KR100937447B1 - 롱 튜브 다단 증발법 담수화설비용 증발기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발기를 구성하는 각 증발실에 구비된 응축관 다발의 설치방향과 동일하게 증발 농염수를 이동시켜 전열 면적을 증가시킴에 따라 담수의 생산효율을 최대로 향상시킬 수 있도록 하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기에 관한 것으로, 다수의 증발실을 포함하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기에 있어서, 상기 증발기는, 상기 각 증발실의 상부에 구비된 응축관 다발의 설치 방향과 평행한 방향의 하부로 증발 농염수가 이동되도록 하는 농염수 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

다단 증발법, 담수화설비, 증발기

Description

롱 튜브 다단 증발법 담수화설비용 증발기{An long tube evaporator for a multiple stage flashing facility}

본 발명은 롱 튜브 다단 증발법 담수화설비용 증발기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증발기를 구성하는 각 증발실에 구비된 응축관 다발의 설치방향과 동일하게 증발 농염수를 이동시켜 전열 면적을 증가시킴에 따라 담수의 생산효율을 최대로 향상시킬 수 있도록 하는 롱 튜브 다단 증발법 담수화설비용 증발기에 관한 것이다.

일반적으로 담수화설비는 해수 및 오수 등을 생활용수나 공업용수로 사용할 수 있는 담수를 생산하는 설비로서, 통상 다단 증발법(Multiple Stage Flash : MSF)와 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 6에 도시된 바와같이 여러개의 스테이지(stage)(111)로 이루어지고 열배출구간(Heat Rejection Section)과 열회복구간(Heat Recovery Section)으로 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 농염수 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 농염수 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 열회복구간의 응축기(112) 내부를 흘러 농염수 가열기(120)에 유입되어 스팀 공급관(181)으로부터 공급된 저압증기(Low Pressure Steam)의 응축열을 이 용하여 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.

이에, 본 발명은 상기 다단 증발법에 의한 담수화설비를 구성하는 증발기를 개량한 것으로, 먼저 종래의 다단 증발법에 의한 담수화설비를 구성하는 증발기를 살펴보면 다음과 같다.

도 7은 종래의 다단 증발법에 의한 담수화설비를 구성하는 증발기를 나타낸 개략사시도로서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 증발기(110)는, 종방향으로 연결된 다단의 증발실(114)을 포함하며, 각각의 증발실(114)의 전,후방 벽의 하부에는 증발 농염수를 종방향으로 이동시키는 관통부(114a)가 구비되어 있는 것 이다.

그리고 각 증발실(114)의 상부에는 농염수 순환펌프(150)와 농염수 가열기(120)에 연결되어 있는 응측관 다발(112)이 횡방향으로 구비되어 있으며, 각 응축관 다발(112)의 하부에는 응축수를 취합하는 기수분리기(113)가 구비되어 있는 것이다.

또한, 상기 제일 전방에 위치된 증발실(114)의 전방 하부에 구비된 관통부(114a)에는, 열교환된 증발 농염수를 공급하는 공급관(121)이 연결되어 있는 것이다.

그리고 제일 후방에 위치된 증발실(114)의 후방 하부에 구비된 관통부는 연결관(171)을 통해 농염수 배출펌프(170)와 연결되어 있는 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 종래의 증발기는, 상기 응축관 다발(112)로 쿨링(coling) 농염수가 공급되고 각 증발실(114)로 증발 농염수가 공급되는 과정을 통해, 증발 농염수의 증발과 응측에 따라 응축관 다발(112)의 주위에서 생성되는 응축수를 회수하여 담수를 얻을 수 있는 것이다.

그런데, 상기와 같이 구성된 종래의 증발기를 사용할 경우에는 효율이 떨어지는 문제점을 가지고 있는 것이다.

왜냐하면 각 증발실에서 쿨링 농염수가 이동되는 응축관 다발이 횡방향으로 구비되어 있고, 증발 농염수는 응축관 다발에 대하여 직각으로 교차되게 이동됨으로써, 전열면적이 줄어듦에 따라 담수화 설비의 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

따라서, 종래에는 담수화설비의 효율를 증가시키는 방법으로는, 증발기를 구성하는 증발실의 수를 늘려 단수를 늘림에 따라 증발기의 열효율을 증가시키는 방법이 널리 사용되고 있다.

