KR100588969B1 - 감압 증발법을 이용한 해수 담수화 장치의 추기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감압 증발법을 이용한 해수 담수화 장치의 추기 장치에 관한 것으로, 그 목적은 담수를 만들기 위해 다중 효용 증발법(MED) 또는 다단 플래쉬 증발법(MSF)과 같은 감압 증발식 해수 담수화 장치에서 진공을 유지하기 위해 제일 압력이 낮은 응축기와 연결되어 사용되는 추기장치를 종래와 같이 고압의 증기를 이용한 다단의 스팀 이젝터 방식 대신에 분압이 낮은 흡수액을 사용함으로써 추기에 사용되는 고압의 증기를 획기적으로 감소시킴으로써 전체적인 에너지 효율을 향상시켜 운전비를 절감시킨 장치를 제공하는데 있으며,

그 구성은 추기장치의 원활한 제어를 위해 수증기 분리장치, 추기용 수이젝터와 포집탱크를 설치하고 흡수액의 분압유지를 위한 재생장치와 적정 농도유지로 일정한 흡입성능유지를 위한 분무농도 유지 시스템 및 분리 냉매 자동배출장치로 구성한 것을 발명의 요지로 한다.

담수화 장치, 감압증발법, 해수, 흡수액, 추기장치

Description

감압 증발법을 이용한 해수 담수화 장치의 추기 장치{Ventilation apparatus of desalination plant using distillation}

도 1은 기존 해수 담수화 장치의 추기 시스템 개략도이고,

도 2는 본 발명의 추기 담수화 장치의 추기 시스템 개념도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 스팀 공급관 (2-1, 2-2. 2-3) : 스팀 이젝터

(3) : 응축기 (4-1, 4-2, 4-3, 4-4) : 증기 응축기

(5) : 증기 응축용 펌프 (6) : 대기

(7) : 수이젝터 (8) : 수증기 분리장치

(9) : 용액 펌프 (10) : 이젝터 구동관

(11-1, 11-2) : 불응축가스 흡입관 (12) : 용액 분무장치

(13-1, 13-2) : 냉각수 (14) : 재생장치

(15) : 재생용 열원 (16) : 농도 감지장치

(17) : 열원 제어밸브 (18) : 오리피스 연락관

(19) : 수위계 (20) : 응축수 펌프

(21) : 압력센서 (22) : 진공펌프

(23) : 열교환기 (24) : 불응축가스 포집탱크

본 발명은 감압 증발법을 이용한 해수 담수화 장치의 추기 장치에 관한 것으로, 자세하게는 담수를 만들기 위해 진공이 유지되는 장치내에서 상대적으로 고온인 증기가 응축되면서 해수를 증발시키고 증발된 증기를 다음 단계에서의 열원으로 이용하며 최종적으로 응축기에서 모든 증기를 응축시켜 담수를 제조하는 공정(MED) 또는 과열된 해수를 첫단에서 플래쉬 증발시키고, 그 해수를 감압조건인 다음단에서 다시 플래쉬 증발시키고 최종적으로 응축시키는 공정(MSF)과 같은 감압 증발식 해수 담수화 장치에서 진공을 유지하기 위해 제일 압력이 낮은 응축기와 연결되어 사용되는 추기장치에 관한 것이다.

지금까지 일반적으로 사용되는 감압증발법 해수 담수화장치의 추기방법은 다단의 스팀 이젝터를 이용한 추기방식으로 고압의 스팀을 이용하여 저압의 응축기에서 불응축가스가 포함된 수증기를 추출하는 시스템으로 도 1은 스팀이젝터 방식의 추기시스템 흐름도이며 도 1을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

고압의 스팀이 스팀공급관(1)을 통해 스팀이젝터(2-1)로 유입되고 응축기(3) 의 저압의 불응축가스가 포함된 수증기를 흡입하여 1차 증기응축기(4-1)로 들어가며 이때의 압력은 응축기의 압력보다 높은 압력을 유지하며 1차 증기응축기(4-1)에서는 증기 응축기 펌프(5)에 의해 해수나 생산된 저온의 담수를 공급하고 직접 접촉 냉각하여 포함된 수증기를 응축시켜 배출하거나 회수하고 2차 스팀이젝터(2-2)로 흡입되며 2차 스팀이젝터(2-2)의 구동에는 역시 스팀 공급관(1)을 통해 고압의 스팀이 사용되며 그 소비량은 1차 스팀 이젝터(2-1)보다 감소한다. 이와 동일한 방법으로 2차 증기응축기(4-2)와 3차 스팀이젝터(2-3)에서도 진행되며 3차 증기 응축기(4-3)에서 최종적으로 대기압보다 높게 되어 대기(6)로 배출된다. 이상과 같은 방법이 가장 일반적인 설계방법이나 사이클에 따라서 각각의 단수는 설계자에 따라 임의로 조정될 수 있다.

