KR100783686B1 - Process and plant for multi-stage flash desalination of water - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염수 담수화 방법 및 상기 방법을 실행시키는데 적합한 플랜트에 관한 것이다. 상기 방법은 염수 가열기를 제공하는 단계, 응축기 및 상기 응축기로부터 응축물을 수집하는 수단을 포함하는 적어도 하나의 담수화 존을 제공하는 단계, 열교환기를 제공하는 단계, 급수를 예열시키기 위하여 냉각제로서 염수를 포함하는 급수를 응축기에 공급하는 단계, 상기 예열된 급수를 염수 가열기에 공급하는 단계, 상기 예열된 급수를 가열시키기 위하여 증기를 포함하는 제1 가열수를 염수 가열기에 더 공급하는 단계, 상기 가열된 급수를 염수 가열기로부터 적어도 하나의 담수화 존에 공급하고, 수증기를 포함하는 증발물을 제공하도록 상기 담수화 존 내의 상기 가열된 급수 중 적어도 일부를 상기 담수화 존에서 상기 증발물을 응축시키는 단계를 포함한다.The present invention relates to a brine desalination method and a plant suitable for carrying out the method. The method comprises providing a brine heater, providing at least one desalination zone comprising a condenser and means for collecting condensate from the condenser, providing a heat exchanger, brine as a coolant to preheat the feedwater. Supplying a water supply to a condenser, supplying the preheated water to a brine heater, further supplying a first heating water including steam to the salt water heater to heat the preheated water, the heated water supply And condensing the evaporate in the desalination zone with at least a portion of the heated feedwater in the desalination zone to supply an at least one desalination zone from a brine heater and to provide an evaporate comprising water vapor.
염수 담수화 방법, 염수 가열기, 응축기, 담수화 존, 열교환기, 급수, 냉각제, 증발물Brine desalination method, brine heater, condenser, desalination zone, heat exchanger, water supply, coolant, evaporate
Description
본 발명은 염수, 특히 해수를 담수화하는 방법 및 플랜트에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a plant for desalination of brine, in particular seawater.
종래의 담수화 플랜트는 다단계 플래시(multi-stage flash: MSF) 방법에 따라 동작한다. 플래싱이란 염수로부터 수증기를 증발시킨 다음 이렇게 얻어진 수증기를 응축시켜 수집하는 방법이다. 물은, 예를 들면, 압력을 저하시켜 끓일 수 있다. MSF 방법에서는, 염수가 연속적으로 다수의 플래싱 존으로 공급되어 실질적으로 염분이 없는 응축물이 각각의 존에 수집된다.Conventional desalination plants operate according to a multi-stage flash (MSF) method. Flashing is a method of evaporating water vapor from brine and then collecting it by condensation. Water can be boiled, for example, by reducing the pressure. In the MSF method, brine is continuously fed to a number of flashing zones so that substantially salt free condensate is collected in each zone.
담수 공급이 부족한 세계 여러 지역에서는 효과적인 염수 담수화 기술의 필요성이 증가되고 있다. 이러한 기술은 지구 온난화로 인한 물부족 및 담수의 요구가 증가하고 있기 때문에 그 필요성이 상당히 증가되고 있다.In many parts of the world where there is a shortage of freshwater supplies, the need for effective brine desalination technology is increasing. The need for these technologies is increasing considerably due to the lack of water and increasing demand of fresh water due to global warming.
MSF 담수화 방법은 기수(brackish water) 및/또는 해수가 있는 세계의 건조 지역에 담수를 공급하기 위하여 현재 상용화되고 있다. 그러나, 이러한 플랜트는 방법에 필요로 하는 체적 및 다량의 수증기를 충분하게 고속으로 증발시키는데 필요한 에너지 입력 때문에 자본 및 가동 비용이 많이 든다. 에너지 요구량을 최소로 하기 위하여, MSF 기술은 이용가능한 열에너지를 사용하기 위하여 발전 플랜트 에 상용으로 응용되고 있다.MSF desalination methods are currently commercially available to supply fresh water to the dry regions of the world where brackish and / or seawater is present. However, these plants are costly to capital and run because of the volume input required by the process and the energy input needed to evaporate a sufficient amount of water vapor at a sufficiently high rate. In order to minimize energy requirements, MSF technology is commercially used in power plants to use available thermal energy.
담수화 플랜트의 에너지 효율을 이렇게 개선하였음에도 불구하고, 에너지 효율을 개선시키고 종래의 담수화 플랜트에서 발생되는 비용 및 환경 손상을 줄이는 개선된 염수 담수화 방법 및 장치를 여전히 필요로 하고 있다. 이러한 담수화 응용에는 연료로부터의 에너지 소모를 최소화하고 동력 또는 물을 가능한 최저 비용으로 생산하기 위하여 담수화 방법에는 증기를 적게 소모하는 것이 필요하다.Despite this improvement in energy efficiency of desalination plants, there is still a need for improved brine desalination methods and apparatus that improve energy efficiency and reduce the cost and environmental damage incurred in conventional desalination plants. These desalination applications require less steam in the desalination process in order to minimize energy consumption from fuel and produce power or water at the lowest possible cost.
본 발명에 있어서 염수를 담수화하는 방법은In the present invention, the method of desalination of brine
a) 염수 가열기를 제공하는 단계,a) providing a brine heater,
(b) 응축기 및 상기 응축기로부터 응축물을 수집하는 수단을 포함하는 적어도 하나의 담수화 존을 제공하는 단계,(b) providing at least one desalination zone comprising a condenser and means for collecting condensate from the condenser,
(c) 열교환기를 제공하는 단계,(c) providing a heat exchanger,
(d) 급수를 예열시키기 위하여 냉각제로서 염수를 포함하는 급수를 응축기에 공급하는 단계,(d) supplying the condenser with a feed water comprising brine as a coolant to preheat the feed water,
(e) 상기 예열된 급수를 염수 가열기에 공급하는 단계,(e) supplying the preheated feedwater to a brine heater,
(f) 상기 예열된 급수를 더 가열시키기 위하여 증기를 포함하는 제1 가열수를 염수 가열기에 공급하는 단계,(f) supplying a first heated water comprising steam to the brine heater to further heat the preheated feedwater,
(g) 상기 제1 가열수 중 적어도 일부를 염수 가열기로부터 선택적으로 회수하는 단계,(g) selectively recovering at least a portion of said first heated water from a brine heater,
(h) 상기 가열된 급수를 염수 가열기로부터 적어도 하나의 담수화 존에 공급 하고, 수증기를 포함하는 증발물을 제공하도록 상기 담수화 존 내의 상기 가열된 급수 중 적어도 일부를 증발시키며, 상기 담수화 존의 응축기 상에서 상기 증발물을 응축시키는 단계,(h) supplying the heated feedwater from the brine heater to at least one desalination zone, evaporating at least a portion of the heated feedwater in the desalination zone to provide an evaporate comprising water vapor, and on the condenser of the desalination zone Condensing the evaporate,
(i) 염수를 포함하는 열화 급수 및 상기 응축물을 포함하는 생수를 담수화 존으로부터 회수하는 단계,(i) recovering the depleted feedwater comprising brine and the bottled water comprising the condensate from the desalination zone,
(j) 상기 열화 급수 중 일부를 열 순환수로서 열교환기에 공급하는 단계,(j) supplying a part of the deteriorated water supply to the heat exchanger as thermal circulating water,
(k) 상기 열 순환수를 가열시키기 위하여 상기 회수된 제1 가열수 중 적어도 일부를 선택적으로 포함하는 제2 가열수를 열교환기에 공급하는 단계, 및(k) supplying to the heat exchanger a second heated water optionally comprising at least a portion of the recovered first heated water to heat the thermal circulating water, and
(l) 상기 가열된 열 순환수를 적어도 하나의 담수화 존에 공급하는 단계(l) supplying the heated thermal circulating water to at least one desalination zone
를 포함한다.It includes.
본 발명의 방법은 종래의 담수화 플랜트에 비하여 담수화 방법의 열효율이 개선된다. 가열된 열 순환수를 담수화 존에 공급하는 것이 담수화 존으로 열(낭비될 수 있음)을 복귀시키는 효과적인 수단이므로 플랜트의 전제적인 에너지 요구량이 감소된다.The method of the present invention improves the thermal efficiency of the desalination process compared to conventional desalination plants. The supply of heated thermal circulating water to the desalination zone is an effective means of returning heat (which may be wasted) to the desalination zone, thus reducing the plant's overall energy requirements.
