KR20100016519A - Desalination apparatus and method of desalination - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 담수를 생성하기 위한 담수화 장치의 구성에 관한 것이다.The present invention relates to the construction of a desalination apparatus for generating fresh water.
해수(海水)로부터 음료용수를 생성하는 방법으로서 예를 들면 특허 문헌 1 및 2에 제안되어 있는 방법이 공지되어 있다. 이들 방법에서, 음용 응축수는 나노여과막을 이용하여 원래의 해수(raw seawater)로부터 스케일 성분(scale component)을 제거하고, 스케일 성분이 제거된 해수와 상기 원래의 해수를 혼합하며, 상기 혼합수를 공급수로서 다중효용(multi-effect) 증발기로 공급하여 상기 혼합수를 증류시킴으로써 생성된다.As a method of producing beverage water from seawater, for example, methods proposed in
특허 문헌 1: 일본특허공개 제2003-507183호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-507183
특허 문헌 2: 킹 압둘아지즈 시티 포 사이언스 앤 테크놀러지(King Abdulaziz City for Science and Technology), 사우디아라비아, 특허# 1000;30/7/2006.Patent Document 2: King Abdulaziz City for Science and Technology, Saudi Arabia, Patent # 1000; 30/7/2006.
본 발명에 의해 해결되어야 하는 문제들Problems to be solved by the present invention
다중효용 증발기로 공급됨으로써 처리될 미처리수에 포함된 황산칼슘과 같은 스케일 성분(scale component)은 온도가 높아지고 이에 따라 용해도가 낮아지는 경우에 증발기 내의 열전달 튜브의 표면에서 쉽게 석출(析出) 된다. 이러한 황산칼슘 스케일의 석출을 방지하기 위하여, 상기 증발기의 최고운전온도와, 공급되는 미처리수의 농축배율이 가능한 한 낮게 되도록 배치할 필요가 있다. 이는 음용 등을 위한 순수(pure water)를 효과적으로 생성하는데 어려움이 있는 문제가 있다.Scale components such as calcium sulfate contained in the raw water to be treated by being fed to the multi-effect evaporator are easily precipitated from the surface of the heat transfer tubes in the evaporator when the temperature is high and thus the solubility is low. In order to prevent precipitation of the calcium sulfate scale, it is necessary to arrange such that the maximum operating temperature of the evaporator and the concentrated magnification of the untreated water supplied are as low as possible. This has a problem in that it is difficult to effectively produce pure water for drinking and the like.
특허 문헌 #1에서 제안된 바와 같은 담수를 생성하는 방법에서, 증발기 내측에서의 스케일의 석출은 완전하게 방지될 수 없다. 그 결과, 증발기의 열효율은 악화 되고, 음용 응축수를 효율적으로 생성할 수 없게 된다. 한편, 특허문헌 #2의 청구항들 중 하나는 담수 시스템의 특정한 기술 없이 나노여과 사전처리를 이용하는 다중효용 담수화(MED: Multi Effect Distillation) 또는 증기압축 담수화(VCD: Vapour Compression Distillation) 방식의 담수 시스템에 관한 것이다.In the method of producing fresh water as proposed in
본 발명은 응축수를 효율적으로 생성할 수 있으면서 스케일의 석출을 방지할 수 있는 특허 문헌 #2에서 청구된 시스템에 근거하는 다중효용 담수화 장치의 특정 구성을 제공하는 데 있다.The present invention is to provide a specific configuration of a multi-effect desalination apparatus based on the system claimed in Patent Document # 2 that can efficiently generate condensate and prevent precipitation of scale.
문제를 해결하기 위한 수단Means to solve the problem
상기한 본 발명의 목적은 복수의 증발관을 구비하는 다중효용 증발기; 및 증기가 통과하는 복수의 열전달 튜브를 포함하고, 상기 복수의 열전달 튜브의 외표면으로 공급수를 공급함으로써 공급수로부터 증기 및 농축 염수가 생성되고, 선행 증발관에서 발생한 증기가 다음의 증발관에서의 열전달 튜브로 도입되어 상기 다음의 증발관에서 상기 증기가 열원으로서 이용될 수 있는 방식으로 상기 복수의 증발관은 서로 연결되며, 상기 복수의 증발관은 상류부터 하류까지 각각 배치되는 복수의 그룹(group)으로 분할되는 담수화 장치에 의해 달성될 수 있다. 상기 담수화 장치에는 스케일 성분 제거수를 생성하도록 미처리 원수에 포함된 스케일 성분의 적어도 일부분을 제거하는 스케일 성분 제거수단; 복수의 증발관 그룹에서 최상류에 위치되는 제1 증발관 그룹의 각 증발관의 열전달 튜브로, 미처리 원수와 스케일성분 제거수의 혼합수를 공급수로서 공급하는 혼합수 공급수단; 상기 제1 증발관 그룹 다음의 저온측에 위치되는 제2 증발관 그룹의 각 증발관의 열전달 튜브로, 상기 농축 염수와 상기 혼합수 공급수단에 의해 혼합된 혼합수를 혼합함으로써 제공된 희석수를 공급수로서 공급하는 희석수 공급수단이 더 제공된다.An object of the present invention described above is a multi-effect evaporator having a plurality of evaporation tube; And a plurality of heat transfer tubes through which steam passes, and by supplying the feed water to the outer surfaces of the plurality of heat transfer tubes, steam and concentrated brine are generated from the feed water, and the steam generated in the preceding evaporation tube is transferred to the next evaporation tube. The plurality of evaporation tubes are connected to each other in such a way that the vapor can be used as a heat source in the next evaporation tube, and the plurality of evaporation tubes are arranged from upstream to downstream, respectively. by a desalination apparatus divided into groups). The desalination apparatus includes: scale component removing means for removing at least a portion of scale components contained in raw raw water to produce scale component removing water; A heat transfer tube of each evaporation tube of the first evaporation tube group positioned at the most upstream in the plurality of evaporation tube groups, the mixed water supply means for supplying a mixed water of raw raw water and scale component removal water as supply water; A dilution water provided by mixing the concentrated brine and the mixed water mixed by the mixed water supply means is supplied to the heat transfer tubes of the respective evaporating tubes of the second evaporating tube group located on the low temperature side after the first evaporating tube group. Dilution water supply means for supplying as water is further provided.
이러한 담수화 장치에서, 상기 희석수 공급수단은 상기 제1 증발관 그룹에서 생성된 농축 염수와 상기 혼합수를 혼합함으로써 제공된 희석수를 상기 제2 증발관 그룹의 각 증발관의 열전달 튜브로 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다.In this desalination apparatus, the dilution water supply means is configured to supply the dilution water provided by mixing the concentrated brine generated in the first evaporation tube group and the mixed water to the heat transfer tubes of each evaporation tube of the second evaporation tube group. It is preferable to be.
상기 제1 및 제2 증발관 그룹 이외의 증발관 그룹 각각에는 각 증발관의 열전달 튜브로, 상기 제1 및 제2 증발관 그룹 이외의 복수의 증발관 그룹 중 어느 하나에서 생성된 농축 염수를 공급수로서 공급하는 농축염수 공급수단이 제공되는 것이 바람직하다.Each of the evaporation tube groups other than the first and second evaporation tube groups is supplied with a heat transfer tube of each evaporation tube, and concentrated brine generated in any one of a plurality of evaporation tube groups other than the first and second evaporation tube groups. It is preferable that a concentrated brine supply means for supplying water is provided.