이상의 다단 스팀 이젝터 방식의 추기 시스템은 다량의 고압의 스팀이 필요하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 과도한 운전비 절감을 위해 최소한의 초기 흡입시 불응축가스와 함께 포함된 수증기만을 회수하는 시스템으로 변경하는 분압(물질이 가지는 압력으로 물을 기준으로 하면 100℃ 의 경우 760 mmHg를 나타냄)이 낮은 흡수액을 이용한 추기 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적은 해수 담수화 장치에서 다단 스팀 이젝터 방식을 이용한 추기방법 대신에 분압이 낮은 흡수액을 사용하여 응축기에서 오는 불응축가스 중의 수증기를 제거하는 수증기 분리장치를 설치하고 수증기의 제거과정에서 발생하는 열은 해수로 냉각시켜 수증기 분리장치의 수증기 분리기능(흡수능력)을 유지하고 수용액에 의해 제거되지 않은 불응축가스만을 흡수액을 구동원으로 하는 수이젝터를 이용하여 포집탱크에 포집하며 추기과정에서 흡수된 수증기만을 재생하는 시스템을 구축함으로써 추기에 사용되는 고압의 스팀 사용량을 최소로 사용하는 방법으로 변경함으로써 전체적인 에너지 효율을 향상시켜 운전비를 절감시킬 수 있다.

하지만 증기 대신 수이젝터 방식을 이용하고 매질로서 저온의 냉각수 대신 분압이 낮은 흡수액을 이용하는 시스템으로 흡수식냉동기에서 일반적으로 사용되는 방법과 추기장치의 원리는 거의 동일하나 해수 담수화 장치에 이용하기 위해서는 흡수액의 분압을 일정하게 유지하기 위한 대책과 수증기를 제외하고 불응축가스만을 배출하기 위한 대책과 수증기를 제외하고 불응축가스만을 배출하기 위한 대책과 분리된 수증기를 회수하기 위한 대책등의 추기 장치와는 다른 별도의 안전하고 독립된 운전시스템이 필요하다.

따라서 발명에서는 흡수액을 구동원으로 하는 수 이젝터 방식의 추기 장치를 설치하고 포집탱크는 기액분리 기능 구조로 제작하며 수증기 분압이 최소로 유지되도록 용액분무 및 냉각 장치를 설치하고 포집 탱크내의 압력이 설정치 이내로 운전되도록 진공펌프에 의해 불응축가스를 배출하며 불응축가스와 함께 혼입된 수증기는 수증기 분리장치에서 흡수되고 재생장치로 보내어 감압하에서 증발시켜 재생에 사용되는 열원의 사용을 최소화하며 재생장치에서 증발된 증기는 응축기에서 냉각 수로 응축시켜 냉매상자에 저장하며 냉매상자에 저장된 냉매는 펌프를 작동하여 회수하고 응축기는 수증기분리장치와 오리피스 연결하여 응축기의 불응축가스 축적을 방지하고 재생된 용액은 농도를 측정하여 입력되는 스팀의 유량을 조절하는 장치를 제공함으로써 달성된다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 해수 담수화 장치의 추기 시스템 개념도로서 감압 증발식 해수담수화 장치의 추기방법으로 분압이 낮은 흡수액을 사용하는 추기방법의 개념 및 수용액의 재생 및 배출 시스템 제어흐름을 나타내는 것으로, 그 구성을 설명하면 다음과 같다.

응축기(3)로부터 불응축 가스가 포함된 수증기를 불응축가스 흡입관(11-1)을 통해 공급받고, 이 불응축 가스가 포함된 수증기에 용액펌프(9)로부터 공급된 흡수액을 분무장치(12)를 통해 분무하여 수증기만을 선택적으로 흡수토록 하고, 이 분무된 용액은 냉각수(13-1) 관과 접촉시켜 냉각되어 하부에 저장되고, 상부에는 불응축가스가 저장되도록 한 수증기 분리장치(8)와,

상기 수증기 분리장치(8) 하부에 모인 용액을 공급하는 용액펌프(9) 및 이젝 터 구동관(10)을 통해 공급받고, 상기 수증기분리장치(8)의 불응축가스를 불응축가스 흡입관(11-2)을 통해 흡입하여 불응축가스 포집탱크(24)로 배출하는 수이젝터(7)와,

상기 수이젝터(7)로부터 유입된 불응축가스와 구동용액인 흡수액을 기액 분리하여 불응축가스는 포집탱크 상부에 저장하고 구동용액은 용액회수관(25)을 통해 수증기분리장치(8)로 회수시키는 불응축가스 포집탱크(24)와,

