KR20160054981A - Multi-effect distillator utilizing waste heat of stack gas from power plant, and desalination method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치 및 이를 이용하는 담수화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전 플랜트에서 배출되는 연도가스(Stack gas)의 폐열을 회수하여 발전 플랜트에서 생산되는 스팀과 함께 다중효용증류장치(MED) 담수화 설비에 공급되는 해수를 예열(pre-heating)하는데 활용하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-function distillation apparatus utilizing waste heat of a power plant flue gas and a desalination method using the same, and more particularly, to a desalination apparatus for recovering waste heat of a stack gas discharged from a power generation plant, This invention relates to a technique for utilizing pre-heating of seawater supplied to a multi-utility distillation unit (MED) desalination plant together with steam.
일반적으로 해수 또는 오염수로부터 담수를 획득하기 위해서는 해수나 오염수에 용존되어 있거나 부유하는 성분들을 용수 및 음용수의 기준에 적합하도록 제거하여야 하며, 특히 해수담수화 방법에는 특수한 막을 이용하는 역삼투/정삼투법과 전기투석법, 해수나 오염수를 증기로 변화시켜 담수화하는 증발법, 그 외에 냉동법 태양열 이용법 등이 있으며, 증발법과 역 삼투법이 주로 사용되어 왔다.Generally, in order to obtain freshwater from seawater or contaminated water, dissolved or suspended components in seawater or polluted water must be removed to meet the standards of water and drinking water. In particular, seawater desalination methods include reverse osmosis / An electrodialysis method, an evaporation method in which seawater or polluted water is converted into steam to desalinate, and a freezing method and a solar heating method. Evaporation and reverse osmosis have been mainly used.
증발법(Evaporation)은 지구상에서 발생하는 자연의 물순환 현상 즉, 해수면에서 증발한 수증기가 상승 대류권 상층부에서 저온 분위기 중에 응축하여 구름이 되고 다시 비의 형태로 지표 또는 해수면에 낙하되는 현상을 공학적으로 응용한 공법이다.Evaporation is a phenomenon in which the phenomenon of natural water circulation occurring on the earth, that is, water vapor evaporated from the sea surface is condensed in a low-temperature atmosphere in the upper troposphere and then falls into the form of clouds and then drops to the surface or sea surface. It is an applied method.
증발법의 원리는 해수를 증발시키면 용매인 물은 증발하고 용질인 소금은 잔류하는 성질을 이용하여 해수에서 담수를 분리하는 것에서 기인한다. 이렇듯 증발법에는 증발 방법과 증기 재활용 방법에 따라 다단플래쉬법(Multi Stage Flsh, MSF), 다중효용법(Multi-Effect Distillation, MED), 증기압축법(Vapor Compression) 등이 있다.The principle of the evaporation method is based on the separation of fresh water from seawater by evaporation of water as a solvent and evaporation of salt as a solute. The evaporation method includes multi-stage flashing (MSF), multi-effect distillation (MED), and vapor compression (Vapor Compression) depending on the evaporation method and the steam recycling method.
다중효용법(MED)는 다단플래쉬법의 단(stage)과 유사한 형태의 이펙트(effect)라는 일련의 용기 안에서 담수화 과정이 일어나는 방식이며, 관(tube) 내에서 응축하는 수증기와 관 외부를 흐르는 해수 간의 잠열 교환에 의한 증발과 용기 내 압력을 낮추는 원리를 이용하는 방법이다. 이러한 원리를 이용하여 첫 번째 이펙트 이후에는 추가적인 열 공급 없이 다중 끓음 현상을 유도할 수 있다.The multiple effect method (MED) is a method in which a desalination process takes place in a series of effects called a stage of a multi-stage flash method. The water vapor condensed in the tube and the sea water Evaporation by the latent heat exchange and the principle of lowering the pressure inside the vessel. This principle can be used to induce multiple boiling phenomena without additional heat after the first effect.
다중효용 증류장치(Multi-Effect Distillator)에서 예열기(Pre-heater)를 통해 최초 가열된 해수는 각 이펙트의 관 다발 위에 분무되어 관 내를 흐르는 스팀에 의해 끓는점까지 가열된다. 관 다발 위에 분무된 해수는 얇은 막(film)의 형태로 관 외벽을 흘러 열교환 효율을 증대시키며 빠른 증발이 유도된다.
In the Multi-Effect Distillator, the preheater first heated seawater is sprayed onto the tube bundle of each effect and heated to the boiling point by the steam flowing through the tube. Seawater sprayed on the tube bundle flows through the outer wall of the tube in the form of a thin film to increase heat exchange efficiency and induce rapid evaporation.