또한, 상기 희석수 공급수단은 플래시 증발에 의해 생성된 농축 염수, 상기 제2 증발관 그룹에서 생성된 농축 염수 및 상기 혼합수 공급수단에 의해 제공된 혼합수를 혼합함으로써 제공된 희석수를 상기 제2 증발관 그룹의 각 증발관의 열전달 튜브로 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다.Further, the dilution water supply means may evaporate the dilution water provided by mixing concentrated brine produced by flash evaporation, concentrated brine produced in the second evaporation tube group, and mixed water provided by the mixed water supply means. It is preferably configured to feed into the heat transfer tubes of each evaporation tube of the tube group.
상기 스케일 성분 제거수단은 나노여과막 장치인 것이 바람직하다.The scale component removing means is preferably a nanofiltration membrane device.
상기한 본 발명의 목적은 복수의 증발관 및 증기가 통과하는 복수의 열전달 튜브를 포함하고, 상기 복수의 열전달 튜브의 외표면으로 공급수를 공급함으로써 공급수로부터 증기 및 농축 염수가 생성되고, 선행 증발관에서 발생한 증기가 다음의 증발관에서의 열전달 튜브로 도입되어 상기 다음의 증발관에서 증기가 열원으로서 이용될 수 있는 방식으로 상기 복수의 증발관은 서로 연결되며, 상기 복수의 증발관은 상류부터 하류까지 각각 배치되는 복수의 그룹(group)으로 분할되는 담수화 장치를 이용하여 담수를 생성하는 방법에 의해 달성될 수 있다. 상기 담수를 생성하는 방법은 스케일 성분 제거수를 생성하도록 미처리 원수에 포함된 스케일 성분의 적어도 일부분을 제거하는 스케일 성분 제거 단계; 상기 복수의 증발관 그룹에서 최상류에 위치되는 제1 증발관 그룹의 각 증발관의 열전달 튜브로, 미처리 원수와 스케일성분 제거수의 혼합수를 공급수로서 공급하는 혼합수 공급 단계; 상기 제1 증발관 그룹 다음의 저온측에 위치되는 제2 증발관 그룹의 각 증발관의 열전달 튜브로, 상기 농축 염수와 상기 혼합수 공급 단계에서 제공된 혼합수를 혼합함으로써 제공된 희석수를 공급수로서 공급하는 희석수 공급 단계를 포함한다.The object of the present invention described above includes a plurality of evaporation tubes and a plurality of heat transfer tubes through which steam passes, and by supplying supply water to the outer surfaces of the plurality of heat transfer tubes, steam and concentrated brine are generated from the supply water. The plurality of evaporation tubes are connected to each other in such a way that steam generated in an evaporation tube is introduced into a heat transfer tube in a next evaporation tube so that steam can be used as a heat source in the next evaporation tube, and the plurality of evaporation tubes are upstream. It can be achieved by a method for generating fresh water using a desalination apparatus divided into a plurality of groups each arranged from downstream to downstream. The fresh water generating method includes a scale component removing step of removing at least a portion of scale components included in raw raw water to produce scale component removing water; A mixed water supplying step of supplying mixed water of raw raw water and scale component removing water as supply water to a heat transfer tube of each evaporating tube of the first evaporating tube group positioned at the most upstream in the plurality of evaporating tube groups; A heat transfer tube of each evaporation tube of the second evaporation tube group located on the low temperature side after the first evaporation tube group, wherein dilution water provided by mixing the concentrated brine and the mixed water provided in the mixed water supplying step is supplied as supply water. Dilution water supplying step of supplying.
발명의 작용 효과Effects of the Invention
본 발명은 스케일의 석출을 방지하면서 고농축배율 값으로 고온에서 담수화 장치를 운전시킴으로써 응축수를 효율적으로 생성할 수 있는 담수화 장치 및 담수를 생성하는 방법을 제공한다.The present invention provides a desalination apparatus and a method of generating freshwater that can efficiently generate condensate by operating a desalination apparatus at a high concentration at a high concentration ratio while preventing precipitation of scale.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 담수화 장치를 개략적으로 나타내는 구성도.1 is a schematic view showing a desalination apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 나타낸 담수화 장치의 증발관(蒸發缶)을 개략적으로 나타내는 구성도.FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing an evaporation tube of the desalination device shown in FIG. 1. FIG.
도 3은 도 1에 나타낸 담수화 장치의 변형 예를 개략적으로 나타내는 구성도.3 is a configuration diagram schematically showing a modification of the desalination apparatus shown in FIG. 1.
도 4는 도 1에 나타낸 담수화 장치의 다른 변형 예를 개략적으로 나타내는 구성도.4 is a configuration diagram schematically showing another modified example of the desalination device illustrated in FIG. 1.
도 5는 도 1에 나타낸 담수화 장치의 또 다른 변형 예를 개략적으로 나타내는 구성도.FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing another modified example of the desalination device shown in FIG. 1. FIG.
도 6은 도 6에 나타낸 담수화 장치의 변형 예를 개략적으로 나타내는 구성도.FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a modification of the desalination apparatus shown in FIG. 6. FIG.
도 7은 도 1에 나타낸 담수화 장치를 이용하여 혼합수가 두 배로 농축되는 경우의 플로차트.FIG. 7 is a flowchart when the mixed water is twice concentrated using the desalination apparatus shown in FIG. 1. FIG.
도 8은 도 1에 나타낸 담수화 장치를 이용하여 혼합수가 세 배로 농축되는 경우의 플로차트.FIG. 8 is a flowchart when the mixed water is concentrated three times using the desalination apparatus shown in FIG. 1. FIG.
도 9는 제3 증발관 그룹에 혼합수를 공급하여 혼합수가 두 배로 농축되는 경우의 플로차트.FIG. 9 is a flowchart when the mixed water is concentrated twice by supplying the mixed water to the third evaporation tube group. FIG.
도 10은 제3 증발관 그룹에 혼합수를 공급하여 혼합수가 세 배로 농축되는 경우의 플로차트.10 is a flowchart when the mixed water is concentrated three times by supplying the mixed water to the third evaporation tube group.
도 11은 제5 증발관 그룹에 혼합수를 공급하여 혼합수가 두 배로 농축되는 경우의 플로차트.11 is a flowchart when the mixed water is concentrated twice by supplying the mixed water to the fifth evaporation tube group.
도 12는 제5 증발관 그룹에 혼합수를 공급하여 혼합수가 세 배로 농축되는 경우의 플로차트.12 is a flowchart when the mixed water is concentrated three times by supplying the mixed water to the fifth evaporation tube group.