상기 수증기분리 장치(8)에서 수증기를 흡수하여 희석된 용액이 용액펌프(9)에 의해 이송되어 재생용 열원(15)으로 농축하는 재생장치(14)와,

상기 재생장치(14) 과정에서 증발한 증기가 냉각수(13-2)에 간접접촉하여 응축되어 하부에 저장되는 증기응축기(4-4)와,

상기 재생장치(14)에서 용액이 과도한 농축으로 인한 결정을 방지하고 일정한 흡수 성능을 유지할 수 있도록 열원 제어밸브(17)에 의해 공급되는 재생용 열원(15)을 조정하여 적정농도를 유지시키는 용액의 비중을 이용한 플로우트 방식 또는 전기전도도를 이용한 농도감지장치(16)와,

상기 증기응축기(4-4) 및 수증기분리장치(8)간에 연결되어 불응축가스를 자동적으로 제어하는 오리피스연락관(18)과,

상기 증기응축기(4-4) 하부에 모인 응축수의 수위를 검출하는 수위계(19) 및 이를 담수 저장 시스템으로 보내는 응축수 펌프(20)와,

상기 불응축가스 포집탱크(24) 내부의 불응축가스를 포집탱크(24)의 압력센서(21)의 설정값에 따라 대기(6)로 배출하는 진공펌프(22)로 구성된다.

상기 재생용 열원의 온도가 높을 경우에 재생장치(14)를 추가로 설치하여 이 재생장치에서 발생한 증기를 다음 재생장치의 열원으로 사용하면 된다.

상기에서 미설명 부호 23은 열교환기이다.

상기와 같은 장치의 작용은 다음과 같다.

용액펌프(9)로 용액을 분무장치(12)에 공급하여 분무하고 분무된 용액은 냉각수(13-1)를 이용하여 냉각함으로써 수증기 분리장치(8)를 구동하고 감압 증발식 해수 담수화 장치의 최후단 응축기(3)에서 불응축 가스가 포함된 수증기를 불응축가스 흡입관(11-1)을 통해 흡입하고 분압이 낮은 흡수액의 수증기 흡수성을 이용하여 수증기만을 선택적으로 흡수하고 수증기 분리장치(8) 내부에는 불응축가스가 대부분을 차지하도록 유지하며 수증기 분리장치(8) 하부에 모인 용액을 용액펌프(9)를 이용하여 이젝터 구동관(10)을 통해 수이젝터(7)에 공급함으로써 수이젝터(7)를 구동하고 수증기분리장치(8)의 불응축가스를 불응축가스 흡입관(11-2)을 통해 흡입하여 불응축가스 포집탱크(24)로 배출한다.

불응축가스 포집탱크(24)로 유입된 불응축가스와 구동용액은 기액 분리되어 불응축가스는 포집탱크 상부에 저장되고 구동용액은 용액회수관(25)을 통해 수증기분리장치(8)로 회수된다.

수증기를 흡수하여 희석된 수증기분리 장치(8)의 용액은 농축을 위해 용액펌프(9)를 이용하여 재생장치(14)로 이송하며 재생용 열원(15)에 의해 농축되고 이 과정에서 증발한 증기는 간접 접촉방식의 증기응축기(4-4)에서 냉각수(13-2)에 의 해 응축되며 응축된 응축수는 증기응축기(4-4) 하부에 저장된다. 재생장치(14)에서 농축된 용액은 용액의 비중을 이용한 플로우트 방식 또는 전기전도도를 이용한 농도감지장치(16)에서 과도한 농축으로 인한 결정을 방지하고 일정한 흡수 성능을 유지할 수 있도록 열원 제어밸브(17)에 의해 공급되는 재생용 열원(15)을 조정하여 적정농도를 유지하며 수증기분리장치(8)와 오리피스연락관(18)을 설치하여 불응축가스를 자동적으로 제어하며 증기응축기(4-4) 하부에 모인 응축수는 수위계(19)에서 수위를 검출하여 응축수 펌프(20)를 가동시켜 담수 저장 시스템으로 보내게 된다.

불응축가스 포집탱크(24) 내부는 수증기분리장치(8)에 의해 장착된 수증기 흡입시스템에 의해 수증기를 흡수한 후 불응축가스 흡입관(11-1)을 통해 유입된 증기(불응축가스 + 수증기)의 조성과는 정반대로 대부분을 불응축가스가 차지하며 불응축가스 포집탱크(24)의 압력센서(21)의 설정값에 따라 진공펌프(22)를 작동시켜 대기(6)로 배출한다.