한편, 발전 플랜트는 일반적으로 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소열로 증기를 발생시켜 이를 이용해 발전하는 설비이다. 발전 플랜트 내 보일러에서 연료가 연소하며 발생되는 연도가스(Stack gas)는 연돌을 통해 배출되는데, 일반적인 화력발전의 경우 연도가스의 온도는 과열기에서 1300-1500℃, 재열기에서 800-1100℃, 절탄기에서 500-550℃, 예열기에서 350-450℃ 수준에 이르고, 연돌에서 배출되는 연도가스의 경우에도 계절에 따른 차이는 있지만 약 85-150℃ 정도의 고온에 해당한다. 종래의 발전소 시스템은 이러한 연도가스를 그대로 배출함으로써 고온의 연도가스에 포함된 폐열이 활용되지 못하는 문제점이 있었다.On the other hand, a power generation plant generally generates steam by combustion heat generated when a fuel is burned, and is used to generate electricity by using the steam. Stack gas generated by combustion of fuel in the power plant is discharged through the stack. In the case of general thermal power generation, the temperature of flue gas is 1300-1500 ℃ in superheater, 800-1100 ℃ in reheating, The temperature of the flue gas reaches 500-550 ℃ and the temperature of the preheater reaches 350-450 ℃. Flue gas discharged from the flue gas also has a temperature of about 85-150 ℃ although it varies according to the season. Conventional power plant systems have such a problem that the waste heat contained in the flue gas of high temperature can not be utilized because the flue gas is directly discharged.
최근에 들어 복합 발전 플랜트로부터 배기되는 스팀을 사용하여 용해된 용질을 포함하는 물로부터 담수를 제조하기 위한 담수화 설비가 조합된 전력 발전설비 및 담수화 설비의 복합 시스템이 급속히 증가하고 있는 추세이다. 이러한 복합 시스템은 전력 수요 및 담수 수요를 만족하도록 동작되며, 에너지 효율성과 경제성 측면에서 효과적이라는 장점이 있다. 그러나 전력 수요와 담수 수요가 매우 유동적이고 전체 설비의 토목 비용이 증가되며 설치 가능한 부지가 제한적이라는 단점이 있다.Recently, a combined system of electric power generation facility and desalination plant combined with desalination plant for producing fresh water from water containing dissolved solute using steam exhausted from a combined power generation plant is rapidly increasing. This combined system is operated to satisfy electric power demand and fresh water demand, and is effective in terms of energy efficiency and economical efficiency. However, there is a disadvantage that electric power demand and fresh water demand are very fluid, and the civil works cost of the entire facility is increased and the site that can be installed is limited.
또한, 종래의 발전-담수 복합 시스템에서는 발전 플랜트 내 보일러에서 생산되는 스팀만으로 해수를 가열하기 때문에 열전 손실(loss)가 발생되어 열 효율이 낮아져 결론적으로 담수화 설비의 전열면적이 증가됨으로써 설비 전체의 CAPEX와 OPEX가 증가하는 결과를 초래하였다.In addition, in the conventional power generation-desalination complex system, since the seawater is heated only by the steam produced in the boiler in the power plant, the heat loss is generated and the heat efficiency is lowered. As a result, the heat transfer area of the desalination plant is increased, And OPEX.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 발전 플랜트에서 생산되는 스팀을 해수 가열의 주 열원으로 활용하되, 보완적으로 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 해수 가열의 보조 열원으로 활용함으로써, 전체 설비의 열적 손실을 줄이고 담수화 설비의 전열면적을 약 20% 수준으로 줄일 수 있으며, 고온 MED 및 많은 수의 이펙트를 갖는 MED 운전에 더욱 효과적인 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치 및 이를 이용하는 담수화 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a steam turbine that uses steam generated from a power plant as a main heat source for seawater heating, It is possible to reduce the thermal loss of the entire plant and reduce the heat transfer area of the desalination plant to about 20%, and it is more effective for MED operation with high temperature MED and a large number of effects. A utility distillation apparatus and a desalination method using the same.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 복수 개의 이펙트(effect)에 공급되는 해수를 증발시켜 담수를 생산하는 다중효용 증류장치(Multi-Effect Distillator, MED)에 있어서, 별도의 열원을 이용하여 스팀을 생산하고 이를 작동 유체로 하여 전력을 발생시키는 발전 플랜트(Power plant)에서 생산되는 스팀의 일부 또는 전력을 발생시킨 후 배출되는 스팀의 일부를 주 열원으로 이용하여 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수를 가열하는 주 열원 공급유닛; 및 상기 발전 플랜트에서 별도의 열원을 마련하는 과정에서 배출되는 연도가스(Stack gas)를 보조 열원으로 이용하여 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수를 가열하는 보조 열원 공급유닛;을 포함하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-effect distiller (MED) for producing fresh water by evaporating seawater supplied to a plurality of effects, A part of steam produced in a power plant or a part of steam generated after power is generated as a main heat source to generate steam using the heat source of the steam generator, A main heat source supply unit for heating seawater supplied to the distillation apparatus; And an auxiliary heat source supply unit for heating seawater supplied to the multi-function distillation unit by using a stack gas discharged from a process of preparing a separate heat source in the power generation plant as an auxiliary heat source, A multi-effusion distillation apparatus utilizing waste heat of gas is provided.
