KR100649653B1

KR100649653B1 - 순환펌프가 없는 전기식 순수장치를 이용한 복수탈염 장치및 방법

Info

Publication number: KR100649653B1
Application number: KR1020050094502A
Authority: KR
Inventors: 이창소; 유병조
Original assignee: 한국정수공업 주식회사
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2006-11-27

Abstract

본 발명은 복수 중에 포함된 이온성분들을 제거하는 복수탈염장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전기식순수장치를 이용하여 약품재생에 따른 교차오염을 없앰은 물론 화학약품으로 인해 발생하는 폐수를 최소화시키기 위한 수단으로, 복수탈염장치를 정밀여과기(10)와 제1,2탈이온장치(20,50)와 전극수탈기장치(40) 및 그 밖에 승압펌프(60)와 다수개의 정류기(21,51)와 펌프(52,70) 및 이젝터(30) 등을 구비함으로써, 전기로 복수중의 이온성분을 제거하는 순환펌프가 없는 전기식순수장치를 이용하기 때문에 화학 약품을 사용하지 않아 약품에 의한 오염이 최소화됨은 물론 장치가 간단하고 운전비가 감소를 통해, 복수탈염설비의 신뢰성이 증대될 뿐만 아니라, 복수탈염설비의 가동과정에서 이온교환에 따른 이온누출이 차단되어 운전에 소요되는 각종 부대비용이 절감됨은 물론 화력/원자력발전소에서 스팀계통의 부식이 최소화되게 한 것이다.

복수탈염장치, 정밀여과기, 제1,2탈이온장치, 이젝터, 전극수탈기장치

Description

순환펌프가 없는 전기식 순수장치를 이용한 복수탈염 장치 및 방법 {Deionization apparatus and Method for condensate with Electro-deionization equipment without the recycle pump}

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 정밀여과기 20,50 : 제1,2탈이온장치

21,51 : 정류기 30 : 이젝터

60 : 승압펌프 40 : 전극수탈기장치

52 : 농축수배출펌프 70 : 순수공급펌프

본 발명은 복수 중에 포함된 이온성분들을 제거하는 복수탈염장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전기식순수장치를 이용하여 약품재생에 따른 교차오염을 없앰은 물론 화학약품으로 인해 발생하는 폐수를 최소화시킬 수 있도록 된 순환펌프가 없는 전기식순수장치를 이용한 복수탈염장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 복수탈염방법은 혼상식 이온교환 수지를 사용하여 복수 중의 이온성분을 제거하는 방법으로서, 이 이온교환수지를 재사용하기 위하여 화학약품을 이용하여 재생하며, 특히 양이온교환수지는 염산이나 황산으로 재생하고 음이온교환수지는 가성소다로 재생을 해야 한다.

여기서, 종래의 복수탈염장치의 이온교환수지를 재생하는 방법은 탑외재생형 방식으로 교차오염을 방지하기 위하여 혼합되어 있는 이온교환수지를 분리하여 재생하는 방법에 따라 여러 가지가 있다.

예컨대, 이온교환수지를 분리하는 방법으로서 역세과정을 수행함으로써 이루어지는 바, 특히 비중이 가벼운 음이온교환수지는 비중차를 이용하여 탑 상부로 보내고, 비중이 무거운 양이온교환수지는 탑 하부로 떨어뜨리는 수력분리에 의한 분리 방법에 의존하여 왔다.

이러한 단순한 수력분리에 의한 수지분리방법은, 양이온교환수지와 음이온교환수지로 구성되는 이종수지 상태로 크게 분리시킬 수는 있었으나, 양이온교환수지와 음이온교환수지의 경계층 주위에 형성되는 혼합수지층의 이종수지를 완벽하게 분리시킬 수 없는 한계를 지니고 있었다.

그 이유는, 복수탈염설비를 운용하는 동안 파쇄되는 수지에 기인하는데, 상기한 수력분리기술이 수지의 비중 뿐만 아니라 수지 입자의 크기에도 의존하기 때문에, 파쇄된 수지는 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 경계층 주변에 밀집 분포하여 혼합층을 형성하는 반면 파쇄 음이온 교환수지는 음이온 교환수지의 상부에 밀접하게 분포된다.

따라서, 복수탈염설비를 가동하는 과정에서 아무리 세심한 주의를 기울여도 양이온 교환수지로부터 음이온 교환수지를 별도의 독립된 탑으로 이송할 때, 이종수지 경계층 주위에 형성된 혼합층이 양이온 교환수지는 음이온 교환수지와 함께 필연적으로 휩쓸려 들어간다.

