JPWO2006095397A1

JPWO2006095397A1 - 多段フラッシュ式海水淡水化装置

Info

Publication number: JPWO2006095397A1
Application number: JP2007506930A
Authority: JP
Inventors: 彰彦畳谷; 清水　明; 明清水
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2008-08-14
Also published as: WO2006095397A1

Abstract

多段フラッシュ式海水淡水化装置は、内に複数の段Sr1〜Srnが前から後にかけて順次に並ぶように形成されているハウジング31を備えている。各段Sr1〜Srnを後から前にかけて順次経由するように伝熱パイプ35がのびている。ハウジング31の底に各段Sr1〜Srnを前から後にかけて順次経由するように海水流路38が設けられている。海水流路後38端および伝熱パイプ35後端が後循環パイプ45によって接続されている。伝熱パイプ35前端および海水流路38前端が前循環パイプ47によって接続されている。前循環パイプ47内を流れる海水がヒータ48によって加熱されるようになされている。伝熱パイプ35の流路を迂回するようにバイパス61が設けられている。バイパス61が、前循環パイプ47の流路ヒータ48上流で合流させられている。

Description

この発明は、海水を蒸発・凝縮させて真水を得る多段フラッシュ式海水淡水化装置に関する。

従来、この種の装置としては、図４に示すように、ハウジング31内に複数の段Sr1〜Srnが前から後にかけて順次に並ぶように形成されており、各段Sr1〜Srnを後から前にかけて順次経由するように伝熱パイプ35がのびており、ハウジング31の底に各段Sr1〜Srnを前から後にかけて順次経由するように海水流路38が設けられており、海水流路38後端および伝熱パイプ35後端が後循環パイプ45によって接続されており、伝熱パイプ35前端および海水流路38前端が前循環パイプ47によって接続されており、前循環パイプ47内を流れる海水がヒータ48によって加熱されるようになされているものが知られている。

多段フラッシュ式海水淡水化装置は、主として、火力発電所に併設され、火力発電所内の蒸気タービンからの排蒸気をヒータの熱源とするものである。この場合、海水淡水化装置が必要とする蒸気量と生産される水量の比（造水比）はほぼ一定のため、要求される発電量と生産水量が所定の比と異なる場合はこれに追随できないという問題点がある。例えば、複数の海水淡水化装置のうちの一部が補修等のため停止させた場合、海水淡水化装置が必要とする蒸気量が減少するため、発電量も減少させなければならない。

従来、上記問題点を解決するために、海水淡水化装置にダンプコンデンサーが併設され、火力発電所から発生する蒸気量が海水淡水化装置の必要とする蒸気量を超える場合、余剰蒸気をダンプコンデンサーによって吸収することが行われていた。

この発明の目的は、ダンプコンデンサー等を用いること無く、造水比を自由に、容易かつ速やかに変更することのできる多段フラッシュ式海水淡水化装置を提供することにある。

この発明による多段フラッシュ式海水淡水化装置は、ハウジング内に複数の段が前から後にかけて順次に並ぶように形成されており、各段を後から前にかけて順次経由するように伝熱パイプがのびており、ハウジングの底に各段を前から後にかけて順次経由するように海水流路が設けられており、海水流路後端および伝熱パイプ後端が後循環手段の流路によって接続されており、伝熱パイプ前端および海水流路前端が前循環手段の流路によって接続されており、前循環手段流路内を流れる海水がヒータによって加熱されるようになされている多段フラッシュ式海水淡水化装置において、伝熱パイプの流路全長の少なくとも一部を迂回するようにバイパスが設けられており、バイパスが、前循環手段流路のヒータ上流で合流させられていることを特徴とするものである。

この発明による多段フラッシュ式海水淡水化装置では、火力発電所から発生する蒸気量が海水淡水化装置の必要とする蒸気量を超える場合、バイパスに海水を流すことにより、生産水量を増やすことなく、余剰蒸気が吸収される。したがって、ダンプコンデンサー等を用いること無く、造水比を自由に、容易かつ速やかに変更することができる。