이때, 상기 주 열원 공급유닛은 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수 흐름의 일부가 분리 우회된 흐름을 가열하고, 가열된 상기 해수 흐름의 일부는 우회 분리되기 전 해수 흐름과 병합되는 방식일 수 있으며, 상기 보조 열원 공급유닛 역시 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수 흐름의 일부가 분리 우회된 흐름을 가열하고, 가열된 상기 해수 흐름의 일부는 우회 분리되기 전 해수 흐름과 병합되는 방식일 수 있다.At this time, the main heat source supply unit may be a system in which a part of the sea water flow supplied to the multi-function distillation apparatus heats the separated bypass flow, and a part of the heated sea water flow is merged with the sea water flow before the bypass separation , The auxiliary heat source supply unit may also be a system in which a part of the sea water flow supplied to the multi-function distillation apparatus is heated by the separated bypass flow, and a part of the heated sea water flow is merged with the sea water flow before the bypass separation.
또한, 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수 흐름에 가열되는 전체 열량을 기준으로 상기 보조 열원 공급 유닛으로부터 해수에 공급되는 열량은 20~40%인 것이 바람직하며, 상기 주 열원 공급유닛은 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수에 요구되는 총 열량, 상기 연도가스에 함유된 폐열의 열량 및 상기 복수 개의 이펙트의 전열면적과 개수를 고려하여 산출되는 해수 가열에 필요한 주 열원 열량을 기초로 상기 발전 플랜트로부터 생산되는 스팀 또는 배출되는 스팀의 사용량을 결정하는 것이 더욱 바람직하다.
Preferably, the amount of heat supplied to the seawater from the auxiliary heat source supply unit is 20 to 40% based on the total heat amount of the seawater supplied to the multi-function distillation apparatus, Based on the total heat amount required for seawater supplied to the distillation apparatus, the heat amount of waste heat contained in the flue gas, and the heat transfer area and the number of the plurality of effects, It is more preferable to determine the amount of steam to be produced or the amount of steam to be discharged.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수 개의 이펙트(effect)에 공급되는 해수를 증발시켜 담수를 생산하는 다중효용 담수화 방법에 있어서, 공급되는 해수 흐름(stream)의 일부를 분리 우회시키는 단계(S10); 상기 해수 흐름의 일부를 가열하는 단계(S20); 가열된 상기 해수 흐름의 일부를 우회 분리되기 전 해수 흐름과 병합시키는 단계(S30); 및 병합된 해수 흐름을 복수 개의 이펙트에 공급하는 단계(S40);를 포함하며, 가열 단계(S20)는, 별도의 열원을 이용하여 스팀을 생산하고 이를 작동 유체로 하여 전력을 발생시키는 발전 플랜트(Power plant)에서 생산되는 스팀의 일부 또는 전력을 발생시킨 후 배출되는 스팀의 일부를 주 열원으로 이용하여 열 교환 방식을 통해 상기 해수 흐름의 일부을 가열하는 주 열원 공급단계(S21); 및 상기 파워 플랜트에서 별도의 열원을 마련하는 과정에서 배출되는 연도가스(Stack gas)를 보조 열원으로 이용하여 열 교환 방식을 통해 상기 해수 흐름의 일부를 가열하는 보조 열원 공급단계(S22);를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 담수화 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a multi-function desalination method for producing fresh water by evaporating seawater supplied to a plurality of effects, (S10); Heating a portion of the seawater stream (S20); Merging a portion of the heated seawater stream with the seawater stream before bypassing (S30); And a step (S40) of supplying the merged seawater flow to a plurality of effects, wherein the heating step (S20) comprises the steps of: generating steam by using a separate heat source, A main heat source supply step (S21) for heating a part of the sea water flow through a heat exchange method using a part of steam produced in a power plant or a part of steam discharged after generating electric power as a main heat source; And a supplementary heat source supply step (S22) for heating a part of the seawater flow through heat exchange using a stack gas discharged from the power plant as a supplementary heat source in the process of preparing a separate heat source The present invention also provides a multi-utility desalination method utilizing waste heat of a power plant flue gas.
이때, 상기 주 열원 공급단계(S21)는 상기 복수 개의 이펙트에 공급되는 해수에 요구되는 총 열량, 상기 연도가스에 함유된 폐열의 열량 및 상기 복수 개의 이펙트의 전열면적과 개수를 고려하여 산출되는 해수 가열에 필요한 주 열원 열량을 기초로 상기 발전 플랜트로부터 생산되는 스팀 또는 배출되는 스팀의 사용량을 결정하는 것이 바람직하며, 상기 주 열원 공급단계(S21)에서 상기 해수 흐름의 일부에 공급되는 열량은 전체 공급 열량 대비 60~80%인 것이 더욱 바람직하다.At this time, the main heat source supply step (S21) may include a step of supplying the main heat source S21 with the total heat amount required for the sea water supplied to the plurality of effects, the heat amount of the waste heat contained in the flue gas and the heat transfer area and number of the plurality of effects It is preferable to determine the amount of steam generated or steam to be discharged from the power generation plant based on the heat amount of the main heat source necessary for the heating. In the main heat source supply step S21, And more preferably 60 to 80% of the calories.
