KR100937450B1 - 다단 증발법 담수화설비용 냉각탑을 포함한 해수 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 담수화설비를 대형화하더라도 해수의 공급량을 줄임에 따라 해수 공급설비를 최소로 줄일 수 있도록 함으로써, 해수 공급설비의 시공 비용을 절감할 수 있도록 하는 다단 증발법 담수화설비용 해수 공급장치에 관한 것으로, 열회복부와 열배출부로 나뉘어진 증발기와, 상기 열배출부에서 해수를 공급하는 해수 유입관과, 상기 열배출부에서 사용된 해수를 배출하는 해수 배출관을 포함하는 다단 증발법 담수화 설비에 있어서; 상기 해수 배출관에서 배출되는 해수를 냉각탑(cooling tower)을 이용하여 냉각시킨 후 상기 해수 유입관으로 재공급하여 담수 증발기에 필요한 해수의 양을 절감하는 것을 특징으로 한다.

다단 증발법, 담수화설비, 증발기

Description

다단 증발법 담수화설비용 냉각탑을 포함한 해수 공급장치{A seawater supplying apparatus with cooling tower for a multiple stage flashing facility}

본 발명은 다단 증발법 담수화설비용 해수 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 담수화설비를 대형화하더라도 해수의 공급량을 줄임에 따라 해수 공급설비를 최소로 줄일 수 있도록 함으로써, 해수 공급설비의 시공 비용을 절감할 수 있도록 하는 다단 증발법 담수화설비용 농염수 회수 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 담수화설비는 해수 및 오수 등을 생활용수나 공업용수로 사용할 수 있는 담수를 생산하는 설비로서, 통상 다단 증발법(Multiple Stage Flash : MSF)과 다중효용 증발법(Multiple Effect Distillation : MED)이 주로 사용되고, 이외에도 막여과법으로써 압력을 이용하는 역삼투압법(Reverse Osmosis : RO)과 상기의 방법을 둘 이상 혼합한 하이브리드 타입(Hybrid Type) 등이 있다.

상기 다단 증발법에 의한 담수화설비는 도 3에 도시된 바와 같이 여러개의 스테이지(stage)(111)로 이루어지고 열회복부(Heat Rejection Section)와 열배출부(Heat Recovery Section)로 나뉘어진 증발기(110)가 구비되고, 상기 스테이지(111)는 응축기(Condenser)(112)와 기수분리기(Demister)(113) 및 증발실(Flashing Chamber)(114)로 구성되어 있다.

또한, 상기 증발기(110)의 일측에는 증발기를 순환하며 예열된 순환 농염수(Recycling Brine)를 저압 스팀 공급관(120a)을 통하여 공급된 저압 스팀의 열에너지를 이용하여 운전온도로 가열하는 농염수 가열기(Brine Heater)(120)가 구비되고, 증발기(110)의 타측에는 증발기의 마지막 스테이지로 유입되는 공급수(Make- up)에 포함된 이산화탄소 및 산소를 제거하는 탈기기(Deaerator)(130)가 구비된다.

그리고, 농염수 가열기(120) 내부의 응축수를 발전설비로 보내어 재사용할 수 있도록 응축수 회수펌프(140)가 농염수 가열기(120)에 연결되고 순환 농염수가 증발기의 내부를 순환할 수 있도록 농염수 순환펌프(Brine Recirculation Pump)(150)가 구비되며, 증발기에 의해서 응축된 기수분리기(113) 내부의 담수를 후처리 공정으로 보내는 담수펌프(160)와 증발기의 마지막 스테이지에 도달한 농염수를 배출시키는 농염수 배출펌프(170)가 구비된다.

이와 함께 증발기(110)에 응축되지 않은 이산화탄소 및 공기와 같은 비응축성 가스를 제거하기 위한 수단으로 진공시스템이 구비되는 것으로서, 상기 진공시스템(180)은 중압 스팀 공급관(181)을 통해 공급된 중압 스팀(Middle pressure steam)을 내부의 노즐로 분출시켜 압력을 급격히 떨어뜨리는 제1 이젝터(Pre ejector)(182) 및 제2 이젝터(183)가 구비되고, 이 압력의 차이로 증발기로부터 흡입된 비응축성 가스를 해수 유입관(189)을 통해 유입된 차가운 농염수와 열교환시켜 응축시키는 프리 컨덴서 (pre condensor)(184)와 인터 컨덴서(inter condensor)(185) 및 에이티엠 컨덴서(ATM condensor)(186)가 구비되며, 에이티엠 컨덴서(186) 내부의 응축수는 해수 배출관(187)을 통하여 외부로 배출되고, 에이티엠 컨덴서(186) 내부의 비응축성 가스는 가스 배출관(188)을 통하여 대기상으로 배출하도록 구성되어 있다.

