KR101769949B1 - Evaporation and concentration system and method having improved energy efficiency - Google Patents

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Abstract

The present invention provides an evaporation and concentration system and a method thereof with the improved efficiency of energy consumption, capable of evaporating and concentrating a large amount of high concentration waste water. The system includes: a waste water pretreating part primarily removing solids from waste water by using chemicals or a filter; a preheater preheating the pretreated water by using condensate water supplied from a condensate pump; a first evaporator evaporating the pretreated water, which has gone through the preheater, to make concentrate; a second evaporator re-concentrating the concentrate of which temperature is increased through a second heat exchanger; a concentration tank storing the concentrate more concentrated through the second evaporator; and a concentration pump transferring the concentrate from the second evaporator to the concentration tank.

Description

에너지 소비 효율이 향상된 증발농축시스템 및 증발농축방법{Evaporation and concentration system and method having improved energy efficiency}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an evaporation concentration system and an evaporation concentration system,

본 발명은 폐수를 증발농축시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고농도 폐수를 대용량으로 처리 가능하면서 투입되는 열에너지를 절약할 수 있는 에너지 소비 효율이 향상된 증발농축시스템 및 증발농축방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for concentrating wastewater, and more particularly, to an evaporation concentration system and an evaporation concentration method that can reduce the amount of heat energy to be supplied while treating a high concentration wastewater at a high capacity .

일반적으로 공업 폐수 등을 정화하여 처리하는 방법으로는, 응집제를 폐수에 투여하여 응집된 이물질이 침강되도록 하여 제거하는 방법과, 폐수 중에 포함된 이물질을 스크린으로 걸러내어 제거하는 방법이 있다. Generally, as a method for purifying and treating industrial wastewater or the like, there is a method in which a coagulant is added to wastewater to precipitate coagulated foreign substances, and a method in which foreign matter contained in wastewater is screened and removed.

또한, 1차적으로 이물질이 걸러진 폐수를 2차 처리시설인 증발농축기로 공급하여서, 증발농축기에서 폐수를 가열하여 증발시키고 잔류하는 슬러지를 분리시키고 방법도 사용된다.Also, the wastewater filtered primarily by the foreign matter is supplied to the evaporation concentrator, which is the secondary treatment facility, and the waste water is heated in the evaporator to evaporate and separate the residual sludge.

이와 같은 증발농축기를 이용한 폐수 처리 과정은 폐수를 증기와 잔류농축액으로 분리하는 과정으로써, 농축과정의 반복에 따라 농축액의 농축도가 상승하게 되면 비점(沸點)이 상승하게 되어 증발효율이 급격하게 감소하게 된다.The wastewater treatment process using the evaporation concentrator is a process of separating the wastewater into steam and residual concentrate. When the concentration of the concentrate increases with the repetition of the concentration process, the boiling point rises and the evaporation efficiency decreases sharply do.

이때 농축액 중 무기염류 또는 유기염류가 제1증발기나 열교환기 내부에 부착되게 되어 열전달효율을 저하시킨다.At this time, inorganic salts or organic salts in the concentrated liquid adhere to the inside of the first evaporator or the heat exchanger, thereby lowering the heat transfer efficiency.

일예의 폐수 처리 장치가 대한민국 특허등록 제0870449호에 개시되어 있다. An example of a wastewater treatment apparatus is disclosed in Korean Patent Registration No. 0870449.

도 1에는 종래의 폐수 처리 장치의 일예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.Fig. 1 is a view schematically showing a configuration of an example of a conventional wastewater treatment apparatus.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 폐수 처리 장치는 챔버(10)와, 저온의 유체가 흐르는 냉각관을 구비하는 응축부(20)와, 결로현상으로 냉각관의 표면에 생성된 응축수를 수용하는 응축수받이(30) 및 응축수탱크(60)와, 냉각관으로 냉각수를 순환 공급하는 쿨링타워(40)와, 폐수를 가열하여 챔버(10) 내부로 공급하는 폐수가열부(50)를 구비한다.1, a conventional wastewater treatment apparatus includes a chamber 10, a condensing section 20 having a cooling pipe through which a low-temperature fluid flows, and a condensing section 20 for condensing the condensed water generated on the surface of the cooling pipe A cooling tower 40 for circulating and supplying cooling water to the cooling pipe and a wastewater for heating the wastewater to supply the wastewater into the chamber 10 is provided with a heating portion 50 .

이 장치는 가열된 폐수가 챔버(10) 내부를 경유할 때 폐수로부터 발생된 증기는 냉각관의 외주면에 응축되게 되므로 폐수 내 수분이 일정량 저감되며, 나머지 폐수들은 폐수탱크(70)로 회수되고 폐수가열부(50) 및 챔버(10)를 반복 순환하면서 폐수를 증기화하고 응축시켜서 최종적으로 소량의 슬러지만을 배출할 수 있도록 한 것이다.When the heated wastewater passes through the inside of the chamber 10, the steam generated from the wastewater is condensed on the outer circumferential surface of the cooling pipe, so that the water content in the wastewater is reduced by a certain amount. The remaining wastewater is recovered into the wastewater tank 70, The heating unit 50 and the chamber 10 are repeatedly circulated while the wastewater is vaporized and condensed so that only a small amount of sludge can finally be discharged.

그러나 상기와 같은 장치는 폐수가열부(50)에 의해서 가열된 폐수의 증기가 그대로 챔버(10)내에서 응축되어 배출됨으로써, 발생된 폐수의 증기열을 재활용할 수 없게 된다. 이에 따라서 폐수를 가열시키기 위한 에너지소비가 커질 뿐만 아니라 폐수탱크(70), 폐수가열부(50) 및 챔버(10)를 순환하는 폐수의 반복 순환횟수가 증가되어 폐수처리시간이 길어지게 된다. However, in such an apparatus, the steam of the wastewater heated by the heating unit 50 is condensed and discharged in the chamber 10 as it is, so that the steam heat of the generated wastewater can not be recycled. As a result, the energy consumption for heating the wastewater is increased, and the number of repeated cycles of wastewater circulating through the wastewater tank 70, the wastewater heating unit 50, and the chamber 10 is increased, thereby increasing the wastewater treatment time.