또한, 분리 우회단계(S10)는 상기 복수 개의 이펙트에 공급되는 해수에 요구되는 총 열량, 상기 연도가스에 함유된 폐열의 열량, 상기 복수 개의 이펙트의 전열면적과 개수 및 상기 발전 플랜트로부터 생산되는 스팀 또는 배출되는 스팀의 사용량을 고려하여 산출되는 해수 가열에 필요한 총 열량을 기초로 가열을 위해 분리 우회되는 해수 흐름의 유량을 결정할 수 있다.In addition, the detour detouring step (S10) includes a total amount of heat required for seawater supplied to the plurality of effects, a heat amount of waste heat contained in the flue gas, a heat transfer area and number of the plurality of effects, Or the flow rate of the seawater flow which is detached for heating based on the total heat amount required for heating the seawater, which is calculated in consideration of the amount of steam to be discharged.
상술한 바와 같은 본 발명의 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치 및 이를 이용하는 담수화 방법은, 발전 플랜트에서 생산되는 스팀을 해수 가열의 주 열원으로 활용하되, 보완적으로 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 해수 가열의 보조 열원으로 활용함으로써, 전체 설비의 열적 손실을 줄이고 담수화 설비의 전열면적을 약 20% 수준으로 줄일 수 있으며, 고온 MED 및 많은 수의 이펙트를 갖는 MED 운전에 더욱 효과적이다.The multi-function distillation apparatus utilizing the waste heat of the power plant flue gas of the present invention and the desalination method using the steam as described above utilize the steam produced in the power generation plant as a main heat source for seawater heating, Can be used as an auxiliary heat source for seawater heating, which can reduce the thermal loss of the entire facility and reduce the heat transfer area of the desalination plant to about 20%, and is more effective for MED operation with high temperature MED and a large number of effects.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치의 공정 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 담수화 방법의 흐름도(flowchart)이다.1 is a process schematic diagram of a multi-function distillation apparatus utilizing waste heat of a power plant flue gas according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a multiple utility desalination method utilizing waste heat of a power plant flue gas according to another preferred embodiment of the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Prior to the description, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical concept of the present invention.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, this includes not only when the member is in contact with another member, but also when there is another member between the two members.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that it may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
"제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms "first "," second ", and the like are intended to distinguish one element from another, and the scope of the right should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
In each step, the identification code is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of the steps, and each step may be performed differently from the stated order unless clearly specified in the context. have. That is, each of the steps may be performed in the same order as described, or may be performed substantially concurrently or in the reverse order.
본 발명은 먼저 바람직한 일 실시예에 따라 발전 플랜트에서 생산되는 스팀을 주 열원으로 하여 다중효용 증류장치에 공급되는 해수를 가열하는 주 열원 공급유닛과, 발전 플랜트에서 배출되는 연도가스를 보조 열원으로 하여 가열하는 보조 열원 공급유닛을 포함하는 다중효용 증류장치를 제공한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중효용 증류장치의 전체 설비 모식도가 도시되어 있다.The present invention relates to a steam turbine comprising a main heat source supply unit for heating seawater supplied to a multi-function distillation apparatus using steam produced in a power plant as a main heat source according to a preferred embodiment, and a flue gas discharged from the power plant as an auxiliary heat source There is provided a multi-function distillation apparatus including an auxiliary heat source supply unit for heating the multi-function distillation apparatus. FIG. 1 is an overall schematic diagram of a multi-function distillation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
위에서 언급한 바와 같이 다중효용 증류장치는 복수 개의 이펙트(effect)에 공급되는 해수를 증발시켜 담수를 생산하는 설비이며, 해수 공급은 병렬적으로 이루어지되 형성되는 수증기는 직렬적, 연속적으로 인접한 이펙트로 이송되면서 다중 끓음 현상을 유도하기 때문에, 최초 해수의 예열(pre-heating)에만 별도의 열원이 필요하다.As described above, the multi-effect distillation apparatus is a facility for producing fresh water by evaporating seawater supplied to a plurality of effects, and the seawater supply is performed in parallel, and the formed steam is serially and successively adjacent to the effect Because it induces multiple boiling phenomena during transport, a separate heat source is needed only for pre-heating of the initial seawater.
또한 상술한 바와 같이 발전 플랜트는 화석 연료 연소 등의 별도의 열원을 이용하여 스팀을 생산하고 이를 작동 유체로 하여 스팀 터빈 등의 장치를 통해 전력을 생산하는 설비이다.Also, as described above, the power generation plant generates steam using a separate heat source such as fossil fuel combustion, and uses the steam as a working fluid to produce electric power through a device such as a steam turbine.
발전 플랜트에서 생산되는 스팀 또는 작동 유체로서의 전력 생산을 마치고 배기되는 스팀의 일부는 주 열원의 형태로 다중효용 증류장치 공급 해수를 예열하는데 사용되며, 이에 적용되는 시스템에 관한 구성이 상기 주 열원 공급유닛에 해당한다.A part of the steam exhausted after the power production as the steam or the working fluid produced in the power generation plant is used for preheating the multi-function distillation device supply seawater in the form of the main heat source, .