본 발명의 다른 방법에 있어서, 열 순환수는 생수보다 열화 급수에 의하여 제공될 수 있다. 열 순환용 급수는 담수화 존으로부터 얻어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 염수를 담수화하는 방법은In another method of the invention, the thermal circulating water may be provided by deteriorated feed water rather than bottled water. Water for thermal circulation can be obtained from the desalination zone. Therefore, in the present invention, the method of desalination of brine
a) 염수 가열기를 제공하는 단계,a) providing a brine heater,
(b) 응축기 및 상기 응축기로부터 응축물을 수집하는 수단을 포함하는 적어도 하나의 담수화 존을 제공하는 단계, (b) providing at least one desalination zone comprising a condenser and means for collecting condensate from the condenser,
(c) 열교환기를 제공하는 단계,(c) providing a heat exchanger,
(d) 급수를 예열시키기 위하여 냉각제로서 염수를 포함하는 급수를 응축기에 공급하는 단계,(d) supplying the condenser with a feed water comprising brine as a coolant to preheat the feed water,
(e) 상기 예열된 급수를 염수 가열기에 공급하는 단계,(e) supplying the preheated feedwater to a brine heater,
(f) 상기 예열된 급수를 더 가열시키기 위하여 증기를 포함하는 제1 가열수를 염수 가열기에 공급하는 단계,(f) supplying a first heated water comprising steam to the brine heater to further heat the preheated feedwater,
(g) 상기 제1 가열수 중 적어도 일부를 염수 가열기로부터 선택적으로 회수하는 단계,(g) selectively recovering at least a portion of said first heated water from a brine heater,
(h) 상기 가열된 급수를 염수 가열기로부터 적어도 하나의 담수화 존에 공급하고, 수증기를 포함하는 증발물을 제공하도록 상기 담수화 존 내의 상기 가열된 급수 중 적어도 일부를 증발시키며, 상기 담수화 존의 응축기 상에서 상기 증발물을 응축시키는 단계,(h) supplying the heated feedwater from the brine heater to at least one desalination zone, evaporating at least a portion of the heated feedwater in the desalination zone to provide an evaporate comprising water vapor, and on the condenser of the desalination zone Condensing the evaporate,
(i) 염수를 포함하는 열화 급수 및 상기 응축물을 포함하는 생수를 담수화 존으로부터 회수하는 단계,(i) recovering the depleted feedwater comprising brine and the bottled water comprising the condensate from the desalination zone,
(j) 상기 열화 급수 중 일부를 열 순환수로서 열교환기에 공급하는 단계,(j) supplying a part of the deteriorated water supply to the heat exchanger as thermal circulating water,
(k) 상기 열 순환수를 가열시키기 위하여 상기 회수된 제1 가열수 중 적어도 일부를 선택적으로 포함하는 제2 가열수를 열교환기에 공급하는 단계, 및(k) supplying to the heat exchanger a second heated water optionally comprising at least a portion of the recovered first heated water to heat the thermal circulating water, and
(l) 상기 가열된 열 순환수를 적어도 하나의 담수화 존에 공급하는 단계(l) supplying the heated thermal circulating water to at least one desalination zone
를 포함한다.It includes.
대안으로서, 열 순환수는 급수로부터 얻어진 다음 염수 가열기(brine heater)에 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 염수를 담수화하는 방법은As an alternative, the thermal circulating water can be obtained from the feed water and then fed to a brine heater. Therefore, in the present invention, the method of desalination of brine
(a) 염수 가열기를 제공하는 단계,(a) providing a brine heater,
(b) 응축기 및 상기 응축기로부터 응축물을 수집하는 수단을 포함하는 적어도 하나의 담수화 존을 제공하는 단계,(b) providing at least one desalination zone comprising a condenser and means for collecting condensate from the condenser,
(c) 열교환기를 제공하는 단계,(c) providing a heat exchanger,
(d) 급수를 예열시키기 위하여 냉각제로서 염수를 포함하는 급수를 응축기에 공급하는 단계,(d) supplying the condenser with a feed water comprising brine as a coolant to preheat the feed water,
(e) 상기 급수 중 제1 부분을 예열된 급수로서 염수 가열기에 공급하는 단계,(e) feeding the first portion of the feedwater to the brine heater as preheated feedwater,
(f) 상기 급수 중 제2 부분을 열 순환수로서 열교환기에 공급하는 단계,(f) supplying a second portion of the feed water to the heat exchanger as thermal circulating water,
(g) 상기 예열된 급수를 더 가열시키기 위하여 증기를 포함하는 제1 가열수를 염수 가열기에 공급하는 단계,(g) feeding a first heated water comprising steam to the brine heater to further heat the preheated feedwater,
(h) 상기 제1 가열수 중 적어도 일부를 염수 가열기로부터 선택적으로 회수하는 단계,(h) selectively recovering at least a portion of said first heated water from a brine heater,
(i) 상기 열 순환수를 가열시키기 위하여 상기 회수된 제1 가열수 중 적어도 일부를 선택적으로 포함하는 제2 가열수를 열교환기에 공급하는 단계,(i) supplying to the heat exchanger a second heated water optionally comprising at least a portion of the recovered first heated water to heat the thermal circulating water,
(j) 상기 가열된 급수를 염수 가열기로부터 그리고 상기 가열된 열 순환수를 열교환기로부터 적어도 하나의 담수화 존에 공급하고, 상기 담수화 존 내의 상기 가열된 급수 및 상기 가열된 열 순환수 중 적어도 일부를 증발시키며, 수증기를 포함하는 증발물을 생성하여 상기 담수화 존에서 상기 증발물을 응축시키는 단계, 및 (j) supplying the heated feedwater from a brine heater and the heated thermal circulating water from a heat exchanger to at least one desalination zone, wherein at least some of the heated feedwater and the heated thermal circulating water in the desalination zone are Evaporating, producing an evaporate comprising water vapor to condense the evaporate in the desalination zone, and
(k) 염수를 포함하는 열화 급수 및 상기 응축물을 포함하는 생수를 담수화 존으로부터 회수하는 단계(k) recovering from the desalination zone deteriorated feed water comprising brine and bottled water comprising the condensate
를 포함한다.It includes.
단계 j에서, 하나 이상의 담수화 존이 설치되어 있는 경우 가열된 급수 및 가열된 열 순환수가 각각 공급되는 담수화 존은 동일하거나 상이할 수 있다.In step j, when one or more desalination zones are installed, the desalination zones to which the heated feed water and the heated thermal circulation water are respectively supplied may be the same or different.
본 발명의 담수화 방법은 종래의 담수화 플랜트, 예를 들어 MSF 플랜트에서의 에너지 효율보다 현저하게 개선된 것이다. 본 발명의 담수화 방법은 염수를 가열시킨 다음 이 가열된 염수가 담수화 존에서 플래시될 수 있도록 동작한다. 가열된 염수가 연속하여 배열된 담수화 존을 통해 점진적으로 플래시 다운될 수 있도록 복수의 담수화 존이 연속하여 배열된 상태로 제공되는 것이 바람직하다. 연속하여 배열된 담수화 존은 연속적으로 보다 낮은 압력으로 유지되는 것이 바람직하다. 각각의 담수화 존의 플래싱 흐름은 응축기 상에서 응축되고 이 응축물이 수집된다. 응축기는 냉각제가 흐르는 적어도 하나의 파이프를 포함하고, 수집 수단은 응축기 튜브가 배치되어 있는 생수 트로프(product water trough)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 생수 트로프는 각각의 담수화 존과 연결되어 생수가 급수와 평행으로 각각의 단계를 차례대로 흘러 내리며 플래싱되고, 플래싱된 흐름이 생수 트로프 내에 물로서 회수된다.The desalination process of the present invention is a significant improvement over energy efficiency in conventional desalination plants, for example MSF plants. The desalination process of the present invention operates by heating the brine and then flashing the heated brine in the desalination zone. Preferably, the plurality of desalination zones are provided in a continuous arrangement so that the heated brine can be gradually flashed down through the successively arranged desalination zones. The desalination zones arranged in series are preferably maintained at lower pressure continuously. The flashing flow of each desalination zone is condensed on the condenser and this condensate is collected. The condenser comprises at least one pipe through which coolant flows, and the collecting means preferably comprises a product water trough in which the condenser tube is disposed. In this case, the bottled water trough is connected to each desalination zone so that the bottled water is flashed down each step in parallel with the water supply, and the flashed stream is recovered as water in the bottled water trough.
염수 가열기에 공급된 제1 가열수는 증기를 포함하는 것이 바람직하다. 이 증기는 결합된 증기 상승 플랜트(steam-raising plant)로부터 공급될 수 있다.Preferably, the first heated water supplied to the brine heater comprises steam. This steam can be supplied from a combined steam-raising plant.
본 발명의 방법은 하나의 열교환기를 사용하여 열 순환수를 가열시킬 수 있 다. 또한, 복수의 열교환기를 사용할 수 있다. 이 경우, 복수의 열교환기는 연속하여 연결될 수 있고, 또는 원하는 경우 평행으로 연결될 수 있다.The method of the present invention can heat the thermal circulating water using one heat exchanger. Also, a plurality of heat exchangers can be used. In this case, the plurality of heat exchangers may be connected in series, or may be connected in parallel if desired.
