김학섭
FDS를 통한 제습장치의 스마트 운전
(특허출원 : 10-2019-0032420)
기존시스템 소개
흡착식 제습장치(Regenerative Air Dryer)
공기압축기의 압축된 공기로부터 수분을 제거시키기 위하여 흡착제(활성알루미나, 실리카겔, 몰레큘라시브 등)를 이용하여, 이 흡착제로 충진된 2개의 타워를 전환하며 연속 운전하는 기계설비
TDS(Time Dependent Switching) Control – 기존 방식
1.흡착/재생(히팅, 쿨링)의 전환(Switching)기준을 시간에 의존하여 운전하는 방식
2.TIMER를 설치하여 일정한 시간에 각 공정을 제어
3.설계된 재생조건을 기준으로 일정한 전력 및 재생공기 소모
-A 타워 흡착공정(4시간)
-B 타워 재생공정(4시간)
•히팅(2.5시간)
•쿨링(1.5시간)
-4시간운전 후 A/B타워 전환(연속운전 가능)
스마트 제어시스템
DDS(Dew point Dependent Switching)
DDS란 Dew Dependent Switching의 줄임말로 흡착식 Dryer의 흡착/재생의 전환 제어를 Dryer 출구에 나오는 노점기준으로 제어하는 것을 말한다. 즉, 설정된 노점이 -60℃이면, Dryer 출구 노점이 이 값에 도달해야 타워전환이 되는 제어방식이다.
이 ‘DDS’운전은 흡착제의 특성상, 노점의 변화가 불규칙하고 타워전환 단지 몇 분 전에 갑자기 노점 상승이 되는 단점이 있다.
FDS(Flow Dependent Switching)
FDS란 Flow Dependent Switching의 약자로 흡착식 Dryer 운전제어 있어 설계유량 을 기준으로 Tower의 전환을 제어하는 것을 말한다. 즉, 설계된 유량이 5,000N㎥/h 이면
이 유량이 흡착제를 통해 전부 지나 간 후 타워전환이 진행되는 제어방식이다.
스마트 운전’이란, 실제 사용하는 유량이나 노점을 기준으로 타워를 전환하는 흡착식 드라이어 제어시스템을 말한다.
이 ‘스마트 운전’은 현장의 Air 사용량에 따라 에너지 소모량도 비례하여 변하기에 에너지 절감에 도움을 줄 뿐만 아니라 충진된 흡착제를 모두 사용하고 타워전환 운전이 이루어지기에 흡착제의 효율적인 사용과 구성부품들의 수명연장에 도움이 된다.
FDS에 의한 ENERGY SAVINGS
스마트 제어에 의한 에너지 절감 – 현장여건에 맞게 에너지 소모
•흡착은 현장 여건에 맞게 운전하여 소요시간을 조절(유량의존)
•TIMER를 설정하여 설계에 따라 일정 시간에 맞게 재생공정을 제어 (히팅 2.5hr/쿨링 1.5hr)
•모든 type의 Dryer에 적용가능하며, 배관등 Hard Ware의 개조가 불필요하다.
SMART 운전방식의 장점
제어방식 비교
TDS(Time Dependent Switching) Control – 기존 제어방식
1.흡착/재생(히팅, 쿨링)의 전환(Switching)기준을 시간에 의존하여 운전하는 방식
2.TIMER를 설치하여 일정한 시간에 각 공정을 전환시키는 제어방식
3.설계된 재생조건을 기준으로 하여 가장 에너지 소모가 많은 제어방식
4.현장의 사용여건과 상관없이 전력소모량이 최대값으로 일정하다.
NEMA CYCYLE
-A타워 흡착공정(4시간)
-B 타워 재생공정(4시간)
•히팅(2.5시간)
•쿨링(1.5시간)
-4시간운전 후 A/B타워 전환
TDS(Before)
DDS(Dew point Dependent Switching) Control
1.노점 기반 제어에 의한 타원전환
2.TSA(시간 제어)방식보다 설계상 최소 25~30%이상 에너지 절감(흡착제 성능 대부분 활용)
3.TIMER에 비하여 노점계의 신뢰성이 약하다.
4.흡착제의 특성상 교체시간이 되면 노점이 갑자기 상승하여 안정성이 약하다.
5.안정성이 낮아 -60이하 저노점이 요구되는 곳(전기전자, 반도체 등)에서는 사용율이 낮다.
FDS(Flow Dependent Switching) Control
1.유량 기반 제어에 의한 타워전환
2.DDS방식과 비슷한 에너지 절감 (흡착제의 성능을 대부분 활용,최소 25~30%이상 에너지 절감)
3.유량계의 정확성은 노점계보다 훨씬 높아 운전 신뢰성이 높다.
4.현장의 사용량과 Air Compressor의 가동율에 직접 반응하는 스마트 제어방식이다.
5.DDS를 적용하여 안정적인 운전으로 에너지 절감을 실현할 수 있다.(2중 안정성)
SMART Control(After)
스마트 시스템 적용
SMART 시스템 적용 순서
SMART 제어 시스템의 적용 및 세부내용
기존 Air Dryer 의 흡착/재생전환을 타임제어 → 유량의존제어(FDS)/노점의존제어 (DDS)로 타워를 전환하여 불필요한 에너지 소모량을 절감.