한편, 일반적으로 별도의 응축기를 구비하지 않고, 증발량 전량을 증기압축기로 흡입하여 단열압축 후 다시 증발기의 열원으로 재이용하는 시스템을 MVR(Mechanical Vapor Precompression) 시스템이라 한다. On the other hand, in general, a system that does not have a separate condenser and sucks the entire evaporation amount into the vapor compressor, reuses the evaporation amount as the heat source of the evaporator after the adiabatic compression is referred to as an MVR (Mechanical Vapor Precompression) system.

MVR은 일반적으로 초기 설비 비용이 많이 소요되는 단점이 있으나, 대용량 증발농축에 적합한 장점이 있다. MVR은 고농도 폐수, 즉 Scale 유발물질이 많은 경우와 포화농도가 낮아 석출물질이 많은 경우 사용이 어렵고 저농도 폐수에 적합하다. 이유는, 고농도 폐수의 증발 농축 과정에서 석출 결정의 증가에 따라 급격한 BPR(Boiling Point Rising: 끓는 점 상승)이 발생하는데, 이로 인하여 증기 압축비를 통상의 압축비보다 약 2~3배에 이르도록 채택하여야 하기 때문에, 통상의 증발량 대비 동력사용량도 2~3배에 이르러 운영비 측면에서 불리하기 때문이다. MVR generally has a disadvantage in that initial equipment cost is high, but it is suitable for large-volume evaporation concentration. MVR is difficult to use when high concentration wastewater, that is, scale-inducing substance, and saturated concentration are low, and is suitable for low concentration wastewater. The reason is that the boiling point rising (BPR) occurs due to the increase of precipitation crystals in the evaporation concentration process of the high concentration wastewater. Therefore, the vapor compression ratio should be adopted to be about 2 ~ 3 times higher than the normal compression ratio Therefore, the amount of power consumption compared to the normal evaporation amount is 2 to 3 times, which is disadvantageous in terms of operating cost.

이에 에너지소비량을 절감하면서 대용량의 처리가 가능한 MVR의 장점을 살리고, 동시에 고농도 폐수를 처리할 수 있는 시스템 및 증발농축방법을 고안할 필요성이 크게 대두된다. Therefore, there is a great need to devise a system capable of treating high-concentration wastewater and a method of concentrating the evaporation, while taking advantage of the MVR capable of mass-processing while reducing energy consumption.

대한민국 특허등록 제0870449호Korean Patent Registration No. 0870449

본 발명의 목적은, 열에너지를 투입하여 폐수를 증발시켜 고체상의 물질을 배출하는 증발농축시스템에서 투입되는 열에너지를 효과적으로 절감할 수 있고, 고농도 폐수를 대용량으로 증발농축할 수 있는 고효율의 증발농축시스템 및 증발농축방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a highly efficient evaporation and concentration system capable of effectively reducing thermal energy applied in an evaporation and concentration system for discharging a solid material by evaporating waste water by injecting thermal energy and capable of evaporating and concentrating high- And a method for concentrating the evaporation.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 처리 대상인 폐수에 약품처리 또는 거름망을 이용하여 고형물을 1차로 제거하는 폐수 전처리부;It is an object of the present invention to provide a wastewater treatment apparatus for treating a wastewater to be treated as a wastewater by first treating a solid matter using a chemical treatment or a filtering network;

상기 전처리부를 거친 전처리수를 응축 펌프로부터 공급되는 응축수를 이용하여 예열하는 예열기;A preheater for preheating pre-treatment water passed through the pre-treatment section using condensed water supplied from a condensing pump;

상기 예열기를 거친 전처리수를 증발시켜 농축액으로 만드는 제1증발기;A first evaporator for evaporating the pretreated water through the preheater to produce a concentrated liquid;

상기 제1증발기의 내부에서 증발되어 농축된 농축액을 상기 제1증발기 상부의 제1열교환기로 이송하는 제1순환 펌프;A first circulation pump for transferring the concentrated liquid evaporated in the first evaporator to the first heat exchanger in the first evaporator;

상기 증발기의 상부에 배치되어 증기 재압축기로부터 공급되는 증기와 보일러로부터 보조 스팀 공급 라인(101)을 따라 공급되는 증기(motive steam)의 열을 열원으로 하여 상기 제1증발기를 순환하는 농축액을 가열하는 제1열교환기; A condenser circulating in the first evaporator is heated using steam of a motive steam supplied from the boiler supplied from the boiler and the steam supplied from the steam recompressor provided in the upper portion of the evaporator, A first heat exchanger;

상기 제1증발기 내부에서 발생한 증기를 재압축하여 상기 제1증발기 내부로 다시 투입하는 증기 재압축기; A steam recompressor for re-compressing the steam generated in the first evaporator and returning it to the inside of the first evaporator;

상기 제1증발기에서 농축된 농축액을 승온시키는 제2열교환기; A second heat exchanger for raising the concentrated liquid concentrated in the first evaporator;

상기 제2열교환기에서 승온된 농축액을 다시 농축하는 제2증발기; A second evaporator for concentrating again the concentrated liquid heated by the second heat exchanger;

상기 제2증발기(810)에서 발생한 증기 중 일부를 상기 제2열교환기(820)로 다시 공급하도록 제2증발기와 제1열교환기를 연결하거나 또는 선택적으로 제2증발기와 증기 재압축기 흡입측을 연결하는 증기 재생 관로(A); A second evaporator and a first heat exchanger are connected to supply a part of the steam generated in the second evaporator 810 to the second heat exchanger 820 or alternatively to a second evaporator and a steam aspirator A steam recovery pipe (A);