그러나 상기와 같이 단수를 늘릴 경우에는 전열면적으로 증가시켜 효율을 높일 수는 있으나, 증발기의 전체적이 크기가 커짐에 따라서 경제성이 없게 되는 문제점을 가지고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 증발기를 구성하는 각 증발실에 구비된 응축관 다발의 설치방향과 동일하게 증발 농염수를 이동시킬 수 있도록 함으로써, 증발기의 단 수를 증가시켜 담수화설비의 열 전달 효율을 최대로 높여 작은 전열면적으로도 원하는 담수를 생산하는 동시에 증발기 크기를 지금과 비슷하게 설계할 수 있도록 하는 롱 튜브 다단 증발법 담수화설비용 증발기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 증발기의 전체적인 크기를 줄이면서 단위 열량당 담수 생산량(PR)을 최대로 증가시킬 수 있도록 하는 목적도 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 증발실을 포함하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기에 있어서, 상기 증발기는, 상기 각 증발실의 상부에 구비된 응축관 다발의 설치 방향과 평행한 방향의 하부로 증발 농염수가 이동되 도록 하는 농염수 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 응축관 다발의 각 응축관에서 이동되는 쿨링 농염수의 이동방향과 상기 증방 농염수의 이동 방향은 상호 반대 방향으로 흐르게 하는 것을 특징으로 한다.

또 상기 각 증발실은 횡열과 종열로 구획되어 다수로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또 상기 응축관 다발은, 각 열을 구성하는 증발실들에 관통 구비된 횡형부와, 각각의 횡형부를 단일로 연통되게 연결하는 연결부와, 제일 후방의 횡형부로 쿨링 농염수를 공급하는 공급부와, 제일 전방의 횡형부로부터 배출되는 쿨링 농염수를 농염수 가열기로 공급하는 배출부로 구성되며; 상기 농염수 이동수단은 상기 농염수 가열기에서 배출되는 증발 농염수를 상기 응축관 다발의 설치 방향과 평행하게 각 증발실을 거쳐 농염수 배출펌프로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 상기 농염수 이동수단은, 각 증발실의 양 측벽의 하부에 구비된 관통부와, 각 상기 연결부가 구비되어 있는 각 증발실의 관통부를 상기 각 연결부와 평행하게 연결하는 다수의 연결관과, 상기 응축관 다발의 배출부가 구비된 증발실의 관통부와 농염수 가열기를 상호 연결하는 공급관과, 상기 응축관 다발의 공급부가 구비된 증발실의 관통부와 농염수 배출펌프를 상호 연결하는 배출관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 증발기를 구성하는 각 증발실에 구비된 응축관 다발의 설치방향과 동일하게 증발 농염수를 이동시킴으로써 증발기의 단수를 증가시켜 담수화 설비의 열전달 효율을 최대로 높여 전열면적을 줄임과 동시에 증발기 크기를 지금과 비슷하게 설계할 수 있는 효과가 있다.

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

도 1은 본 발명에 따른 담수화설비용 증발기를 나타낸 일부 절개 개략사시도이다.

이에 본 발명의 담수화설비용 증발기는, 다수의 증발실(11)을 포함하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기에 있어서, 상기 증발기(1)는, 상기 각 증발실(11)의 상부에 구비된 응축관 다발(2)의 설치 방향과 평행한 방향의 하부로 증발 농염수가 이동되도록 하는 농염수 이동수단(3)을 포함한다.

그리고 응축관 다발(2)의 각 응축관에서 이동되는 쿨링 농염수의 이동방향과 상기 증발 농염수의 이동 방향은 상호 반대 방향으로 흐르게 구성되는 것이다.

즉, 상기 응축관 다발(2)은, 응축 효과를 높이기 위하여 다수의 응축관으로 구성되는 것으로 각각의 응축관에는 쿨링 농염수가 이동되는 것이다.

또한 상기 각 증발실(11)에 구비된 응축관 다발(2)의 하부에는, 각 응축관의 표면에 생성되는 응축수를 취합하여 담수를 얻는 기수 분리기(25)가 구비되어 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 증발기(1)는, 상기 각 증발실(11)의 상부에 구비된 응축관 다발(2)의 설치 방향과 평행한 방향의 하부로 증발 농염수가 이동되도록 함으로써, 각 증발실(11)을 이동하는 증발 농염수의 증기와 응축관 다발(2)의 접촉면적을 넓힘에 따라서 응축수의 생성 효율을 최대로 향상시킬 수 있는 것이다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B선 단면도로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 증발기(1)를 구성하는 각 증발실(11)은 횡열과 종열로 구획되어 다수로 구비되어 있는 것이다.