1.기술사양서 및 현장 운전상황 등 정보수집(설계기반 에너지 절감량 추정)
2.에너지 진단(실 사용유량, 적산전력, 재생유량, 노점 등)
3.스마트 제어시스템 설치(제어판넬 개조 또는 PLC 프로그램 변경)
4.시운전 시 가장 효율적인 유량값을 최종 설정.
에너지 진단 및 각 SENSOR 설치
경제성 비교
타입별 사양 및 에너지소모량 비교
원단위 관리기준 : 12원/N㎥, 100원/kW
TYPE 항목 | Heater Purge | HEATER PURGE w/FDS | Blower Heater Purge | BLOWER HEATER w/FDS | Heater Non Purge W/Comp’Heat | NON-PURGE w/FDS | |
| DESIGN CONDITION | DESIGNED FLOW | 10,000Nm3/hr | 10,000Nm3/hr | 10,000Nm3/hr | 10,000Nm3/hr | 10,000Nm3/hr | 10,000Nm3/hr |
| ACTUAL FLOW | 6,667Nm3/hr | 6,667Nm3/hr | 6,667Nm3/hr | 6,667Nm3/hr | 6,667Nm3/hr | 6,667Nm3/hr | |
| OPERATION RATE | 66.7% | 66.7% | 66.7% | 66.7% | 66.67% | 66.7% | |
| OPERATINGP RESSURE | 7.0kgf/cm2G | 7.0kgf/cm2G | 7.0kgf/cm2G | 7.0kgf/cm2G | 7.0kgf/cm2G | 7.0kgf/cm2G | |
| OUTPUT DEWPOINT | -60.0 ℃이하 @ATM | -60.0 ℃이하 @ATM | -60.0 ℃이하 @ATM | -60.0 ℃이하 @ATM | -60.0 ℃이하 @ATM | -60.0 ℃이하 @ATM | |
| TIME CONDITION | CYCLE TIME | 8.0hrs | 12.0hrs | 8.0hrs | 12.0hrs | 8.0hrs | 12.0hrs |
| AIR DRYING TIME | 4.0hrs | 6.0hrs | 4.0hrs | 6.0hrs | 4.0hrs | 6.0hrs | |
| HEATING TIME | 2.5hrs | 2.5hrs | 2.5hrs | 2.5hrs | 2.5hrs | 2.5hrs | |
| COOLING TIME | 1.5hrs | 1.5hrs | 1.5hrs | 1.5hrs | 1.5hrs | 1.5hrs | |
| ENERGY CONSUMP. | AIR LOSS(%) | 10% | 6.7% | 3.8% | 2.50% | 0% | 0% |
| AIR LOSS(Nm3/hr) | 1,000N ㎥ /hr | 667N ㎥ /hr | 375N ㎥ /hr | 250N ㎥ /hr | 0N ㎥ /hr | 0N ㎥ /hr | |
| ELEC. HEATER CONSUM. | 38kW | 26kW | 46kW | 31kW | 54kW | 36kW | |
| BLOWER | 0kW | 0kW | 15.0kW | 10.0kW | 0kW | 0kW | |
| ENERGY CONSUMTPION | 1,377MW | 918MW | 872MW | 582MW | 470MW | 313MW | |
| ENERGY SAVING | 458,925kW | 290,798kW | 156,600kW | ||||
| OPERATION | AIR LOSS | 104,400,000 | 69,600,000 | 39,150,000 | 26,100,000 | 0 | 0 |
| BLOWER | 0 | 0 | 8,156,250 | 5,437,500 | |||
| ELEC. HEATER | 33,277,500 | 22,185,000 | 39,933,000 | 26,622,000 | 46,980,000 | 31,320,000 | |
| FEE | MAINTENANCE FEE | 137,677,500 | 91,785,000 | 87,239,250 | 58,159,500 | 46,980,000 | 31,320,000 |
| ENERGY SAVING | 45,892,500 | 29,079,750 | 15,660,000 | ||||
연간 에너지 소모량 비교
스마트 운전에 의한 흡착제별 성능 테스트 결과(충북 오창 N社)
1.압축기 사양 : IR (1CV14M2E) 350hp, full operation (2200㎥/h)
2.Dryer 사양 : Blower Heater type/3000㎥/흡착제량: 타워당 740kg
3.히터전력 : 50kW(평균 28kW)
4.Blower 전력 : 10kW
5.재생공기 소모량 : 300㎥/h
실리카 알루미나(NS-10)
– 운전유량 : 15,200 ㎥/h
– 운전시간 : 7h 33m
– 노점 : -83~-68℃
활성알루미나 (BASF F-200)
– 운전유량 : 13,600 ㎥/h
– 운전시간 : 6h 46m
– 노점 : -81~-67℃
유량 의존 제어방식(FDS)은 당사의 특허출원으로 최고의 에너지 절감 SOLUTION입니다.
출원번호 : 10-2019-0032420
명칭 : 유량 의존 스위칭방식의 제습장치 및 제습방법
