산업용 가스보일러 배기가스 수증기증발잠열 회수시스템 에너지 분석 = Energy Analysis of a Latent Heat Recovery for Water Vapor in Flue Gas from an Industrial Gas Boiler

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 산업용 LNG 보일러의 에너지 효율 향상과 환경 성능 제고를 위해, 배기가스 내 수증기잠열을 효과적으로 회수하고 백연을 저감할 수 있는 하이브리드 열회수 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 고온 열교환기(HT), 저온 열교환기(LT), 그리고 질산칼슘 수용액을 사용하는 개방형 흡수식 히트펌프(OAHP)로 구성되며, 배기온도 250°C에서 60°C, 25°C로 단계적으로 냉각함으로써 현열과 잠열을 효율적으로 회수한다. 잠열 회수를 위해 흡수식(AHP) 또는 전기식(EHP) 히트펌프를 이용한 냉각수 공급 방안을 적용하였으며, OAHP를 통해 배기가스의 상대습도를 40% 이하로 저감함으로써 겨울철 외기 조건에서도 백연 발생을 방지할 수 있음을 확인하였다. 에너지 분석 결과, 총 193,140 kcal/h의 열(잠열 94,023 kcal/h)을 회수할 수 있으며, 80% 회수 효율 적용 시 보일러 출력의 약 17.8%에 해당하는 154,512 kcal/h의열 회수가 가능하다. 또한, 배기가스를 상온까지 냉각하는 과정을 통해 응축성 미세먼지(CPM)를 효과적으로 제거할 수 있어 대기오염 저감에도 기여할 수 있다. 제안된 하이브리드 열회수 시스템은 에너지 효율향상과 환경 규제 대응 측면에서 산업 현장 적용이 유망한 기술로 평가되며, 향후 실증 운영 및 경제성분석을 통한 상용화 가능성 확보가 요구된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study proposes a hybrid heat recovery system designed to improve both the energyefficiency and environmental performance of industrial LNG boilers by effectively recovering the latentheat of water vapor in the flue gas and reducing visible white plumes. The proposed system comprisesa high-temperature (HT) heat exchanger, a low-temperature (LT) heat exchanger, and an open absorptionheat pump (OAHP) using an aqueous calcium nitrate solution. The flue gas, initially at 250 °C, issequentially cooled to 60 °C and 25 °C to recover sensible and latent heat, respectively. Cooling waterfor latent heat recovery is supplied via either an absorption heat pump (AHP) or an electric heat pump(EHP). Additionally, the OAHP reduces the relative humidity of the exhaust gas to below 40%,effectively preventing white plume formation even under cold ambient conditions. Energy analysisshows that a total of 193,140 kcal/h of waste heat, including 94,023 kcal/h of latent heat, can berecovered. With an assumed recovery efficiency of 80%, the system can recover approximately 154,512 kcal/h—equivalent to 17.8% of the boiler’s thermal output. Furthermore, the system effectively removescondensable particulate matter (CPM) by cooling the exhaust gas near ambient temperature, contributingto air pollution reduction. The proposed hybrid system demonstrates strong potential as a practicaltechnology that simultaneously enhances energy recovery and mitigates white plume and fine particulateemissions. Future work should focus on pilot-scale demonstration and techno-economic analysis to verifyits applicability in industrial settings.