응축기 튜브용 냉각제는 가열되지 않은 급수가 바람직하다. 급수 자체는, 즉 염수로부터의 메이크업 공급 및 담수화 존으로부터의 순환수를 포함할 수 있다. 이 경우 각각의 담수화 존 섹션의 응축 튜브는 플래싱 급수와 반대 방향으로 존을 통과하여 흐르는 순환 및/또는 메이크업 급수에 의하여 냉각된다. 이로써 순환된 급수는 염수 가열기 이전에 점진적으로 미리 가열된다. 염수 가열기를 통과한 후, 급수는 제1 담수화 존에서 플래시되도록 제어 밸브를 통하여 릴리스된다. 제어 밸브는 급수가 열교환기 내부에서 끓는 것을 중단시키고, 또한 증기가 보일러 물처리에 사용되는 유독성 화학 약품의 자취로 오염될 수 있기 때문에 증기가 급수 내로 새어 들어갈 수 있는 가능성을 방지하기 위하여 염수 가열기 내의 증기 압력 이상의 급수 압력을 유지하는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면 염수 가열기 튜브가 새는 경우 MSF 유닛에서 생수를 오염시킬 수 있다.The coolant for the condenser tube is preferably unheated feed water. The feed water itself may comprise the makeup feed from the brine and the circulating water from the desalination zone. In this case the condensation tube of each desalination zone section is cooled by circulation and / or makeup feed water flowing through the zone in the opposite direction to the flashing water supply. The circulated feed water is thus preheated gradually before the brine heater. After passing the brine heater, the feedwater is released through the control valve to flash in the first desalination zone. The control valve stops the feedwater from boiling inside the heat exchanger, and also prevents the possibility of steam leaking into the feedwater because steam can be contaminated by traces of toxic chemicals used in boiler water treatment. It is desirable to maintain the water supply pressure above the steam pressure. Otherwise, the brine heater tube may leak bottled water in the MSF unit.
바람직한 방법에 있어서 MSF 유닛의 가장 차가운 단계의 응축 튜브, 열 제거 섹션(heat rejection section)은 해수에 의하여 냉각되어 순환 과정으로부터 폐열을 제거하고 담수가 최대로 생산된다. 가장 압력이 낮은 단계에서의 플래싱으로부터 냉각된 급수는 대형 펌프에 의하여 유닛을 통과하여 순환된다. 생수는 해수 배출구로부터의 메이크업에 의하여 공기가 제거되고 가장 압력이 낮은 단계로 복귀된 가장 뜨거운 열 제거 단계로부터 교체된다. 순환 및/또는 메이크업 급수의 집중은 소량의 염수를 가장 압력이 낮은 단계로부터 해수 배출구까지 계속해서 주입함으로 써 제어된다.In the preferred method, the coldest condensation tube, heat rejection section of the MSF unit is cooled by sea water to remove waste heat from the circulation process and to produce the maximum fresh water. Cooled water from flashing at the lowest pressure stage is circulated through the unit by a large pump. The bottled water is replaced by the hottest heat removal step where air is removed by makeup from the seawater outlet and returned to the lowest pressure step. The concentration of circulation and / or makeup feedwater is controlled by continuously injecting a small amount of brine from the lowest pressure stage to the seawater outlet.
급수의 플래싱 단계 각각에서는 일부 응축불가능한 가스가 릴리스될 수 있다. 이들 가스는 단계 응축면이 이들 가스로 담요처럼 덮히게 되어 효과가 없어져서 MSF 유닛의 성능이 저하되는 것을 방지하기 위하여 배기 및 진공 이젝터 시스템에 의하여 추출될 수 있다. 염수 가열기에도 유사하게 제공하는 것이 응축불가능한 가스를 적절하게 추출함으로써 열 전달 성능이 유지되는 것을 보장하는데 도움이 된다. 이들 시스템은 생수 및 제2 가열수가 레벨이 매우 낮은 유용성 가스를 갖는다는 의미이다.In each of the flashing stages of the feed water some non-condensable gas may be released. These gases can be extracted by the exhaust and vacuum ejector systems in order to prevent the stage condensation surface from being blanketed with these gases and becoming ineffective, thus degrading the performance of the MSF unit. Providing similarly to the brine heater helps to ensure that the heat transfer performance is maintained by properly extracting non-condensable gases. These systems mean that the bottled water and the second heated water have a very low level of soluble gas.
MSF 담수화 유닛은 열교환기 및 담수화의 각 단계 구성 및 전체 유닛의 일부를 형성하는 단계 개수의 선택에 있어서 여러 가지 대안을 포함할 수 있다. 플래싱 급수의 방향은 순환 및/또는 메이크업 급수의 방향과 평행, 이른바 기다란 튜브 설계로 될 수 있거나, 또는 그 흐름과 직각, 이른바 교차 흐름 설계로 될 수도 있다. 담수화 단계의 개수는 제한이 없다. 예를 들면, 본 발명의 방법은 약 20개 이상의 담수화 존을 사용할 수 있고, 연속하여 배열된 앞쪽 존의 응축기는 급수가 염수 가열기를 향하여 이동할 때 순차적으로 가열되는 급수에 의하여 냉각되고 뒤쪽 존의 응축기는 최대로 응축되도록 차가운 해수에 의하여 냉각된다.The MSF desalination unit may include several alternatives in the configuration of each stage of the heat exchanger and desalination and in the selection of the number of stages forming part of the overall unit. The direction of the flashing water supply may be a so-called elongated tube design, parallel to the direction of the circulation and / or makeup water supply, or may be a so-called cross-flow design perpendicular to the flow. There is no limit to the number of desalination steps. For example, the method of the present invention may employ more than about 20 desalination zones, wherein the condenser in the front zones arranged in series is cooled by the feed water sequentially heated as the feedwater moves towards the brine heater and the condenser in the rear zone. Is cooled by cold sea water to maximize condensation.
열교환기 튜브는 최적의 열교환에 필요한 속도로 흐르는 화학적으로 강한 고온 해수에 견디기 위하여 백동, 황동, 티타늄 및 여러 가지 등급과 사양의 스테인리스강과 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 열교환면은 화학 약품을 투여하고 가끔은 물 흐름에 부드러운 고무공을 순환시킴으로써 고온 해수로부터 물때 형성 불용성 광물이 내부에 가능한 자유롭게 침전되게 하는 것이 바람직하다. 이러한 기계적 세정 방법에는 튜브의 직경 선택에 제한을 받으므로 열교환 성능 또는 비용의 최적화가 제한된다. 또한 화학적 세정 방법이 사용될 수 있다.The heat exchanger tube may be formed of any suitable material such as copper, brass, titanium and stainless steels of various grades and specifications to withstand chemically strong high temperature seawater flowing at the rate required for optimal heat exchange. The heat exchange side is preferably administered with chemicals and sometimes circulating a soft rubber ball in the water stream to allow freely settling of the scale-forming insoluble minerals from the hot seawater as much as possible. This mechanical cleaning method is limited in the selection of the diameter of the tube, thus limiting the optimization of heat exchange performance or cost. Chemical cleaning methods can also be used.
종래의 MSF 플랜트에 있어서, 각 단계에서의 열교환면의 양 및 단계의 개수는 MSF 플랜트에 의하여 전달되는 제품 유닛당 필요로 하는 증기량을 결정한다. 열교환면을 상당히 증가시키는 것이 특정의 증기 소모를 감소시키는데 필요하며, 특정의 증기 소모를 5% 감소시키는데는 열교환면을 15% 증가시키는 것이 일반적으로 필요하기 때문에 상당한 추가 비용이 발생된다.In conventional MSF plants, the amount of heat exchange surfaces in each stage and the number of stages determine the amount of steam required per product unit delivered by the MSF plant. Significant additional costs are incurred because increasing the heat exchange surface significantly is necessary to reduce certain steam consumption, and it is generally necessary to increase the heat exchange surface by 15% to reduce specific steam consumption by 5%.
종래의 플랜트는, 일반적으로 포화온도가 115℃인, 저압 및 저온의 포화 증기로부터의 열 에너지를 사용하여 MSF 유닛의 제1 단계에서의 플래싱 이전에 급수를 가열시키는 염수 가열기를 포함한다. 증기 공급으로부터 염수 가열기에서 응축된 물은 펌프에 의하여 이 염수 가열기 내 증기의 포화온도에 근접한 온도로 증기-상승 플랜트로 복귀된다.Conventional plants include a brine heater that heats the feed water prior to flashing in the first stage of the MSF unit using thermal energy from low pressure and low temperature saturated steam, which generally has a saturation temperature of 115 ° C. The water condensed in the brine heater from the steam supply is returned to the steam-rise plant by a pump to a temperature close to the saturation temperature of the steam in the brine heater.
