대를 배가스 분석기로 배기가스 분석한 결과 공기비는 평균 1.75로 목표공기비 1.25에 비해 매우 높게 나타나 연료손실이 많았고, 공기비가 1.26~1.5인 설비는 30.1%, 공기비가 1.51~2.0인 설비는 31.9%, 공기비가 2.1이상 매우 높게 운전되고 있는 설비도 31.8%나 차지하고 있었다.

적정공기비관리가 핵심
성능검사제도 도입필요

배가스온도가 다소 높게 나타났는데 평균 배가스 온도는 177℃이며, 조사설비의 59.3%가 151~200℃로 배출되고 있다.

불완전연소에 의한 열손실이 많았는데 불완전 연소에 의해 발생되는 배가스 중 CO 성분치는 평균 178ppm으로 높은 편이며, 500ppm 이상 다량 발생하는 설비가 18.3%를 차지하고 있어 불완전 연소에 의한 열손실이 많이 발생하고 있다.

냉수온도차가 설계기준에 비해 낮게 나타나 운전효율도 낮았다. 증발기로 공급되는 냉수의 평균온도는 12.7℃이며, 증발기에서 배출되는 평균온도는 9.6℃다. 따라서 입·출구 평균 온도차는 3.1℃이며, 설계치 온도차인 5℃(12→7℃)에 비하여 1.9℃가 낮게 나타났다.

냉각수 온도차가 설계기준에 비해 낮게 나타나 운전효율이 낮았는데 흡수기로 공급되는 냉각수의 공급온도는 평균 30.2℃며, 응축기에서 배출되는 냉각수의 평균온도는 33.5℃다. 따라서 평균 온도차는 3.3℃이며, 설계치 온도차인 5.5℃(32→37.5℃)에 비하여 2.2℃가 낮게 나타났다.

운전효율을 향상시켜 에너지를 절약할 수 있는 방안으로는 적정공기비 운전으로 연소효율을 향상시키는 것 외에 다수가 있다.

적정공기비 운전으로 연소효율 향상시키면 1억4,800만원 절감이 가능한 것으로 보인다. 조사한 113대중 공기비가 1.34 이상으로 높은 설비 102대를 대상으로 목표공기비인 1.25로 조정할 경우, 연간 LNG 절감량은 연간 28만7,823N㎥, 절감율은 3.2%다.

배가스열 회수로도 에너지를 절약할 수 있다. 조사한 113대의 평균 배가스 온도가 177℃로 배출되고 있는데 그 중 84대는 배가스 온도가 150℃ 이상 고온으로 배출되고 있는 것을 100℃까지 회수하면 연간 LNG 절감량은 연간 28만7,823N㎥, 절감율은 3.2%로 업체의 평균단가를 적용해 산출한 절감금액은 1억4,800만원인 것으로 나타났다.

회수방법은 저온재생기와 흡수기 사이에 열교환기를 설치해 흡수기에서 증발기로 공급되는 용액을 예열해주므로 고온재생기의 열 부하를 경감시켜주어 연료를 절감할 수가 있다.

불완전연소에 의한 열손실 방지로도 절약효과가 기대되는데 환경규제치인 200ppm 이상 CO를 발생하는 설비 28대를 대상으로 개선할 경우 연간 LNG 절감량은 28만7,823N㎥, 절감율은 3.2%, 절감금액은 1억4,820만원인 것으로 나타났다.

냉수온도 관리로도 에너지절약이 가능한데 냉수 출구온도 낮을수록 가스 소비율은 증가하므로 통상 냉수온도를 1℃ 높여서 운전하면 약 1%의 가스사용량을 줄일 수 있다. 따라서 냉방의 경우 하절기에 외기온도가 높지 않은 6월과 9월에 운전부하가 낮은 때에는 냉수 출구온도를 높여서 운전하면 가스사용량을 절감할 수 있다.

흡수식 냉동기는 냉각수 온도가 정격온도보다 1℃ 높을 때 그 성능저하가 10~15%에 이르고, 3℃정도 높게 되면 이상 정지하게 되므로 냉각수 온도에 직접적인 관계가 있는 냉각탑의 성능보장이 매우 중요하다. 따라서 냉각탑의 냉각능력을 향상시키거나 냉각수 유량을 증가시켜 냉각수 입구온도를 가능한 낮추어야 냉동능력이 향상돼 결국 연료가 절감된다.

조사한 업체의 절약요인별 절약효과를 종합하면 절감량은 연간 215만1,000N㎥로 냉방용 연료사용량 연간 747만7,000N㎥ 기준으로 절감율은 29%,, LNG 평균단가를 514.94(원/N㎥)을 적용하면 절감액은 연간 11억700만이다.

냉방용 LNG사용량 비율을 적용해 앞에서 나타낸 절약효과를 대전시 및 전국에 확대적용하면 전국의 절감량은 연간 1억477만3,000N㎥며, 대전시의 절감량은 602만5,000N㎥다.

앞에서 나타낸 절감량을 LNG의 석유환산계수를 적용해 toe로 환산하고 LNG의 탄소배출계수를 적용해 온실가스배출 감축량을 산출한 결과 조사업체는 연간 143만8,000TON, 대전시는 403만톤, 전국은 7,007만8,000TON이 감축된다.

한편 조사업체의 고효율모터 및 고효율인버터 설치에 의한 전기절감량은 연간 1만7,688Mwh며, 연간 절감액은 16억6,800만원이다.

이번 조사결과에 따라 적정공기비로 운전하면 과잉공기에 의한 열손실을 줄일수 있을 뿐 아니라 불완전연소도 감소할 수 있어 연료절감에 크게 기여하게 되므로 적정공기비관리가 필수적이며 매우 중요하다고 할 수 있다. 적정공기비운전, 배가스열 회수 및 불완전연소 방지 등에 의한 연소효율 향상시 많은 에너지를 절감할 수 있으며, 특히 운전효율 향상 방안중 가장 중요하고 효과적인 방법이 적정공기비 운전이라고 할 수 있다.

이러한 적정공기비운전을 지속적이고 체계적으로 하기위해 흡수식냉온수기를 매년 법적으로 운전성능검사를 실시하는 것을 검토할 필요가 있는데 보일러는 법적으로 매년 성능검사를 받고 있어서 적정공기비운전이 지속적으로 실시되어 많은 에너지절감을 거두고 있어 에너지이용합리화법에 흡수식냉온수기의 성능검사제도를 신설할 필요가 있을 것으로 사료된다.

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