바로 쓰지 못하는 폐열은 어떻게 하나요?

크게 두 갈래가 있습니다. 하나는 생산 일정을 조정하거나 다른 공장·지역난방에 보내서 열이 나오는 시간에 쓸 곳을 만드는 것이고, 다른 하나는 온수 축열조나 스팀 어큐뮬레이터, 열배터리에 담아 두었다가 필요한 시간에 꺼내 쓰는 것입니다.

설비 투자 없이 할 수 있는 방법도 있나요?

생산 일정을 조정하는 방법이 그렇습니다. 폐열이 나오는 공정과 열을 쓰는 공정의 가동 시간을 겹치게 맞추면, 따로 저장 설비를 두지 않아도 폐열을 바로 쓸 수 있습니다. 다만 생산 계획 전체를 바꿔야 해서 늘 가능한 것은 아닙니다.

축열조와 스팀 어큐뮬레이터는 무엇이 다른가요?

축열조는 물을 데워 온수로 열을 담아 두는 장치로, 대기압에서는 100°C를 넘지 못해 난방이나 급탕에 주로 쓰입니다. 스팀 어큐뮬레이터는 압력 용기에 고압의 뜨거운 물을 담아 두었다가 압력을 낮춰 스팀을 뽑아내는 장치로, 스팀이 필요한 공정에 씁니다.

어떤 방법이 우리 공장에 맞을까요?

생산 일정을 바꿀 수 있는지, 근처에 같은 시간에 열이 필요한 곳이 있는지, 그리고 필요한 열이 몇 도인지를 차례로 따져 보면 후보가 좁혀집니다. 일정이나 주변 시설로 해결되지 않을 때 저장을 검토하고, 그때는 필요한 온도에 맞는 저장 방식을 고르면 됩니다.

공장 폐열 활용 방안 — 바로 쓰지 못하는 폐열을 버리지 않는 5가지

이전 글에서 공장 폐열을 쓰는 대표적인 방법 여섯 가지를 살펴봤습니다. 그리고 여섯 가지 모두 공통점이 있었습니다. 폐열은 나오는 즉시 써야 하고, 그때 쓸 곳이 없으면 그대로 버려진다는 점입니다.

공장 폐열, 어떻게 쓰고 있을까 — 대표적인 활용 방법 6가지

공장 폐열은 예열, 스팀 생산, 지역난방, 히트펌프, 발전, 냉방에 쓰입니다. 대표적인 폐열 활용 방법 6가지가 각각 무엇을 만들고 어떤 폐열에 맞는지 정리했습니다.

폐열이 버려지는 이유는 대부분 “시간”

폐열은 오전에 나오고 스팀은 오후에 필요한 경우를 비교한 그림. 저장이 없으면 시간이 맞지 않아 오전의 폐열은 버려지고 오후의 스팀은 연료 보일러로 채운다. 저장을 더하면 오전의 폐열을 담아 두었다가 오후에 스팀으로 꺼내 쓴다

예를 들어 가열로의 폐열은 오전에 나오는데, 스팀은 오후 세척 공정에서 필요하다고 해 봅시다. 시간이 맞지 않으면 오전의 폐열은 그대로 버려지고, 오후의 스팀은 연료 보일러를 때서 만들어야 합니다.

이 어긋남을 푸는 방법은 크게 두 갈래입니다. **쓸 곳과 시간을 맞추거나, 담아 두었다가 쓰는 것(폐열 저장)**입니다.

바로 쓰지 못하는 폐열을 버리지 않는 방법 다섯 가지. 쓸 곳과 시간을 맞추는 방법으로 생산 일정 조정과 주변 시설 공급이 있고, 담아 두었다가 쓰는 방법으로 온수 축열조, 스팀 어큐뮬레이터, 열배터리가 있다

① 생산 일정 조정 — 열이 나오는 시간을 옮긴다

폐열이 나오는 공정과 열을 쓰는 공정의 가동 시간을 겹치게 맞추는 방법입니다. 따로 설비를 들이지 않아도 된다는 점이 가장 큰 장점입니다. 다만 생산 계획 전체를 움직여야 해서, 납기나 인력 사정에 따라 늘 가능하지는 않습니다.