이때, 휩쓸려 들어가는 소량의 양이온 교환수지는 소듐 이온 누출의 원인이 되었고, 반대로 양이온 교환수지층에 잔존하는 음이온 교환수지는 염소이온이나 설페이트이온 등의 누출원인이 되었다.

그러나, 화력발전소의 고압관류 보일러나 경수로형 또는 가압수형 원자력발전소는 복수처리수 중의 소듐이온과 염소이온 등의 농도를 엄격히 규제하고 있기 때문에, 몇 ppb(Part per billion)의 소듐이온이나 염소이온만 누출되더라도 복수계통에는 매우 심각한 문제를 일으키게 된다.

또한, 본원출원인에 의해 선출원된 "전기순수장치를 이용한 복수탈염장치 및 방법"(출원번호: 10-2005-0034454)에 의하면, 제1탈이온장치(20)의 농축수를 순환 펌프를 이용하여 순환시키는 방법을 택하고 있어, 시스템이 복잡하고 장치비가 많이 들며 펌프 운전에 따른 운전비가 상승되는 단점이 있었다.

전술한 바와 같이, 종래의 복수탈염설비의 약품 재생 방법으로는 교차오염을 줄이기 어려우며, 약품 재생으로 재생 시 발생하는 약품 폐수가 많은 단점이 있을 뿐만 아니라 시스템이 복잡하고 운전이 어렵고 불편한 문제점이 있으며, 본원 출원인에 의해 선출원된 동일 기술에서는 제1탈이온장치(20)의 순환 펌프에 의한 비용 상승과 운전비의 증가가 있다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기식순수장치를 이용하여 약품재생에 따른 교차오염을 없앰은 물론 화학약품으로 인해 발생하는 폐수를 최소화시킬 수 있도록 된 순환펌프가 없는 전기식순수장치를 이용한 복수탈염장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 장치는, 복수 중에 함유된 금속산화물을 포함하는 이물질을 여과하여 오염원을 제거하는 정밀여과기와; 상기 정밀여과기의 배출배관에 연결되어 오염원이 제거된 복수를 수용하여 정류기의 전기를 통해 탈이온시키는 제1탈이온장치; 상기 제1탈이온장치의 전극수출구에 연결되어 전극수를 촉매를 통해 탈기시키는 전극수탈기장치; 상기 제1탈이온장치의 농축수출구에서 배출되는 농축수와 상기 전극수탈기장치의 전극수출구에서 배출되는 전극수를 수용하여 정류기의 전기를 통해 탈이온시키는 제2탈이온장치; 상기 전극수탈기장치의 전극수를 흡입하고 상기 제1탈이온장치의 농축수와 혼합하여 상기 제2탈이온장치로 공급하는 이젝터; 상기 제2탈이온장치의 처리수배관에서 배출되는 처리수를 상기 정밀여과기의 배출배관 또는 복수기로 순환시키는 승압펌프 및; 상기 제2탈이온장치의 흡입배관에 구성되어 농축수배출펌프의 작동과정에서 농축수의 필요한 순수를 공급하는 순수공급펌프로 이루어진다.

상기한 목적을 달성하기 위한 방법은, 복수 중에 포함된 금속산화물을 포함하는 이물질들을 정밀여과기를 통해 여과한 다음 제1탈이온장치로 공급하는 단계와; 상기 제1탈이온장치에 수용되어 정류기의 전기를 통해 탈이온처리된 처리수를 발전계통 또는 증기발생기로 공급하는 단계; 상기 제1탈이온장치에 의해 제거된 이온이 농축된 농축수를 직접 제2탈이온장치로 공급하는 단계; 상기 제1탈이온장치의 전극에 의해 분해된 전극수를 전극수탈기장치를 통해 탈기하여 제2탈이온장치로 공급하는 단계; 상기 제2탈이온장치의 농축 및 전극수를 정류기의 전기로 탈이온시켜 정밀여과기 또는 복수기로 재순환시키는 단계; 상기 전극수탈기장치의 전극수를 상기 이젝터를 통해 흡입하고 상기 제1탈이온장치로부터 배출되는 농축수와 혼합하여 상기 제2탈이온장치로 공급하는 단계 및; 상기 제2탈이온장치의 흡입배관에 구성되어 농축수배출펌프의 작동과정에서 순수를 공급하여 제2탈이온장치에 의해 생성된 농축수를 순환시키는 단계로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 복수탈염장치를 첨부된 예시도면을 참고로하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 복수탈염방법을 도시한 공정도로서, 복수 중에 함유된 금속산화물을 포함하는 이물질을 여과하여 오염원을 제거하는 정밀여과기(10)와; 상기 정밀여과기(10)의 배출배관에 연결되어 오염원이 제거된 복수를 수용하여 정류기(21)의 전기를 통해 탈이온시키는 제1탈이온장치(20); 상기 제1탈이온장치(20)의 전극수출구에 연결되어 전극수를 촉매를 통해 탈기시키는 전극수탈기장치(40); 상기 제1탈이온장치(20)의 농축수출구에서 배출되는 농축수와 상기 전극수탈기장치(40)의 전극수출구에서 배출되는 전극수를 수용하여 정류기(51)의 전기를 통 해 탈이온시키는 제2탈이온장치(50); 상기 전극수탈기장치(40)의 전극수를 흡입하고 상기 제1탈이온장치(20)의 농축수와 혼합하여 상기 제2탈이온장치(50)로 공급하는 이젝터(30); 상기 제2탈이온장치(50)의 처리수배관에서 배출되는 처리수를 상기 정밀여과기(10)의 배출배관 또는 복수기로 순환시키는 승압펌프(60) 및; 상기 제2탈이온장치(50)의 흡입배관에 구성되어 농축수배출펌프(52)의 작동과정에서 농축수의 필요한 순수를 공급하는 순수공급펌프(70)로 이루어진다.