본 발명의 방법에 있어서, 제1 가열수는 증기 상승 동력 장치로부터의 증기를 포함할 수 있고, 이 경우 본 발명의 방법은 제2 가열수를 열교환기로부터 회수하고 이 회수된 흐름을 증기 상승 동력 장치로 복귀시키는 추가의 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 증기 상승 플랜트로 복귀된 응축물의 온도는 상기 플랜트가 보일러 배기 가스를 냉각시킬 수 있는 가장 낮은 온도를 결정한다. 실질적인 열 회수 증기 발생 장치에 있어서, 복귀된 응축물의 스택 가스(stack gas)와 물 온도 간에는 15 내지 20℃사이의 차이가 일반적이다. 이로써 이러한 유형의 동력 및 물 생산 플랜트의 스택 온도가 130℃를 초과하게 된다. 가스가 이러한 동력 및 물 생산 플랜트용의 연료로서 사용되는 경우, 100℃ 이하의 스택 온도가 가능하지만 물 복귀 온도는 더 높아질 수 있다. 보다 높은 스택 온도로 인하여 전체 방법에 사용되는 열 에너지의 효율이 저하되고, 이는 수 퍼센트의 추가 열 입력이 필요하게 되어 플랜트를 사용하는 동안 상당한 비용 및 연료 소모가 발생하게 된다.In the method of the invention, the first heated water may comprise steam from a steam lift power plant, in which case the method of the present invention recovers the second heated water from a heat exchanger and returns the recovered stream to steam lift power. Additional steps may be included to return to the device. In this case, the temperature of the condensate returned to the steam raising plant determines the lowest temperature at which the plant can cool the boiler exhaust gas. In a practical heat recovery steam generator, the difference between the stack gas of the returned condensate and the water temperature is typically between 15 and 20 ° C. This would result in a stack temperature of this type of power and water production plant exceeding 130 ° C. When gas is used as fuel for such power and water production plants, stack temperatures of up to 100 ° C. are possible but water return temperatures can be higher. Higher stack temperatures lower the efficiency of the thermal energy used in the overall process, which requires several percent additional heat input, resulting in significant cost and fuel consumption during plant use.
따라서 본 발명의 방법은 담수화 플랜트, 및 복합식 동력 및 다단계 담수화 플랜트의 에너지 소모를 개선시키는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법은 전체적인 비용 증가는 비교적 적고 연료 에너지도 적게 소모되는 동력 및 담수화 플랜트를 제공하는 것이다. 본 발명은 소정의 담수 생산에 대한 MSF 담수화 유닛의 증기 요구량을 감소시키고, 증기-상승 플랜트 및 결합된 증기 터빈, 증기 파이프 기구, 밸브 및 지지 구조의 용량, 치수 및 비용을 감소시킨다. 본 발명의 방법은 MSF 유닛의 단계 개수를 증가시키거나 MSF 유닛 내의 열 전달면 요구를 변경시키지 않고 MSF 유닛에 의하여 증기 소모를 개선시킬 수 있다. 본 발명의 방법은 열 전달면 또는 단계 개수를 증가시키는 대안보다 더 적은 비용으로 증기 소모를 감소시킬 수 있다. 본 발명은 설계가 열 순환수에 대한 연결 및 제2 가열수 배출구 또는 배출구 파이프 기구 내의 열교환기 연결을 간편하게 수용할 수 있도록 결합된 MSF 유닛의 동작에 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서 본 발명은 현존하는 MSF 유닛에 최소한의 변형을 가하여 용이하게 응용될 수 있다. 제2 가열수의 열교환기는 원하는 장점을 달성하기 위하여 적당한 표면적이 필요하며, 열 순환수가 생수일 때, 보다 저렴하게 구성될 수 있고, 열교환기 양쪽의 물이 염분이 없고 매우 낮은 레벨의 불용성 산소를 함유하고 있기 때문에 해수용에 비하여 재료를 더 용이하게 조립할 수 있다. 본 발명은 열교환기 튜브가 임의의 생수가 MSF 유닛 내로 순환될 수 있기 전에 열 교환기의 생수 압력을 염수 가열기의 압력 이상으로 함으로써 고장이 난 후에도 응축물을 생수로부터 확실하게 분리시킴으로써 제2 가열수의 유독성 보일러 처리 화학 약품의 자취에 의하여 생수가 오염될 수 있는 가능성을 방지한다. 본 발명은 증기 소모 외에는 결합된 MSF 유닛의 동작에 영향을 미치지 않는 열 순환수를 도입하는 것으로서, 추가의 물 회로 중 임의의 부분의 파손 또는 고장만이 증기 소모에 영향을 미치고 결정적으로 필요한 경우가 종종 있는 MSF 유닛의 연속적인 배출에는 역효과가 없다.The method of the present invention thus provides a method for improving the energy consumption of desalination plants and combined power and multistage desalination plants. The method of the present invention is to provide a power and desalination plant in which the overall cost increase is relatively low and the fuel energy is consumed less. The present invention reduces the steam requirements of the MSF desalination unit for a given fresh water production and reduces the capacity, dimensions and costs of the steam-lift plant and associated steam turbines, steam pipe appliances, valves and support structures. The method of the present invention can improve steam consumption by the MSF unit without increasing the number of steps of the MSF unit or changing the heat transfer surface requirements within the MSF unit. The method of the present invention can reduce steam consumption at less cost than an alternative to increasing the heat transfer surface or the number of steps. The present invention has little effect on the operation of the combined MSF unit so that the design can easily accommodate the connection to the thermal circulating water and the heat exchanger connection in the second heated water outlet or outlet pipe mechanism. Thus, the present invention can be easily applied with minimal modification to existing MSF units. The heat exchanger of the second heated water requires a suitable surface area to achieve the desired advantages, and can be constructed cheaper when the thermal circulating water is bottled water, and the water on both sides of the heat exchanger is free of salt and contains very low levels of insoluble oxygen. Since it contains, material can be assembled more easily than seawater. The present invention provides that the heat exchanger tube ensures that the bottled water pressure of the heat exchanger is above the pressure of the salt water heater before any bottled water can be circulated into the MSF unit, thereby reliably separating the condensate from the bottled water even after a failure. Traces of toxic boiler treatment chemicals prevent the possibility of contaminated living water. The present invention introduces thermal circulating water that does not affect the operation of the combined MSF unit other than steam consumption, where only breakage or failure of any part of the additional water circuit affects steam consumption and is decisively necessary. There is no adverse effect on the continuous discharge of the often present MSF unit.
로그 평균 온도 차이(log mean temperature difference: LMTD)가 낮은 열교환기를 사용함으로써 열교환기의 제2 가열수로부터 최대로 열을 회수할 수 있다. 열 순환수가 생수를 포함하는 경우 열교환기 내에 포함된 맑은 물로 인하여 플레이트 및 프레임 열교환기가 경제적인 가격으로 낮은 LMTD를 가진 높은 열 전달 성능을 제공하는데 사용될 수 있다. 대안으로서, 적당한 치수의 튜브로 된 열교환기로 인하여 적절한 표면적에 열이 양호하게 회수될 수 있다. 열교환기의 LMTD 최적 범위는 3 ~ 20℃ 사이이다.By using a heat exchanger having a low log mean temperature difference (LMTD), heat can be recovered to the maximum from the second heated water of the heat exchanger. If the heat circulating water includes bottled water, the clear water contained in the heat exchanger allows the plate and frame heat exchangers to be used to provide high heat transfer performance with low LMTD at an economical price. As an alternative, heat can be recovered well at an appropriate surface area due to the heat exchanger with a tube of suitable dimensions. The LMTD optimum range for heat exchangers is between 3 and 20 ° C.
열교환기는 임의의 회수된 제1 가열수(응축물일 수 있음)이 배수되거나 또는 제2 가열수의 전부 또는 일부로서 열교환기 내로 펌핑되는 상태로 염수 가열기의 외측에 위치될 수 있다. 제2 가열수는 다른 소스 또는 방법 어딘가로부터의 온수를 포함할 수 있다. 대안으로서, 열교환기는 적합한 보호판(shrouding)으로 염수 가열기와 일체로 구성될 수 있다. 내부 장착 배열로 인하여 연결부 및 분리된 열교환기 케이싱이 필요없는 한편 구조 및 설치 작업이 단순해진다.The heat exchanger may be located outside of the brine heater with any recovered first heated water (which may be condensate) drained or pumped into the heat exchanger as part or all of the second heated water. The second heated water may comprise hot water from another source or method. As an alternative, the heat exchanger may be integrally constructed with the brine heater with suitable shrouding. The internal mounting arrangement eliminates the need for connections and separate heat exchanger casings, while simplifying construction and installation work.
제2 가열수에 대한 열 순환수는 제2 가열수로부터 열을 회수하는데 영향을 미친다. 이들 흐름의 비율 범위는 약 0.5 내지 약 1.15가 바람직하고, 약 0.7 내지 약 1.15가 더욱 바람직하며 약 0.85 내지 약 1.15가 가장 바람직하다.The heat circulating water for the second heated water affects the recovery of heat from the second heated water. The ratio range of these flows is preferably about 0.5 to about 1.15, more preferably about 0.7 to about 1.15 and most preferably about 0.85 to about 1.15.