한편 발전 플랜트에서 스팀을 생산하기 위한 별도의 열원을 마련하기 위해 화석 연료를 연소하는 등의 공정을 수행하는데, 이 과정에서 연소에 따라 배출되는 연도가스(Stack gas)가 형성된다. 형성된 연도가스가 함유하고 있는 폐열을 회수하여 이를 보조 열원의 형태로 다중효용 증류장치 공급 해수를 예열하는데 사용되며, 이에 적용되는 시스템에 관한 구성이 상기 보조 열원 공급유닛에 해당한다.On the other hand, in order to provide a separate heat source for producing steam in the power plant, a fossil fuel is burned, and in this process, a stack gas is formed according to combustion. The waste heat recovered from the flue gas is recovered and used to preheat the multi-function distillation apparatus-supplied seawater in the form of an auxiliary heat source, and the structure related to the system corresponds to the auxiliary heat source supply unit.
주 열원 공급유닛과 보조 열원 공급유닛은 열 교환 방식으로 공급 해수에 열을 전달한다. 구체적으로 주 열원 공급유닛은 발전 플랜트 내 스팀의 일부를 분리하여 배관을 통해 다중효용 증류장치 공급 해수가 유입되는 영역으로 이송하여 공급 해수와 직접적으로 열교환을 수행하거나, 별도의 열교환 매체를 이용하여 양자간 열교환을 수행하게 된다.The main heat source supply unit and the auxiliary heat source supply unit transfer heat to the supply seawater in a heat exchange manner. Specifically, the main heat source supply unit separates a part of the steam in the power plant, transfers the steam to the area where the multi-function distillation device supply seawater flows through the pipe, performs heat exchange directly with the supply seawater, To perform heat exchange between them.
보조 열원 공급유닛의 경우에는 기본적으로 연도가스 내 폐열을 회수하기 위한 설비가 필요하며, 배열회수보일러(Heat Recovery Steam Generator, HRSG) 등의 설비가 사용되어 연도가스 내 폐열을 1차적으로 수집하게 된다. 수집된 폐열은 HRSG 등의 설비 내 열교환 매체를 통해 다주효용 증류장치 공급 해수에 열교환 방식으로 공급된다.In the case of the auxiliary heat source supply unit, a facility for recovering the waste heat in the flue gas is basically required, and a facility such as a heat recovery steam generator (HRSG) is used to collect the waste heat in the flue gas . The collected waste heat is supplied to the multifunctional distillation unit-supplied seawater through a heat exchange medium such as HRSG in a heat exchange manner.
주 열원 공급유닛 또는 보조 열원 공급유닛이 공급 해수에 열을 공급하는 과정에서 공급 해수 전량에 대한 열 교환이 이루어질 수도 있으나, 바람직하게는 공급 해수 흐름의 일부를 사전에 분리 우회(bypass)시킨 뒤 분리된 일부 해수에 열을 공급하여 최종적으로 가열된 일부 해수가 원래의 공급 해수 흐름과 합류되는 과정을 통해 이루어질 수 있다. 이로써 공급 해수 전량에 대한 열 교환 보다 열 손실 없이 효율적인 열 교환이 이루어질 수 있으며, 공정 전체의 운전을 제어하는데 보다 용이하다.The main heat source supply unit or the auxiliary heat source supply unit may perform heat exchange with respect to the entire amount of the supply seawater in the process of supplying heat to the supply seawater. Preferably, however, part of the supply seawater flow is bypassed beforehand, And the heat of some finally heated seawater is merged with the original supply seawater stream. This makes it possible to achieve efficient heat exchange without heat loss, rather than heat exchange for all the supply of seawater, and it is easier to control the operation of the entire process.
주 열원 공급유닛과 보조 열원 공급유닛은 공급 해수 가열에 요구되는 총 열량을 상호 보완적으로 공급한다. 필요에 따라 유동적으로 부담 부분이 바뀔 수 있으나, 주 열원 공급유닛의 공급량이 보조 열원 공급유닛의 공급량보다 큰 것이 바람직하며, 해수에 공급되는 전체 열량의 20~40%를 보조 열원 공급유닛이 보충하도록 운전하는 것이 더욱 바람직하다. 보조 열원 공급유닛이 20% 미만의 열원을 공급하게 될 경우 폐열 회수로 인한 효과가 미미하여 보일러 전열면적 감소의 효과가 크지 않고, 40%를 초과하는 열원을 공급하게 될 경우 폐열 회수에 소요되는 운전비용이 과도하여 폐열 회수에 따른 경제적, 환경적인 효과가 상쇄되는 단점이 있다.The main heat source supply unit and the auxiliary heat source supply unit complementarily supply the total heat amount required for the supply of seawater. It is preferable that the supply amount of the main heat source supply unit is larger than the supply amount of the auxiliary heat source supply unit and the auxiliary heat source supply unit replenishes 20 to 40% of the total heat amount supplied to the seawater It is more preferable to drive. If the supplementary heat source supply unit supplies less than 20% heat source, the effect of recovery of waste heat is insignificant and it is not effective to reduce the heat transfer area of boiler. If the heat source exceeds 40%, the operation cost There is a disadvantage that the economic and environmental effects due to waste heat recovery are offset.
