| 1 |
1
하수 처리 플랜트로부터 배출된 잉여 슬러지 흐름을 열 교환기로 이송하여 가열하는 단계;상기 가열된 잉여 슬러지 흐름을 혐기 소화조로 이송하는 단계;공기 압축기로부터 배출된 압축 공기를 예비 가열기를 거쳐 가열시킨 후에 연소 챔버로 이송하는 한편, 상기 혐기 소화조에서 생성된 바이오가스를 연소 챔버로 이송하는 단계, 상기 이송된 가열 압축 공기는 연소 챔버 내에서 바이오가스의 연소용 공기로 사용됨;상기 연소 챔버로부터 배출되는 연소 가스를 마이크로 가스 터빈으로 이송하여 에너지를 생성하고, 가스 터빈을 거친 연소 가스를 예비 가열기로 이송하여 상기 공기 압축기로부터 배출된 압축 공기의 가열에 사용하는 단계; 및상기 예비 가열기를 거친 연소 가스를 열 회수 스팀 발생기로 이송하여 상기 열 교환기에서 잉여 슬러지를 가열하기 위한 열원으로 제공하는 단계;를 포함하는 하수처리 플랜트 및 열 병합 발전의 통합 시스템을 설계하는 방법으로서,상기 설계 방법은 열-경제적 분석 및 열-환경적 분석, 그리고 다중목적 유전 알고리즘을 이용하여 하기 수학식 57 내지 59에 의하여 최적화하는 방법:[수학식 57][수학식 58][수학식 59] 상기 식에서, 은 총 원가율($/s)이고, 는 상기 통합 시스템의 총 환경 영향(pts/s)이고, 는 각각 연소 챔버, 공기 압축기 및 마이크로 가스 터빈의 효율이고, 는 각각 예비 가열기 및 열 회수 스팀 발생기에서의 가열 흐름과 냉각 흐름 간 온도 차이고, 는 공기 압축기의 압축 비이며, 그리고 는 마이크로 가스 터빈의 유입 온도임
|
| 2 |
2
제1항에 있어서, 상기 열-경제적 분석은 상기 열 병합 발전 시스템 중 각각의 구성요소 단위의 열-경제적 평가지표를 하기 수학식 45 내지 50에 의하여 산출하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법:[수학식 45][수학식 46][수학식 47][수학식 48][수학식 49][수학식 50]여기서, 및 는 구성요소 k에서 연료 및 생성물 흐름의 원가율($/s)이고, 는 각각 연료, 생성물, 파괴 및 손실 엑서지이며, εk는 엑서지 효율이고, 는 k번째 구성요소의 자본 원가율(capital cost rate)이고, k번째 구성요소의 상대적 비용 차(rk)는 k번째 구성요소의 엑서지 파괴 원가율과 연료 원가율 간의 비이고, 그리고 열경제적 인자(fk)는 자본 투자, 운전 및 유지로 인한 원가율()을 과 엑서지 파괴 및 엑서지 손실과 관련된 원가율의 합으로 나눈 값을 의미함
|
| 3 |
3
제2항에 있어서, 상기 열-환경적 분석은 하기 수학식 51 내지 56을 통하여 열 병합 발전 시스템 중 각각의 구성요소 단위의 열-환경적 인자를 분석하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법:[수학식 51][수학식 52][수학식 53][수학식 54][수학식 55][수학식 56]상기 식에서, 는 k번째 구성요소의 자본 환경 영향(pts/s)이고, 는 각각 구성요소 내 연료, 생성물 및 엑서지 파괴와 관련된 환경 영향(pts/s)을 나타내고, 는 k번째 구성요소의 평균 환경 영향(pts/kJ)이고, 는 k번째 구성요소에서 환경적 영향 감소 포텐셜을 나타내며, 는 k번째 구성요소의 환경적 영향과 시스템의 전체 환경적 영향 간의 비임
|
| 4 |
4
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혐기 소화조 내 온도 및 압력은 각각 250 내지 350 K, 그리고 100 내지 120 kPa 범위인 것을 특징으로 하는 방법
|
| 5 |
5
제4항에 있어서, 상기 공기 압축기로부터 배출된 압축 공기의 압력은 350 내지 500 kPa 범위이고, 또한 상기 예비 가열기를 거친 가열 압축 공기의 온도는 800 내지 900 K 범위인 것을 특징으로 하는 방법