참조 부호의 설명Explanation of Reference Marks
1: 담수화 장치1: desalination device
2: 증발기2: evaporator
2a 내지 2t: 증발관(蒸發缶)2a to 2t: evaporation tube
3A: 제1 증발관 그룹3A: first evaporator group
3B: 제2 증발관 그룹3B: second evaporator group
3C: 제3 증발관 그룹3C: third evaporator tube group
3D: 제4 증발관 그룹3D: fourth evaporator tube group
3E: 제5 증발관 그룹3E: Fifth Evaporator Group
4: 탱크4: tank
5: 스케일 성분 제거수단(나노여과막 장치)5: scale component removal means (nanofiltration membrane device)
6: 혼합수 공급수단6: Mixed water supply means
7: 희석수 공급수단7: dilution water supply means
8: 응축장치8: condenser
9: 농축염수 공급수단9: concentrated brine supply means
이하 본 발명에 따른 담수화 장치를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 담수화 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 담수화 장치의 증발관의 개략적인 구성도이다. 도면들에서의 각 구성요소는 그 구성의 이해를 용이하게 하기 위하여 부분적으로 확대하거나 축소되고, 이에 따라 실질적인 크기로 나타내지 않았음을 알 수 있다.Hereinafter, a desalination apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic configuration diagram of a desalination apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic configuration diagram of an evaporation tube of the desalination apparatus. It can be seen that each component in the figures is partially enlarged or reduced in order to facilitate understanding of the configuration, and thus is not shown in actual size.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 담수화 장치(1)에는 해수(seawater) 등의 미처리 원수를 저장하는 탱크(4), 미처리 원수에 포함된 스케일 성분을 제거하는 나노여과막(nanofiltration) 장치(5), 다중효용 증발기(2), 보일러(미도시) 등에 의하여 발생하는 고온의 구동 증기를 증발기(2)로 도입시키는 구동증기 덕트(10), 혼합수 공급수단(6), 희석수(diluting water) 공급수단(7) 및 응축장치(8)가 제공된다.As shown in FIG. 1, the
상기 나노여과막 장치(5)는 스케일성분 제거수를 생성하기 위하여 탱크(4)에 저장된 해수 등의 미처리 원수에 포함된 황산칼슘(CaSO4)과 같은 스케일 성분의 적어도 일부를 제거하고, 상기 응축장치(8)와 탱크(4) 사이에 배치되는 스케일 성분 제거수단이다. 상기 나노여과막 장치(5)는 주로 2가 이온을 제거하는 기능을 갖는다. 특히, 황산 이온을 효과적으로 제거할 수 있는 나노여과막 장치(5)가 바람직하다. 이러한 장치는 나노여과막 장치로 공급되는 미처리 원수(해수)로부터 스케일 성분이 효과적으로 제거되는 스케일성분 제거수를 생성할 수 있도록 한다.The
상기 증발기(2)는 복수의 증발관(蒸發缶)(2a 내지 2t)을 직렬로 연결함으로써 구성되고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 증발관 각각은 밀폐형 증발챔버(21), 간접식 히터(22) 및 공급수를 분무(spray)하기 위한 스프레이 노즐(23)을 구비한다. 상기 증발챔버(21)의 내측 저부는 열전달 튜브(221)에 의해 실행되는 열교환으로 인하여 간접식 히터(22)의 열전달 튜브(221)의 외표면으로 스프레이 노즐(23)을 통해 분무된 공급수를 증발시킴으로써 생성되는 농축 염수의 일부를 저장하는 농축염수 저장부(24)로서 기능을 한다. 상기 증발 챔버(21)의 내측 저부에는 선행 증발관에서 생성된 농축 염수를 도입시키기 위한 농축염수 입구(26a) 및 농축염수 저장부(24)에 저장된 농축 염수를 다음의 증발관(subsequent effect)으로 배출하기 위한 농축염수 출구(26b)가 더 제공된다. 상기 열전달 튜브(221)와 외부의 열교환에 의해 열전달 튜브(221)의 외표면에 생성되는 증기를 배출하기 위한 증기 출구(25a)는 증발 챔버(21)의 상부에 제공된다.The evaporator 2 is constituted by connecting a plurality of evaporating
상기 간접식 히터(22)는 증발 챔버(21)에 배치된 복수의 열전달 튜브(221), 상기 복수의 열전달 튜브(221)의 어느 일단에 각각 부착되는 제1 헤더(222) 및 제2 헤더(223)를 구비한다. 상기 제1 헤더(222)에는 증기를 열전달 튜브(221)로 도입시키기 위한 증기 입구부(25b) 및 다른 증발관에서의 열전달 튜브(221)에서 생성된 응축수를 도입시키기 위한 응축수 입구(27a)가 제공된다. 상기 제2 헤더(223)에는 열전달 튜브(221)와 열교환 함으로써 열전달 튜브(221)에서 생성된 응축수를 배출하기 위한 응축수 출구(27b)가 제공된다. 상기 제1 헤더(222)에 저장된 응축수의 양이 소정량 초과하는 경우, 상기 응축수는 최하부의 열전달 튜브(221)의 내측을 통해 제2 헤더(223)로 공급된다.The
상기 간접식 히터(22) 위에 배치되는 상기 스프레이 노즐(23)은 열전달 튜브(221)의 외표면 위에 공급수를 분무하기 위한 수단이다.The
도 1에 나타낸 바와 같이, 상류 증발관에서 생성된 증기가 열원으로서 중간 하류 증발관에서의 열전달 튜브(221)로 공급되도록 상류 증발관에서의 증기 출구(25a)가 증기 덕트(25)를 통해 중간 하류 증발관에서의 증기 입구(25b)에 연결되는 방식으로, 상기 증발관은 서로 연결된다. 상류 증발관에서의 농축염수 출구(26b)는 농축염수 공급덕트(26)를 통해 중간 하류 증발관에서의 농축염수 입구(26a)에 연결되어, 상류 증발관에서 생성된 다음, 농축염수 저장부(24)에 저장된 농축 염수는 중간 하류 증발관에서의 농축염수 저장부(24)로 공급된다. 상류 증발관에서의 응축수 출구(27b)는 응축수 덕트(27)를 통해 중간 하류 증발관에서의 응축수 입구(27a)에 연결되어, 상류 증발관에서의 열전달 튜브(221)에서 생성된 다음, 제2 헤더(223)에 저장된 응축수는 중간 하류 증발관에서의 간접식 히터(22)의 제1 헤더(222)로 공급된다.As shown in FIG. 1, the
보일러 등에 의해 생성된 구동 증기를 도입시키기 위한 구동증기 덕트(10)는 최상부 증발관(2a)에서의 간접식 히터(22)의 제1 헤더(222)의 증기 입구(25b)에 연 결된다. 최상부 증발관(2a)에서, 상기 응축수 입구(27a) 및 농축염수 입구(26a)는 불필요하다.The driving
후술할 응축장치(8)로 증기를 도입시키는 증기배출 덕트(51)는 최하류 증발관(2p)에서의 간접식 히터(22)의 제2 헤더(223)의 증기 출구(25a)에 연결되고, 응축수를 외부로 배출하기 위한 응축수 배출 덕트(53)는 응축수 출구(27b)에 연결된다. 또한, 상기 저장된 농축염수를 외부로 배출하기 위한 농축염수 배출 덕트(54)는 증발 챔버(21)의 저부에 형성된 농축염수 출구(26b)에 연결된다.A steam discharge duct 51 for introducing steam into the