구체적인 예로써, 약 9개의 이펙트로 구성되는 다중효용 증류장치를 운전하고 보조 열원 공급유닛으로부터 공급되는 열량을 전체의 20% 수준으로 설정하였을 때, 고온 MED 운전에 최적화된 전열 면적을 구현할 수 있다.As a concrete example, when the multi-effect distillation apparatus composed of about nine effects is operated and the amount of heat supplied from the auxiliary heat source supply unit is set to 20% of the total, a heat transfer area optimized for high temperature MED operation can be realized.
한편, 주 열원 공급유닛은 공급 해수 가열에 요구되는 총 열량, 연도가스에 포함된 폐열의 열량, 이펙트의 전열면적과 총 개수 등의 제반 조건을 고려하여 산출되는 주 열원 열량을 기초로 하여, 발전 플랜트로부터 공급받아야 하는 스팀의 양을 책정할 수 있으며, 자동화된 계산/제어 시스템을 도입하여 이를 유동적으로 제어함으로써 더욱 효율적인 운전을 수행할 수 있다.
On the other hand, on the basis of the main heat source heat amount calculated in consideration of various conditions such as the total heat amount required for heating the supplied seawater, the heat amount of the waste heat contained in the flue gas, the heat transfer area and the total number of effects, The amount of steam to be supplied from the plant can be determined, and more efficient operation can be performed by introducing an automated calculation / control system and controlling it flexibly.
본 발명은 바람직한 다른 실시예에 따라 공급 해수의 일부를 분리 우회한 후 그 일부 흐름을 가열하여 다시 병합시키고 이를 각 이펙트에 병렬적으로 공급하는 단계를 수행하는 다중효용 담수화 방법을 제공한다. 본 실시예에 대한 공정 흐름도(flowchart)가 도 2에 도시되어 있다.The present invention provides a multi-effluent desalination method for separating a part of the supplied seawater according to another preferred embodiment of the present invention, heating a part of the reheated seawater, merging it again, and supplying it to each effect in parallel. A process flow diagram for this embodiment is shown in FIG.
상술한 바와 같이 일부 해수를 분리 우회한 뒤 그 흐름에 대해서만 가열을 수행하고, 가열된 일부 흐름을 다시 원래 흐름에 병합하는 형식으로 가열하는 방식은 공급 해수의 전량을 직접적으로 가열하는 방식에 비해서 공급 열량, 유량을 제어하는 측면이나, 열 전달 효율 측면 등에서 효과적이다.As described above, the method of separating some seawater and performing heating only for the flow, and heating the heated partial stream back to the original flow is more advantageous than the method of directly heating the entire amount of the supplied seawater It is effective in terms of controlling the heat quantity and flow rate, and in terms of heat transfer efficiency.
가열 단계(S20)에서는 분리된 일부 해수 흐름에 대한 가열이 이루어지는데, 이는 주 열원 공급단계(S21)와 보조 열원 공급단계(S22)로 나뉠 수 있다.In the heating step S20, the separated partial sea water flow is performed, which can be divided into a main heat source supply step S21 and an auxiliary heat source supply step S22.
주 열원 공급단계(S21)는 상술한 주 열원 공급유닛과 마찬가지로 파워 플랜트에서 발생되는 스팀의 일부를 공급받아 열 교환 방식을 통해 해수 흐름의 일부를 가열하는 단계를 의미하며, 보조 열원 공급단계(S22)는 파워 플랜트에서 배출되는 연도가스 내 폐열을 활용하여 열 교환 방식을 통해 해수 흐름의 일부를 가열하는 단계를 의미한다.The main heat source supply step S21 is a step of supplying a part of steam generated in the power plant and heating part of the sea water flow through a heat exchange method like the main heat source supply unit described above, ) Refers to the step of heating a portion of the seawater flow through a heat exchange scheme utilizing the waste heat in the flue gas discharged from the power plant.
마찬가지로, 주 열원 공급단계(S21)에서는 가열에 필요한 스팀의 양을 책정하는 과정을 수행할 수 있는데, 이는 공급 해수 가열에 요구되는 총 열량과, 연도가스에 함유된 폐열의 총 열량 즉, 보조 열원 공급을 통해 보완할 수 있는 열량의 수준과, 이펙트의 전열면적 및 개수 등의 제반 조건을 다각적으로 고려하여 수행된다.Similarly, in the main heat source supply step S21, the amount of steam required for heating can be determined. This is because the total heat amount required for heating the supplied seawater and the total heat amount of the waste heat contained in the flue gas, The amount of heat that can be supplemented through the supply, and the heat transfer area and number of the effect.