이와같이 구성된 다단 증발법에 의한 담수화설비는 농염수 순환펌프(150)에 의해 각각의 열회복부의 응축기(112) 내부를 흘러 농염수 가열기(120)에 유입되어 스팀 공급관(181)으로부터 공급된 저압증기(Low Pressure Steam)의 응축열을 이용하여 가열된다.

또한, 이 가열된 순환농염수는 순차적으로 낮은 압력으로 유지되고 있는 스테이지(111)의 증발실(114)로 유입되고, 이 유입된 순환농염수는 증발실 주변의 낮은 압력으로 인하여 맹렬한 증발(Flashing)이 유도되는 것으로서, 이러한 증발현상은 유입된 순환농염수가 그 스테이지의 압력에 해당하는 끊는점까지 냉각되는 동안 계속되고, 다음 스테이지로 유입되어 상기한 바와 같은 과정을 반복하게 되며 점점 농도가 증가하게 된다.

최종 스테이지에 이르러 전체 순환농염수의 농도를 조정하기 위하여 일부는 농염수 배출펌프(Brine Blowdown Pump)(170)를 통해 배출되고, 각 증발실(114) 내부에 생성된 증기는 기수분리기(113)를 지나 포함되어 있을 수 있는 염의 알겡이들이 제거되며, 응축기(112 ; 이하, "응축관 다발"이라 칭함)의 튜브 내부를 흐르는 순환 농염수와 열교환을 이룬 뒤 담수로 응축되어 담수펌프(Distillate Pump)(160)를 통하여 후처리공정으로 이송하게 되는 것이다.

그런데, 상기와 같이 구성된 다단 증발법 담수화설비를 사용할 경우에는, 쿨링 워터로 해수를 사용하는데 다단 증발법 담수화설비가 급속히 대형화 됨에 따라서, 담수 증발기에서 발생한 열을 배출시키기 위한 해수의 유량이 지나치게 많아져 해수의 공급 설비가 대형화되어야 함으로써, 해수 공급설비의 시공에 따른 비용이 증가되는 문제점을 가지고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 해수 배출관으로 부터 배출되는 해수를 냉각시켜 증발기로 재공급시키는 냉각탑(Cooling tower)을 설치함으로써, 냉각에 필요한 해수의 양을 줄이고 담수 증발기에서 담수 생산에 필요한 보충수(Make up) 유량만을 공급하여 줌으로써 해수 공급설비의 시공 비용을 최소로 줄이고자 하는 다단 증발법 담수화설비용 냉각탑을 이용한 해수 공급장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한 냉각탑에서는 담수 증발기에서 요구하는 냉각 효율에 따라 공기의 양을 적절하게 조절하여 담수 증발기에 공급하는 보충수(Make up)의 온도를 적절하게 조절함으로써 증발기의 운전 효율을 최대로 높이고자 하는 목적도 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열회복부와 열배출부로 나뉘어진 증발기와, 상기 열배출부에 해수인 농염수를 공급하고 중간에 공급펌프가 구비된 해수 유입관과, 상기 열배출부에서 사용된 농염수를 배출하는 해수 배출관을 포함하는 다단 증발법 담수화설비에 있어서; 상기 해수 배출관에서 배출되는 농염수를 냉각시켜 상기 해수 유입관으로 재공급하고 해수인 농염수를 공급받는 해수 공급부를 포함하는 냉각수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 냉각수단은, 상기 상부에 공기가 배출되는 공기 배출홀(23)이 형성된 냉각탑과, 냉각탑의 내부 상부에 구비되어 상기 해수 배출관이 연결되어 배출되는 농염수를 분사 낙하시키는 다수의 노즐을 포함하는 분사관과, 냉각탑의 하부 에 상기 해수 배출관과 연결되게 구비되어 자연 낙하 및 하부 잔류를 통해 냉각 취합된 농염수를 해수 유입관으로 공급하는 하부 취합부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 상기 냉각탑은, 공기의 상승속도를 빠르게 하여 냉각 효율을 높일 수 있도록 하부가 넓고 상부로 갈수록 점차적으로 좁게 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 상기 해수 공급부는, 냉각탑의 중간에 구비되어 해수인 농염수를 공급하는 해수 공급관과, 해수 공급관의 중간에 구비되어 필요에 따라 선택적으로 농염수를 공급하는 해수 공급펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 담수화설비를 대형화하더라도 해수의 공급량을 줄임에 따라 해수 공급설비를 최소로 줄일 수 있도록 함으로써, 해수 공급설비의 시공 비용을 최대로 절감하여 담수화설비의 시공비용을 최대로 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한 냉각탑에서는 증발기에서 요구하는 냉각 효율에 따라 공기의 양을 적절하게 조절하여 담수 증발기에 공급하는 보충수(Make up)의 온도를 적절하게 조절함으로써 증발기의 운전 효율이 좋아지는 효과도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 담수화설비용 농염수 공급장치를 나타 낸 전체 구성도이다.