이와 같이 구성된 증발기(2)에서의 복수의 증발관(2a 내지 2t)은 상류로부터 하류로 배치되는 복수의 그룹으로 분할된다. 보다 구체적으로, 상기 복수의 증발관은 상류로부터 하류로 순서대로 배열되는 제1 증발관 그룹(3A), 제 증발관 그룹(3B), 제3 증발관 그룹(3C). 제4 증발관 그룹(3D), 및 제5 증발관 그룹(3E)으로 그룹지어 진다. 증발관 그룹(3A 내지 3E) 각각은 4개의 증발관을 갖도록 구성된다. 증발관 그룹(3A 내지 3E) 각각의 증발관의 개수는 설계 조건 등에 따라 적절히 선택될 수 있다. 이러한 구조에서, 상기 구동 증기는 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최상류에 배치된 증발관(2a)으로 도입되기 때문에, 상기 제1 증발관 그룹(3A)에서의 작동 온도는 5개의 그룹 가운데 가장 높다. 작동 온도는 제2 증발관 그룹(3B)으로부터 제5 증발관 그룹(3E)으로 갈수록 감소한다. 각 증발관 그룹의 증발관에서의 작동 온도는 상류로부터 하류로 갈수록 감소한다.The plurality of
상기 혼합수 공급수단(6)은 나노여과막 장치(5)를 이용하여 미처리 원수로부터 스케일 성분의 적어도 일부를 제거함으로써 얻어진 스케일 성분 제거수와 탱 크(4)로부터 공급된 미처리 원수의 혼합수를, 처리될 처리수로서, 복수의 증발관 그룹(3A 내지 3E)에서의 최상류에 배치되는 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관에서의 열전달 튜브로 공급한다. 이러한 혼합수 공급수단(6)은 공급 펌프(미도시) 및 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관(2a 내지 2d) 각각의 스프레이 노즐(23)에 연결되는 혼합수 공급 덕트(61)를 구비한다. 스케일성분 제거수 공급 덕트(61)의 일부는 응축 장치(8) 내측에 제공되는 냉각부(미도시)를 통과하는 방식으로 구성되어, 상기 스케일성분 제거수 공급 덕트(61)를 통과하는 스케일성분 제거수는 응축 장치(8)로 공급된 증기를 응축하는 냉각제(coolant)로서 기능을 한다.The mixed water supply means 6 uses the
상기 희석수 공급수단(7)은 저온 측에서 제1 증발관 그룹(3A)에 인접하게 배치되는 제2 증발관 그룹(3B)에서 생성된 농축 염수와, 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)에서의 열전달 튜브에 혼합수 공급수단에 의해 제공된 혼합수를 혼합함으로써 처리될 처리수로서 제공된 희석수를 공급한다. 보다 구체적으로, 상기 희석수 공급수단(7)에는 제2 증발관 그룹(3B)의 최하류에 배치된 증발관(2h)에 저장된 농축 염수를 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h) 각각에서의 스프레이 노즐(23)로 도입시키는 농축염수 덕트(71), 상기 농축 염수 덕트(71)를 혼합수 공급 덕트(61)로 연결하고, 혼합수 공급수단(6)을 통해 공급된 혼합수의 일부를 농축염수 덕트(71)로 도입시키는 혼합수 배출 덕트(72), 및 공급 펌프(미도시)가 제공된다. 이러한 구성은 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)에서의 열전달 튜브(221)로 공급되어 처리될 처리수에서 황산칼슘과 같은 스케일 성분의 농도를 감소시킬 수 있다.The dilution water supply means 7 is concentrated brine produced in the second
상기 제1 증발관 그룹(3A) 및 제2 증발관 그룹(3B) 이외의 증발관 그룹(3C, 3D, 3E) 등 각각은 제1 증발관 그룹(3A) 및 제2 증발관 그룹(3B) 외의 어떠한 증발관 그룹에서 생성된 농축 염수를 각 증발관 그룹(3C, 3D, 3E)의 각 증발관으로 처리될 처리수로서 공급하는 농축염수 공급수단을 구비한다. 도 1에 나타낸 실시 예에서, 상기 제3 증발관 그룹(3C)에서의 농축염수 공급수단(9)은 제3 증발관 그룹(3C)에서의 최하류 측에 배치된 증발관(21)에 저장된 농축 염수를 제3 증발관 그룹(3C)의 증발관(2i 내지 2l)으로 처리될 처리수로서 공급하도록 구성된다. 상기 제4 증발관 그룹(3D)에서의 농축염수 공급수단(9)은 제4 증발관 그룹(3D)에서의 최하류 측에 배치된 증발관(2p)에 저장된 농축 염수를 제4 증발관 그룹(3D)의 증발관(2m 내지 2p)으로 처리될 처리수로서 공급하도록 구성된다. 상기 제5 증발관 그룹(3E)에서의 농축염수 공급수단(9)은 제5 증발관 그룹(3E)의 최하류 측에 배치된 증발관(2t)에 저장된 농축 염수를 제5 증발관 그룹(3E)의 증발관(2q 내지 2t)으로 처리될 처리수로 공급하도록 구성된다. 각각의 농축염수 공급 수단(9)은 공급 펌프(미도시) 및 증발관 그룹(3C, 3D, 3E)의 증발관 각각의 스프레이 노즐(23)로 농축 염수를 도입시키는 농축염수 공급 덕트(91)를 구비한다.Each of the
상기 응축 장치(8)는 다중효용 증발기(2)에서 최하류 측에 배치된 증발관(2t)의 배출부(25a)로부터 배출되는 증기를 혼합수 공급덕트(61)를 통과하는 혼합수를 이용하여 간접적으로 냉각시킴으로써 응축수를 생성하는 장치이다. 상기 생성된 응축수는 덕트(52)를 통해 외부로 배출된다.The
이하 전술한 구성을 갖는 담수화 장치(1)를 이용하여 음용 용수 등으로 이용 하기 위한 응축수를 생성하는 방법을 설명한다. 먼저, 보일러 등에 의하여 생성된 구동 증기는 구동증기 덕트(10)를 통해 증발기(2)로 공급되고, 그런 다음 스케일성분 제거수와 미처리 원수를 혼합함으로써 얻어진 혼합수는 혼합수 공급수단(6)에 의해 증발기(2)로 공급된다.Hereinafter, a method of generating condensed water for use as drinking water using the
상기 증발기(2)로 공급된 구동 증기는 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최상류 측에 배치된 증발관(2a)의 열전달 튜브(221)로 도입된다. 상기 혼합수 공급수단(6)에 의해 공급된 혼합수는 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관(2a 내지 2d) 각각의 스프레이 노즐(23)로 분배되고, 상기 증발관(2a 내지 2d)의 열전달 튜브(221)의 외표면 위에서 처리될 처리수로서 분무 된다.The driving steam supplied to the evaporator 2 is introduced into the
상기 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최상류 증발관(2a)의 열전달 튜브(221)의 외표면 위로 분무된 혼합수는 열전달 튜브(221)의 내측을 통과하는 구동 증기와 열교환한다. 상기 혼합수의 일부는 증발하고, 잔여 증기는 중간 하류 증발관에서의 증발관(2b)의 열전달 튜브(221)로 열원으로서 도입된다. 또한, 상기 열전달 튜브(221)의 외표면에서 증발되지 않은 혼합수는 염도와 스케일 성분의 농도가 증가한 농축 염수로 된다. 잔여 농축 염수는 열전달 튜브(221)의 외표면을 따라 아래로 흐른 다음, 증발 챔버(21)의 저부에 저장된다. 다음으로, 상기 농축 염수는 농축염수 공급 덕트(26)를 통해 농축 염수 출구(26b)로부터 중간 하류 증발관(2b)으로 공급된다. 또한, 상기 열전달 튜브(221)의 내측을 통과하는 구동 증기는 열전달 튜브(221) 외표면 위에 분무된 혼합수와 열교환 함으로써 응축수로 전환된다. 상기 응축수는 간접식 히터(22)의 제2 헤더(223)에 저장되고, 응축수 덕트(27)를 통해 중간 하류 증발관(2b)의 간접식 히터(22)의 제1 헤더(222)로 도입된다.The mixed water sprayed onto the outer surface of the
상기 제1 증발관 그룹(3A)에서의 하류 측에서 최상류 증발관(2a) 다음에 배치되는 증발관(2b)에 있어서, 스프레이 노즐(23)로부터 열전달 튜브(221)의 외표면 위에 분무된 혼합수와, 중간 상류 증발관(2a)에서 생성되고 열전달 튜브(221)의 내측을 통과하는 증기 사이에서 열교환이 이루어진다. 이러한 과정은 증기 및 농축 염수를 생성하고, 또한 상기 열전달 튜브(221)에서 응축수를 생성한다. 이러한 동일한 과정은 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관(2c, 2d)에서 연속하여 실행된다.Mixing sprayed onto the outer surface of the