또한, 주 열원 공급단계(S21)와 보조 열원 공급단계(S22)에서 상호 보완적으로 열량이 공급될 때 주 열원은 전체 열량 대비 60~80% 수준으로 공급되도록 운전하는 것이 바람직하다. 주 열원으로 80%를 초과하여 열원을 공급하게 될 경우 폐열 회수로 인한 효과가 미미하여 보일러 전열면적 감소의 효과가 크지 않고, 60% 미만으로 열원을 공급하게 될 경우 폐열 회수에 소요되는 운전비용이 과도하여 폐열 회수에 따른 경제적, 환경적인 효과가 상쇄되는 단점이 있다.It is preferable that the main heat source is operated to be supplied at a level of 60 to 80% of the total heat amount when the heat is supplied in a complementary manner in the main heat source supply step (S21) and the auxiliary heat source supply step (S22). If the heat source is supplied in excess of 80% as the main heat source, the effect due to the recovery of the waste heat is insignificant and the effect of reducing the heat transfer area of the boiler is not significant. If the heat source is supplied to less than 60% And the economic and environmental effects due to waste heat recovery are offset.
또한, 상술한 바와 같이 공급 해수의 전량에 대한 가열 방식이 아닌 일부 흐름을 분리한 뒤 가열하는 방식이므로, 우회 분리(bypass)되는 해수 흐름의 양을 적절이 조절하여 전체 공정을 탄력적으로 운용할 수 있다. 구체적으로 공급 해수에 공급되어야 하는 총 열량, 연도가스 내 폐열의 열량, 이펙트의 전열면적과 개수, 발전 플랜트 스팀으로부터 사용 가능한 스팀의 양 등을 고려하여 분리 우회되어야 하는 해수 흐름의 유량을 결정하는 것이 바람직하다.
In addition, as described above, since it is a method of separating a part of the flow rather than heating the entire amount of the supplied seawater and then heating it, the entire process can be operated flexibly by appropriately controlling the amount of seawater flow bypassed have. Specifically, it is necessary to determine the flow rate of the seawater flow to be detached in consideration of the total amount of heat to be supplied to the supply seawater, the heat amount of the waste heat in the flue gas, the heat transfer area and number of the effect, the amount of steam available from the power plant steam desirable.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiment and description, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.
Claims (9)
별도의 열원을 이용하여 스팀을 생산하고 이를 작동 유체로 하여 전력을 발생시키는 발전 플랜트(Power plant)에서 생산되는 스팀의 일부 또는 전력을 발생시킨 후 배출되는 스팀의 일부를 주 열원으로 이용하여 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수를 가열하는 주 열원 공급유닛; 및
상기 발전 플랜트에서 별도의 열원을 마련하는 과정에서 배출되는 연도가스(Stack gas)를 보조 열원으로 이용하여 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수를 가열하는 보조 열원 공급유닛;
을 포함하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치.In a multi-effect distiller (MED) for producing fresh water by evaporating seawater supplied to a plurality of effects,
A part of steam produced in a power plant that generates steam using a separate heat source and generates electricity using the steam as a working fluid or a part of steam generated after power is generated is used as a main heat source, A main heat source supply unit for heating seawater supplied to the utility distillation unit; And
An auxiliary heat source supply unit for heating seawater supplied to the multi-function distillation apparatus by using a stack gas discharged from the power plant as a supplementary heat source in the process of preparing a separate heat source;
And a waste heat of the power generation plant flue gas.
상기 주 열원 공급유닛은 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수 흐름의 일부가 분리 우회된 흐름을 가열하고, 가열된 상기 해수 흐름의 일부는 우회 분리되기 전 해수 흐름과 병합되는 방식인 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치.The method according to claim 1,
Wherein the main heat source supply unit is a method in which a part of the seawater flow supplied to the multi-function distillation apparatus is heated by the separated bypass flow, and a part of the heated seawater flow is merged with the sea water flow before the bypass separation Multi - utility distillation unit utilizing waste heat of power plant flue gas.
상기 보조 열원 공급유닛은 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수 흐름의 일부가 분리 우회된 흐름을 가열하고, 가열된 상기 해수 흐름의 일부는 우회 분리되기 전 해수 흐름과 병합되는 방식인 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치.The method of claim 2,
Wherein the auxiliary heat source supply unit is a method in which a part of the seawater flow supplied to the multi-function distillation apparatus is heated by the separated bypass flow, and a part of the heated seawater flow is merged with the sea water flow before the bypass separation Multi - utility distillation unit utilizing waste heat of power plant flue gas.
상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수 흐름에 가열되는 전체 열량을 기준으로 상기 보조 열원 공급 유닛으로부터 해수에 공급되는 열량은 20~40%인 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치.The method according to claim 1,
Wherein the calorific value supplied to the seawater from the auxiliary heat source supply unit is 20 to 40% based on the total calorific value heated in the seawater flow supplied to the multi-function distillation apparatus. Distillation device.