상기 제2증발기에서 발생한 증기(vapor)와, 보일러에서 생성되어 보조 증기 공급 라인(101)을 따라 공급되는 고온 고압의 증기(motive steam)를 홉입하여 제2열교환기으로 공급하는 스팀 이젝터(840); A steam ejector 840 for introducing vapor generated in the second evaporator and high temperature and high pressure motive steam generated in the boiler and supplied along the auxiliary steam supply line 101 to the second heat exchanger, ;

상기 제2증발기에서 농축된 농축액의 일부를 상기 제2열교환기로 이송하여 상기 제2증발기로 재순환시키는 제2순환 펌프; A second circulation pump for transferring a part of the concentrated liquid concentrated in the second evaporator to the second heat exchanger and recirculating a part of the concentrated liquid to the second evaporator;

상기 제2증발기에서 더욱 농축된 농축액을 저장하는 농축 탱크; 및 A concentrating tank for storing a concentrate further concentrated in the second evaporator; And

상기 제2증발기로부터 상기 농축 탱크로 농축액을 이송하는 농축 펌프를 포함하는 에너지 소비 효율이 향상된 증발농축시스템을 제공함으로써 달성된다. And an enrichment pump for transferring the concentrated liquid from the second evaporator to the enrichment tank.

여기서, 상기 제1열교환기는 연직 방향과 나란하게 연장된 복수의 가열관을 구비하고, 전처리수 또는 한번 이상의 증발농축 과정을 거친 농축액이 상기 가열관의 표면을 타고 내리면서 상기 가열관으로부터 공급되는 열에 의해 증발되는 것일 수 있다. The first heat exchanger is provided with a plurality of heating tubes extending in parallel to the vertical direction, and a concentrate which has been subjected to the pretreatment water or one or more evaporation and concentration steps rides on the surface of the heating tube, Lt; / RTI >

여기서, 상기 증기 재압축기는 상기 가열관의 입구 측에 배치된 단부로부터 상기 가열관 내부로 증기를 공급하는 것일 수 있다. Here, the steam recompressor may supply steam to the inside of the heating pipe from the end disposed at the inlet side of the heating pipe.

여기서, 상기 스팀 이젝터로부터 상기 제1열교환기를 연결하는 증기 재생 관로 상의 증기 압력이 상기 제1열교환기 쉘 내부에 비해 높지 않은 경우에 상기 제2열교환기와 상기 증기 재생 관로를 연결하는 압력 보충 관로(C)가 존재하고, Here, when the steam pressure on the steam regenerating pipe connecting the first heat exchanger from the steam ejector is not higher than that in the first heat exchanger shell, the pressure regulating pipe C Lt; / RTI >

상기 제2열교환기 쉴 내부의 증기 압력이 상기 제1열교환기 및 상기 증기 재생 관로(A) 내부의 증기 압력에 비해 높아서 상기 제2열교환기의 내부 증기의 일부가 상기 압력 보충 관로(C)를 통하여 유입되어 상기 증기 재생 관로(A) 상의 증기가 상기 제1열교환기로 유입되도록 하는 것일 수 있다. The steam pressure inside the second heat exchanger is higher than the steam pressure inside the first heat exchanger and the steam regeneration pipe (A), so that a part of the inner steam of the second heat exchanger flows into the pressure supplement pipe (C) So that steam on the steam regenerating line (A) flows into the first heat exchanger.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 폐수를 화학약품을 이용하여 부유물을 침전시키거나 타공망이나 필터를 사용하여 부유물을 걸러내는 전처리 단계; It is another object of the present invention to provide a method and a device for treating wastewater, comprising: a pretreatment step of precipitating suspended solids using a chemical agent or filtering suspended solids using a perforated mesh or a filter;

상기 전처리수를 제1증발기 내부로 유입시킨 후 열에너지를 투입하여 수분을 증발 시키면서 농축하는 전단 증발농축 단계; A step of introducing the pretreated water into the first evaporator and then introducing heat energy to concentrate the water while evaporating the water;

상기 증발농축 단계에서 발생한 증기를 단열압축 과정으로 승압 및 승온 시킨 후 증발농축 단계가 수행되는 상기 제1증발기 내로 재투입하는 증기 재압축 단계; Compressing the vapor generated in the evaporation concentration step to an adiabatic compression process, raising the temperature of the vapor, and re-introducing the vapor into the first evaporator in which the evaporation concentration step is performed;

상기 제1증발기를 거친 농축액의 일부를 상기 제1증발기 후단에 위치하는 제2증발기로 공급한 후 상기 제2증발기에서 농축액을 증발농축하는 후단 증발농축 단계; 및 A post-evaporation concentration step of supplying a part of the concentrated liquid through the first evaporator to a second evaporator positioned at a rear end of the first evaporator, and then concentrating the concentrated liquid in the second evaporator; And

상기 제2증발기에서 발생한 증기 중 일부를 상기 제2증발기로 다시 공급하고, 일부를 제1증발기 또는 증기 재압축기의 흡입측으로 이송하는 증기 재생 단계를 포함하는 에너지 소비 효율이 향상된 증발농축방법을 제공함으로써 달성된다. And a steam regeneration step of supplying a part of the steam generated in the second evaporator to the second evaporator and transferring a part of the steam to the suction side of the first evaporator or the vapor recompressor, .