이하 제2 증발관 그룹(3B)의 동작을 설명한다. 제2 증발관 그룹(3B)에서의 최하류에 배치되는 증발관(2h)에 저장된 농축 염수와, 혼합수 혼합수단(33)을 통해 도입된 혼합수를 혼합함으로써 제공된 희석수는 제2 증발관 그룹(3B)에서의 증발관(2e 내지 2h)의 열전달 튜브(221)의 외표면 위에 처리될 처리수로서 분무 된다. 상기 제2 증발관 그룹(3B)에서의 최상류 측에 배치된 증발관(2e)에 있어서, 상기 열전달 튜브(221) 위에 분무된 희석수와, 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최하류의 증발관(2d)에서 생성되고 상기 열전달 튜브(221)의 내측을 통과하는 증기 사이에서 열교환이 이루어진다. 이러한 과정은 증기와 농축 염수를 생성할 뿐만 아니라, 열전달 튜브(221)에서 응축수를 생성한다. 상기 제2 증발관 그룹(3B)에서의 최상류 증발관(2e)의 중간 하류에 배치된 증발관(2f)에 있어서, 상기 스프레이 노즐(23)로부터 열전달 튜브(221)의 외표면 위로 분무된 희석수와, 중간 상류 증발관(2e)에서 생성되고, 상기 열전달 튜브(221)의 내측을 통과하는 증기 사이에서 열교환이 이루어진다. 이러한 과정은 증기 및 농축 염수를 생성할 뿐만 아니라, 상기 열전달 튜 브(221)에서 응축수를 생성한다. 이러한 동일한 과정은 제2 증발관 그룹(3B)의 다음의 증발관(2g 및 2h)에서 연속하여 실행된다.The operation of the second
제3 증발관 그룹(3C)에서 최하류에 위치된 증발관(21)에 저장된 농축 염수는 제3 증발관 그룹(3C)에서의 증발관(2i 내지 2l)의 열전달 튜브(221)의 외표면 위로 분무된다. 제3 증발관 그룹(3C)에서의 최상류의 증발관(2i)에 있어서, 상기 열전달 튜브(221) 위에 분무된 농축 염수와, 상기 제2 증발관 그룹(3B)의 최하류 측에 배치된 증발관(2h)에서 생성되고, 상기 열전달 튜브(221)의 내측을 통과하는 증기 사이에서 열교환이 이루어진다. 이러한 과정은 증기 및 염도 등이 더 증가한 농축 염수를 생성할 뿐만 아니라, 상기 열전달 튜브(221)에서 응축수를 생성한다. 상기 제3 증발관 그룹(3C)에서의 최상류 증발관(2i)의 중간 하류 측에 배치된 증발관(2j)에 있어서, 상기 열전달 튜브(221)의 외표면 위에 상기 스프레이 노즐(23)로부터 분무된 농축 염수와, 중간 상류 증발관(2i)에서 생성되고 상기 열전달 튜브(221)의 내측을 통과하는 증기 사이에서 열교환이 이루어진다. 이러한 과정은 증기 및 농축 염수를 생성할 뿐만 아니라, 상기 열전달 튜브(221)에서 응축수를 생성한다. 이러한 동일한 과정은 제3 증발관 그룹(3C)의 다른 증발관(2k 및 2l)에서 연속하여 실행된다.The concentrated brine stored in the
또한, 상기 제3 증발관 그룹(3C)에서의 과정과 동일한 이러한 과정은 제4 및 제4 증발관 그룹(3D, 3E)에서 반복된다.Also, this same process as in the third
상기 증발기(2)의 증발관(2a 내지 2t)에서의 열전달 튜브(221)에서 생성된 응축수는 응축수 덕트(27)를 통해 하류 증발관으로 연속하여 도입된다. 최종적으 로, 상기 응축수는 응축수 배출덕트(53)를 통해 증발기(2)의 최하류에 배치된 증발관(2t)(제5 증발관 그룹(3E)에서의 최하류 증발관)의 응축수 출구(27b)로부터 배출된다. 또한, 상기 증발기(2)에서의 최하류 증발관(2t)의 열전달 튜브(221)의 표면에 형성된 증기는 증기 배출 덕트(51)를 통해 응축장치(8)로 도입되어 응축수로 변환된 다음, 상기 덕트(52)를 통해 배출된다. 상기 증발기(2)로부터 배출되는 응축수와 상기 응축장치(8)로부터 배출된 응축수는 음용수, 공정수 및 전자공업과 같은 각종 공업에서의 다른 분야에 대한 처리수로서 이용될 수 있다.The condensed water produced in the
상기 증발기(2)에서의 최하류 증발관(2t)에 저장된 농축 염수의 일부는 농축염수 배출 덕트(54)를 통해 농축 염수 출구(26b)로부터 외부로 배출된다.Some of the concentrated brine stored in the
이러한 실시 예의 담수화 장치(1)는 응축수를 얻기 위한 증발-응축 과정 중에, 황산칼슘과 같은 스케일 성분이 용이하게 석출되는 모든 증발관 그룹 가운데에서 작동 온도가 가장 높은 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관(2a 내지 2d)으로, 가장 낮은 스케일 성분 농도를 갖는 혼합수가 처리될 처리수로서 공급되는 구성을 갖는다. 이는 증발관(2a 내지 2d)에서의 열전달 튜브(221) 등에 스케일의 석출을 확실하게 방지한다.The
또한, 상기 담수화 장치(1)는 제1 증발관 그룹(3A) 다음으로 두번째 높은 작동 온도를 갖는 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)으로, 낮은 스케일 성분 농도를 갖는 희석수가 공급되도록 구성되기 때문에, 상기 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)의 열전달 튜브 등의 표면에서의 스케일의 석출은 확실하게 방지될 수 있다.In addition, the
증발관의 열전달 튜브(22!) 등의 표면에서의 스케일의 석출을 확실하게 방지함으로써, 상기 열전달 튜브(221)에서의 열교환 효율의 감소는 방지될 수 있다. 이는 음용 및 다른 분야를 위한 응축수의 생산을 효율적으로 이룰 수 있게 한다.By reliably preventing the deposition of scale on the surface of the
스케일의 석출이 방지될 수 있기 때문에, 더욱 높은 작동 온도 조건 및/또는 높은 농도 조건 하에서도 증발관(2a 내지 2t)을 작동시키기 위하여 증발기(2)로 공급되는 구동 증기의 온도를 더 증가시킬 수 있다. 이는 대량의 응축수를 효율적으로 생성할 수 있도록 한다. 또한, 증발관(2a 내지 2t)에서의 작동 온도가 증가할 수 있기 때문에, 상기 증발관(2a 내지 2t)에서의 증기의 비용적(specific volume)은 감소할 수 있다. 따라서, 상기 증발관(2a 내지 2t)의 체적은 감소할 수 있으며, 따라서 담수화 장치(1)는 소형화될 수 있다.Since precipitation of the scale can be prevented, it is possible to further increase the temperature of the driving steam supplied to the evaporator 2 to operate the
상기 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)에서의 증발-농축 과정에서 처리되는 처리수의 일부는 혼합수 배출 덕트(72)를 통해 공급되는 미처리 원수와 스케일 성분 제거수의 혼합수이다. 따라서, 상기 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관(2a 내지 2d)으로 공급되는 혼합수의 유량(flow rate)을 증발관(2a 내지 2d)에서의 과정이 가장 효율적인 방법으로 실행될 수 있는 수준으로 유지할 수 있으며, 전체 담수화 장치(1)에서의 담수 생성 과정에서 처리되는 혼합수의 유량을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 음용 및 다른 분야를 위한 응축수를 대량의 혼합수로부터 효율적으로 생성할 수 있다.Part of the treated water that is treated in the evaporation-concentration process in the
본 발명에 따른 담수화 장치(1)의 실시 예들을 전술하였지만, 본 발명의 특정 구성은 이들 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 예에서, 희석수 공급수 단(7)은 제2 증발관 그룹(3B)에서 생성된 농축염수와 혼합수 배출 덕트(72)를 통해 도입된 혼합수를 혼합함으로써 준비되는 희석수를 제2 증발관 그룹의 열전달 튜브로 공급하도록 구성된다. 그러나 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 증발관 그룹에서 생성된 농축 염수와 혼합수 배출 덕트(72)를 통해 공급된 혼합수를 혼합함으로써 제공된 희석수가 제2 증발관 그룹(3B)에서의 증발관(2e 내지 2h)의 열전달 튜브로 공급되도록 구성될 수 있다.Although the embodiments of the