さらに、バイパスに流量調整弁が備えられていると、火力発電所から発生する蒸気量の変動に対応して、造水比を変更することができる。

また、バイパスが、後循環手段の流路から分岐させられていることが好ましい。

また、バイパスが、伝熱パイプの流路から分岐させられていてもよい。

この発明によれば、ダンプコンデンサー等を用いること無く、造水比を自由に、容易かつ速やかに変更することができる。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

以下の説明において、前後とは、図１を基準として、図１の左側を前、これと反対側を後というものとする。

海水淡水化装置は、熱放出蒸発器11および熱回収蒸発器12を備えている。

熱放出蒸発器11は、内部を減圧状態に維持された熱放出ハウジング21を有している。熱放出ハウジング21内には３つの第１〜第３熱放出段Sd1〜Sd3が、２つの垂直仕切壁22によって前から後にかけて順次に並ぶように形成されている。各熱放出段Sd1〜Sd3の高さの中程には左右方向にのびた樋状熱放出凝縮水受け23が設けられている。隣り合う熱放出凝縮水受け23は、詳しく図示しない接続管24によって連通させられている。各熱放出段Sd1〜Sd3を後から前にかけて順次経由するように熱放出パイプ25が後から前に向かってのびている。熱放出パイプ25の、各熱放出段Sd1〜Sd3内にあって各熱放出凝縮水受け23の上方に位置させられている部分は、左右方向にのびた熱放出凝縮管束26によって構成されている。隣り合う熱放出凝縮管束26は、詳しく図示しない接続管27によって連通させられている。熱放出ハウジング21の底には各熱放出段Sd1〜Sd3を前から後にかけて順次経由するように熱放出海水流路28が設けられている。

熱回収蒸発器12は、基本構造を熱放出蒸発器11と同じくするものであって、内部を減圧状態に維持された熱回収ハウジング31を有している。熱回収ハウジング31内には、複数（ｎ：正数）の第１〜第ｎ熱回収段Sr1〜Srnが複数（ｎ−１）の垂直仕切壁32によって前から後にかけて順次に並ぶように形成されている。各熱回収段Sr1〜Srnの高さの中程には左右方向にのびた樋状熱回収凝縮水受け33が設けられている。隣り合う熱回収凝縮水受け33は、詳しく図示しない接続管34によって連通させられている。各熱回収段Sr1〜Srnを後から前にかけて順次経由するように熱回収パイプ35が後から前に向かってのびている。熱回収パイプ35の、各熱回収段Sr1〜Srn内にあって各熱回収凝縮水受けの上方に位置させられている部分は、左右方向にのびた熱回収凝縮管束36によって構成されている。隣り合う熱回収凝縮管束36は、詳しく図示しない接続管37によって連通させられている。熱回収ハウジング31の底には各熱回収段Sr1〜Srnを前から後にかけて順次経由するように熱回収海水流路38が設けられている。

第３熱放出段Sd3の熱放出凝縮水受け23には生産水パイプ41が接続されている。第３熱放出段Sd3の熱放出凝縮管束26には海水供給パイプ42が接続されている。第１熱放出段Sd1の熱放出凝縮管束26には海水排出パイプ43が接続されている。海水排出パイプ43の途中からは海水補給パイプ44が分岐させられている。海水補給パイプ44は、第３熱放出段Sd3において熱放出海水流路28に合流させられている。第３熱放出段Sd3の熱放出海水流路28と、最終第ｎ熱回収段Srnの熱回収凝縮管束36とは後循環パイプ45によって接続されている。第３熱放出段Sd3の熱放出海水流路28には海水ドレンパイプ46が接続されている。第１熱回収段Sr1において、熱回収凝縮管束36および熱回収海水流路38は、前循環パイプ47によって連通させられている。前循環パイプ47にはヒータ48が備えられている。ヒータ48には蒸気供給パイプ51および蒸気ドレンパイプ52が接続されている。また、第１熱放出段Sd1の熱放出凝縮水受け23および最終第ｎ熱回収段Srnの熱回収凝縮水受け33は、伝熱連通パイプ53によって接続されている。さらに、第１熱放出段Sd1の熱放出海水流路28および最終第ｎ熱回収段Srnの熱回収海水流路38は、流路連通パイプ54によって接続されている。

