专利名称：蒸发装置的运转管理装置、具备运转管理装置的造水装置、蒸发装置的运转管理方法及造 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及蒸发装置的运转管理装置、具备运转管理装置的造水装置、蒸发装置 的运转管理方法及造水方法。
背景技术：
近年来，作为通过海水淡化装置将海水浓缩的过程中析出的硫酸钙的防垢法，开 发了下述系统(例如参照专利文献1)将预先用纳米过滤膜(NF膜)将原海水过滤而除去 了海水中的大部分垢成分、特别是硫酸根离子(SO/—)得到的海水供给到淡水化装置例如蒸 发式的MSF (多级闪蒸型海水淡化装置)或MED (多效蒸馏型海水淡化装置)。作为其方法 的一个例子，有专利文献1及非专利文献1，公开了其有效的运转例。这里，如果用NF膜处理海水，则组成发生很大变化。引用非专利文献1中的数 据将其一个例子示于图8中。图8的横轴表示海水的成分，左边的纵轴表示TDSCTotal Dissolved Solids 总溶解固体成分)和氯离子(Cl_)的浓度(ppm)，右边的纵轴表示总硬 度成分的浓度(ppm)。海水为沙特阿拉伯的海水，通过NF膜处理，TDS从45460ppm降低至 ^^Oppm，氯离子(CD从21587ppm降低至16438ppm，硫酸根离子(SO广)从3100ppm降低 至2ppm以下，总硬度(Total Hardness)从7500ppm降低至220ppm，判断与原海水相比组成 比率发生很大变化。另外，一直以来，作为海水淡化装置的运转管理的方针，采用图9所示那样的图 表。该图表是非专利文献2中所介绍的，根据加热温度与标准海水的浓缩倍数的关系对海 水浓缩水中的硫酸钙的饱和溶解度进行总结得到的图表。图9中的图表的X轴表示加热温 度，作为一个例子，表示在150 T (650C )的运转温度的情况下，若海水被浓缩2倍以上，则 无水硫酸钙(硬石膏)析出。因此，例如，通过MSF、MED等蒸发装置来生成淡水时，为了防 止硫酸钙的垢析出，必须调节蒸发装置的加热温度、浓缩倍数，使海水浓缩水中的硫酸钙达 到饱和溶解度以下。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特表2003-507183号公报非专利文献# # ^lJ ^； K 1 :The New NF-SffRO Operation Increased Significantly UmmLuj jSffRO Plant Output and Recovery, A.M. Hassan, et al.Proceeding of IDA Conference, March 2002, at Manama, Bahrain非专利文献 2 :Stop Scale in Sea Water Evaporators, F. C. Standiford and J. R. Sinek, Chemical Engineering Progress 57,58 (1961)
发明内容
发明要解决的问题然而，将海水直接浓缩的情况下，在预测硫酸钙析出的浓度界限方面图9的图表 是有用的，但在对通过NF膜等除去了海水中的硫酸根离子、钙等离子的海水进行浓缩的情 况下，存在不能成为有效的指标的问题。也就是说，通过NF膜等除去了海水中的硫酸根离 子、钙等离子的情况下，由于海水中溶存的各种离子比率大幅度变化，因此存在即使基于图9 的图表的数据来进行海水淡化装置的运转管理，也难以有效地防止产生硫酸钙的垢的问题。本发明是为了解决这样的问题而完成的，目的在于提供能够防止硫酸钙垢析出并 且有效地生成淡水的蒸发装置的运转管理装置、具备运转管理装置的造水装置、蒸发装置 的运转管理方法及造水方法。