또한 상기 응축관 다발(2)은, 각 열을 구성하는 증발실(11)들에 관통 구비된 횡형부(21)와, 각각의 횡형부(21)를 단일로 연통되게 연결하는 연결부(22)와, 제일 후방의 횡형부(21)로 쿨링 농염수를 공급하는 공급부(23)와, 제일 전방의 횡형부(21)로부터 배출되는 쿨링 농염수를 농염수 가열기(5)로 공급하는 배출부(24)로 구성되는 것이다.

또 상기 응축관 다발(2)은, 응축 효과를 높이기 위하여 다수의 응축관으로 구성되어 각각의 응축관에는 쿨링 농염수가 이동되는 것으로, 농염수 순환펌프(4)에 연결되어 쿨링 농염수가 공급되는 것이다. 그리고 배출측에는 농염수 가열기(5)가 연결되어 증발기(1)를 통과한 쿨링 농염수는 농염수 가열기(5)로 투입되어 열교환이 되는 것이다.

그리고, 상기 농염수 이동수단(3)은 상기 농염수 가열기(5)에서 배출되는 증발 농염수를 상기 응축관 다발(2)의 설치 방향과 평행하게 각 증발실(11)을 거쳐 농염수 배출펌프(6)로 이동시키도록 구성되는 것이다.

즉 상기 농염수 이동수단(3)은, 각 증발실(11)의 양 측벽의 하부에 구비된 관통부(31)와, 각 상기 연결부(22)가 구비되어 있는 각 증발실(11)의 관통부(31)를 상기 각 연결부(22)와 평행하게 연결하는 다수의 연결관(32)과, 상기 응축관 다발(2)의 배출부(24)가 구비된 증발실(11)의 관통부(31)와 농염수 가열기(5)를 상호 연결하는 공급관(33)과, 상기 응축관 다발(2)의 공급부(23)가 구비된 증발실(11)의 관통부(31)와 농염수 배출펌프(6)를 상호 연결하는 배출관(34)으로 구성되어 있는 것이다.

따라서, 상기 횡열과 종열로 구획된 다수의 증발실(11)을 포함하는 증발기(1)는, 상기 각 증발실(11)의 상부에 구비된 응축관 다발(2)의 설치 방향과 평행한 방향의 하부로 증발 농염수가 이동되도록 함으로써, 각 증발실(11)을 이동하는 증발 농염수의 증기와 응축관 다발(2)의 접촉면적으로 넓힘에 따라서 응축수의 생성 효율을 최대로 향상시킬 수 있는 것이다.

그리고, 상기와 같이 증발실(11)을 다수의 횡열과 종열로 구획되게 다수로 구성함으로써, 증발기의 전체적인 크기를 최소로 줄이면서 단위 열량당 담수 생산량(PR)을 최대로 증가시킬 수도 있는 것이다.

왜냐하면 본 발명의 증발기(1)는, 응축관 다발(2)이 횡방향으로 관통되는 다수 증발실(11)들을 횡열과 종열로 구비함으로써, 단위 열량당 담수 생성량을 최대로 증가시킬 수 있는 것이다.

예를 들어, 도 4는 종래에 다수의 증발실을 종열로 조합한 상태에서 한열을 구성하는 하나의 증발실의 온도분포를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 라라 다수의 증발실을 횡열과 종열로 조합한 상태에서 한 열을 구성하는 다단으로 구성된 증발실들의 온도 분포를 나타낸 그래프이다.

따라서, 도 4와 도 5의 그래프를 비교하면, 일반적으로 다단 증발법 담수화설비의 경우 증발실(11)의 수를 증가시킬수록 단위 열량당 담수의 생산량(PR)이 증가한다. 즉 도 4는 하나의 증발실에서 각 흐름의 온도분포를 나타낸 것이고, 도 5는 다수 증발실(그래프에서는 2개의 증발실)에서 각 흐름의 온도분포를 나타낸 것이다.

