EGR에 알파라발 Aalborg EGR-HPE economizer 추가 시 규정 준수를 수익으로 전환 가능
2016년 1월 북미 및 미국 카리브해 지역에서 Tier III NOx 제한 규정이 실행됨에 따라 수많은 선박 소유주가 이를 준수할 방안을 고심하게 되었습니다. MAN B&W 엔진의 배기가스 재순환 프로세스(EGR)는 그 자체로도 강력한 장점을 지니고 있습니다. 하지만 알파라발의 신규 가압 EGR economizer와 결합하면 방대한 양의 연료까지 절약할 수 있습니다.
날짜 2023-11-28“EGR은 매우 작은 차지 면적으로 Tier III NOx를 준수합니다. 하지만 규정 준수 자체는 전체 잠재력의 일부에 불과합니다.” 알파라발 선박 및 해양 시스템의 사업 책임자 존 페데르센(John Pedersen)의 말입니다. “EGR 기술을 최적화하기 위해 MAN Diesel & Turbo와 긴밀하게 협조하면서 알파라발은 선박 및 해양 보일러의 전문 지식을 통해 추가적인 기회를 발견했습니다. 그 결과 알파라발 Aalborg EGR-HPE economizer가 탄생했으며 이를 통해 방대한 양의 에너지 및 연료를 절약할 수 있습니다.”
MAN Diesel & Turbo와의 긴밀한 협력으로 알파라발이 개발한 Aalborg EGR-HPE는 압력 케이싱 내부에 장착되는 혁신적인 신규 economizer입니다. EGR 회로에서 황산화물 저감장치 전 분무기 앞쪽에 인라인으로 배치되며 사용했을 때 장점이 많습니다. 예를 들어 기존 폐열 회수 시스템에 연결하면 폐열 회수의 효율이 대폭 향상되며 이를 상당히 낮은 엔진 부하에서 운영할 수 있습니다.
“Aalborg EGR-HPE는 폐열 회수의 돌파점을 중간 엔진 부하에서 낮은 부하로 이동하여 증발 속도를 한층 더 낮출 수 있습니다.” 페데르센(Pedersen)의 말입니다. “따라서 연료 절약으로 보일러의 투자금을 빠르게 회수하고, EGR 투자를 상쇄하며, NOx 감소 외에 CO2 배출량을 낮출 수 있습니다.”
전환열 활용
이 모든 장점의 근원은 EGR 중 손실되던 열입니다. EGR 공정에서 배기 가스의 약 30%가 엔진으로 되돌아가면서 연소 온도가 낮아져 NOx 생성량이 감소합니다. 남은 가스 70%만 터보차저 이후 기존 배기 가스 보일러에 도달하기 때문에 폐열 회수가 30% 감소합니다.
Aalborg EGR-HPE를 설치하면 손실을 수익으로 전환할 수 있습니다. 배기 가스를 냉각하는 EGR 황산화물 저감장치 전 스프레이 제트 앞쪽에 인라인으로 배치되는 보일러는 기존 배기 가스 보일러보다 더 높은 온도를 이용할 수 있습니다. 설치물은 가볍고 소형이며 빠른 흐름 속도로 인해 자체 세정이 가능한 동시에 응용 가능성이 방대합니다. 이는 기존 폐열 회수 시스템의 효율을 향상시키는 양상에서 확인됩니다.
증기 터빈으로 추가된 동력
Aalborg EGR-HPE는 증기 드럼을 통해 터보차저 이후 기존 폐열 회수와 통합되며, 이 증기 드럼은 기존 배기 가스 보일러와 공유하게 됩니다. Aalborg EGR-HPE는 공유 드럼에 유입되는 기존 economizer의 출력을 통해 400°C가 넘는 최고 품질의 증기를 생성함으로써 폐열 회수 시스템의 효율을 한층 더 높입니다.
“증기 품질의 차이는 증기 터빈 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.” 페데르센(Pedersen)의 말입니다. “설치 요인이 작용하기는 하지만 전력 발생량의 상당한 증가를 기대할 수 있습니다.”
낮은 증발 속도를 통한 연료 절약
더 중요한 점은 통합 시스템에서 Aalborg EGR-HPE를 사용하면 Tier III 작업에서 기존 폐열 회수 시스템을 사용할 때보다 주요 엔진 부하가 낮은 상태에서 폐열 회수를 발생시킬 수 있다는 것입니다. 다시 말해 증발 속도를 한층 더 낮추는 것이 가능합니다.
“EGR economizer는 30% 정도로 매우 낮은 엔진 부하에서 폐열 회수를 유용하게 만듭니다.” 페데르센(Pedersen)의 말입니다. “결과적으로 선박은 증발 속도를 한층 더 낮추어 연료를 크게 절약할 수 있습니다. EGR을 수행하면서 Aalborg EGR-HPE를 사용하는 선박은 Tier III을 준수할 뿐 아니라 연료 효율을 크게 높일 수 있습니다.”
바다에서 입증된 결과
Aalborg EGR-HPE를 통한 절약은 결코 이론적으로만 가능한 것이 아닙니다. 덴마크 에너지 기술 개발 및 시연 프로그램(EUDP)이 후원하고 올보르그 대학교와의 협력으로 개발된 프로젝트에서 EGR 보일러는 A.P. Moller-Maersk의 신축 컨테이너 Maersk Cardiff에서 엄격한 테스트를 거쳤습니다.
“환경 기술을 추구하는 선두 업체인 우리는 Aalborg EGR-HPE의 능력에 관심이 컸습니다.” A.P. Moller-Maersk의 선임 기계 전문가 올레 크리스텐슨(Ole Christensen)의 말입니다. “하지만 보일러가 지닌 가능성에 흥분하면서도 이 보일러가 EGR의 물리적 현실을 어떻게 처리할지 다소 확신이 들지 않았습니다. 온도는 기존의 폐열 회수보다 두 배나 높으며 가스 압력도 훨씬 더 큽니다.”
보일러가 2014년 11월 Maersk Cardiff의 2행정 MAN B&W 6S80ME-C9 엔진과 함께 가동되었을 때 이러한 염려는 곧 사라졌습니다. “보일러는 정상 작동하는 데 그치지 않았습니다.” 크리스텐슨(Christensen)의 말입니다. “테스트 중 나온 결과는 매우 고무적이었습니다.”
EGR 제품군의 완성
Tier III NOx 규정을 준수할 방법을 아직 고심하고 있는 고객이라면 Aalborg EGR-HPE가 그 최종 결정에 도움이 될 수 있을 것입니다.
“NOx 관련 문제에 EGR 보일러를 도입함으로써 우리는 실질적으로 균형에 변화를 일으켰습니다.” 알파라발의 페데르센(Pedersen)의 말입니다. “EGR은 이제 Tier III 규정 준수를 위한 수단일 뿐 아니라 선박의 에너지 효율을 근본적으로 향상시키는 수단이기도 합니다. 이는 매우 색다른 투자입니다.”