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예는 농축염수 공급수단(9)이 제공된 증발관 그룹(3C, 3D, 3E)에서 생성되고 저장된 농축 염수의 일부분이 농축 염수 공급 수단(9)을 통해 처리될 처리수로서 증발관 그룹(3C, 3D, 3E)의 증발관으로 공급되도록 구성된다. 그러나 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 농축염수 공급수단(9)은 그 농축염수 공급수단(9)이 제공된 증발관 그룹(3C, 3D, 3E)에 대한 바로 상류에 있는 증발관 그룹(3B, 3D, 3D)의 최하류 증발관(2h, 2l, 2p)에서 생성되고 저장된 농축 염수의 일부를 각 증발관으로 공급하도록 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, this embodiment shows that a portion of the concentrated brine produced and stored in the
본 실시 예는 농축 염수와 혼합수를 혼합함으로써 제공된 희석수가 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)만으로 공급되는 방식으로 구성되지만, 본 발명의 구성은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제3 증발관 그룹(3C)의 증발관(2i 내지 2l)에서 황산칼슘과 같은 스케일이 발생할 우려가 있을 경우, 농축 염수와 혼합수를 혼합함으로써 제공된 희석수가 제3 증발관 그룹(3C)의 증발관(2i 내지 2l)으로 공급되는 구성을 채용할 수 있다.The present embodiment is configured in such a manner that dilution water provided by mixing concentrated brine and mixed water is supplied only to the
본 실시 예에서, 예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같이, 혼합수 공급 덕트(61)를 통과하는 혼합수를 가열하기 위한 수단으로서 예열 수단(100)이 제공되는 구성을 채용할 수도 있다. 도 4는 제2 증발관 그룹(3B) 내지 제5 증발관 그룹(3E)에서의 증발관(2e 내지 2t)에서 생성된 증기를 열원으로서 이용하여 혼합수가 가열되는 구성을 나타낸다. 이러한 구성은 제1 증발관 그룹(3A)에서의 증발관(2a 내지 2d)의 열전달 튜브(221)의 표면 위에 분무된 혼합수의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있고, 상기 혼합수와 상기 증발관(2a 내지 2d)의 열전달 튜브(22!)를 통과하는 구동 증기 간의 온도차를 감소시킬 수 있다. 이는 증발관(2a 내지 2d)에서 발생하는 증기의 양을 증가시키고, 그 결과 혼합수로부터 응축수를 효율적으로 생성할 수 있다.In this embodiment, for example, as shown in FIG. 4, a configuration in which the preheating means 100 is provided as a means for heating the mixed water passing through the mixed
또한, 본 실시 예는 나노여과막 장치(5)를 통과한 스케일성분 제거수가 순수를 생성하기 위하여 공급수로서 역침투막 장치(RO 장치)로 공급되도록 역침투막 장치(RO 장치)가 제공되고, 상기 역침투막 장치(RO 장치)에 의해 생성된 RO 염수(RO brine)를 미처리 원수와 혼합함으로써 혼합수를 생성한 다음, 상기 혼합수가 처리될 처리수로서 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관(2a 내지 2d)으로 공급되는 구성을 가질 수 있다. 이는 역침투막 장치로부터 음용 등을 위한 음용수를 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 담수의 효율적인 생성을 달성할 수 있다. 필요에 따라, 나노여과막에 의해 처리된 해수의 부가적인 혼합 용액과 RO 염수를 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관(2a 내지 2d)으로 공급할 수도 있다.In addition, the present embodiment provides a reverse osmosis membrane apparatus (RO apparatus) such that the scale component removal water passing through the
도 1에 나타낸 실시 예에서, 상기 구동증기 덕트(10)를 통과하는 구동 증기 의 압력이 증발기(2)의 어떠한 증발관에서 생성된 증기를 압축하는데 충분히 높은 경우, 상기 구동 증기 덕트(10)의 도중에 증기 재압축 이젝터(101)가 제공될 수 있고, 증발관에서 생성된 증기의 일부가 증기 재압축 이젝터(101)로 공급될 수 있는 도 5에 나타낸 바와 같은 구성이 채용될 수 있다. 도 5에서, 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최하류 증발관(2d)에서 생성된 증기의 일부는 증기 배출 덕트(102)를 통해 증기 재압축 이젝터(101)로 공급된다. 이러한 구성에서, 상기 증발관(2d)에서 발생한 증기는 증발관(2d)에 대하여 상류에 배치된 다른 증발관(2a 내지 2c)에 대한 열원으로서 이용될 수 있다. 따라서, 보다 적은 증발관으로 요구되는 응축수(생성수)가 얻어질 수 있다. 증발기(2)의 작동 온도의 범위(최상부 증발관(2a)과 최하부 증발관(2t) 간의 작동 온도에서의 차이에 대응하는)를 증발관의 개수로 나눔으로써 얻어진 값은 인접하는 증발관들 간의 작동 온도에서의 차이와 실질적으로 동일하다. 따라서, 필요로 되는 증발관이 적어질수록, 인접하는 증발관들 간의 작동 온도에서의 차이는 커진다. 이러한 구성은 혼합수로부터 음용 등을 위한 음용수를 효율적으로 생성할 수 있도록 한다. 증기 배출 덕트(102)가 연결되는 증발관은 설계 조건 등에 따라 적절히 선택될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, if the pressure of the driving steam passing through the driving
또한, 복수의 증기 재압축 이젝터(101)가 제공되고, 다른 증발관(2d, 2h)에서 생성된 증기가 복수의 증기 재압축 이젝터(101) 중 하나로 공급되는 도 6에 나타낸 바와 같은 구성을 채용할 수도 있다. 하나의 증기 재압축 이젝터(101)를 통과한 구동 증기는 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최상류 증발관(2a)의 열전달 튜브(221)로 도입되고, 다른 증기 재압축 이젝터(101)를 통과하는 구동 증기는 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최상부 증발관(2a)의 열전달 튜브 이외의 열전달 튜브(221)로 도입된다.In addition, a plurality of
본 실시 예에서, 상기 증발관에서 탄산칼슘과 같은 소프트 스케일(soft scale)의 석출을 방지하기 위하여, 해수와 같은 미처리 원수에 산(acid)을 부가한 후, 탈탄소 과정이 실행될 수 있다.In this embodiment, in order to prevent precipitation of a soft scale such as calcium carbonate in the evaporation tube, an acid may be added to untreated raw water such as seawater, followed by a decarbonization process.