後循環パイプ45の途中からバイパスパイプ61が分岐させられている。バイパスパイプ61は、熱回収ハウジング31の外を経由しかつ前循環パイプ47のヒータ48上流に合流させられている。バイパスパイプ61には流量調整弁62が備えられている。

新鮮な海水は、海水補給パイプ44によって熱放出パイプ25に供給され、これを通過させられた後に、その一部は、海水排出パイプ43によって排出され、残りは、海水補給パイプ44によって第３熱排出段Sd3において熱排出海水流路28の海水と合流させられる。第３熱排出段Sd3の熱排出流路28から、海水は、後循環パイプ45によって熱回収パイプ35に送られる。熱回収パイプ35に送られた海水は、これを通過し、ヒータ48によって加熱された後、第１熱回収段Sr1の熱回収海水流路38に送られる。

熱回収パイプ35内を通過する間に、海水は熱回収海水流路38から蒸発する海水の蒸発熱によって徐々に加熱されていく。熱回収パイプ35を通過した海水は、前循環パイプ47内を流れる間にヒータ48によって最高温度まで加熱される。最高温度まで加熱されて熱回収海水流路38に送られた海水は、ここを通過する間に蒸発させられ、熱回収凝縮管群36と接触させられて凝縮させられる。凝縮水は、熱回収凝縮水受け33で受けられ、熱放出凝縮水受け23を経由した後、生産水パイプ41によって回収される。熱回収海水流路38を通過させられた海水は、熱放出海水流路28を通過させられ、新鮮海水が補給させられた後、再び、熱回収パイプ35へ送られる。第３熱放出段Sd3からは、熱放出海水流路28の海水の一部は、海水ドレンパイプ46によって排出される。

後循環パイプ45内を流れる海水の一部は、熱回収パイプ35に送られることなく、バイパスパイプ61によって前循環パイプ47のヒータ48上流へ直接送られる。バイパスパイプ61内を通過させられた海水は、熱回収ハウジング31内を通過させられないため、加熱されることがなく、熱回収パイプ35を通過して加熱された海水と合流させられてヒータ48へ送られる。

以上、海水が淡水化されて生産水を得る手順を説明した。つぎに、淡水化される海水の温度分布について、図２を参照しながら検討する。図１および図２に、丸数字がそれぞれ示されているが、これらの丸数字は、図１および図２において対応する部分を示している。

供給される海水の温度Ｔｓは、熱放出蒸発器11を通過する間に徐徐に上々昇していく。一部はそのまま排出され、残りは循環海水と合流させられた後、ドレンとして、排出される。このときのドレン海水温度がＴｂである。ついで、海水の一部は、熱回収蒸発器12に送られ、残りは、熱回収蒸発器12をバイパスする。熱回収蒸発器12を通過した海水の温度は、さらに上昇していく。一方、パイパスした海水の温度は上昇させられないたため、双方の海水が合流させられると、全体の海水の温度は低下させられ、その温度のままヒータ48に送られる。このときの温度がＴ_ＢＩＮである。ヒータ48により海水は、温度Ｔ_ＢＯＵＴまで加熱される。このときの温度上昇は、ΔＴ_ＢＨ＝Ｔ_ＢＯＵＴ−Ｔ_ＢＩＮである。ヒータ48によって加熱される海水量をＷ_ＲＣとすると、ヒータ48の蒸気消費量は、ΔＴ_ＢＨ・Ｗ_ＲＣ／λで表される。λ：ヒータ48での蒸気の凝縮潜熱である。一方、海水最高温度Ｔ_ＢＯＵＴと排出海水温度Ｔｂの差を、ΔＴ_{ＦＬＡＳＨ}とすると、生産水量はΔＴ_{ＦＬＡＳＨ}・Ｗ_ＲＣ／λできまる。λ：蒸発器での蒸気の凝縮潜熱である。