用于解决问题的方案本发明的上述目的是通过下述运转管理装置而实现的，所述运转管理装置控制将 含有硫酸钙的被处理水通过加热而蒸发浓缩的蒸发装置的运转条件，该运转管理装置具 备饱和溶度积曲线数据，其根据规定温度下的离子强度与硫酸钙的饱和溶度积的关系而 预先确定；离子强度计算单元，其算出前述被处理水中的离子强度；溶度积计算单元，其算 出前述被处理水中的硫酸钙的溶度积；运转条件计算单元，其通过将由前述离子强度计算 单元及前述溶度积计算单元算出的离子强度值及硫酸钙的溶度积值、与前述饱和溶度积曲 线数据进行比较，算出前述蒸发装置的运转条件，该蒸发装置的运转条件为对应于前述被 处理水的离子强度值的硫酸钙的溶度积值不超过饱和溶度积值；以及，运转条件变更单元， 其变更前述蒸发装置的运转条件以使达到前述运转条件计算单元所算出的运转条件。该运转管理装置中，优选的是，具备算出前述被处理水的总溶解固体成分(TDS) 的总溶解固体成分计算单元，前述离子强度计算单元根据由总溶解固体成分(TDQ与离子 强度的关系而预先确定的离子强度近似式，算出离子强度。另外，优选的是，具备检测前述被处理水的电导率的电导率检测单元，前述总溶解 固体成分计算单元根据通过电导率与总溶解固体成分(TDS)的关系而预先确定的总溶解 固体成分近似式，算出总溶解固体成分(TDS)。另外，优选的是，前述运转条件计算单元通过将由前述离子强度计算单元及前述 溶度积计算单元算出的离子强度值及硫酸钙的溶度积值、与前述饱和溶度积曲线数据进行 比较，从而算出对应于离子强度的硫酸钙的溶度积不超过饱和溶度积值的离子强度值、或 者硫酸钙的溶度积值，前述运转条件变更单元变更前述被处理水的离子强度、或者硫酸钙 的溶度积，以达到前述运转条件计算单元所算出的不超过饱和溶度积值的离子强度值、或 者硫酸钙的溶度积值。另外，本发明的上述目的通过具备通过将含有硫酸钙的被处理水加热来蒸发浓缩 的蒸发装置、和上述任一运转管理装置的造水装置而实现。另外，本发明的上述目的通过下述运转管理方法而实现，所述运转管理方法控制 将含有硫酸钙的被处理水通过加热而蒸发浓缩的蒸发装置的运转条件，其具备下述步骤 离子强度计算步骤，其算出前述被处理水中的离子强度；溶度积计算步骤，其算出前述被处 理水中的硫酸钙的溶度积；运转条件计算步骤，其通过将由前述离子强度计算步骤及前述 溶度积计算步骤算出的离子强度值及硫酸钙的溶度积值、和利用规定温度下的离子强度及硫酸钙的饱和溶度积的关系预先确定的饱和溶度积曲线数据进行比较，算出对应于前述被 处理水的离子强度值的硫酸钙的溶度积值不超过饱和溶度积值的前述蒸发装置的运转条 件；以及，运转条件变更步骤，其变更前述蒸发装置的运转条件以达到前述运转条件计算步 骤所算出的运转条件。该运转管理方法中，优选的是，具备算出前述被处理水的总溶解固体成分(TDS) 的总溶解固体成分计算步骤，前述离子强度计算步骤根据由总溶解固体成分(TDQ与离子 强度的关系预先确定的离子强度近似式，算出离子强度。另外，优选的是，具备检测前述被 处理水的电导率的电导率检测步骤，前述总溶解固体成分计算步骤根据通过电导率与总溶 解固体成分(TDS)的关系预先确定的总溶解固体成分近似式，算出总溶解固体成分(TDS)。或者，上述运转管理方法优选的是，具备检测前述被处理水的电导率的电导率检 测步骤，前述离子强度计算步骤根据由电导率与离子强度的关系预先确定的第2离子强度 近似式，算出离子强度。另外，前述运转条件计算步骤优选的是，通过将由前述离子强度计算单元及前述 溶度积计算单元算出的离子强度值及硫酸钙的溶度积值、与前述饱和溶度积曲线数据进行 比较，算出对应于离子强度的硫酸钙的饱和溶度积不超过饱和溶度积值的离子强度值、或 者硫酸钙的溶度积值，前述运转条件变更单元变更前述被处理水的离子强度、或者硫酸钙 的溶度积，以达到前述运转条件计算单元所算出的不超过饱和溶度积值的离子强度值、或 者硫酸钙的溶度积值。另外，本发明的上述目的通过用上述运转管理方法将含有硫酸钙的被处理水蒸发 浓缩从而生成淡水的造水方法而实现。