먼저, 본 발명에 따른 구성요소 중에서 복수탈염설비의 주요 배관만을 도시하고, 그 밖의 배관 및 이러한 배관에 연결되는 각종 밸브는 공지기술을 이용한 것이므로 도시하지 않았음을 첨언한다.

그리고, 복수탈염장치는 정밀여과기(10)와 제1,2탈이온장치(20,50)와 전극수탈기장치(40)로 구성되며, 그 밖에 승압펌프(60)와 다수개의 정류기(21,51)와 펌프(52,70) 및 이젝터(30) 등이 구비된다.

여기서, 정밀여과기(10)는, 복수탈염설비를 순환하는 복수중에 포함된 금속산화물 등의 입자들이 유입되어 장치를 오염이나 손상시키는 것을 방지시키는 것으로, 그 공극의 크기가 1 마이크론 이하의 카트리지타입모듈이나 중공사막모듈을 적용하여 사용함이 바람직하며, 특히 0.1-0.2 마이크론 크기의 공극을 가지는 것이 더 바람직하다.

그리고, 제1.2탈이온장치(20,50)는, 본원 출원인에 의해 출원되어 등록된 "원통형 전기이온제거장치 모듈"(등록번호:10-356235호)을 적용한 것이므로, 이에 대한 작동구조에 관한 설명은 생략하기로 한다.

즉, 제1,2탈이온장치(20,50)는, 양극과 음극을 갖는 전극부스페이서와, 이 전극부스페이서에 적층된 처리수/농축부스페이스로 구성되며, 이 처리수/농축부스페이서에는 각각의 전극수/농축수/처리수출구가 구비된다.

또한, 제1,2탈이온장치(20,50)는, 복수 또는 농축수와 전극수를 수용하여 전기적으로 탈이온시키는 각각의 정류기(21,51)가 구비되며, 제1탈이온장치(20)에는 농축수출구에서 배출되는 농축수를 순환시키는 순환펌프가 구비되지 않는 반면 제2탈이온장치(50)에는 농축수 출구에서 배출되는 농축수를 순환시키는 농축수배출펌프(52)가 구비된다.

그리고, 전극수탈기장치(40)는, 제1탈이온장치(20)의 전극에 의해 분해되어 전극수 출구에서 배출되는 전극수를 촉매를 이용하여 탈기시키는 것으로서, 제1탈이온장치(20)에서 배출되는 전극수를 수용하며, 특히 촉매로서 파라듐 또는 백금담지 촉매를 사용함이 바람직하다.

즉, 제1탈이온장치(20)의 양극에서는 물이 분해되어 H+이온과 산소가 발생하고 음극에서는 OH-이온과 수소가 발생하며, 특히 H+이온과 OH-이온은 중화되어 물이 되지만 산소와 수소는 물속에 녹아 있으므로 전극수탈기장치(40)를 이용하여 물로 환원시키는 기능을 수행하는 것이다.

그리고, 승압펌프(60)는 제2탈이온장치(50)의 처리수배관에서 배출되는 처리수를 펌핑하여 상기 정밀여과기(10)의 배출배관 또는 복수기로 순환시키며, 순수공급펌프(70)는 제2탈이온장치(50)의 농축수배출펌프(52)의 흡입배관에 구성되어 농축수의 순환에 필요한 순수를 공급하는 것이다.