본 실시 예에서, 제1 증발관 그룹(3A)에서 생성된 농축 염수를 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)으로 유도하는 플래시(flash) 증발 덕트 및 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)의 내측을 감압하기 위한 감압 수단이 제공되며, 상기 제1 증발관 그룹(3A)에서 생성된 농축 염수가 플래시 증발을 실행하도록 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)으로 공급되는 구성이 채용될 수 있다. 이러한 구성은 음용 및 다른 분야를 위한 응축수를 보다 효율적으로 생성할 수 있다. 이러한 구성이 채용되는 경우, 희석수 공급수단(7)은 플래시 증발에 의해 생성된 농축 염수, 열전달 튜브(221)와 열교환 함으로써 생성된 농축 염수 및 혼합수 배출 덕트(72)를 통해 도입된 혼합수를 포함하는 희석수를 제2 증발관 그룹(3B)의 증발관(2e 내지 2h)의 열전달 튜브로 공급한다.In this embodiment, a flash evaporation duct and a second evaporation tube group for directing the concentrated brine produced in the first
본 발명자들은 후술하는 바와 같이 용해도곱을 산출함으로써 전술한 증발관을 확인하였다. 동일 특성을 갖는 미처리수를 담수화 장치에 공급되는 공급수로서 이용되는 경우, 스케일 석출이 발생하지 않는 범위 내에서 가능한 한 많은 응축수(생성수)를 생성할 수 있는 액체공급방법을 채용하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 다중효율 증발기(2)로 공급되어 처리될 처리수의 농축배율 값이 증가하게 되 면, 보다 효율적으로 생성수를 생성할 수 있다. 이하 본 발명에 따른 담수화 장치(1) 및 담수를 생성하는 방법에 의하여 달성되는 농축수(생성수)의 효율적인 생성을 설명한다. 표 1은 전형적인 미처리 원수(미처리 해수), 스케일 성분이 나노여과막 장치(5)에 의해 부분적으로 제거된 스케일 성분 제거수(NF 생성수), 및 RO 염수에서의 스케일 성분의 농도를 나타낸다. 표 1에서 NF 생성수의 수질에 관해서는, The Dow Chemical Company에 의해 제작된 NF막(XUS-229323)을 나노여과막 장치(5)로서 이용하여 생성된 NF 생성수에서의 스케일 성분의 농도를 나타낸다. RO 염수의 수질에 관해서는, The Dow Chemical Company에 의해 제작된 RO막(SW30HRLE-400)을 이용하는 역침투막 장치(RO 장치)에 의해 생성된 RO 염수에서의 스케일 성분의 농도를 나타낸다.The present inventors confirmed the evaporation tube mentioned above by calculating the solubility product as mentioned later. When untreated water having the same characteristics is used as the feed water supplied to the desalination apparatus, it is preferable to employ a liquid supplying method capable of generating as much condensed water (product water) as possible within a range where scale precipitation does not occur. . In other words, when the concentrated magnification value of the treated water to be supplied to the multi-efficiency evaporator 2 to be treated is increased, it is possible to generate the generated water more efficiently. Hereinafter, the efficient production of concentrated water (generated water) achieved by the
[표 1]TABLE 1
표 1에 나타낸 미처리 해수(미처리 원수), NF 생성수 및 RO 염수를 소정 비율로 혼합하여 제조된 혼합수가 혼합수 공급수단(6)을 통해 제1 증발관 그룹(3A)에서의 증발관(2a 내지 2d)으로 공급되는 혼합수로서 채용된다. 구체적으로, 상기 혼합수는 55wt%의 미처리 해수(미처리 원수), 18wt%의 NF 생성수 및 27wt%의 RO 염수를 포함한다. 이와 같이 생성된 혼합수에서의 스케일 성분의 농도는 표 2에 나타내었다.