另外，本发明的上述目的通过下述造水装置而实现，所述造水装置具备将含有硫 酸钙的被处理水通过加热而蒸发浓缩的蒸发装置、和控制前述蒸发装置的运转条件的运转 管理装置，前述运转管理装置具备饱和溶度积曲线数据组，其为在多个温度下预先算出了 根据规定温度下的离子强度、及硫酸钙的饱和溶度积的关系而预先确定的饱和溶度积曲线 数据的饱和溶度积曲线数据组；离子强度计算单元，其算出前述被处理水中的离子强度； 溶度积计算单元，其算出前述被处理水中的硫酸钙的溶度积；运转条件计算单元，其通过比 较利用前述离子强度计算单元及前述溶度积计算单元算出的离子强度值及硫酸钙的溶度 积值、与前述饱和溶度积曲线数据组，选定对应于前述被处理水的离子强度值的硫酸钙的 溶度积值不超过饱和溶度积值的规定的饱和溶度积曲线数据，并且算出与前述规定的饱和 溶度积曲线数据对应的温度；以及，运转条件变更单元，其变更前述蒸发装置的加热温度以 使达到前述运转条件计算单元所算出的温度。发明的效果根据本发明，可提供能够防止硫酸钙垢析出并且有效地生成淡水的蒸发装置的运 转管理装置、具备运转管理装置的造水装置、蒸发装置的运转管理方法及造水方法。
图1是表示本发明的第1实施方式所述的造水装置的概要结构图。图2是表示对应于离子强度的硫酸钙饱和溶度积曲线数据的图表。图3是表示通过离子强度与总溶解固体成分(TD S)的关系求出的离子强度近似式的图表。图4是表示通过电导率与总溶解固体成分(TD S)的关系求出的总溶解固体成分 近似式的图表。图5是表示本发明的第1实施方式所述的造水装置的概要结构图。图6是表示在多个温度下预先算出了对应于离子强度的硫酸钙饱和溶度积曲线 数据的饱和溶度积曲线数据组的图表。图7是表示本发明所述的造水装置的变形例的概要结构图。图8是用于说明用NF膜处理海水时的海水的组成变化的说明图。图9是根据加热温度与浓缩倍数的关系对海水浓缩水中的硫酸钙的饱和溶解度 进行总结得到的图表。附图标记说明1造水装置2 罐3a纳米过滤膜装置3b RO 膜装置4蒸发装置5冷凝装置6运转管理装置61饱和溶度积曲线数据存储部62离子强度计算单元63溶度积计算单元64运转条件计算单元65运转条件变更单元7蒸汽产生单元
具体实施例方式以下，参照附图对本发明所述的蒸发装置4的运转管理装置6、及具备运转管理装 置6的造水装置进行说明。图1是本发明的第1实施方式所述的造水装置的概要结构图。如图1所示，造水装置1具备贮存海水等原水的罐2、除去原水中所含的垢成分 的纳米过滤膜装置3a、浓缩纳米过滤透过水(NFP)的RO膜装置(反渗透膜装置)3b、蒸发 装置4、冷凝装置5、管理蒸发装置4的运转条件的运转管理装置6。纳米过滤膜装置3a用于除去罐2中贮存的海水等原水中所含垢成分、特别是大部 分的硫酸根离子(S042_)。RO膜装置北是浓缩纳米过滤透过水(NFP)并生成通过蒸发装置 4而蒸发的被处理水的装置。纳米过滤膜装置3a及RO膜装置北配置于罐2与蒸发装置4 之间。蒸发装置4是通过加热将被处理水蒸发浓缩的装置，具备密闭型的蒸发室41、间 接式加热器42和散布被处理水的散布喷嘴43。蒸发室41内的底部构成贮存浓缩水的浓缩 水贮存部44，该浓缩水为从散布喷嘴43散布到传热管421中的部分被处理水通过传热管 421的热交换作用变成水蒸汽而蒸发后的浓缩水。另外，蒸发室41的底部设置有用于将所生成的浓缩水排出到外部的浓缩水排出部45。蒸发室41的上部设置有蒸汽排出部46，该 蒸汽排出部46用于将通过传热管421的热交换作用在传热管421的外表面生成的水蒸汽 排出到外部。间接式加热器42具备设置在蒸发室41内的多个传热管421、与这些多个传热管 421的两端分别连接的第1集管(header)422、第2集管423。第1集管422具备向传热管 421内导入蒸汽的蒸汽导入部47。该蒸汽导入部47与对锅炉等蒸汽产生单元7中生成的 驱动蒸汽进行引导的驱动蒸汽管路90连接。第2集管423具备将通过传热管421的热交 换作用在传热管421内生成的淡水排出到外部的淡水排出部48。散布喷嘴43在蒸发室41的内部配置在间接式加热器42的上方，通过被处理水供 给管路91与RO膜装置北连接。该散布喷嘴43是将被处理水向着传热管421的外表面散 布的散布单元。