|
| 6 |
6
제5항에 있어서, 상기 연소 챔버로부터 배출된 연소 가스의 온도는 1000 내지 1300 K이고, 또한 상기 마이크로 가스 터빈으로부터 배출되는 연소 가스의 온도 및 압력 각각은 820 내지 950 K 및 100 내지 120 kPa 범위인 것을 특징으로 하는 방법
|
| 7 |
7
제6항에 있어서, 상기 열 회수 스팀 발생기의 유입 흐름 및 유출 흐름 각각의 온도는 790 내지 880 K 및 400 내지 500 K 범위인 것을 특징으로 하는 방법
|
| 8 |
8
제7항에 있어서, 상기 열 교환기로 유입되는 잉여 슬러지 흐름의 온도 및 상기 열 교환기로부터 배출되는 가열된 잉여 슬러지 흐름의 온도는 각각 270 내지 300 K 및 290 내지 350 K 범위인 것을 특징으로 하는 방법
|
| 9 |
9
제1항에 있어서, 상기 다중목적 유전 알고리즘은 NSGA-II(non-dominant sorting genetic algorithm-II)인 것을 특징으로 하는 방법
|
| 10 |
10
제2항에 있어서, 상기 열-경제적 분석은 비 엑서지 비용(specific exergy cost; SPECO) 접근법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법
|
| 11 |
11
제3항에 있어서, 상기 열-환경적 인자는 수명 평가법(life-cycle assessment) 중 하나인 Eco-indicator 99에 의하여 환산된 eco-indicator points(pts)를 기초로 하여 산출되는 것을 특징으로 하는 방법
|
| 12 |
12
제1항에 있어서, 각각의 초기 설정 값(default value), 그리고 열-환경 분석 및 열-경제 분석, 그리고 다중목적 유전 알고리즘에 의하여 설계되는 최적 값은 하기 표 10에 기재된 범위 내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법
|
| 13 |
13
제1항에 있어서, 상기 통합 시스템 내에서 하수처리 플랜트 및 혐기 소화조는 제1 정화조 및 제2 정화조를 포함하는 복수의 정화조(clarifier), 제1 내지 제5 반응조를 포함하는 일련의 반응조(bioreactor), 농축조(thickener), 혐기 소화조, 탈수 유닛 및 저장조를 포함하도록 조합 구성되며, 하수처리 플랜트로 유입된 하수 중 침전 가능한 유기물 및 무기물을 1차 정화조에서 중력에 의한 분리를 통하여 제거하는 단계,상기 1차 정화조를 거친 하수를 상기 일련의 반응조 내에서 생물학적으로 처리하되, 처리된 하수의 일부를 상기 제5 반응조로부터 상기 제1 반응조로 이송하는 단계,제2 정화조에서 생물학적으로 처리된 하수를 활성화 슬러지 및 유출물로 분리하는 단계,상기 제2 정화조의 유출물을 상기 하수처리 플랜트 외부로 방출되는 한편, 분리된 활성화 슬러지의 일부는 호기 공정에서 적정 슬러지 농도를 유지하도록 제1 반응조로 이송하는 단계,상기 제1 반응조로 이송되지 않은 잔여 활성화 슬러지를 상기 농축조 내에서 재차 고형물 및 액상물로 분리하는 단계,상기 농축조 내에서 분리된 고형물 및 상기 1차 정화조 내에서 제거된 조 입자상 물질을 포함하는 잉여 슬러지 흐름을 혐기 소화조 내에서 처리하는 단계,상기 혐기 소화조 내에서 바이오가스가 생성되는 동안 감소된 잉여 슬러지를 상기 탈수 유닛에 의하여 탈수처리하는 단계, 및 상기 탈수처리된 하수를 상기 농축조에서 분리된 액상물과 함께 상기 1차 정화조로 도입하기까지 상기 저장조 내에서 저장하는 단계,를 포함하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법
|