열 순환수를 담수화 존으로부터 얻는 경우, 존으로부터 흐름을 분리하는 단계에서 제2 가열수의 가장 낮은 복귀 온도를 결정한다. 하나 이상의 담수화 존을 사용하는 경우, 본 발명의 바람직한 방법의 경우에서와 같이, 가장 낮은 분리 포인트는 MSF 유닛의 가장 낮은 압력 담수화 존이다. 가장 높은 포인트는 열 순환수가 복귀되는 단계보다 얍력이 더 낮은 다음 단계이다. 보다 높은 압력 단계로부터 열 순환수를 얻음으로써 제2 가열수의 가장 낮은 복귀 온도를 증가시키게 되고, 이것은 MSF 유닛의 증기 소모에 있어서는 장점이 감소되지만 복합식 동력 및 물 플랜트의 성능 및 비용을 최적화시키는데 바람직할 수 있다.When thermal circulating water is obtained from the desalination zone, the lowest return temperature of the second heated water is determined in the step of separating the flow from the zone. When using one or more desalination zones, as in the case of the preferred method of the present invention, the lowest separation point is the lowest pressure desalination zone of the MSF unit. The highest point is the next stage, which has a lower output than the stage where the thermal cycle returns. Obtaining the heat circulating water from the higher pressure stages increases the lowest return temperature of the second heated water, which is advantageous for optimizing the performance and cost of the combined power and water plant, while reducing the benefits of steam consumption of the MSF unit. can do.
복수의 담수화 존을 사용하는 본 발명에 따른 바람직한 방법에 있어서, 열 순환수가 MSF 유닛으로 복귀되는 존은 담수화 존으로 열을 전달하는 효과에 영향을 미친다. 최적의 단계는 열 순환수의 온도에 대응하는 물의 포화 압력 바로 이하의 압력으로 동작한다.In a preferred method according to the invention using a plurality of desalination zones, the zone where the thermal circulation water returns to the MSF unit affects the effect of transferring heat to the desalination zone. The optimum step is to operate at a pressure just below the saturation pressure of the water corresponding to the temperature of the thermal circulating water.
유독성 보일러 처리 화학 약품의 자취로 오염될 수 있는 제2 가열수는 열 순환수와 혼합되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 열교환기로 인하여 정상 조건 하에서 이러한 분리가 보장된다. 열교환기에 누출이 있는 경우에도, 열 순환 쪽의 압력이 제2 가열수 쪽의 압력 이상으로 유지된다면 분리가 유지될 수 있다. 이것은 열교환기 배출구와 MSF 유닛의 복귀 포트 사이의 열 순환수 회로 내의 최대 염수 가열기 압력으로 설정된 압력 지지 장치에 의하여 보장될 수 있다. 상기 장치는 제어 밸브 및 결합된 측정 제어 수단이거나 또는 복귀 단계로 구멍이 나 있고, 복귀 단계 압력과 위어(weir) 립 하측의 물의 정적 헤드와의 합이 염수 가열기 압력을 항상 초과하는 것을 보장하는데 충분한 높이에서의 순환하는 물 회로에 위치되는 위어일 수 있다.It is desirable to prevent the second heated water, which may be contaminated by traces of toxic boiler treatment chemicals, from mixing with the thermal circulating water. This separation is ensured under normal conditions due to the heat exchanger. Even if there is a leak in the heat exchanger, separation can be maintained if the pressure on the heat circulation side is maintained above the pressure on the second heated water side. This can be ensured by a pressure support device set at the maximum brine heater pressure in the thermal cycle circuit between the heat exchanger outlet and the return port of the MSF unit. The device is a control valve and associated measurement control means or is perforated in the return phase and is sufficient to ensure that the sum of the return stage pressure and the static head of water under the weir lip always exceeds the brine heater pressure. It may be a weir located in a circulating water circuit at height.
다음에, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 다단계 플래시 담수화 플랜트의 흐름도이다.1 is a flow chart of a conventional multi-stage flash desalination plant.
도 2는 종래의 교차-흐름 MSF 유닛의 제1 단면도이다.2 is a first cross-sectional view of a conventional cross-flow MSF unit.
도 2a는 도 2의 선 A-A를 따라 절취된 제2 단면도이다.FIG. 2A is a second cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 2.
도 3은 본 발명의 제1 방법에 따라 동작하도록 배열된 다단계 플래시 담수화 플랜트의 흐름도이다.3 is a flow chart of a multistage flash desalination plant arranged to operate according to the first method of the present invention.
도 4는 생수를 제품 트로프로부터 순환수로서 추출하는 하나의 배열을 예시하는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating one arrangement for extracting bottled water as product water from the product trough.
도 5는 하나의 외부 열교환기 배열을 예시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating one external heat exchanger arrangement.
도 6은 염수 가열기 셸 내에 배치된 다른 열교환기 배열을 예시하는 도면이다.6 is a diagram illustrating another heat exchanger arrangement disposed within a brine heater shell.
도 7은 순환된 고온 열 순환수를 고온 단계로 복귀시키는 연결부 배열을 예 시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating a connection arrangement for returning the circulated hot thermal circulating water to a high temperature step.
도 8은 본 발명의 제2 및 제3 방법에 따라 동작하도록 배열된 다단계 플래시 담수화 플랜트의 흐름도이다.8 is a flow chart of a multi-stage flash desalination plant arranged to operate in accordance with the second and third methods of the present invention.
도 9는 열 순환용 열화 급수를 추출하는 다른 연결부를 예시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating another connection portion for extracting deteriorated water supply for thermal circulation.
도 10은 급수가 순환될 때의 외부 열교환기 배열을 예시하는 도면이다.10 is a diagram illustrating an external heat exchanger arrangement when feedwater is circulated.
도 11은 고온의 순환된 급수를 보다 고온의 단계로 복귀시키는 배열을 예시하는 도면이다. 11 is a diagram illustrating an arrangement for returning hot circulated feedwater to a higher temperature step.
도 1은 다단계 담수화 방법의 기본 배열의 도면이다. 예열된 순환수는 염수 가열기(1)에서 가열된 후 압력 지지 밸브(3)를 거쳐 제1 담수화 단계로 릴리스된다. 급수는 순환된 메이크업 급수에 의하여 냉각된 튜브(5) 상에서 응축되는 증기로 일련의 담수화 존(4)을 통해 플래시된다. 생수가 생수 트로프(6)에 수집되어 열 제거 단계(7)로 연속되는 단계 사이에서 플래시된다. 담수화 존 용으로 배열된 상기와 같은 여러 개의 열 제거 단계가 있을 수 있다. 급수는 펌프(8)에 의하여 담수화 존 및 열 제거 단계를 통해 순환된다. 응축불능 가스는 단계에서 추출 및 캐스케이드되고 이젝터(9)에 의하여 해수 냉각식 응축기(10)가 구비된 가장 낮은 압력 단계에서 추출된다. 열 제거 단계의 응축 섹션은 해수(11)에 의하여 냉각된다. 따듯한 해수 흐름을 사용하여 공기 제거 장치(12) 및 메이크업 펌프(13)를 거쳐 사이클용 메이크업을 제공한다.1 is a diagram of the basic arrangement of a multistage desalination method. The preheated circulating water is heated in the
도 2 및 도 2a는 종래의 MSF 유닛의 담수화 단계의 물리적 배열을 예시하는 도면이다. 급수는 위어(14)를 거쳐 단계 내로 들어간다. 증기가 플래시되고 서리 제거 장치 패드(demister pad)(15)를 통과하여 급수에 의하여 냉각된 튜브 더미(16) 상에서 응축된다. 생수는 제품 트레이(17) 내에 수집되어 제품 트로프(18) 내로 흘러 여기로부터 위어를 거쳐 다음 단계의 제품 트로프 내로 흐른다. 플래싱 급수로부터 릴리스된 응축불능 가스는 배기관(19)을 거쳐 이젝터 시스템으로 추출된다.2 and 2A are diagrams illustrating the physical arrangement of the desalination step of a conventional MSF unit. Feedwater enters the stage via weir (14). Vapor is flashed and passed through a