设置在蒸发室41的上部的蒸汽排出部46与向冷凝装置5导入蒸汽的蒸汽取出管 路92连接。冷凝装置5是通过从未图示的冷却水供给管路导入的冷却水将介由蒸汽取出 管路92导入的水蒸汽间接冷却而生成冷凝水(淡水)的装置。作为冷却水，可使用通过未 图示的冷却塔等冷却的工业用水、通过冷冻装置冷却的冷水(chiller water)等。运转管理装置6是管理蒸发装置4的运转条件的装置，如图1所示，具备饱和溶度 积曲线数据存储部61、离子强度计算单元62、溶度积计算单元63、算出蒸发装置4的运转条 件的运转条件计算单元64、及运转条件变更单元65。饱和溶度积曲线数据存储部61是容纳饱和溶度积曲线数据的存储介质，该饱和 溶度积曲线数据是由规定温度下的离子强度所对应的硫酸钙饱和溶度积的关系预先确定 的。饱和溶度积曲线数据可通过采用例如“Journal of Chemical and Engineering Data Vol. 13 No. 2，April, 1964”中报告的硫酸钙的溶解度相关的文献值(表1)，并将该值换算 成离子强度和溶度积来制作。即，可通过将表1所示的NaCl溶液中的硫酸钙的饱和溶解度 的数据(温度范围25 200°C、NaCl浓度范围0. 0 6. OMol)全部换算成离子强度和硫酸 钙饱和溶度积并进行整理而获得。作为具体的换算值的一个例子，在表2中示出125°C下的 无水硫酸钙的离子强度与饱和溶度积的关系。另外，在图2中示出根据表2所示的数据制 作的饱和溶度积曲线数据。图2中的图表的X轴表示离子强度，Y轴表示硫酸钙的饱和溶 度积(Ksp)。图2是运转温度为125°C时的图表，但其他运转温度可制成同样的图表来作为 运转指针。[表 1]
权利要求
1.一种运转管理装置，该运转管理装置控制将含有硫酸钙的被处理水通过加热而蒸发 浓缩的蒸发装置的运转条件，运转管理装置具备饱和溶度积曲线数据，其根据规定温度下的离子强度与硫酸钙的饱和溶度积的关系而 预先确定；离子强度计算单元，其算出所述被处理水中的离子强度；溶度积计算单元，其算出所述被处理水中的硫酸钙的溶度积；运转条件计算单元，其通过将由所述离子强度计算单元及所述溶度积计算单元算出的 离子强度值及硫酸钙的溶度积值、与所述饱和溶度积曲线数据进行比较，算出所述蒸发装 置的运转条件，该蒸发装置的运转条件为对应于所述被处理水的离子强度值的硫酸钙的溶 度积值不超过饱和溶度积值；以及运转条件变更单元，其变更所述蒸发装置的运转条件以使达到所述运转条件计算单元 所算出的运转条件。
2.根据权利要求1所述的运转管理装置，其具备算出所述被处理水的总溶解固体成分 (TDS)的总溶解固体成分计算单元，所述离子强度计算单元根据由总溶解固体成分(TDQ与离子强度的关系而预先确定 的离子强度近似式，算出离子强度。
3.根据权利要求2所述的运转管理装置，其具备检测所述被处理水的电导率的电导率 检测单元，所述总溶解固体成分计算单元根据由电导率与总溶解固体成分(TDS)的关系而预先 确定的总溶解固体成分近似式，算出总溶解固体成分(TDS)。
4.根据权利要求1所述的运转管理装置，所述运转条件计算单元通过将由所述离子强 度计算单元及所述溶度积计算单元算出的离子强度值及硫酸钙的溶度积值、与所述饱和溶 度积曲线数据比较，算出对应于离子强度的硫酸钙的溶度积不超过饱和溶度积值的离子强 度值或硫酸钙的溶度积值，所述运转条件变更单元变更所述被处理水的离子强度、或硫酸钙的溶度积，以达到所 述运转条件计算单元所算出的不超过饱和溶度积值的离子强度值或硫酸钙的溶度积值。
5.一种造水装置，其具备通过将含有硫酸钙的被处理水加热而蒸发浓缩的蒸发装置、 和权利要求1所述的运转管理装置。
