산업용 코팅 분야에서의 배기가스 폐열 회수의 공정 원리 및 활용 방법

산업용 코팅 분야에서 배기가스 폐열 회수는 코팅 공정 중 발생하는 폐가스(배기가스)로부터 열을 회수하여 에너지 소비를 줄이고 에너지 이용 효율을 향상시키는 에너지 절약형 친환경 기술입니다. 연기가스 폐열회수의 공정원리와 주요 활용방법은 다음과 같다.

프로세스 원리

1. 칼로리 공급원: 코팅 공정 동안 건조로, 소각로(예: RTO/TO) 및 기타 장비는 고온의 연기 가스(일반적으로 100~400°C 또는 그 이상)를 생성하는데, 여기에는 많은 양의 열 에너지가 포함되어 있습니다.
2. 폐열 회수: 연소가스 중의 열은 열교환 장비(예: 열교환기)를 통해 다른 매체(예: 공기, 물, 열매체유 등)로 전달되어 열 회수를 실현합니다.
3. 열전달 메커니즘:
   • 대류 열전달: 고온의 연소가스는 열교환기의 차가운 매체와 직접 또는 간접적으로 접촉하며, 열은 대류에 의해 전달됩니다.
   • 복사열전달: 고온 조건에서는 연기 가스가 복사를 통해 일부 열을 전달할 수 있습니다.
4. 시스템 설계: 폐열 회수 시스템에는 일반적으로 열교환기, 파이프, 팬, 제어 시스템 등이 포함되어 효율적인 열 전달과 시스템의 안전한 작동을 보장합니다.

주요 사용 방법

1. 신선한 공기를 예열하세요:
   • 프로세스: 연기 가스의 열은 공기 대 공기 열교환기(예: 판형 또는 관형 열교환기)를 통해 건조로 또는 소각로에 유입되는 신선한 공기로 전달됩니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 건조로에서 연소 효율을 높이거나 연료 소비를 줄이는 데 사용됩니다.
   • 이점：연료 수요를 직접적으로 줄이고 상당한 에너지 절약 효과를 얻습니다.
   • 사례：자동차 도장 라인에서는 소각로 배기가스의 폐열을 회수하여 건조로 입구 공기를 예열함으로써 10-20%의 연료를 절약할 수 있습니다.
2. 가열 공정수:
   • 프로세스: 연기가스-물 열교환기(연도가스 폐열 보일러 등)를 통해 연기가스 열을 이용해 공정용수를 가열하거나 뜨거운 물을 생산합니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 도장 작업장의 전처리 세척, 인산염 처리 및 기타 공정에는 많은 양의 뜨거운 물이 필요합니다.
   • 이점: 보일러의 증기 또는 전기 난방 수요를 줄이고 운영 비용을 절감합니다.
3. 난방 또는 냉방:
   • 프로세스：연소가스의 폐열은 열교환기를 통해 열전달유나 물을 가열하는데 사용되며, 이는 공장건물을 난방하거나 흡수식냉각기를 구동하여 냉각하는데 사용됩니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 겨울에는 공장을 난방하고, 여름에는 작업장을 냉방합니다.
   • 이점: 에너지의 종합적 이용률을 높이고, 추가적인 에너지 소비를 줄입니다.
4. 발전:
   • 프로세스: 고온 연소가스를 이용해 유기 랭킨 사이클(ORC)이나 증기 터빈을 구동하여 전기를 생산합니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 높은 배기가스 온도(>300°C)와 고열이 있는 코팅 라인에 적합합니다.
   • 이점: 폐열을 전기 에너지로 변환하므로 에너지 집약적 기업에 적합합니다.
   • 한정: 설비투자비용이 높고, 규모에 따른 경제적 타당성 평가가 필요합니다.
5. 소각로로의 복귀(RTO/TO):
   • 프로세스：RTO(재생열산화기) 또는 TO(열산화기) 연소가스의 폐열을 회수하여 소각로에 유입되는 배기가스를 예열하고 보조연료의 사용을 줄입니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: VOC 폐가스 처리 시스템.
   • 이점: 소각로의 열효율을 높이고 운영비용을 절감합니다.

주요 장비

• 열교환기: 플레이트형 열교환기, 쉘앤튜브형 열교환기, 히트파이프형 열교환기 등
• 열 저장 재료: RTO 시스템에서는 세라믹 열 저장체가 열을 저장하고 방출하는 데 자주 사용됩니다.
• 제어 시스템: 시스템의 안정적인 작동을 보장하기 위해 연도 가스 온도, 유량 및 열교환 효율을 모니터링합니다.

기술적 고려 사항

1. 연도가스 특성： 도장 연기에는 VOC, 미립자 물질 또는 부식성 물질이 포함될 수 있으므로 열교환기의 부식 방지 및 막힘 방지 설계를 고려해야 합니다.
2. 열 효율: 열교환기의 설계는 열전달 효율을 최적화하고 열 손실을 방지해야 합니다.
3. 경제적이다: 폐열 회수 시스템의 투자 비용과 투자 회수 기간은 실제 열 규모와 활용 방법을 기반으로 평가해야 합니다.
4. 환경 규정 준수: 배기가스 배출이 환경보호 기준을 충족하는지 확인하고, 폐열 회수가 배기가스 처리 효과에 영향을 미치지 않는지 확인합니다.

실제 사례

• 자동차 도장 공장: RTO 연기가스 폐열 회수 시스템을 통해 연기가스 열을 사용하여 건조로 입구 공기를 예열하여 연간 약 50만 입방미터의 천연가스를 절약합니다.
• 가구 코팅 라인: 연기가스 폐열보일러를 사용하여 온수를 생산하여 전처리 공정의 필요성을 충족시키고 전기난방 비용을 약 30% 절감합니다.

개발 추세

• 고효율 열교환 소재(고온 합금, 세라믹 열교환기 등)에 대한 연구 및 응용.
• 지능형 제어 시스템은 폐열 회수의 동적 조정 능력을 향상시킵니다.
• 재생 에너지(태양열 등)와 폐열 회수를 결합한 통합 에너지 시스템입니다.