이에 본 발명에 따른 제1 실시예의 담수화설비용 농염수 회수 공급장치는, 열회복부(110a)와 열배출부(110b)로 나뉘어진 증발기(110)와, 상기 열배출부(110b)에 해수를 공급하고 중간에 공급펌프(189a)가 구비된 해수 유입관(189)과, 상기 열배출부(110b)에서 사용된 농염수를 배출하는 해수 배출관(187)을 포함하는 다단 증발법 담수화설비에 있어서; 상기 해수 배출관(187)에서 배출되는 가열된 해수를 냉각시켜 상기 해수 유입관(189)으로 재공급하고 해수를 공급받는 해수 공급부(3)를 포함하는 냉각수단(1)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 냉각수단(1)은, 상기 상부에 공기가 배출되는 공기 배출홀(23)이 형성된 냉각탑(2)과, 냉각탑(2)의 내부 상부에 구비되어 상기 해수 배출관(187)이 연결되어 배출되는 농염수를 분사 낙하시키는 다수의 노즐(21a)을 포함하는 분사관(21)과, 냉각탑(2)의 하부에 상기 해수 배출관(187)과 연결되게 구비되어 자연 낙하 및 하부 잔류를 통해 냉각 취합된 농염수를 해수 유입관(189)으로 공급하는 하부 취합부(22)로 구성되는 것이다.

아울러 상기 냉각탑(2)은, 공기의 상승 속도를 빠르게 하여 냉각 효율을 높일 수 있도록 하부가 넓고 상부로 갈수록 점차적으로 좁게 구성되는 것이다.

또한, 상기 해수 공급부(3)는, 바닷물에서 담수 증발기에 필요한 해수를 공급하여 주는 해수 공급관(31)과, 해수 공급관(31)으로 해수를 공급하는 해수 공급펌프(32)로 구성된다.

한편, 도 2는 본 발명을 구성하는 냉각탑의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 상기 냉각탑(2)은 배출되는 농염수의 온도를 강제적으로 하강시킬 수 있는 냉각부(4)를 더 포함하는 것이다.

즉 상기 냉각부(4)는, 냉각탑(2)의 내측벽의 내부에 구비되어 냉매가 이동하는 냉각관(41)과, 냉각관(41)에 냉매를 열교환시켜 순환시키는 냉각장치(42)로 구성되는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 제1 실시예의 담수화 설비용 농염수 공급장치의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 증발기(110)로 해수를 공급할 경우에는, 먼저 해수 공급부(3)의 해수 공급펌프(32)를 작동시켜 해수를 냉각탑(2)의 하부에 채운다.

그런 다음 해수 유입관(189)의 중간에 구비되어 있는 공급펌프(189a)를 작동시켜 냉각탑(2)의 내부에 채워진 농염수를 증발기(110)의 열배출부(110b)로 공급하는 과정을 통해 해수인 농염수를 증발기(110)에 공급한다.

다음, 상기와 같이 증발기(110)에 냉각탑(2)의 채워진 농염수를 공급하게 되면, 증발기(110)에 공급된 농염수 중 일부는 사용되고 나머지 농염수는 온도가 상승된 상태로 해수 배출관(187)으로 유입된다.

그리고 해수 배출관(187)으로 유입된 농염수는 분사관(21)을 통해 냉각탑(2)의 상부에서 분사되어 냉각탑(2)의 하부로 낙하되면서 냉각되고 하부 취합부(22)에 잔류되면서 냉각된다.