도 3은 생수를 열 순환수로 사용할 때 MSF 사이클이 본 발명에 의하여 변형되는 방법을 예시하는 도면이다. 염수 가열기(1')로부터 응축물이 열교환기(147)을 통과한 후 증기 상승 플랜트로 복귀된다. 생수 중 일부 순환수가 MSF 유닛(3')의 저압 담수화 단계의 생수 트로프로부터 뽑아진다. 이 생수는 펌프(145)에 의하여 열교환기(147)의 2차 쪽으로 공급된다. 열교환기로부터 배출되는 흐름은, 다른 파이프 연결부는 쇄선으로 도시되어 있는, 압력 지지 밸브(150) 또는 위어 장치(151)에 의하여 가압 상태로 지지된 후 MSF 유닛의 고압 단계 담수화 존(121)의 제품 트로프로 복귀된다.3 is a diagram illustrating how the MSF cycle is modified by the present invention when using bottled water as thermal circulating water. The condensate from the brine heater 1 'passes through the
도 4는 생수가 추출되는 고온 저장소(hot well)(20)와 생수 채널(18)의 연결부를 예시하는 도면이다. 4 illustrates the connection of
도 5는 지면 상측에 배치되고 MSF 유닛(120)의 담수화 섹션에 인접한 염수 가열기(126) 배열을 예시하는 도면이다. 열교환기(147)는 튜브를 구비한 열교환기(21) 형태이고, 염수 가열기(126)에 인접한 지면에 위치될 수 있고, 가열 장치 교환 셸을 통과하여 흐른 후 결합된 증기 상승 플랜트(도시되지 않음)로 배출 되는 제2 가열수를 가진 제2 가열 증기 고온 저장소(22)에 파이프로 연결될 수 있다. 비교적 압력이 낮은 담수화 존으로부터 열 순환수는 열교환기(147)의 말단(146)에 파이프로 연결되고 열교환기(147)을 통해 가열된 다음 비교적 압력이 높은 담수화 존의 제품 트로프에 라인(148)으로 파이프 연결된다. 플레이트 및 프레임 열교환기는 유사한 방식으로 배열될 수 있다.FIG. 5 illustrates an arrangement of the
도 6은 열교환기(147')를 둘러싸는 염수 가열기(126) 배열의 도면이다. 튜브 더미는 제2 가열수를 열교환기 유입구(23)로부터 배출구(24)로 안내하는 외측 슈라우드 튜브 내에 위치되고, 이 배출구에서 제2 가열수는 염수 가열기 셸을 통과한다. 순환된 열 순환수는 제2 가열수 배출 말단(146')의 열교환기 내로 주입되는 한편, 고온 열 순환수는 다른 말단(148')으로부터 제품 트로프로의 복귀 연결부로 주입된다.6 is a diagram of an arrangement of the
도 7은 온수를 MSF 유닛의 고온 단계의 급수 트로프(25)로 복귀시키는 연결부의 도면이다. 순환된 생수는 외부 연결관(154)에 의하여 분배 박스 및 위어(151) 또는 살포관(sparge pipe) 배열로 공급되고, 여기로부터 트로프의 생수 수위 이상으로 배출된다.7 is a view of the connection to return hot water to the
도 8은 급수가 순환될 때 본 발명에 의하여 MSF 사이클이 변형되는 방법을 나타내는 도면이다. 열 사이클(154')로부터의 온수에 의하여 보충되는 염수 가열기(1')로부터의 응축물은 열교환기를 통과하여 흐른 다음 증기 상승 플랜트(steam raising plant)(도시되지 않음)로 복귀된다. 담수화 단계(3')로부터의 급수의 부분적인 순환은 저압 단계의 급수 채널로부터 끌어들여 전방으로 주입시키거나 또는 대안으로서 다른 파이프 연결부가 쇄선으로 도시되어 있는 단계의 응축 튜브 네스트 사이의 주요 순환 및/또는 메이크업 급수로부터 끌어들인다. 어느 방식으로 급수를 저압 단계로부터 끌어들이더라도 열교환기의 2차 쪽으로 파이프 연결된다. 열교환기 2차 쪽 배출구로부터의 흐름은 MSF 유닛의 담수화 섹션의 고압 단계의 급수 채널(149')로 복귀되기 전에 압력 지지 밸브(150')에 의하여 가압 상태로 유지된다.8 shows how the MSF cycle is modified by the present invention when feedwater is circulated. Condensate from the brine heater 1 'supplemented by hot water from the heat cycle 154' flows through the heat exchanger and then returns to a steam raising plant (not shown). Partial circulation of the feedwater from the
도 9는 MSF 유닛의 담수화 단계로부터 급수를 추출하는 다른 배열의 도면이다. 급수는 고온 저장소(27)를 거쳐 급수 채널(26)로부터 추출된다. 대안으로서 급수는 메인 순환 및/또는 메이크업 급수 루프 파이프 또는 (28)과의 연결부로부터 추출된다.9 is a diagram of another arrangement for extracting water from the desalination step of the MSF unit. Feedwater is extracted from
도 10은 MSF 유닛(30)의 담수화 섹션에 인접하여 지상 위에 위치된 염수 가열기(29) 배열의 도면이다. 다중 패스 튜브로 된 열교환기(31)는 염수 가열기에 인접하여 지상에 위치되어 제2 가열수 고온 저장소(32)로 펌핑되고, 응축물은 열교환기 각각의 패스를 통과하여 흐른 후 증기 상승 플랜트(도시되지 않음)로 배출된다. 순환된 차가운 급수는 응축물 배출구(33)에 인접하는 열교환기의 제1 패스의 튜브 쪽으로 파이프 연결되고, 열교환기(34)의 튜브쪽의 최종 패스의 배출구는 급수 채널과의 복귀 연결부에 파이프로 연결된다.10 is a diagram of a
도 11은 급수 채널(35)로의 급수 복귀 연결부의 도면이다. 살포관 또는 분배 박스(36)가 고온 급수를 채널로 복귀시켜 급수 채널의 폭 일부에 걸쳐 이를 분배시킨다.
11 is a view of the feedwater return connection to
도시되어 있는 플랜트, 배관, 제어 밸브, 펌프, 릴리스 밸브, 흐름 제어 장치 및 다른 표준 기기 제품의 구성은 단지 예를 들어 예시된 것으로서, 본 발명의 방법 및 플랜트는 도시된 구성에만 한정되는 것은 아니라는 점을 이해할 것이다.The configurations of the plants, piping, control valves, pumps, release valves, flow control devices and other standard appliance products shown are for example only, and the method and the plant of the present invention are not limited to the configurations shown. Will understand.
다음에, 본 발명을 예를 들어 보다 상세하게 설명한다. 예 1은 생수 중 일부가 열 사이클 흐름으로서 순환된 본 발명에 따른 방법에 관한 예이다.Next, the present invention will be described in more detail by way of example. Example 1 is an example of the method according to the invention in which some of the bottled water is circulated as a heat cycle flow.
예 1Example 1
도 3을 참조하면, 염수 급수를 매초당 6638.9kg 및 온도 35℃로 라인(100)에 공급하였다. 해수 염도는 4.45%이다. 라인(100) 내의 해수는 공기 이젝터(102)의 냉각제로서 라인(101)에 공급된다. 공기 이젝터/응축기(102)의 라인(103)에는 열 제거 단계(105)로부터 추출기(104)에 의하여 추출된 수증기 및 응축불능 가스(주로 공기)의 혼합물이 공급된다. 응축불능 가스는 라인(106a)으로 배출되고 응축가능한 임의의 잔류 물질은 라인(106)의 공기 이젝터/응축기(102)로부터 배출된다. 상기 예에서, 라인(101) 내의 해수 유량은 매초당 250kg이다. Referring to FIG. 3, a brine feedwater was fed to
잔여 해수는 라인(100)(유량 매초당 6388.9kg)으로부터 라인(107)으로 열 제거 단계(105)의 냉각제로서 공급된다. 라인(107) 내의 냉각제 해수는 열 제거 단계(105)를 통하여 온도 42.68℃까지 가열되고, 이 중 일부(유량 매초당 1819.5kg)는 메이크업으로서 라인(108)에 공급된다. 라인(107) 내의 잔여 해수는 라인(109)을 통해 플랜트로부터 배출된다.Residual seawater is fed from line 100 (6388.9 kg per second flow rate) to
라인(108) 내의 메이크업 해수는 공기 제거 장치(110)를 통과한다. 추출된 공기는 라인(111, 112, 113)을 통해 추출기(104)로 복귀된 다음 라인(103)을 통해 공기 이젝터/응축기(102)로 복귀된다.Makeup seawater in
가스가 제거된 메이크업 염수는 공기 제거 장치(110)로부터 라인(114)을 통과하고 펌프(115)를 통해 라인(116) 내로 주입되어 라인(143)으로부터의 염수 순환수와 라인(117)에서 합쳐진다. 상기 예에서, 라인(117) 내에서 복합 메이크업 및 순환수는 유량 매초당 6194.4kg으로 흐르고 온도는 42.057℃ 염도는 6.28%를 갖는다.The degassed makeup brine passes through
라인(117) 내의 복합 메이크업 및 순환수를 급수라고 한다.The composite makeup and circulating water in
라인(117) 내의 급수는 담수화 존(119)의 응축기 튜브(118)에 대한 냉각제로서 통과한다. 담수화 존(119)은 일렬로 된 담수화 존 중 최종 영역이다. 도 3에는 일렬로 된 담수화 존 중 제1 담수화 존은 도면 부호(120)로 제2 담수화 존은 도면 부호(121)로 도시되어 있고, 분할 라인(122)은 도 3에는 실제로 도시되어 있지 않은 유사한 다른 담수화 존이 있다는 것을 나타낸다.Feedwater in
응축기 튜브(118)를 통과하는 급수는 담수화 존(121)의 응축기 튜브(123)를 통과한 다음 담수화 존(120)의 응축기 튜브(124)를 통과한다. 예열된 급수는 온도 102.829℃로 라인(125)을 거쳐 염수 가열기(126)를 통과한다. 염수 가열기(126)로 통하는 라인(127)에는 유량 매초당 76.356kg, 온도 130℃ 및 압력 2바의 급수가 공급된다. 가열된 급수는 온도 110℃ 및 압력 2바로 라인(128) 및 흐름 제어 장치(129)을 거쳐 염수 가열기(126)로부터 배출된다. 라인(128) 내의 가열된 급수는 제1 담수화 존(120)을 통과한다.Feedwater passing through
제1 담수화 존(120)으로부터 흘러나오는 염수를 수용하는 바닥 영역(130), 및 이 흘러나오는 염수로부터의 증기가 튜브(124) 상에서 응축되어 생수 트로프(132)에 수집되기 전에 통과하는 서리 제거 장치(131)를 포함한다. 흘러나오는 염수 및 생수는 평행으로 각각 배열된 라인(133, 134)의 담수화 존을 통과하여 떨어진다. 최종 담수화 존(119)을 빠져 나온 후, 흘러나오는 염수는 라인(135)을 거쳐 열 제거 단계(105)를 통과한다. 생수는 라인(136, 136a)을 거쳐 열 제거 단계(105)의 생수 트로프(137)를 통과한다.