여기서, 상기 증기 재생 단계에서 일부 증기를 상기 제1증발기로 이송하는 경우에, 상기 증기 재생을 수행하는 스팀 이젝터로부터 상기 제1열교환기를 연결하는 증기 재생 관로 상의 증기 압력이 상기 제1열교환기 쉘 내부에 비해 높지 않은 것에 대비하여 상기 제2열교환기와 상기 증기 재생 관로를 연결하는 압력 보충 관로(C)가 존재하고, Here, in the case of transferring some of the steam to the first evaporator in the steam regeneration step, the steam pressure on the steam regeneration line connecting the first heat exchanger from the steam ejector performing the steam regeneration may be supplied to the inside of the first heat exchanger shell There is a pressure supplement pipe (C) connecting the second heat exchanger and the steam regenerating pipe to the second heat exchanger,

상기 제2열교환기 쉴 내부의 증기 압력이 상기 제1열교환기 및 상기 증기 재생 관로 내부의 증기 압력에 비해 높아서 상기 제2열교환기의 내부 증기의 일부가 상기 증기 재생 관로에 유입되어 상기 증기 재생 관로 상의 증기가 상기 제1열교환기로 유입되도록 하는 증기 재생 단계를 더 포함할 수 있다. The steam pressure inside the second heat exchanger is higher than the steam pressure inside the first heat exchanger and the steam regeneration pipe so that a part of the inner steam of the second heat exchanger flows into the steam regeneration pipe, And a steam regeneration step of allowing the steam to flow into the first heat exchanger.

본 발명에 의하면, 증기 재압축기를 사용하여 대용량으로 폐수를 증발농축할 수 있는 MVR 시스템의 장점을 살리면서 기존의 MVR 시스템이 고농도의 폐수 처리에 적합하지 않았던 한계를 극복할 수 있게 한다. According to the present invention, the MVR system capable of evaporating and concentrating the wastewater in a large capacity by using the steam recompressor can be advantageously used, and the conventional MVR system can overcome the limitation that it is not suitable for the wastewater treatment at a high concentration.

특히, 본 발명에 의하면 고농도 폐수 처리에 적합하도록 유속을 증가시키는 스팀 이젝터를 사용하면서 고농도 폐수 처리를 가능하게 하고, 동시에 스팀 이젝터로 유입되지 못하는 증기를 응축기 측으로 배출하지 않고 전단에 위치하는 제1증발기의 열원으로 활용함으로써 에너지 소비 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. Particularly, according to the present invention, high-concentration wastewater treatment can be performed while using a steam ejector that increases the flow rate so as to be suitable for treatment of high concentration wastewater, and at the same time, the steam, which can not flow into the steam ejector, The energy consumption efficiency can be improved remarkably.

또한, 스팀 이젝터로 유입되지 못한 증기의 압력이 낮은 경우에는 제2열교환기의 증기를 일부 혼입하여 증기의 압력을 높임으로써 제1증발기 내부로의 스팀 유입이 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다. In addition, when the pressure of the steam which can not flow into the steam ejector is low, the steam of the second heat exchanger is partially mixed to increase the steam pressure, so that the steam can be smoothly introduced into the first evaporator.

또한, 종래의 MVR 시스템에서는 별도의 건조기 등 후단의 추가적인 농축이 필요하였으나, 본 발명에서는 전단의 제1증발기에 투입되는 증기는 증기 재압축기로부터 공급하고 후단의 스팀 이젝터로 흡입되는 증기를 공급하고, 각각의 증발기에서 순환하면서 증발농축함으로써 별도의 건조기 등 후단의 추가적인 농축이 불필요하다. In addition, in the conventional MVR system, additional concentration of the downstream end of the dryer is required. However, in the present invention, the steam fed to the first evaporator at the front end is supplied from the steam recompressor and supplied to the downstream steam injector, It is not necessary to further concentrate the subsequent stage such as a separate dryer by circulating and concentrating the vapor in each evaporator.

도 1은 대한민국 특허등록 제0870449호에 개시된 폐수 처리 장치의 일예를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 소비 효율이 향상된 증발농축시스템의 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
1 is a view showing an example of a wastewater treatment apparatus disclosed in Korean Patent Registration No. 0870449.
2 is a schematic view showing a configuration of an embodiment of an evaporation and concentration system with improved energy consumption efficiency according to the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어에 관하여 미리 설명하면, "전처리수"는 전처리 단계를 거쳐 증발농축시스템으로 유입되는 폐수를 지칭하고, "농축액"은 증발기에서의 증발농축을 거친 폐수 또는 증발기를 순환하는 폐수를 지칭하며, "농도"는 폐수가 증발되면서 농축된 정도를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 "증기"는 보일러에서 발생시킨 Motive steam 또는 증발기 내에서의 증발농축 과정에서 발생한 Vapor를 모두 지칭하는 용어로 사용된다. The term " concentrate "refers to wastewater that has been subjected to evaporation concentration in an evaporator or wastewater that has been circulated through an evaporator. The term " pre-treatment water "Quot; concentration "refers to the degree to which the wastewater is condensed as it evaporates. In describing the present invention, the term "steam" is used to refer to both motive steam generated in a boiler or vapor generated in an evaporation concentration process in an evaporator.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명에 따른 증발농축시스템의 실시예를 보여주는 도면이 도시되어 있다. FIG. 2 is a view showing an embodiment of an evaporation concentration system according to the present invention.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 증발농축시스템은, 제1예열기(505), 공급 탱크(600), 제2예열기(605), 제1증발기(710), 제1순환 펌프(730), 제1열교환기(720), 증기 재압축기(740), 제2증발기(810), 제2열교환기(820), 제2순환 펌프(830), 스팀 이젝터(840)를 포함한다. 2, the evaporation and concentration system according to the present invention includes a first preheater 505, a supply tank 600, a second preheater 605, a first evaporator 710, a first circulation pump 730 A second evaporator 810, a second heat exchanger 820, a second circulation pump 830, and a steam ejector 840. The first heat exchanger 720, the vapor recompressor 740, the second evaporator 810, the second heat exchanger 820,

상기 제1예열기(505)는 제1열교환기(720) 입구측으로부터 증기를 일부 분기하여 농축 대상인 전처리수를 예열한다. 여기서 전처리수는 처리 대상인 폐수에 약품처리 등의 화학적 방법을 사용 하거나 또는 거름망을 이용하여 물리적 방법을 사용하여 폐수 중의 고형물, 부유물 등이 1차로 제거된 상태의 폐수를 지칭한다. The first preheater 505 partially branches the steam from the inlet side of the first heat exchanger 720 to preheat the pretreated water to be concentrated. Herein, the pretreated water refers to wastewater in which solids, suspended matters, and the like in the wastewater are firstly removed by using a chemical method such as chemical treatment or the like using a physical method using wastewater to be treated.