② 주변 시설에 공급하기 — 필요한 곳에 보낸다

1편에서 본 직접 공급을, 시간이 맞지 않을 때의 해법으로 쓰는 방법입니다. 우리 공장에서 지금 쓸 곳이 없다면, 같은 시간에 열이 필요한 다른 공장이나 지역난방망으로 보냅니다. 덴마크 칼룬보르에서는 1972년부터 한 지역의 기업들이 물과 에너지, 자재를 서로 주고받고 있습니다. 다만 열을 받아 쓸 곳이 가까이 있어야 하고, 배관을 깔고 계약을 맺는 데 시간이 걸립니다.

③ 온수 축열조 — 물에 담아 둔다

물을 데워 큰 탱크에 담아 두었다가 필요할 때 꺼내 쓰는 방법입니다. 구조가 단순하고 물이 싸서 오래 검증된 방식이지만, 대기압에서는 물이 100°C를 넘지 못해 난방이나 급탕처럼 온도가 낮은 용도에 주로 맞습니다.

④ 스팀 어큐뮬레이터 — 스팀으로 담아 둔다

압력 용기에 고압의 뜨거운 물을 담아 두었다가, 압력을 낮춰 스팀을 뽑아내는 방법입니다. 1930년대부터 쓰여 온 장치로, 스팀이 필요한 공정에 바로 쓸 수 있습니다. 다만 스팀을 꺼낼수록 용기 안의 압력이 낮아져서, 나오는 스팀의 압력도 점점 떨어집니다.

⑤ 열배터리 — 열로 담아 둔다

폐열을 저장 매체에 담아 두었다가, 필요한 시간에 그 열로 스팀이나 뜨거운 공기를 만드는 방법입니다. 물보다 높은 온도까지 다룰 수 있어 고온 공정에도 쓸 수 있습니다. 다만 저장 방식에 따라 꺼낼수록 나오는 온도가 떨어지기도 해서, 공정이 일정한 온도를 요구한다면 이 점을 함께 확인해야 합니다.

우리 공장에는 무엇이 맞을까

다섯 가지 가운데 무엇이 맞는지는 세 가지 질문으로 좁혀 볼 수 있습니다.

생산 일정을 바꿀 수 있는가? 바꿀 수 있다면 설비 없이 해결되는 ①이 먼저입니다.
근처에 같은 시간에 열이 필요한 곳이 있는가? 있다면 ②를 검토할 수 있습니다.
필요한 열이 몇 도인가? 앞의 두 방법으로 해결되지 않을 때 저장을 고르는데, 난방이나 급탕이라면 ③, 스팀이라면 ④나 ⑤, 그보다 높은 온도라면 ⑤가 후보가 됩니다.

결론

바로 쓰지 못하는 폐열도 버릴 필요는 없습니다. 쓸 곳과 시간을 맞추거나, 담아 두었다가 쓰면 됩니다. 어떤 방법이 맞는지는 공장의 일정과 주변 시설, 그리고 필요한 열의 온도에 따라 달라집니다.

GIGAette가 개발하는 IsoTES®는 그중 저장을 맡는 정온 열에너지 저장 시스템으로, 저장한 열을 꺼내는 동안에도 일정한 온도를 유지하는 것을 목표로 합니다.

우리 공장의 폐열에 어떤 방법이 맞을지 함께 짚어보고 싶으시다면 기술 미팅을 신청해 주세요.

출처

Kalundborg Symbiosis — 공식 사이트 — 1972년부터 이어진 산업 공생, 참여 기업 간 물·에너지·자재 교환
Steam accumulator comprising a latent heat accumulator and a steam thermocompressor — US Patent 10190443 — 루스(Ruths)식 스팀 어큐뮬레이터는 방전할수록 압력이 떨어지는 변압식 저장
Chemical Engineering Transactions Vol. 70 (2018), p.357 — AIDIC — 1930년대부터 쓰인 루스식 스팀 어큐뮬레이터
대표 이미지: Mikhail Ilin / Unsplash (색 보정)