담수화 존에서와 같이, 열 제거 단계(105)는 일렬로 배열된 유사한 일련의 영역을 포함할 수 있다.As in the desalination zone, the
열 제거 단계(105)에서, 라인(107)에 공급된 염수는 냉각제로서 사용되고 제품 트로프(137)에 수집된 최종 제품은 라인(138) 내의 저장소에 공급된다. 열 제거 단계(105)의 잔여 염수는 라인(139)를 통해 배출되고, 일부는 라인(117)에 대한 순환수로서 펌프(140), 라인(141) 및 라인(143)을 거쳐 순환된다. 잔여 부분은 펌프(140), 라인(141) 및 라인(142)을 거쳐 배출된다.In the
열 순환수는 본 발명에 따라 최종 담수화 존(119)으로부터 얻어진다. 라인(136) 내의 생수 일부(상기 예에서는 매초당 76kg)는 순환 펌프(145)를 통과하여 온도 48.20℃ 및 염도 0%로 라인(146) 내로 추출된다. 라인(146)의 열 순환수는 열교환기(147)의 튜브를 통과하고 라인(148, 149)를 거쳐 담수화 존(121)의 생수 트로프를 통과한다. 가열된 열 순환수는 상기 예에서는 압력 지지 밸브(150)에 의하여 가압 상태로 유지된다. 대안으로서, 도 3에 쇄선으로 도시된 바와 같이, 위어 장치(151)를 사용하여 가열된 열 순환수의 압력을 유지하는데 사용할 수 있 다.Thermal circulating water is obtained from the
열교환기(147)에는 염수 가열기(126)로부터 라인(152, 153)을 거쳐 가열수가 공급된다. 대안으로서, 가열수가 외부 소스(예를 들면, 결합된 증기 상승 플랜트)로부터 라인(154)을 거쳐 물론 공급될 수 있다. 증기 또는 온수는 라인(155)을 거쳐 시스템으로부터 제거된다.
표 1에는 본 발명에 따른 방법의 20 단계 각각에서 예 1의 여러 가지 매개변수를 나타내고 있다. 상기 예에서, 20 단계는 염수 가열기, 16개의 담수화 존 및 3개의 열 제거 단계를 포함한다. 측정된 매개변수는 다음과 같다.Table 1 shows the various parameters of Example 1 in each of the 20 steps of the method according to the invention. In this example, step 20 includes a brine heater, 16 desalination zones and 3 heat removal steps. The measured parameters are as follows.
A는 각 단계의 유입구의 급수 온도(℃)이다.A is the feed water temperature (° C.) at the inlet of each stage.
B는 각 단계의 배출구의 급수 온도(℃)이다.B is the feed water temperature (° C.) of the outlet of each stage.
C는 각 단계를 통과하는 급수량(kg/s)이다.C is the water supply in kg / s through each step.
D는 각 단계로부터 흘러나오는 플래싱 염수의 유량(kg/s)이다. D is the flow rate of the flashing brine flowing from each stage (kg / s).
P는 각 단계의 압력(바 절대값)이다.P is the pressure (bar absolute value) for each step.
m는 각 단계의 생수의 유량(kg/s)이다. m is the flow rate of the bottled water (kg / s) at each stage.
M는 각 단계의 마지막 생수의 추가 생산 유량(kg/s)이다.M is the additional production flow rate (kg / s) of the last bottled water at each stage.
상기 예를 전체적으로 보아 생산 비율(시스템에 공급된 증기 킬로그램당 생산된 생수 킬로그램)은 8.795이다. 상기 예에 따라 동작하는 방법 플랜트는 매일 1,275만 영 갤런의 생수를 생산할 수 있다(매일 대략 6천만 리터의 물).Taking the above example as a whole, the production rate (kg of bottled water produced per kilogram of steam fed to the system) is 8.795. Method Plants Operating According to the Example The plant can produce 12.75 million young gallons of bottled water daily (approximately 60 million liters of water each day).
예 2Example 2
도 8을 참조하면, 해수 급수는 매초당 6638.9kg 및 온도 35℃로 라인(100')에 공급된다. 해수 염도는 4.45%이다. 라인(100') 내의 해수 일부는 라인(101') 을 거쳐 공기 이젝터(102')에 냉각제로서 공급된다. 공기 이젝터/응축기(102')에는 수증기와 열 제거 단계(105')로부터 추출기(104')에 의하여 추출된 응축불능 가스(주로 공기)와의 혼합물이 라인(103')을 거쳐 공급된다. 응축불능 가스는 라인(106a')을 거쳐 배출되고 응축가능한 임의의 잔류 물질은 공기 이젝터/응축기(102')로부터 라인(106')을 거쳐 배출된다. 이 예에서, 라인(101') 내에서의 해수 유량은 매초당 250kg이다.Referring to FIG. 8, seawater feedwater is supplied to line 100 'at 6638.9 kg per second and at a temperature of 35 ° C. Seawater salinity is 4.45%. A portion of the seawater in line 100 'is supplied as coolant to air ejector 102' via line 101 '. The air ejector / condenser 102 'is supplied via line 103' with a mixture of steam and non-condensable gas (mainly air) extracted by extractor 104 'from heat removal step 105'. The non-condensable gas is discharged via
잔여 해수는 라인(100')으로부터(매초당 6388.9kg의 유량으로) 열 제거 단계(105')의 냉각제로서 라인(107')으로 이송된다. 라인(107') 내의 냉각제 해수는 열 제거 단계(105')를 통과하며 온도 42.68℃로 가열되어 이 중 일부는(매초당 1822kg의 유량으로) 메이크업으로서 라인(108')에 공급된다. 라인(107') 내의 잔여 해수는 라인(109")을 거쳐 플랜트로부터 배출된다. Residual seawater is transferred from line 100 '(at a flow rate of 6388.9 kg per second) to line 107' as a coolant in heat removal step 105 '. Coolant seawater in line 107 'passes through heat removal step 105' and is heated to a temperature of 42.68 ° C, some of which is supplied to line 108 'as makeup (at a flow rate of 1822 kg per second). Residual seawater in line 107 'is discharged from the plant via
라인(108') 내의 메이크업 해수는 공기 제거 장치(110')를 통과한다. 추출된 공기는 라인(111'. 112'. 113')을 거쳐 추출기(104')로 복귀된 다음 라인(103')을 거쳐 공기 이젝터/응축기(102')로 복귀된다.Makeup seawater in line 108 'passes through an air removal device 110'. The extracted air is returned to extractor 104 'via
공기가 제거된 메이크업 해수는 공기 제거 장치(110')로부터 라인(114')을 통과하고 펌프(115')를 통해 라인(116') 내로 펌핑되어 라인(143')을 통과하는 염수 순환수에 의하여 라인(117')에서 결합된다. 이 예에서, 라인(117') 내의 결합된 메이크업 및 순환수는 매초당 6194.4kg의 유량으로 흐르고, 온도는 42.057℃이며 염도는 6.28%이다.De-aired makeup seawater is passed from line removal device 110 'through line 114' and pumped into line 116 'through pump 115' to the brine circulating water passing through line 143 '. By line 117 '. In this example, the combined makeup and circulation water in line 117 'flows at a flow rate of 6194.4 kg per second, the temperature is 42.057 ° C and the salinity is 6.28%.
다음에, 라인(117') 내의 결합된 메이크업 및 순환수를 급수라고 한다. Next, the combined makeup and circulation water in line 117 'is called water supply.
라인(117') 내의 급수는 담수화 존(119')의 응축기 튜브(118')를 냉각제로서 통과한다. 담수화 존(119')은 일렬로 된 담수화 존 중 최종 영역이다. 도 3에서 일련의 담수화 존 중 제1 영역은 도면 부호(120')로 제2 영역은 도면 부호(121')로 도시되어 있고, 분할 라인(122')은 도 8에는 실제로 도시되어 있지 않은 다른 유사한 담수화 존이 있다는 것을 나타낸다.Feedwater in line 117 'passes through condenser tube 118' in desalination zone 119 'as coolant.