그런다음 다시 해수 유입관(189)을 통해 증발기(110)의 열배출부(110b)로 공 급되는 과정이 연속적으로 진행되는 것이다.

따라서, 상기와 같은 과정이 진행되는 과정에서 배출되는 농염수를 냉각시켜 해수 유입관(189)을 통해 재사용함에 따라, 담수화설비의 용량이 대형화되더라도 해수 공급부(3)로 유입되는 해수의 양을 늘릴 필요가 없는 것이다.

즉 배출되는 농염수를 재활용함으로써 증발기(110)에서 사용되는 농염수의 양과 상응되게 농염수를 소량으로 공급함에 따라 해수 공급설비의 시공 비용을 최소로 줄일 수 있는 것이다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각탑(2)에 별도의 냉각부(4)를 구비함으로써 배출되는 농염수의 온도를 적정하게 조정함에 따라 담수 생산성을 최대로 높일 수 있도록 하는 장점도 가지는 것이다.

또 냉각탑에서는 증발기에서 요구하는 냉각 효율에 따라 공기의 배출하는 양을 적절하게 조절하여 담수 증발기에 공급하는 보충수(Make up)의 온도를 적절하게 조절함으로써 증발기의 운전 효율이 좋아지는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 담수화설비용 농염수 공급장치를 나타낸 전체 구성도.

도 2는 본 발명을 구성하는 냉각탑의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

도 3은 종래의 다단 증발법에 의한 담수화설비를 나타낸 전체 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉각수단

2 : 냉각탑

21 : 분사관

21a : 노즐

22 : 하부 취합부

23 : 공기 배출홀

3 : 해수 공급부

31 : 해수 공급관

32 : 해수 공급펌프

4 : 냉각부

41 : 냉각관

42 : 냉각장치

110 : 증발기

110a : 열회복부

110b : 열배출부

187 : 해수 배출관

189 : 해수 유입관

189a : 공급펌프

Claims (5)

1. 열회복부(110a)와 열배출부(110b)로 나뉘어진 증발기(110)와, 상기 열배출부(110b)에 해수인 농염수를 공급하고 중간에 공급펌프(189a)가 구비된 해수 유입관(189)과, 상기 열배출부(110b)에서 사용된 농염수를 배출하는 해수 배출관(187)을 포함하는 다단 증발법 담수화설비에 있어서;

   상기 해수 배출관(187)에서 배출되는 농염수를 냉각시켜 상기 해수 유입관(189)으로 재공급하고 해수인 농염수를 공급받는 해수 공급부(3)를 포함하는 냉각수단(1)이 구비되는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 농염수 회수 공급장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각수단(1)은,

   상기 상부에 공기가 배출되는 공기 배출홀(23)이 형성된 냉각탑(2)과, 냉각탑(2)의 내부 상부에 구비되어 상기 해수 배출관(187)이 연결되어 배출되는 농염수를 분사 낙하시키는 다수의 노즐(21a)을 포함하는 분사관(21)과, 냉각탑(2)의 하부에 상기 해수 배출관(187)과 연결되게 구비되어 자연 낙하 및 하부 잔류를 통해 냉각 취합된 농염수를 해수 유입관(189)으로 공급하는 하부 취합부(22)로 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 농염수 회수 공급장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 냉각탑(2)은,

   공기의 상승속도를 빠르게 하여 냉각 효율을 높일 수 있도록 하부가 넓고 상부로 갈수록 점차적으로 좁게 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 농염수 회수 공급장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 해수 공급부(3)는,

   냉각탑의 중간에 구비되어 해수인 농염수를 공급하는 해수 공급관(31)과, 해수 공급관(31)의 중간에 구비되어 필요에 따라 선택적으로 농염수를 공급하는 해수 공급펌프(32)로 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 농염수 회수 공급장치.
5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서;

   상기 냉각탑(2)은 배출되는 농염수의 온도를 강제적으로 하강시킬 수 있는 냉각부(4)를 더 포함하고;

   상기 냉각부(4)는, 냉각탑(2)의 내측벽의 내부에 구비되어 냉매가 이동하는 냉각관(41)과, 냉각관(41)에 냉매를 열교환시켜 순환시키는 냉각장치(42)로 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 농염수 회수 공급장치.

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