ここで、比較のため、冒頭で説明した従来例による図４に示す淡水化装置に言及する。従来例による淡水化装置は、図１に示す構成から、バイパスパイプ61および流量調整弁62を削除したものである。従来例による淡水化装置の温度分布を図５に示す。

図５において、ヒータ入口温度Ｔ_ＢＩＮ′は、図２に示すヒータ入口温度Ｔ_ＢＩＮよりも高く、ヒータ出口温度Ｔ_ＢＯＵＴは同じであるため、温度上昇ΔＴ_ＢＨ′は小さくなっている。循環海水量Ｗ_ＲＣおよび生産水量ΔＴ_{ＦＬＡＳＨ}・Ｗ_ＲＣ／λは同じである。このことは、同じ生産水量ΔＴ_{ＦＬＡＳＨ}・Ｗ_ＲＣ／λを得るための蒸気消費量が本願発明による装置の方が従来装置による装置よりも大であることを意味する。換言するならば、パイパスパイプ61を通過する海水の量を流量調整弁62によって調節することにより、ヒータ48で消費する蒸気の量を調節することができる。

さらに、表１に、循環させられる海水量および温度と、消費される蒸気の量および温度との具体的数値が本願発明および従来例の比較のもとに示されている。表１中、丸数字で示されている番号は、図１および図５に示されている部分と対応しており、その部分における流体の種類、流量および温度を示すものである。

ここで、とくに注目すべきは、丸数字「１」示される供給海水の量および丸数字「９」で示される生産水量が同じであることに対し丸数字「１０」で示されている蒸気消費量が異なっていることである。

図３は、この発明の変形例による海水淡水化装置を示すものである。この変形例では、バイパスパイプ71が、後循環パイプ45からではなく、熱回収パイプ35の長さの途中から分岐させられている。また、このバイパスパイプ71にも流量調整弁72が備えられている。この点以外の他の構成は、図１に示すものと同一である。

この発明による多段フラッシュ式海水淡水化装置は、海水を蒸発・凝縮させて真水を得ることを達成するのに適している。

この発明による海水淡水化装置の構成図である。同海水淡水化装置の各部分の温度分布を示す図である。この発明の変形例による海水淡水化装置の構成図である。従来例による海水淡水化装置の構成図である。同従来例による海水淡水化装置の各部分の図２相当温度分布を示す図である。

符号の説明

31 ハウジング
35 伝熱パイプ
38 海水流路
45 後循環パイプ
47 前循環パイプ
48 ヒータ
61 バイパス
Sr1〜Srn 段

Claims

ハウジング内に複数の段が前から後にかけて順次に並ぶように形成されており、各段を後から前にかけて順次経由するように伝熱パイプがのびており、ハウジングの底に各段を前から後にかけて順次経由するように海水流路が設けられており、海水流路後端および伝熱パイプ後端が後循環手段の流路によって接続されており、伝熱パイプ前端および海水流路前端が前循環手段の流路によって接続されており、前循環手段流路内を流れる海水がヒータ48によって加熱されるようになされている多段フラッシュ式海水淡水化装置において、伝熱パイプの流路全長の少なくとも一部を迂回するようにバイパスが設けられており、バイパスが、前循環手段流路のヒータ上流で合流させられていることを特徴とする多段フラッシュ式海水淡水化装置。
バイパスに流量調整弁が備えられている請求項１に記載の多段フラッシュ式海水淡水化装置。
バイパスが、後循環手段の流路から分岐させられている請求項１または２に記載の多段フラッシュ式海水淡水化装置。
バイパスが、伝熱パイプの流路から分岐させられている請求項１または２に記載の多段フラッシュ式海水淡水化装置。