응축기 튜브(118')를 통과하는 급수는 담수화 존(121')의 응축기 튜브(123')를 통과한 다음 담수화 존(120')의 응축기 튜브(124')를 통과한다. 예열된 급수는 온도 102.807℃로 라인(125')을 거쳐 염수 가열기(126')를 통과한다. 염수 가열기(126')에는 증기가 유량 매초당 76,597kg, 온도 130℃ 및 압력 2바로 라인(127')을 거쳐 공급된다. 가열된 급수는 염수 가열기(126')로부터 온도 110℃ 및 압력 2바로 라인(128') 및 흐름 제어 장치(129')를 거쳐 배출된다. 라인(128') 내의 가열된 급수는 제1 담수화 존(120')을 통과한다.Feedwater passing through condenser tube 118 'passes through condenser tube 123' of desalination zone 121 'and then through condenser tube 124' of desalination zone 120 '. The preheated feed water passes through the brine heater 126 'via line 125' at a temperature of 102.807 ° C. Steam is supplied to the brine heater 126 'via line 127' at 76,597 kg per second flow rate,
제1 담수화 존(120')은 플래싱 염수를 수용하는 바닥 영역(130'), 및 이 플래싱 염수로부터의 증기가 튜브(124') 상에서 응축되어 생수 트로프(132')에 수집되기 전에 통과하는 서리 제거 장치(131')를 포함한다. 플래싱 염수 및 생수는 평행으로 배열된 라인(133', 134')을 거쳐 담수화 존으로 떨어진다. 플래싱 염수는 최종 담수화 존(119')으로부터 배출된 후 라인(135')을 거쳐 열 제거 단계(105')로 흐른다. 생수는 라인(136')을 거쳐 열 제거 단계(105')의 생수 트로프(137')로 흐른다.
열 제거 단계(105')에서, 라인(107')에 공급된 해수는 냉각제로서 사용되고, 생수 트로프(137')에 수집된 최종 제품은 라인(138')을 거쳐 저장소에 공급된다. 열 제거 단계(105')의 잔여 염수는 라인(139')을 거쳐 배출되고, 일부는 펌프(140'), 라인(141') 및 라인(143')을 거쳐 순환되어 라인(117')에 순환수로서 공급된다. 잔여 부분은 펌프(140'), 라인(141') 및 라인(142')을 거쳐 배출된다.In the heat removal step 105 ', the seawater supplied to the line 107' is used as a coolant and the final product collected on the bottled water trough 137 'is supplied to the reservoir via the line 138'. Residual brine from the heat removal step 105 'is discharged via line 139' and some is circulated through pump 140 ', line 141' and line 143 'to line 117'. It is supplied as circulating water. The remaining portion is discharged via pump 140 ', line 141' and line 142 '.
열 순환수는 최종 담수화 존(119')으로부터 본 발명에 따라 얻어진다. 담수화 존(119')의 플래싱 염수 중 일부(이 예에서는 매초당 85.49kg)는 라인(144')(도 8은 예 3에서 기재한 바와 같이 다른 열 순환을 또한 나타내기 때문에 도 8에 쇄선으로 도시된 바와 같이)을 거치고 순환 펌프(145')를 통하여 온도 49.89℃ 및 염도 6.94%로 라인(146') 내로 추출된다. 라인(146') 내의 열 순환수는 라인(146a')을 거쳐 열교환기(147') 튜브를 통과하고 라인(148', 149')을 거쳐 담수화 존(121')의 바닥으로 흐른다. 가열된 열 순환수는 이 예에서는 압력 지지 밸브(150')에 의하여 가압 상태로 유지된다.Thermal circulating water is obtained according to the invention from the final desalination zone 119 '. Some of the flashing brine in desalination zone 119 '(85.49 kg per second in this example) is line 144' (see FIG. 8 also shows another thermal cycle as described in Example 3, so that the dashed line in FIG. And into line 146 'via a circulation pump 145' at a temperature of 49.89 ° C and a salinity of 6.94%. Thermal circulating water in line 146 'passes through heat exchanger 147' tubes via
열교환기(147')에는 염수 가열기(126')의 바닥으로부터 라인(152', 153')을 거쳐 가열수가 공급된다. 대안으로서, 외부 소스(예를 들면 결합된 증기 상승 플랜트)로부터의 가열수가 라인(154')을 거쳐 공급될 수 있다. 증기 또는 온수는 라인(154', 155')을 거쳐 시스템으로부터 제거된다.Heated water is supplied to the heat exchanger 147 'via the lines 152' and 153 'from the bottom of the brine heater 126'. Alternatively, heated water from an external source (eg, a combined steam raising plant) may be supplied via
다음 표 2는 본 발명에 따른 방법의 20 단계 각각에서의 이 예 2의 매개변수 수치를 나타낸다. 이 예에서, 20 단계는 염수 가열기, 16개의 담수화 존 및 3개의 열 제거 단계를 포함한다. 측정된 매개변수는 다음과 같다.Table 2 below shows the parameter values for this example 2 in each of the 20 steps of the method according to the invention. In this example, step 20 includes a brine heater, 16 desalination zones and 3 heat removal steps. The measured parameters are as follows.
A는 각 단계의 유입구의 급수 온도(℃)이다. A is the feed water temperature (° C.) at the inlet of each stage.
B는 각 단계의 배출구의 급수 온도(℃)이다.B is the feed water temperature (° C.) of the outlet of each stage.
C는 각 단계를 통과하는 급수량(kg/s)이다.C is the water supply in kg / s through each step.
D는 각 단계로부터 흘러나오는 플래싱 염수의 유량(kg/s)이다. D is the flow rate of the flashing brine flowing from each stage (kg / s).
P는 각 단계의 압력(바 절대값)이다.P is the pressure (bar absolute value) for each step.
m는 각 단계의 생수의 생산량(kg/s)이다.m is the yield of bottled water in each stage (kg / s).
M는 각 단계의 마지막 생수 전체의 추가 생산량(kg/s)이다.M is the additional output (kg / s) of the total bottled water at each stage.
상기 예를 전체적으로 보아 생산 비율(시스템에 공급된 증기 킬로그램당 생 산된 생수 킬로그램)은 8.865이다. 상기 예에 따라 동작하는 방법 플랜트는 매일 1,290만 영 갤런의 생수를 생산할 수 있다(매일 대략 6천만 리터의 물).In the example above, the production rate (kg of fresh water produced per kilogram of steam fed to the system) is 8.865. Method Plants Operating According to the Example The plant can produce 12.9 million young gallons of bottled water daily (approximately 60 million liters of water each day).
예 3Example 3
예 3을 예 2와 유사하게 시험하였다. 그러나, 도 8을 참조하면, 담수화 존(119')으로부터의 열 순환수는 상기 영역의 플래싱 염수가 아니라 응축기 튜브(118') 내의 급수 염수로부터 얻어진다. 열 순환수는 라인(144")을 거쳐 얻어진다(예 2에 기재된 바와 같이 순환수를 플래싱 염수로부터 라인(144')을 거쳐 또한 얻어진다는 것을 나타내도록 도 8에 쇄선으로 도시된 바와 같이). 이로써 순환수가 라인(146a')에 공급된 다음 예 2에서와 같이 공급된다.Example 3 was tested similarly to Example 2. However, referring to FIG. 8, thermal circulating water from
표 3은 본 발명에 따른 방법의 20 단계 각각에서의 이 예 3의 매개변수 수치를 나타낸다. 이 예에서, 20 단계는 염수 가열기, 16개의 담수화 존 및 3개의 열 제거 단계를 포함한다. 측정된 매개변수는 다음과 같다.Table 3 shows the parameter values for this example 3 in each of the 20 steps of the method according to the invention. In this example, step 20 includes a brine heater, 16 desalination zones and 3 heat removal steps. The measured parameters are as follows.
A는 각 단계의 유입구의 급수 온도(℃)이다.A is the feed water temperature (° C.) at the inlet of each stage.
B는 각 단계의 배출구의 급수 온도(℃)이다.B is the feed water temperature (° C.) of the outlet of each stage.
C는 각 단계를 통과하는 급수량(kg/s)이다.C is the water supply in kg / s through each step.
D는 각 단계로부터 흘러나오는 플래싱 염수의 유량(kg/s)이다. D is the flow rate of the flashing brine flowing from each stage (kg / s).
P는 각 단계의 압력(바 절대값)이다.P is the pressure (bar absolute value) for each step.
m는 각 단계의 생수의 생산량(kg/s)이다. m is the yield of bottled water in each stage (kg / s).
M는 각 단계의 마지막 생수 전체의 추가 생산량(kg/s)이다.M is the additional output (kg / s) of the total bottled water at each stage.
상기 예를 전체적으로 보아 생산 비율(시스템에 공급된 증기 킬로그램당 생산된 생수 킬로그램)은 8.868이다. 상기 예에 따라 동작하는 방법 플랜트는 매일 1,275만 영 갤런의 생수를 생산할 수 있다(매일 대략 6천만 리터의 물).
Taking the above example as a whole, the production rate (kg of bottled water produced per kilogram of steam fed to the system) is 8.868. Method Plants Operating According to the Example The plant can produce 12.75 million young gallons of bottled water daily (approximately 60 million liters of water each day).
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