6.一种运转管理方法，该运转管理方法控制将含有硫酸钙的被处理水通过加热而蒸发 浓缩的蒸发装置的运转条件，该运转管理方法具备以下步骤离子强度计算步骤，其算出所述被处理水中的离子强度；溶度积计算步骤，其算出所述被处理水中的硫酸钙的溶度积；运转条件计算步骤，其通过将由所述离子强度计算步骤及所述溶度积计算步骤算出的 离子强度值及硫酸钙的溶度积值、和根据规定温度下的离子强度及硫酸钙的饱和溶度积的 关系预先确定的饱和溶度积曲线数据进行比较，算出所述蒸发装置的运转条件，该蒸发装 置的运转条件为对应于所述被处理水的离子强度值的硫酸钙的溶度积值不超过饱和溶度 积值；以及运转条件变更步骤，其变更所述蒸发装置的运转条件以达到所述运转条件计算步骤所 算出的运转条件。
7.根据权利要求6所述的运转管理方法，其具备算出所述被处理水的总溶解固体成分 (TDS)的总溶解固体成分计算步骤，所述离子强度计算步骤根据由总溶解固体成分(TDQ与离子强度的关系而预先确定 的离子强度近似式，算出离子强度。
8.根据权利要求7所述的运转管理方法，其具备检测所述被处理水的电导率的电导率 检测步骤，所述总溶解固体成分计算步骤根据由电导率与总溶解固体成分(TDS)的关系而预先 确定的总溶解固体成分近似式，算出总溶解固体成分(TDS)。
9.根据权利要求6所述的运转管理方法，其具备检测所述被处理水的电导率的电导率 检测步骤，所述离子强度计算步骤根据由电导率与离子强度的关系而预先确定的第2离子强度 近似式，算出离子强度。
10.根据权利要求6所述的运转管理方法，所述运转条件计算步骤通过将由所述离子 强度计算单元及所述溶度积计算单元算出的离子强度值及硫酸钙的溶度积值、与所述饱和 溶度积曲线数据进行比较，算出对应于离子强度的硫酸钙的饱和溶度积不超过饱和溶度积 值的离子强度值或硫酸钙的溶度积值，所述运转条件变更单元变更所述被处理水的离子强度、或硫酸钙的溶度积，以达到所 述运转条件计算单元所算出的不超过饱和溶度积值的离子强度值或硫酸钙的溶度积值。
11.一种造水方法，通过用权利要求6所述的运转管理方法将含有硫酸钙的被处理水 蒸发浓缩，从而生成淡水。
12.—种造水装置，该造水装置具备将含有硫酸钙的被处理水通过加热而蒸发浓缩的 蒸发装置、和控制所述蒸发装置的运转条件的运转管理装置，所述运转管理装置具备饱和溶度积曲线数据组，其为在多个温度下预先算出饱和溶度积曲线数据的饱和溶度 积曲线数据组，该饱和溶度积曲线数据由规定温度下的离子强度、及硫酸钙的饱和溶度积 的关系预先确定；离子强度计算单元，其算出所述被处理水中的离子强度；溶度积计算单元，其算出所述被处理水中的硫酸钙的溶度积；运转条件计算单元，其通过将由所述离子强度计算单元及所述溶度积计算单元算出的 离子强度值及硫酸钙的溶度积值、与所述饱和溶度积曲线数据组进行比较，从而选定对应 于所述被处理水的离子强度值的硫酸钙的溶度积值不超过饱和溶度积值的规定的饱和溶 度积曲线数据，并且算出与所述规定的饱和溶度积曲线数据相对应的温度；以及运转条件变更单元，其变更所述蒸发装置的加热温度以达到所述运转条件计算单元所 算出的温度。
全文摘要
一种控制将含有硫酸钙的被处理水通过加热而蒸发浓缩的蒸发装置(4)的运转条件的运转管理装置(6)，其具备根据规定温度下的离子强度与硫酸钙的饱和溶度积的关系预先确定的饱和溶度积曲线数据；算出被处理水中的离子强度的离子强度计算单元(62)；算出前述被处理水中的硫酸钙的溶度积的溶度积计算单元(63)；通过比较利用离子强度计算单元(62)及溶度积计算单元(63)算出的离子强度值及硫酸钙的溶度积值、与前述饱和溶度积曲线数据，算出对应于前述被处理水的离子强度值的硫酸钙的溶度积值不超过饱和溶度积值的蒸发装置(4)的运转条件的运转条件计算单元(64)；变更蒸发装置(4)的运转条件以使达到运转条件计算单元(64)所算出的运转条件的运转条件变更单元(65)。根据该发明，可提供能够防止硫酸钙垢析出并且有效地生成淡水的蒸发装置的运转管理装置。
文档编号C02F5/00GK102066264SQ201080001852
公开日2011年5月18日 申请日期2010年2月4日 优先权日2009年2月6日
发明者前川和人, 拉德万·A·阿尔拉什德, 欧斯曼·阿姆德·哈迈德, 神成彻, 秋谷鹰二, 荒木茂, 谷口良雄 申请人:水的再利用促进中心, 海水淡化公司, 笹仓机械工程有限公司