그러므로 바닷물의 온도 및 TBT가 같다면, 도 4 및 도 5의 그래프에서 나타난 바와 같이 증발 농염수의 온도분포의 기울기와 쿨링 농염수의 온도분포의 기울기가 동일하며, 각 증발실에서 생성된 증기 온도는 증발 농염수의 온도보다 손실(Loss로 표시)만큼 낮게 되는데, 이때의 손실은 염수의 끓는점 오름 현상, 생성된 증기의 압력손실, 증발실의 온도 평형까지 도달하는 시간까지의 계산에 따른 오차로 인하여 발생된다.

한편, 다단 증발법 담수화설비에서 일어나는 열전달은 응축관 외부의 증기 응축열이 응축관 내부의 쿨링 농염수로 전달되므로 열전달의 전도력(driving force)이 되는 평균온도차(LMDT)의 값이 커지게 되어 열효율이 상승하는 효과를 낳는다. 결국 증발실의 수가 많을수록 쿨링 농염수의 온도가 높아지므로 실질적으로 증발 농염수에서 필요한 열량이 감소하게 되어 단위 열량당 담수 생산량(PR)을 상승시키는 것이다.

따라서, 이에 본 발명은, 각 횡열에 다수의 증발실(11)을 구성함으로써 효율 을 최대로 향상시킬 수 있음은 물론, 증발기(1)를 컴팩트하게 최소화 시킬 수 있는 장점도 가지는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 담수화설비용 증발기를 나타낸 일부 절개 개략사시도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 도 1의 B-B선 단면도.

도 4는 종래에 다수의 증발실을 종열로 조합한 상태에서 한열을 구성하는 하나의 증발실의 온도분포를 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명에 라라 다수의 증발실을 횡열과 종열로 조합한 상태에서 한 열을 구성하는 다단으로 구성된 증발실들의 온도 분포를 나타낸 그래프.

도 6은 종래의 다단 증발법에 의한 담수화설비를 나타낸 전체 구성도.

도 7은 종래의 다단 증발법에 의한 담수화설비를 구성하는 증발기를 나타낸 개략사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 증발기

11 : 증발실

2 : 응축관 다발

21 : 횡형부

22 : 연결부

23 : 공급부

24 : 배출부

25 : 기수 분리기

3 : 농염수 이동수단

31 : 관통부

32 : 연결관

33 : 공급관

34 : 배출관

4 : 농염수 순환펌프

5 : 농염수 가열기

6 : 농염수 배출펌프

Claims (5)

1. 삭제
2. 다수의 증발실(11)을 포함하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기에 있어서, 상기 증발기(1)는 상기 각 증발실(11)의 상부에 구비된 응축관 다발(2)의 설치 방향과 평행한 방향의 하부로 증발 농염수가 이동되도록 하는 농염수 이동수단(3)을 포함하고,

   상기 응축관 다발(2)의 각 응축관에서 이동되는 쿨링 농염수의 이동방향과 상기 증방 농염수의 이동 방향은 상호 반대 방향으로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 각 증발실(11)은 횡열과 종열로 구획되어 다수로 구비되는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기
4. 제 3항에 있어서, 상기 응축관 다발(2)은, 각 열을 구성하는 증발실(11)들에 관통 구비된 횡형부(21)와, 각각의 횡형부(21)를 단일로 연통되게 연결하는 연결부(22)와, 제일 후방의 횡형부(21)로 쿨링 농염수를 공급하는 공급부(23)와, 제일 전방의 횡형부(21)로부터 배출되는 쿨링 농염수를 농염수 가열기(5)로 공급하는 배출부(24)로 구성되며;

   상기 농염수 이동수단(3)은 상기 농염수 가열기(5)에서 배출되는 증발 농염수를 상기 응축관 다발(2)의 설치 방향과 평행하게 각 증발실(11)을 거쳐 농염수 배출펌프(6)로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기.
5. 제 4항에 있어서, 상기 농염수 이동수단(3)은,

   각 증발실(11)의 양 측벽의 하부에 구비된 관통부(31)와,

   각 상기 연결부(22)가 구비되어 있는 각 증발실(11)의 관통부(31)를 상기 각 연결부(22)와 평행하게 연결하는 다수의 연결관(32)과,

   상기 응축관 다발(2)의 배출부(24)가 구비된 증발실(11)의 관통부(31)와 농염수 가열기(5)를 상호 연결하는 공급관(33)과,

   상기 응축관 다발(2)의 공급부(23)가 구비된 증발실(11)의 관통부(31)와 농염수 배출펌프(6)를 상호 연결하는 배출관(34),

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 증발법 담수화설비용 증발기.

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