배기가스 폐열 회수 방법 및 효율

목차[숨다]

• 1. 배기가스로부터 폐열을 회수하는 방법
• 2. 재활용 효율에 영향을 미치는 요인
• 3. 일반적인 효율 범위
• 4. 최적화 제안
• 5. 사례 참조

배기가스에서 폐열을 회수하는 것은 석탄 광산 환기 시스템에서 저온 열에너지를 회수하는 중요한 기술입니다. 이 기술은 주로 에너지 이용 효율을 향상시키고 에너지 소비를 줄이는 데 사용됩니다. 배기가스에서 폐열을 회수하는 일반적인 방법과 그 효율 분석은 다음과 같습니다.

1. 배기가스로부터 폐열을 회수하는 방법

1. 히트파이프 열교환 기술
   • 원칙: 히트 파이프의 효율적인 열전도도를 활용하여 배출 공기의 저온 열을 냉매(물이나 공기 등)로 전달하여 난방이나 온수를 생산합니다.
   • 이점: 구조가 컴팩트하고 열전달 효율이 높으며, 온도차가 작은 환경에도 적응 가능합니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 광산 배기 공기와 주변 공기 또는 물 사이의 열 교환.
   • 능률：히트파이프 열교환기의 열 회수 효율은 일반적으로 60%와 80% 사이이며, 작업 조건과 설계에 따라 달라집니다.
2. 히트펌프 기술
   • 원칙: 히트펌프 시스템(공기열원이나 수열원 히트펌프 등)을 통해 공기 부족으로 인해 발생하는 저급 열에너지를 추출하여 난방이나 냉방에 사용할 수 있는 고급 열에너지로 업그레이드합니다.
   • 이점：에너지 효율 비율(COP)이 높고, 1단위의 전기 에너지로 3~5단위의 열 에너지를 회수할 수 있습니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 광산 난방, 우물두 부동액 또는 생활용 온수.
   • 능률：히트펌프 시스템의 COP는 일반적으로 3.0~5.0이며, 열회수 효율은 70%~90%에 도달할 수 있습니다.
3. 판형 열교환기 기술
   • 원칙: 배출 공기의 열은 금속판을 통해 차가운 측면 매체(예: 물이나 공기)로 전달됩니다.
   • 이점: 구조가 간단하고 유지관리가 용이하며 대규모 열교환에 적합합니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 배기 공기와 난방 시스템 간의 열교환.
   • 능률：열 회수 효율은 일반적으로 50%와 75% 사이이며, 이는 열교환 면적과 온도 차이에 크게 영향을 받습니다.
4. 스프레이 열교환 기술
   • 원칙: 배출되는 공기는 물을 분사하여 직접 열교환을 하며, 물은 열을 흡수하여 난방이나 기타 목적으로 사용됩니다.
   • 이점: 고온, 고습, 공기 부족에 적합하며 열교환 효율이 높습니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 고온 광산의 배기 공기로부터 열을 회수합니다.
   • 능률: 열 회수 효율은 65%-85%에 도달할 수 있지만, 수처리 비용을 고려해야 합니다.
5. 열 저장 기술
   • 원칙: 열 저장 재료(상변화 재료나 고체 열 저장체 등)를 사용하여 배기 공기의 열을 저장하고 필요할 때 방출합니다.
   • 이점：열의 시간적, 공간적 전달을 실현할 수 있어 간헐적 난방 요구에 적합합니다.
   • 응용 프로그램 시나리오: 광산 난방 또는 공정 난방.
   • 능률: 열 회수 효율은 일반적으로 60%와 80% 사이이며, 이는 열 저장 재료의 성능에 따라 제한됩니다.

2. 재활용 효율에 영향을 미치는 요인

1. 환기 온도 및 습도：배기 온도가 높고 습도가 높을수록 열 회수 잠재력이 커집니다. 일반적으로 배기 온도는 15~25℃이고 습도는 포화 상태에 가깝습니다.
2. 열교환 장비 성능：열교환기의 재료, 구조 설계 및 열교환 면적은 효율에 직접적인 영향을 미칩니다.
3. 환경 조건: 외부 온도가 낮을 때 히트펌프 시스템의 COP는 더 높고 회수 효율이 더 좋습니다.
4. 시스템 호환성: 열 회수 시스템과 광산 난방 수요의 일치 정도는 전반적인 효율성에 영향을 미칩니다.
5. 운영 및 유지 보수: 열교환기의 오염, 막힘 또는 부적절한 작동 매개변수는 효율성을 감소시킵니다.

3. 일반적인 효율 범위

• 단일 기술: 열 회수 효율은 일반적으로 50%~90% 사이이며, 히트펌프 시스템이 가장 높은 효율을 가지고 있습니다.
• 복합 시스템：히트펌프와 히트파이프 또는 열저장기술을 결합하면 전체 효율을 80%-95%까지 높일 수 있습니다.
• 실제 적용: 작업 조건에 따라 실제 열 회수 효율은 대부분 60%~80% 사이입니다.

4. 최적화 제안

1. 다중 기술 결합: 히트펌프 + 히트파이프를 조합하여 열 회수 효율을 높이는 방식입니다.
2. 지능형 제어: 센서와 자동화 시스템을 통해 운영 매개변수를 최적화하고 에너지 손실을 줄입니다.
3. 정기적인 유지관리: 열교환기를 청소하여 효율성 저하를 방지하세요.
4. 폐열의 계단식 활용：회수된 열은 난방, 온수, 공정열 등으로 분류되어 활용도를 극대화합니다.

5. 사례 참조

• 한 탄광에서 배기열을 회수하기 위해 공기열 히트펌프를 사용하고 있습니다. 배기열 온도는 18°C, 난방 COP는 4.2, 열 회수 효율은 약 85%입니다.
• 광산에서는 배출 공기의 열을 회수하여 웰헤드 부동액을 만드는 데 열 파이프 열교환기를 사용하는데, 열 회수 효율은 약 70%입니다.

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