상기 주 열원 공급유닛은 상기 다중효용 증류장치에 공급되는 해수에 요구되는 총 열량, 상기 연도가스에 함유된 폐열의 열량 및 상기 복수 개의 이펙트의 전열면적과 개수를 고려하여 산출되는 해수 가열에 필요한 주 열원 열량을 기초로 상기 발전 플랜트로부터 생산되는 스팀 또는 배출되는 스팀의 사용량을 결정하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 증류장치.The method according to claim 1,
Wherein the main heat source supply unit is a main heat source supply unit for supplying the multi-function distillation unit with the heat necessary for the seawater heating, which is calculated in consideration of the total heat amount required for the seawater supplied to the multi-function distillation apparatus, the heat amount of the waste heat contained in the flue gas, Wherein the amount of steam produced or steam discharged from the power generation plant is determined on the basis of a calorific value of the heat source, using the waste heat of the power generation plant flue gas.
공급되는 해수 흐름(stream)의 일부를 분리 우회시키는 단계(S10);
상기 해수 흐름의 일부를 가열하는 단계(S20);
가열된 상기 해수 흐름의 일부를 우회 분리되기 전 해수 흐름과 병합시키는 단계(S30); 및
병합된 해수 흐름을 복수 개의 이펙트에 공급하는 단계(S40);
를 포함하며,
가열 단계(S20)는,
별도의 열원을 이용하여 스팀을 생산하고 이를 작동 유체로 하여 전력을 발생시키는 발전 플랜트(Power plant)에서 생산되는 스팀의 일부 또는 전력을 발생시킨 후 배출되는 스팀의 일부를 주 열원으로 이용하여 열 교환 방식을 통해 상기 해수 흐름의 일부을 가열하는 주 열원 공급단계(S21); 및
상기 파워 플랜트에서 별도의 열원을 마련하는 과정에서 배출되는 연도가스(Stack gas)를 보조 열원으로 이용하여 열 교환 방식을 통해 상기 해수 흐름의 일부를 가열하는 보조 열원 공급단계(S22);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 담수화 방법.A multi-utility desalination method for producing fresh water by evaporating seawater supplied to a plurality of effects,
Detaching a part of the supplied sea water stream (S10);
Heating a portion of the seawater stream (S20);
Merging a portion of the heated seawater stream with the seawater stream before bypassing (S30); And
Supplying the merged seawater stream to a plurality of effects (S40);
/ RTI >
In the heating step S20,
A part of steam produced in a power plant that generates steam by using a separate heat source and generates electricity by using it as a working fluid or a part of steam generated after power is generated is used as a main heat source, A main heat source supply step (S21) of heating a part of the seawater flow through the method; And
A supplementary heat source supply step (S22) for heating a part of the seawater flow through a heat exchange system using a stack gas discharged as a supplementary heat source in a process of preparing a separate heat source in the power plant;
Wherein the power plant desulfurization gas is generated by the power plant.
상기 주 열원 공급단계(S21)는 상기 복수 개의 이펙트에 공급되는 해수에 요구되는 총 열량, 상기 연도가스에 함유된 폐열의 열량 및 상기 복수 개의 이펙트의 전열면적과 개수를 고려하여 산출되는 해수 가열에 필요한 주 열원 열량을 기초로 상기 발전 플랜트로부터 생산되는 스팀 또는 배출되는 스팀의 사용량을 결정하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 담수화 방법.The method of claim 6,
The main heat source supply step (S21) is a step of supplying the main heat source (S21) to the seawater heating system, which is calculated by taking into account the total heat amount required for the sea water supplied to the plurality of effects, the heat amount of the waste heat contained in the flue gas, And the amount of steam produced or steam discharged from the power generation plant is determined based on the required heat amount of the main heat source.
상기 주 열원 공급단계(S21)에서 상기 해수 흐름의 일부에 공급되는 열량은 전체 공급 열량 대비 60~80%인 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 담수화 방법.The method of claim 7,
Wherein the amount of heat supplied to a portion of the seawater stream in the main heat source supply step (S21) is 60 to 80% of the total amount of heat supplied.
분리 우회단계(S10)는 상기 복수 개의 이펙트에 공급되는 해수에 요구되는 총 열량, 상기 연도가스에 함유된 폐열의 열량, 상기 복수 개의 이펙트의 전열면적과 개수 및 상기 발전 플랜트로부터 생산되는 스팀 또는 배출되는 스팀의 사용량을 고려하여 산출되는 해수 가열에 필요한 총 열량을 기초로 가열을 위해 분리 우회되는 해수 흐름의 유량을 결정하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트 연도가스의 폐열을 활용하는 다중효용 담수화 방법.The method of claim 6,
The detour detouring step S10 includes a total heat amount required for seawater supplied to the plurality of effects, a heat amount of waste heat contained in the flue gas, a heat transfer area and number of the plurality of effects, and steam or discharge Wherein the flow rate of the sea water flow separated and separated for heating is determined on the basis of the total heat amount required for heating the sea water calculated in consideration of the amount of steam to be used.
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| CN108439682A (en) * | 2018-03-14 | 2018-08-24 | 曾碧阳 | A kind of large distillation equipment for desalting seawater |
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