상기 공급 탱크(600)는 상기 제1예열기(505)를 거친 전처리수를 제1증발기(710)로 공급하기 전에 보관한다. The supply tank 600 stores the pre-treatment water passed through the first pre-heater 505 before supplying the pretreated water to the first evaporator 710.

상기 제2예열기(605)는 상기 공급 탱크(600)로부터 상기 제1증발기(710)로 유입되는 전처리수를 응축 펌프로부터 공급되는 응축수를 이용하여 2차로 예열한다. The second preheater 605 preheats the pre-treatment water flowing into the first evaporator 710 from the supply tank 600 by using the condensed water supplied from the condensing pump.

상기 제1증발기(710)는 상기 제1예열기(505)를 거친 전처리수와 제1증발기(710)를 통과한 후 제1증발기(710)로 다시 순환되어 유입되는 농축액을 증발시켜 농축한다. 여기서 농축액은 전처리수가 제1증발기(710)를 한번 이상 거쳐 농축된 폐수를 지칭한다. 상기 제1증발기(710) 내부의 농축액의 수위는 일정하게 유지된다. 제1가변 밸브(660)가 상기 공급 탱크(600) 및 상기 제2예열기(605)와 상기 제1증발기(710) 사이에 배치되어 전처리수의 제1증발기(710)로의 유입량을 조절하여 제1증발기(710) 내부의 수위를 유지할 수 있다. The first evaporator 710 is circulated through the first pre-heater 505 and the first evaporator 710 after being circulated through the first evaporator 710, and is concentrated by evaporating the concentrated liquid. Herein, the concentrated liquid refers to wastewater which is concentrated through the first evaporator 710 by the pretreated water. The level of the concentrated liquid in the first evaporator 710 is kept constant. A first variable valve 660 is disposed between the supply tank 600 and the second pre-heater 605 and the first evaporator 710 to regulate the inflow amount of the pretreated water into the first evaporator 710, The water level in the evaporator 710 can be maintained.

상기 제1순환 펌프(730)는 상기 제1증발기(710)의 내부에서 증발되어 농축된 농축액을 상기 제1증발기(710) 상부의 제1열교환기(720)로 이송하여 농축액을 제1증발기(710)로 재순환시키는 기능을 한다. 상기 제1순환 펌프(730)는 제1증발기(710) 내부에서 농축된 모든 농축액을 제1증발기(710) 내부로 재순환하는 것은 아니고 아래에서 설명하는 조건에 따라 일부의 농축액만을 재순환 시킨다. The first circulation pump 730 conveys the concentrated liquid evaporated in the first evaporator 710 to the first heat exchanger 720 in the upper portion of the first evaporator 710 and supplies the concentrated liquid to the first evaporator 710 710). The first circulation pump 730 does not recycle all of the concentrated liquid concentrated in the first evaporator 710 into the first evaporator 710 but recirculates only some of the concentrated liquid according to the conditions described below.

상기 제1열교환기(720)은 상기 제1증발기(710)의 상부에 배치되어 상기 제1증발기(710)를 순환하는 농축액을 가열한다. The first heat exchanger 720 is disposed above the first evaporator 710 to heat the concentrate circulating the first evaporator 710.

상기 증기 재압축기(740)는 상기 제1증발기(710) 내부에서 발생한 증기를 단열압축하여 상기 제1열교환기(720) 내부로 다시 투입한다. 보일러로부터 보조 증기 공급 라인(101)을 통해 공급되는 증기가 증기 재압축기에서 공급하는 증기와 함께 상기 제1열교환기(720) 내부로 유입되어 증발 열원으로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 증기 압축기(740)는 기계식 증기 재압축기(MVR: Mechanical Vapor Recompressor)로서, 제1증발기(710)에서 발생한 증기를 단열 압축하여 제1증발기(710) 내부로 재순환시키는 기능을 한다. 이 과정에서 증기의 온도는 섭씨 5도 내지 15도 정도 상승한다. The steam recompressor 740 adiabatically compresses the steam generated in the first evaporator 710 and puts it into the first heat exchanger 720 again. The steam supplied from the boiler through the auxiliary steam supply line 101 flows into the first heat exchanger 720 together with the steam supplied from the steam recompressor and is used as an evaporation heat source. The vapor compressor 740 used in the present invention is a mechanical vapor recompressor (MVR), which functions to adiabatically compress the vapor generated in the first evaporator 710 and recycle it into the first evaporator 710 . In this process, the temperature of the steam increases from 5 ° C to 15 ° C.

상기 제2열교환기(820)는 상기 제1증발기에서 농축된 농축액을 승온시키고 상기 제2증발기(810)로 연결된다. The second heat exchanger 820 increases the concentration of the concentrated liquid in the first evaporator and is connected to the second evaporator 810.

상기 제2증발기(810)는 상기 제2열교환기(820)에서 승온된 농축액을 다시 농축하는 기능을 수행한다. 상기 제2증발기(810)에서 발생한 증기(vapor)는 일부는 스팀 이젝터(840)로 흡입되고 나머지는 제1열교환기(720)의 열원으로 공급된다. The second evaporator 810 functions to concentrate the concentrated liquid heated in the second heat exchanger 820 again. A portion of the vapor generated in the second evaporator 810 is sucked into the steam ejector 840 and the remaining portion of the vapor is supplied to the heat source of the first heat exchanger 720.