이상과 같은 작용으로 감압증발식 해수 담수화 장치의 불응축가스를 연속적으로 추출하여 장치의 진공유지 시스템이 안정적으로 운전된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 기존 다단 스팀 이젝터 방식에서 사용되는 고압의 스팀의 사용량을 줄임으로써 운전비를 절감 가능하며 전열관 통한 간접 열교환방식으로 열원이 사용됨으로 인하여 고압의 스팀 외에 저압의 스팀, 가스, 폐가스, 온수 등의 저급의 열원의 사용이 가능하여 에너지 이용의 합리화에 따른 운전비용 절감도 가능하다.

또한 다단 스팀 이젝터 방식에서는 직접접촉 증기 응축기를 사용하여 공급되는 냉각수로 해수를 이용할 경우 유입된 수증기가 해수와 섞여 응축되므로 담수로 만들 수 있는 수증기를 버리는 결과를 초래하여 이와는 반대로 생산된 담수를 이용할 경우 생산된 담수의 온도가 해수를 이용할 경우보다 높으므로 다음단의 스팀이젝터로 흡입되는 수증기의 양이 상승하는 결과를 초래하므로 해수로 냉각하는 것 보다 고압의 스팀 사용량이 증가한다.

그러나 본 발명에서는 증기응축기도 간접접촉방식을 사용 함으로써 냉각수로 사용되는 매체를 다양하게 적용할 수 있으며 응축된 응축수는 담수로 저장이 가능하여 결과적으로 담수 생산량을 증가시킨다.

다시 한번 본 발명의 장점을 정리하면 다음과 같다.

1, 추기에 사용되는 스팀의 사용량을 줄여 운전비 절감이 가능하다.

2, 추기에 사용되는 구동원으로 다양한 매체의 사용이 가능하며 폐열을 이용할 경우 에너지 효율이 더욱 증가된다.

3. 열교환 방식으로 간접 접촉방법을 사용하여 응축기에서 유입된 수증기의 회수가 가능하다.

Claims (2)

1. 감압증발법을 이용한 해수 담수화 장치의 추기 장치에 있어서,

   응축기(3)로부터 불응축 가스가 포함된 수증기를 불응축가스 흡입관(11-1)을 통해 공급받고, 이 불응축 가스가 포함된 수증기에 용액펌프(9)로부터 공급된 흡수액을 분무장치(12)를 통해 분무하여 수증기만을 선택적으로 흡수토록 하고, 이 분무된 용액은 냉각수(13-1) 관과 접촉시켜 냉각되어 하부에 저장되고, 상부에는 불응축가스가 저장되도록 한 수증기 분리장치(8)와,

   상기 수증기 분리장치(8) 하부에 모인 용액을 공급하는 용액펌프(9) 및 이젝터 구동관(10)을 통해 공급받고, 상기 수증기분리장치(8)의 불응축가스를 불응축가스 흡입관(11-2)을 통해 흡입하여 불응축가스 포집탱크(24)로 배출하는 수이젝터(7)와,

   상기 수이젝터(7)로부터 유입된 불응축가스와 흡수액을 기액 분리하여 불응축가스는 포집탱크 상부에 저장하고 구동용액은 용액회수관(25)을 통해 수증기분리장치(8)로 회수시키는 불응축가스 포집탱크(24)와,

   상기 수증기분리 장치(8)에서 수증기를 흡수하여 희석된 용액이 용액펌프(9)에 의해 이송되어 재생용 열원(15)으로 농축하는 재생장치(14)와,

   상기 재생장치(14) 과정에서 증발한 증기가 냉각수(13-2)에 간접 접촉하여 응축되어 하부에 저장되는 증기응축기(4-4)와,

   상기 재생장치(14)에서 용액이 과도한 농축으로 인한 결정을 방지하고 일정한 흡수 성능을 유지할 수 있도록 열원 제어밸브(17)에 의해 공급되는 재생용 열원(15)을 조정하여 적정농도를 유지시키는 용액의 비중을 이용한 플로우트 방식 또는 전기전도도를 이용한 농도감지장치(16)와,

   상기 증기응축기(4-4) 및 수증기분리장치(8)간에 연결되어 불응축가스를 자동적으로 제어하는 오리피스 연락관(18)과,

   상기 증기응축기(4-4) 하부에 모인 응축수의 수위를 검출하는 수위계(19) 및 이를 담수 저장 시스템으로 보내는 응축수 펌프(20)와,

   상기 불응축가스 포집탱크(24) 내부의 불응축가스를 포집탱크(24)의 압력센서(21)의 설정값에 따라 대기(6)로 배출하는 진공펌프(22)로 구성되는 것을 특징으로 하는 감압 증발법을 이용한 해수 담수화 장치의 추기 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 재생용 열원의 온도가 높을 경우에 재생장치(14)를 추가로 설치하여 이 재생장치에서 발생한 증기를 다음 재생장치의 열원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 감압 증발법을 이용한 해수 담수화 장치의 추기 장치.

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