[표 2]TABLE 2
표 3은 표 2에 나타낸 스케일 성분의 농도를 갖는 혼합수로부터 도 1에 나타낸 구성을 갖는 담수화 장치(1)를 이용하여 24000t/day의 비율로 응축수(생성수)를 생성하는 경우의 증발관에서의 증발 및 작동 온도(증발 온도)를 나타낸다. 표 3은 예로서 증발관 그룹(3A 내지 3E)에서의 최상류 증발관(2a, 2e, 2i, 2m, 2q)의 증발 및 작동 온도(증발 온도)를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 가열 증기는 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최상류 증발관(2a)으로 공급되고, 상기 증발관에서의 온도 및 압력은 제1 증발관 그룹(3A)에서의 최상류 증발관(2a)으로부터 제5 증발관 그룹(3E)에서의 최하류 증발관(2t)으로 점차 감소한다. 상기 증발관 그룹(3A 내지 3E)에서, 처리될 처리수는 각 증발관으로 병렬 방식으로 공급되고, 상기 증발관에서의 증발량은 동일하게 이루어지며, 따라서 증발관의 열전달 튜브의 표면에서의 농축 염수의 농도도 동일하다. 표 3에 나타낸 증발관(2a, 2e, 2i, 2m, 2q)은 모든 증발관 그룹 가운데 스케일 석출이 가능 쉽게 발생하는 증발관들이다.Table 3 shows the condensate (generated water) at the rate of 24000 t / day using the
[표 3][Table 3]
표 4는 표 3에 나타낸 바와 같은 증발 조건, 즉 증발 온도 및 증발량 하에서 표 2에 나타낸 바와 같은 스케일 성분 농도를 갖는 혼합수가 그의 농축배율 값이 2 또는 3으로 될 때까지 담수화 장치(1)에서 증발-농축 과정에서 처리되는 경우에서 의 용해도곱의 산출 결과를 나타낸다. 도 7은 담수화 장치(1)에서의 농축배율 값이 2인 경우에 플로차트이다. 도 8은 담수화 장치(1)에서의 농축배율 값이 3인 경우에 플로차트이다. 여기에서 용해도곱의 산출에서, 혼합수 공급수단(6)으로부터 희석수 공급수단(7)으로 도입되는 혼합수의 유량은 0이 되는 것으로 가정한다.Table 4 shows that the mixed water having the scale component concentration as shown in Table 2 under the evaporation conditions as shown in Table 3, that is, the evaporation temperature and the amount of evaporation, is evaporated in the
표 4는 증발관의 열전달 튜브의 표면에서의 농축액의 최고 농도(총용존고용물질, TDS), 칼슘 이온과 황산 이온의 용해도곱, 및 최고허용 용해도곱을 나타낸다. 담수화 장치의 작동 동안 상기 용해도곱이 최고허용 용해도곱을 초과하는 경우, 스케일의 석출이 발생한다. 여기에서, 도 4의 그래프에서 나타낸 최고허용 용해도곱([Ca]×[SO4])의 값은 미국내무성 염수국(Office of Saline Water)의 테크니컬 테이터북(OSW14.16Page 1A, 14.16Page 1B)에 근거하여 산출되었다. 그러나 용해도곱 한계를 결정하기 위하여 미처리 원수 및 농축 염수에 황산칼슘(무수의(anhydrous))을 용해시킴으로써 측정되고, 스케일 성분 제거수와 미처리 원수(미처리 해수)의 혼합수를 공급수로서 처리하는 경우에 직접적으로 적용하는 데는 어려움이 있다. 염소 성분의 농도를 기준으로 이용하여 비교할 때, 미국내무성 염수국의 데이터는 스케일 제거수의 조건보다 더욱 엄격한 조건 하에서 얻어진 것이다. 따라서, 용해도곱 한계를 판단하는데 편의상 문제는 없으며, 안전하게 될 수 있다. 용해도곱 한계를 더욱 정확히 산출하기 위하여, 공급수의 이온 강도가 기준으로서 이용될 수 있다.Table 4 shows the highest concentration of the concentrate (total dissolved solids, TDS), the solubility product of calcium and sulfate ions, and the highest acceptable solubility product of the concentrate on the surface of the heat transfer tube of the evaporator tube. If the solubility product exceeds the maximum allowable solubility product during operation of the desalination device, precipitation of scale occurs. Here, the value of the highest allowable solubility product ([Ca] × [SO 4 ]) shown in the graph of FIG. 4 is the technical data book (OSW14.16Page 1A, 14.16Page 1B) of the Office of Saline Water. Calculated based on However, in order to determine the solubility product limit, it is measured by dissolving calcium sulfate (anhydrous) in raw and concentrated brine and treating mixed water of scale component removal water and raw raw water (untreated seawater) as feed water. There is a difficulty in applying directly to. When compared based on the concentration of the chlorine component, the US Department of State Salt Water Bureau data is obtained under conditions that are more stringent than those for descaling water. Therefore, there is no problem for convenience in determining the solubility product limit, and can be made safe. To more accurately calculate the solubility product limit, the ionic strength of the feed water can be used as a reference.
이하 표 4에서의 용해도곱의 산출을 설명한다. 예를 들면 담수화 장치에서의 농축배율 값이 2인 경우에서의 제1 증발관 그룹(3A)의 증발관(2a)에서의 용해도곱을 결정하는 방법을 설명한다. 도 7에 따르면, 제1 증발관 그룹(3A)에서의 증발관(2a)으로 공급되는 혼합수의 유량은 식: (2000t/hr)/4개의 증발관 = 500t/hr에 의해 얻어질 수 있고, 증발관(2a)에서 생성되는 증기의 유량은 식: (200t/hr)/4개의 증발관 = 50t/hr에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 증발관(2a)에서의 농축배율 값은 식: (500t/hr)/(500t/hr-50t/hr) = 1.1111에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 증발관(2a)에서의 농축 염수는 411×1.1111=457ppm의 칼슘성분 농도를 가지며, 1849×1.1111=2054ppm의 황산성분 농도를 갖는다. 그러므로 칼슘성분 함량은 식: 457/40/1000=0.011425 몰(mole)/1(여기에서 40은 칼슘의 원자량)에 의해 얻어질 수 있고, 황산 이온 성분은 식: 2054/96/1000=0.021396 몰/1(여기에서 96은 황산 이온의 분자량)에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 황산칼슘의 용해도곱은 (칼슘성분)×(황산 이온 성분)=0.011425×0.021396=0.000244이다.The calculation of the solubility product in Table 4 is described below. For example, a method of determining the solubility product in the
[표 4]TABLE 4
표 4에서 나타낸 결과로부터 명확히 알 수 있듯이, 증발관 그룹(3A 내지 3E)의 최상류 측에 각각 위치되며, 스케일 성분이 쉽게 석출되는 증발관(2a, 2e, 2i, 2m, 2q) 모두에서 칼슘 이온과 황산 이온의 용해도곱은 최고허용 용해도곱보다 낮다. 이는 담수화 장치가 125℃와 같은 극도의 고온 조건 하에서 작동되더라도 증발관의 열전달 튜브의 표면 및 다른 부위에서 스케일 석출이 발생할 우려가 없음을 나타낸다. 따라서, 본 실시 예의 담수화 장치는 음용 및 다른 분야를 위한 응축수(생성수)의 효율적인 생성을 달성한다.As can be clearly seen from the results shown in Table 4, calcium ions in each of the
비교를 위하여, 제3 증발관 그룹(3C)에서의 증발관으로 혼합수가 공급되고, 제5 증발관 그룹(3E)에서의 증발관으로 혼합수가 공급되는 경우에서 용해도곱을 산출하였다. 표 5 및 표 6은 그 결과를 나타낸 것이다. 담수화 장치(1)에서의 농축배 율 값은 2 또는 3이다. 도 9는 담수화 장치(1)의 농축배율 값이 2인 가정 하에서, 제3 증발관 그룹(3C)에서의 증발관으로 혼합수가 공급되는 경우에서의 플로차트이고, 도 10은 농축배율 값이 3인 경우에서의 플로차트이다. 도 11은 담수화 장치(1)의 농축배율 값이 2인 가정 하에서 제5 증발관 그룹(3E)에서의 증발관으로 혼합수가 공급되는 경우에서의 플로차트이고, 도 12는 농축배율 값이 3인 경우에서의 플로차트이다.For comparison, the solubility product was calculated when the mixed water was supplied to the evaporation tube in the third
[표 5]TABLE 5
[표 6]TABLE 6
표 5 및 표 6에 나타낸 결과로부터 명확히 알 수 있듯이, 제3 및 제5 증발관 그룹(3C, 3E)으로 혼합수가 공급되는 경우, 농축배율 값이 2 및 3인 경우 모두에서 열전달 튜브의 표면에서의 스케일 석출이 발견되었다. 이는 음용 및 다른 분야를 위한 농축수(생성수)를 효율적으로 생성하기 위하여 농축배율 값이 2 이하가 되도록 제어할 필요가 있음을 나타낸다.As can be clearly seen from the results shown in Tables 5 and 6, when the mixed water is supplied to the third and fifth
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