상기 스팀 이젝터(840)는 상기 제2증발기(810)에서 발생한 증기 중 일부 보일러로부터 공급되는 증기(motive steam)을 혼합하여 제2열교환기의 열원으로 공급한다. 보일러로부터의 증기는 보조 증기 공급 라인(101)을 통하여 스팀 이젝터(840)로 공급된다. The steam ejector 840 mixes motive steam supplied from some of the boilers generated in the second evaporator 810 and supplies the mixed steam to the heat source of the second heat exchanger. Steam from the boiler is supplied to the steam ejector 840 through the auxiliary steam supply line 101.

상기 제2순환 펌프(830)는 상기 제2증발기(810)에서 농축된 농축액의 일부를 상기 제2열교환기(820)로 이송하여 상기 제2증발기(810)로 재순환시킨다. The second circulation pump 830 transfers part of the concentrated liquid concentrated in the second evaporator 810 to the second heat exchanger 820 and recycles the second evaporator 810 to the second evaporator 810.

한편, 제2증발기(810)에서의 농축이 완료된 농축액은 농축 펌프(835)에 의해 농축 탱크로 이송되어 저장된다. On the other hand, the concentrated liquid in the second evaporator 810 is transferred to the concentration tank by the concentration pump 835 and stored.

이하에서는 이상의 구성을 가지는 본 발명에 따른 증발농축장치의 작용에 관하여 설명한다. Hereinafter, the operation of the evaporation concentration apparatus according to the present invention having the above-described structure will be described.

본 발명은 종래의 MVR 시스템에서 1차 농축을 통하여 낮은 비용으로 대용량의 폐수를 증발농축할 수 있는 장점을 그대로 유지한다. 또한, 스팀 이젝터(840)를 사용하여 열교환기 전열관내 유속을 일정속도 이상으로 순환시킴으로써 스케일 부착 방지가 가능하여 고농도 폐수의 처리가 가능하게 한다. 즉, 고농도 폐수를 대용량으로 처리가 가능하도록 하는 구성이다. The present invention maintains the advantage of evaporating and concentrating a large amount of wastewater at low cost through the first concentration in the conventional MVR system. Further, by using the steam ejector 840, the flow rate in the heat transfer pipe of the heat exchanger is circulated at a constant speed or more, thereby preventing scale adhesion and enabling treatment of high concentration wastewater. That is, the high concentration wastewater can be treated in a large capacity.

보다 상세히 살펴보면, 제1증발기측은 열원을 증기 재압축기에 의해 공급되는 증기를 사용하고, 제2증발기(810)측에서는 스팀 이젝터(840)를 통해 증기를 공급하여 2차 농축을 통해 포화농도 이상의 과포화용액으로 농축하도록 함으로써 스케일 유발물질을 다량 포함한 고농도 폐수의 경우에도 대용량 처리가 가능하고, 동시에 별도의 건조기 등 후단의 추가적인 농축이 불필요하다. In more detail, the first evaporator uses the steam supplied by the vapor recompressor as a heat source, and the second evaporator 810 supplies steam through the steam ejector 840 to the supersonic solution , It is possible to treat a large amount of wastewater even in the case of high concentration wastewater containing a large amount of scale-inducing substances, and at the same time, additional concentration of the downstream end of a dryer or the like is unnecessary.

스팀 이젝터(840)(steam ejector)는 제2증발기(810)에서 발생한 증기의 약 50%(B)를 흡입하여 모티브 증기(motive steam)와 혼합한 후 제2증발기(810)의 열원으로 사용한다. 종래에 스팀 이젝터(840)에 흡입되지 않는 나머지 50%의 증기는 별도의 냉각수가 순환되는 응축기로 유입되어 응축시킴으로써 냉각탑을 통해 해당 열량만큼 대기 중으로 방열하였었다. The steam ejector 840 sucks about 50% (B) of the steam generated in the second evaporator 810 and mixes it with motive steam, and then uses the steam as the heat source of the second evaporator 810 . The remaining 50% of the steam, which has not been sucked into the steam ejector 840, flows into the condenser where the additional cooling water is circulated and is condensed, thereby releasing the steam to the atmosphere through the cooling tower.

그러나 본 발명은 대기 중으로 방열하는 해당 50%의 증기의 열량을 회수하여 시스템의 효율을 크게 향상시킨다. 즉, 제2증발기(810)에서 증발된 수증기 중 스팀 이젝터(840)에서 흡입하지 못한 나머지 수증기(A)를 전단의 제1증발기의 열원으로 흡수하여 열량을 이용한다.However, the present invention greatly improves the efficiency of the system by recovering the heat amount of the corresponding 50% of the steam radiating to the atmosphere. That is, the remaining steam (A) that has not been sucked by the steam ejector 840 among the steam vapor evaporated in the second evaporator 810 is absorbed as the heat source of the first evaporator at the previous stage, and the heat is used.

이때 제1증발기에 직접 투입하는 방식(도 2의 ①번 경로) 또는 증기 재압축기의 흡입측으로 유입시키는 방식(도 2의 ②번 경로) 모두 가능하다. In this case, both of the method (first route of FIG. 2) or the method of introducing the gas into the first evaporator (second route of FIG. 2) is possible.

1번으로 유입시킬 때는 압력 조건상 증기 재생 관로(A) 내부의 압력이 제1열교환기 및 제1증발기 쉘 내부 압력보다 낮은 경우가 발생할 수 있는데, 이 경우에는 충분한 압력을 확보하기 위해(제1열교환기 쉘 내부 압력보다 높아지도록) 도 2의 제2열교환기(820) 내부의 증기 중 일부를 혼합하여 해결할 수 있다. The pressure in the steam regeneration duct A may be lower than the pressure in the first heat exchanger and the first evaporator shell due to the pressure condition. In this case, in order to ensure a sufficient pressure (first heat exchange The pressure in the second heat exchanger 820 of FIG. 2 may be increased by mixing some of the steam in the second heat exchanger 820 of FIG.