그리고, 이젝터(30)는, 제1탈이온장치(20)의 농축수를 감압하여 전극수탈기장치(40)의 전극수를 흡입하는 것으로서, 상기 제1탈이온장치(20)의 농축수와 상기 전극수탈기장치(40)의 전극수를 서로 혼합하여 상기 제2탈이온장치(50)로 공급하는 기능을 수행한다.

이하, 본 발명에 따른 복수탈염방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 복수탈염방법은, 복수 중에 포함된 금속산화물을 포함하는 이물질들을 정밀여과기(10)를 통해 여과한 다음 제1탈이온장치(20)로 공급하는 단계와; 상기 제1탈이온장치(20)에 수용되어 정류기(21)의 전기를 통해 탈이온처리된 처리수를 발전계통 또는 증기발생기로 공급하는 단계; 상기 제1탈이온장치(20)에 의해 제거된 이온이 농축된 농축수를 직접 제2탈이온장치(50)로 공급하는 단계; 상기 제1탈이온장치(20)의 전극에 의해 분해된 전극수를 전극수탈기장치(40)를 통해 탈기하여 제2탈이온장치(50)로 공급하는 단계; 상기 제2탈이온장치(50)의 농축 및 전극수를 정류기(51)의 전기로 탈이온시켜 정밀여과기(10) 또는 복수기로 재순환시키는 단계; 상기 상기 전극수탈기장치(40)의 전극수를 상기 이젝터(30)를 통해 흡입하고 상기 제1탈이온장치(20)로부터 배출되는 농축수와 혼합하여 상기 제2탈이온장치(50)로 공급하는 단계 및; 상기 제2탈이온장치(50)의 흡입배관에 구성되어 농축수배출펌프(52)의 작동과정에서 순수를 공급하여 제2탈이온장치(50)에 의해 생성된 농축수를 순환시키는 단계로 이루어진다.

먼저, 본 발명에서는 순환되는 복수 중의 금속산화물 등의 입자들에 의한 연속탈이온장치의 오염을 방지하기 위하여 정밀여과기(10)에서 제거 된다.

이어서, 정밀여과기(10)에 의해 여과된 복수는 제1탈이온장치(20)로 공급되고, 이때 정류기(21)에 의해 직류 전기가 공급되어 복수 중의 이온들이 제거되어 복수가 탈이온되고 계통내로 공급되어 증기발생기로 들어간다.

이어서, 제1탈이온장치(20)에서 제거된 이온들이 농축된 일정량의 농축수는 농축수 스페이서 내부를 통과하여 배출된다. 종래의 방법에서는 이 농축수가 순환펌프에 의해 순환되며 일정량이 배출되는 방법을 적용하였으나 순환펌프 적용에 따른 장치비 증가와 운전비 상승을 가져온다.

이어서, 제1탈이온장치(20)에서 배출된 농축수는 제2탈이온장치(50)롤 공급되며, 이때 정류기(51)에 의해 직류 전기가 인가되어 농축수 중의 이온성분 들을 제거하게 된다.

또한, 제1탈이온장치(20)에서 나온 농축수는 종래의 일반적인 탈염장치인 역삼투압장치나 이온교환수지 혹은 전기투석장치로 공급되어 이온성분들을 제거하는 방법을 적용할 수 있다.

이렇게 처리된 농축수는 제1탈이온장치(20)에서 처리된 복수보다 복수에 포함된 이온성분들이 많아서 직접 계통이나 스팀 발생기 내로 공급하지 못하고, 제1탈이온장치(20)의 배출경로나 복수기로 다시 보내어 재이용하게 된다.

제1탈이온장치(20)의 전극을 통해 나온 전극수는 전극수탈기장치(40)을 통해서 탈기되어 제2탈이온장치(50)로 유입되며, 전극수탈기장치(40)는 제1탈이온장치(20)의 양극과 음극을 지나오면서 양극에서는 물이 분해되어 H+이온과 산소가 발생하며, 음극에서는 OH-이온과 수소가 발생한다.

생성된 H+이온과 OH- 이온은 중화되어 물이되지만 생성된 산소와 수소는 물속에 녹아 있게 되며, 이 산소와 수소를 전극수탈기장치(40)를 통하면 서로 반응하여 물로 바뀌게 되고, 제1탈이온장치(20)의 농축수는 이젝터(30)를 통해 흐르면서 감압을 형성하여 전극수를 흡입하고 서로 혼합되어 제2연속탈이온장치(50)로 유입되어 복수 속에 들어있는 이온성분 들이 제거된다.

