(57)【要約】【課題】  冷却水を循環使用する冷却系において、冷却水の一部を抜き出して新たな冷却水を補給する際に、この抜き出した冷却水を循環系の冷却水が保有する熱量を利用して蒸発減量することによって、廃液処理の負担を軽減すると共に冷却水の有効利用を図る冷却水の処理方法と処理設備を提供する。【手段】  例えば溶融スラグを水砕処理する際に、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水を冷却して再び水砕用の冷却水として循環使用する方法において、冷却水の一部を循環系から抜き出して真空蒸発部に導き、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水の熱を利用して真空蒸発させ、蒸発残を系外に排出する一方、蒸気を海水等の自然水によって冷却凝縮して循環系に戻し、また真空蒸発部の熱交換を経た循環系の冷却水を海水等の自然水によって冷却して再使用する冷却水の処理方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水温が上昇した冷却水を冷却して循環使用する冷却系において、冷却水の一部を循環系から抜き出して真空蒸発部に導き、循環系の冷却水が保有する熱を利用して真空蒸発させ、蒸発残を系外に排出し、蒸気を冷却凝縮して循環系に戻し再使用することを特徴とする冷却水の処理方法。
【請求項２】
冷却水が、溶融スラグの水砕用冷却水、炉の水冷ジャケットの冷却水、製鉄の圧延工程における冷却水、または発電設備の冷却系を循環する冷却水である請求項１に記載する冷却水の処理方法。
【請求項３】
溶融スラグを水砕処理する際に、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水を冷却して再び水砕用の冷却水として循環使用する方法において、冷却水の一部を循環系から抜き出して真空蒸発部に導き、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水の熱を利用して真空蒸発させ、蒸発残を系外に排出する一方、蒸気を海水等の自然水によって冷却凝縮して循環系に戻し、また真空蒸発部の熱交換を経た循環系の冷却水を海水等の自然水によって冷却して再使用する請求項１に記載する冷却水の処理方法。
【請求項４】
循環系から抜き出した冷却水に窒素ガスを導入して溶存ガスを冷却水から追い出した後に該冷却水を真空蒸発させる請求項１〜３の何れかに記載する冷却水の処理方法。」
【請求項５】
真空蒸発部で熱交換を行った循環系の冷却水が保有する熱をさらに別系統の廃液の加熱源として利用する請求項１〜４の何れかに記載する冷却水の処理方法。
【請求項６】
スラグ水砕水の処理設備であって、冷却水を循環使用するための循環系、溶融スラグに冷却水を接触させて砕く水砕部、冷却水の一部を循環系から抜き出して蒸発させる真空蒸発部、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水の熱を加熱源とする真空蒸着部の熱交換部、真空蒸発した蒸気を海水等の自然水によって冷却する凝縮部、この凝縮水を循環系に戻す管路、蒸発残を系外に排出する管路、循環系の冷却水を海水等の自然水によって冷却する冷却部を有することを特徴とするスラグ水砕水の処理設備。
【請求項７】
冷却水に窒素ガスを導入して溶存ガスを追い出すガス導入部が真空蒸発部の冷却水導入部分に設けられている請求項６に記載するスラグ水砕水の処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製錬や製鉄、発電設備等の冷却系において、循環使用される冷却水の処理方法と処理設備に関する。より詳しくは、本発明は、冷却水を循環使用する冷却系において、冷却水の一部を抜き出して新たな冷却水を補給する際に、この抜き出した冷却水を循環系の冷却水が保有する熱量を利用して蒸発減量することによって、廃液処理の負担を軽減すると共に冷却水の有効利用を図る冷却水の処理方法と処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製錬や製鉄、発電設備等の冷却系においては多量の冷却水が使用されている。例えば金属製錬では溶融炉等から排出された高温の溶融スラグを水砕して再資源化している（特許文献１）。この水砕処理の際に多量の水を使用するため、水資源の有効利用や処理コストの低減等のために冷却水を冷却工程に循環して再使用している。このような冷却水が循環使用される冷却系では、通常、循環する冷却水の汚染や劣化を抑制するため、冷却水の一部を抜き出して新たな冷却水を補給している。