또는 증기 재생 관로(A)의 유량을 조절하여 전단의 증기 재압축기의 흡입측으로 유입함으로써 증기 압력차를 고려하지 않고도 증기를 재활용하여 에너지 소모를 절감할 수 있다. Or by regulating the flow rate of the steam regeneration pipe (A) to flow into the suction side of the vapor recompressor at the upstream side, thereby reducing the energy consumption by recycling the steam without considering the steam pressure difference.

한편, 이상에서 설명한 증발농축시스템을 운영하는 방법에 해당하는 본 발명의 고효율 증발농축방법의 내용은 아래와 같다. The high-efficiency evaporation concentration method of the present invention, which corresponds to the method of operating the evaporation concentration system described above, is as follows.

본 발명에 따른 증발농축방법은 전처리 단계, 전단 증발농축 단계, 증기 재압축 단계, 후단 증발농축 단계 및 증기 재생 단계를 포함한다. The evaporation concentration method according to the present invention includes a pre-treatment step, a shear-evaporation concentration step, a vapor recompression step, a post-evaporation concentration step and a steam regeneration step.

상기 전처리 단계는 폐수를 화학약품을 이용하여 부유물을 침전시키거나 타공망이나 필터를 사용하여 부유물을 걸러내는 단계이다. In the pretreatment step, the waste water is precipitated with a chemical agent, or the floating matter is filtered using a perforated network or a filter.

상기 전단 증발농축 단계는 상기 전처리수를 제1증발기 내부로 유입시킨 후 열에너지를 투입하여 수분을 증발 시키면서 농축하는 단계이다. In the shear-evaporation concentration step, the pre-treatment water is introduced into the first evaporator and then heat energy is applied to concentrate the water while evaporating.

상기 증기 재압축 단계는 상기 전단 증발농축 단계에서 발생한 증기를 단열압축 과정으로 승압 및 승온 시킨 후 증발농축 단계가 수행되는 상기 제1증발기 내로 재투입하는 단계이다. The steam recompression step is a step in which the steam generated in the shear-end evaporation step is stepped up and raised to an adiabatic compression step, and then re-introduced into the first evaporator in which the evaporation step is performed.

상기 후단 증발농축 단계는, 상기 제1증발기를 거친 농축액의 일부를 상기 제1증발기 후단에 위치하는 제2증발기(810)로 공급한 후 상기 제2증발기(810)에서 농축액을 증발농축하는 단계이다. The post-evaporation concentration step is a step of supplying a part of the concentrated liquid through the first evaporator to the second evaporator 810 positioned at the rear end of the first evaporator, and then concentrating the concentrated liquid in the second evaporator 810 .

증기 재생 단계는, 상기 제2증발기(810)에서 발생한 증기 중 일부는 스팀 이젝터(840)에 의해 보일러에서 공급되는 증기와 함께 흡입되어 상기 제2증발기(810)로 다시 공급하고, 나머지 일부를 제1열교환기(720)의 고온 증기 입구측 또는 증기 재압축기(740)의 흡입측으로 이송하는 단계이다. In the steam regeneration step, a part of the steam generated in the second evaporator 810 is sucked together with the steam supplied from the boiler by the steam ejector 840 and is supplied to the second evaporator 810 again, 1 heat exchanger 720 to the high temperature steam inlet side or the vapor recompressor 740 suction side.

상기 증기 재생 단계에서 일부 증기를 상기 제1열교환기(720)로 이송하는 경우에, 상기 스팀 이젝터(840)로부터 상기 제1열교환기를 연결하는 증기 재생 관로(A) 상의 증기 압력이 상기 제1열교환기(720) 쉘 내부에 비해 높지 않은 경가 있을 수 있다. 이에 대비하여, 상기 제2열교환기(820)와 상기 증기 재생 관로(A)를 연결하는 압력 보충 관로(C)를 배치한다. 이와 같이 구성하면, 상기 제2열교환기(820) 쉴 내부의 증기 압력이 상기 제1열교환기 및 상기 증기 재생 관로(A) 내부의 증기 압력에 비해 높아서, 상기 제2열교환기(820)의 내부 증기의 일부가 상기 압력 보충 관로(C)를 통해 유입되어 상기 증기 재생 관로(A) 상의 증기가 상기 제1열교환기로 유입되도록 할 수 있다. 이러한 압력 보충 관로(C)를 활용하는 압력 보충 단계가 상기 증기 재생 단계에 더 포함될 수 있다. The steam pressure on the steam regenerating line A connecting the first heat exchanger from the steam ejector 840 is lower than the steam pressure on the steam regenerating line A connecting the first heat exchanger 720 to the first heat exchanger 720. [ There may be a case where the inner diameter of the shell 720 is not high. In order to solve this problem, a pressure supplement pipe (C) for connecting the second heat exchanger (820) and the steam recovery pipe (A) is disposed. The steam pressure inside the second heat exchanger 820 is higher than the steam pressure inside the first heat exchanger and the steam regenerating pipe A so that the steam pressure in the second heat exchanger 820 A portion of the steam may be introduced through the pressure supplement pipe (C) so that steam on the steam regeneration duct (A) may be introduced into the first heat exchanger. A pressure replenishing step utilizing this pressure replenishing line (C) may be further included in the steam regeneration step.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit of the invention.