이렇게 처리된 복수는 승압펌프(60)에 의해 승압되어 정밀여과기(10)의 배출관로로 순환되거나 복수기로 순환된다.

한편, 제2탈이온장치(50)의 농축수는 복수를 사용할 수 있으나 재이용할 수 없어 버려야 하기 때문에 복수의 손실을 초래한다. 대분분의 발전소에서는 복수를 순환 사용하기 때문에 복수의 손실을 최소화 해야 한다.

이와 같이 복수의 손실을 최소화 하기 위하여 농축수 순환에 사용되는 물은 순수공급펌프(70)에 의해 공급되는 순수가 제2탈이온장치(50)에 구성된 농축수배출펌프(52)의 흡입배관으로 공급된다. 제2탈이온장치(50)의 농축수와 전극수는 복수가 아니며 이온의 농도가 높기 때문에 다시 사용되지 않고 배출된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 복수탈염장치 및 방법은 전기로 복수중의 이온성분을 제거하는 순환펌프가 없는 전기식순수장치를 이용하기 때문에 화학 약품을 사용하지 않아 약품에 의한 오염이 최소화됨은 물론 장치가 간단하고 운전비가 감소를 통해, 복수탈염설비의 신뢰성이 증대될 뿐만 아니라, 복수탈염설 비의 가동과정에서 이온교환에 따른 이온누출이 차단되어 운전에 소요되는 각종 부대비용이 절감됨은 물론 화력/원자력발전소에서 스팀계통의 부식이 최소화되는 효과가 있다.

Claims

복수 중에 함유된 금속산화물을 포함하는 이물질을 여과하여 오염원을 제거하는 정밀여과기(10)와;

상기 정밀여과기(10)의 배출배관에 연결되어 오염원이 제거된 복수를 수용하여 정류기(21)의 전기를 통해 탈이온시키는 제1탈이온장치(20);

상기 제1탈이온장치(20)의 전극수출구에 연결되어 전극수를 촉매를 통해 탈기시키는 전극수탈기장치(40);

상기 제1탈이온장치(20)의 농축수출구에서 배출되는 농축수와 상기 전극수탈기장치(40)의 전극수출구에서 배출되는 전극수를 수용하여 정류기(51)의 전기를 통해 탈이온시키는 제2탈이온장치(50);

상기 전극수탈기장치(40)의 전극수를 흡입하고 상기 제1탈이온장치(20)의 농축수와 혼합하여 상기 제2탈이온장치(50)로 공급하는 이젝터(30);

상기 제2탈이온장치(50)의 처리수배관에서 배출되는 처리수를 상기 정밀여과기(10)의 배출배관 또는 복수기로 순환시키는 승압펌프(60) 및;

상기 제2탈이온장치(50)의 흡입배관에 구성되어 농축수배출펌프(52)의 작동과정에서 농축수의 필요한 순수를 공급하는 순수공급펌프(70);로 이루어진 것을 특징으로 하는 순환펌프가 없는 전기식 순수장치를 이용한 복수탈염 장치.
복수 중에 포함된 금속산화물을 포함하는 이물질들을 정밀여과기(10)를 통해 여과한 다음 제1탈이온장치(20)로 공급하는 단계와;

상기 제1탈이온장치(20)에 수용되어 정류기(21)의 전기를 통해 탈이온처리된 처리수를 발전계통 또는 증기발생기로 공급하는 단계;

상기 제1탈이온장치(20)에 의해 제거된 이온이 농축된 농축수를 직접 제2탈이온장치(50)로 공급하는 단계;

상기 제1탈이온장치(20)의 전극에 의해 분해된 전극수를 전극수탈기장치(40)를 통해 탈기하여 제2탈이온장치(50)로 공급하는 단계;

상기 제2탈이온장치(50)의 농축 및 전극수를 정류기(51)의 전기로 탈이온시켜 정밀여과기(10) 또는 복수기로 재순환시키는 단계;

상기 상기 전극수탈기장치(40)의 전극수를 상기 이젝터(30)를 통해 흡입하고 상기 제1탈이온장치(20)로부터 배출되는 농축수와 혼합하여 상기 제2탈이온장치(50)로 공급하는 단계 및;

상기 제2탈이온장치(50)의 흡입배관에 구성되어 농축수배출펌프(52)의 작동과정에서 순수를 공급하여 제2탈이온장치(50)에 의해 생성된 농축수를 순환시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 순환펌프가 없는 전기식순수장치를 이용한 복수탈염 방법.