101: 보조 증기 공급 라인
505: 제1예열기 600: 공급 탱크
605: 제2예열기 660: 가변 밸브
710: 제1증발기
720: 열교환기 725: 비중계
730: 제1순환 펌프 735: 제1농축 펌프
740: 증기 재압축기 750: 농축 탱크
780: 응축 펌프
790: 진공 펌프 810: 제2증발기
820: 제2열교환기 830: 제2순환 펌프
835: 농축 펌프 840: 스팀 이젝터
101: Auxiliary steam supply line
505: first preheater 600: supply tank
605: second preheater 660: variable valve
710: First evaporator
720: heat exchanger 725: specific gravity meter
730: first circulation pump 735: first enrichment pump
740: steam recompressor 750: enrichment tank
780: Condensate pump
790: Vacuum pump 810: Second evaporator
820: second heat exchanger 830: second circulation pump
835: Enrichment pump 840: Steam ejector

Claims (6)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 처리 대상인 폐수에 약품처리 또는 거름망을 이용하여 고형물을 1차로 제거하는 폐수 전처리부;
전처리수를 응축 펌프(780)로부터 공급되는 응축수를 이용하여 예열하는 예열기(605);
상기 예열기(605)를 거친 전처리수를 증발시켜 농축액으로 만드는 제1증발기(710);
상기 제1증발기(710)의 내부에서 증발되어 농축된 농축액을 상기 제1증발기(710) 상부의 제1열교환기(720)로 이송하는 제1순환 펌프(730);
상기 제1증발기(710)의 상부에 배치되어 증기 재압축기로부터 공급되는 증기와 보일러로부터 보조 스팀 공급 라인(101)을 따라 공급되는 증기(motive steam)의 열을 열원으로 하여 상기 제1증발기(710)를 순환하는 농축액을 가열하는 제1열교환기(720);
상기 제1증발기(710) 내부에서 발생한 증기를 단열압축 과정으로 재압축하여 승압 및 승온 시킨 후 상기 제1증발기(710) 내부로 다시 투입하는 증기 재압축기(740);
상기 제1증발기에서 농축된 농축액을 승온시키는 제2열교환기(820);
상기 제2열교환기(820)에서 승온된 농축액을 다시 농축하는 제2증발기(810);
상기 제2증발기(810)에서 발생한 증기 중 일부를 상기 제2열교환기(820)로 다시 공급하도록 제2증발기와 제1열교환기를 연결하거나 또는 선택적으로 제2증발기와 증기 재압축기 흡입측을 연결하는 증기 재생 관로(A);
상기 제2증발기에서 발생한 증기(vapor)와, 보일러에서 생성되어 보조 증기 공급 라인(101)을 따라 공급되는 고온 고압의 증기(motive steam)를 홉입하여 제2열교환기으로 공급하는 스팀 이젝터(840);
상기 제2증발기(810)에서 농축된 농축액의 일부를 상기 제2열교환기(820)로 이송하여 상기 제2증발기(810)로 재순환시키는 제2순환 펌프(830);
상기 제2증발기(810)에서 더욱 농축된 농축액을 저장하는 농축 탱크; 및
상기 제2증발기(810)로부터 상기 농축 탱크로 농축액을 이송하는 농축 펌프(835)를 포함하고,
상기 증기 재생 관로(A)가 상기 제2증발기(810)로부터 상기 제1열교환기(720)를 연결하고,
상기 증기 재생 관로(A) 상의 증기 압력이 상기 제1열교환기(720) 쉘 내부에 비해 높지 않은 경우에 대비하여 상기 제2열교환기(820)와 상기 증기 재생 관로(A)를 연결하는 압력 보충 관로(C)를 더 포함하여서,
상기 제2열교환기(820) 쉴 내부의 증기 압력이 상기 제1열교환기 및 상기 증기 재생 관로(A) 내부의 증기 압력에 비해 높아서 상기 제2열교환기(820)의 내부 증기의 일부가 상기 압력 보충 관로(C)를 통하여 상기 증기 재생 관로(A)로 유입되어서,
상기 증기 재생 관로(A) 상의 증기가 상기 제1열교환기로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 효율이 향상된 증발농축시스템.
A wastewater pretreatment unit for firstly removing solid matter by using a chemical treatment or a screening wastewater to be treated;
A preheater 605 for preheating the pretreated water using condensed water supplied from a condensing pump 780;
A first evaporator 710 for evaporating the pretreated water through the preheater 605 to produce a concentrated liquid;
A first circulation pump 730 for transferring the concentrated liquid evaporated in the first evaporator 710 to the first heat exchanger 720 on the first evaporator 710;
The first evaporator 710 is disposed above the first evaporator 710 and uses steam of a motive steam supplied from the boiler through the auxiliary steam supply line 101 as a heat source, A first heat exchanger 720 for heating the concentrate circulating in the first heat exchanger 720;
A steam recompressor 740 for re-compressing the steam generated in the first evaporator 710 by an adiabatic compression process, raising the pressure, raising the temperature, and returning the steam to the inside of the first evaporator 710;
A second heat exchanger (820) for heating the concentrated liquid concentrated in the first evaporator;
A second evaporator 810 for concentrating the concentrated liquid heated in the second heat exchanger 820 again;
A second evaporator and a first heat exchanger are connected to supply a part of the steam generated in the second evaporator 810 to the second heat exchanger 820 or alternatively to a second evaporator and a steam aspirator A steam recovery pipe (A);
A steam ejector 840 for introducing vapor generated in the second evaporator and high temperature and high pressure motive steam generated in the boiler and supplied along the auxiliary steam supply line 101 to the second heat exchanger, ;
A second circulation pump 830 for transferring a part of the concentrated liquid concentrated in the second evaporator 810 to the second heat exchanger 820 and recirculating a part of the concentrated liquid to the second evaporator 810;
A concentrating tank for storing the concentrated liquid further concentrated in the second evaporator 810; And
And a concentration pump (835) for transferring the concentrated liquid from the second evaporator (810) to the concentration tank,
The steam regenerating line A connects the first heat exchanger 720 from the second evaporator 810,
A pressure replenishment line connecting the second heat exchanger 820 and the steam regenerating line A in preparation for a case where the steam pressure on the steam regeneration line A is not higher than that in the shell of the first heat exchanger 720, Further comprising a conduit (C)
The steam pressure inside the second heat exchanger 820 is higher than the steam pressure inside the first heat exchanger and the steam regenerating pipe A so that a part of the inner steam of the second heat exchanger 820 is pressurized by the pressure Flows into the steam regenerating line (A) through the supplementary line (C)
So that steam on the steam recovery pipe (A) flows into the first heat exchanger.
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