【０００３】
例えば、溶融スラグの水砕工程では、冷却水が溶融スラグに接触したときに汚染物が溶け込み、冷却水の循環使用を繰り返すごとに汚染物が次第に蓄積するので、冷却水の一部を定期的に抜き出して系外に排出し、新しい水を補給している。具体的には、図２に示すように、例えば、１５００ｔ/Hrの冷却水を水砕工程に循環して、溶融スラグ約５９ｔ/Hrを連続して水砕する場合、１時間当たりの循環使用ごとに約３ｔ/Hrの水量が水砕スラグに付着して系外に搬出され、さらに約１０ｔ/Hrの水量を系外に抜き出し、約１３ｔ/Hrの水を補給しており、補給に必要な水量が多い。
【０００４】
また、従来の水砕工程では、溶融スラグの熱量をそのまま系外に放出しており、エネルギーが無駄に失われている。具体的には、例えば、溶融スラグと接触した冷却水は水温が上昇しているので、この水を冷却水として循環使用するには水温を下げる必要があり、水温の上昇した冷却水を海水によって冷却している。この冷却に使用した海水は熱交換によって水温が上昇しているが、従来はそのまま海に排出しており、熱エネルギーが無駄に失われている。
【０００５】
金属製錬や製鉄、発電設備などにおいても同様であり、冷却水を循環使用する際に、従来は多量の冷却水が系外に放出されており、水資源および熱エネルギーが無駄に失われている。
【特許文献１】特開２０００−３４５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、冷却水を循環使用する従来の冷却系における上記問題を解決したものであり、冷却水が有する熱量を有効に利用して蒸発処理を行うことによって廃液量を減少し、廃液処理の負担を軽減すると共に蒸発水を循環系に戻して補給水量を低減した冷却水の処理方法と処理設備を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、以下の構成を有する冷却水の処理方法と、その処理設備が提供される。
（１）水温が上昇した冷却水を冷却して循環使用する冷却系において、冷却水の一部を循環系から抜き出して真空蒸発部に導き、循環系の冷却水が保有する熱を利用して真空蒸発させ、蒸発残を系外に排出し、蒸気を冷却凝縮して循環系に戻し再使用することを特徴とする冷却水の処理方法。
（２）冷却水が、溶融スラグの水砕用冷却水、炉の水冷ジャケットの冷却水、製鉄の圧延工程における冷却水、または発電設備の冷却系を循環する冷却水である上記(1)に記載する冷却水の処理方法。
（３）溶融スラグを水砕処理する際に、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水を冷却して再び水砕用の冷却水として循環使用する方法において、冷却水の一部を循環系から抜き出して真空蒸発部に導き、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水の熱を利用して真空蒸発させ、蒸発残を系外に排出する一方、蒸気を海水等の自然水によって冷却凝縮して循環系に戻し、また真空蒸発部の熱交換を経た循環系の冷却水を海水等の自然水によって冷却して再使用する上記(1)に記載する冷却水の処理方法。
（４）循環系から抜き出した冷却水に窒素ガスを導入して溶存ガスを冷却水から追い出した後に該冷却水を真空蒸発させる上記(1)〜(3)の何れかに記載する冷却水の処理方法。」
（５）真空蒸発部で熱交換を行った循環系の冷却水が保有する熱をさらに別系統の廃液の加熱源として利用する上記(1)〜(4)の何れかに記載する冷却水の処理方法。
（６）スラグ水砕水の処理設備であって、冷却水を循環使用するための循環系、溶融スラグに冷却水を接触させて砕く水砕部、冷却水の一部を循環系から抜き出して蒸発させる真空蒸発部、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水の熱を加熱源とする真空蒸着部の熱交換部、真空蒸発した蒸気を海水等の自然水によって冷却する凝縮部、この凝縮水を循環系に戻す管路、蒸発残を系外に排出する管路、循環系の冷却水を海水等の自然水によって冷却する冷却部を有することを特徴とするスラグ水砕水の処理設備。
（７）冷却水に窒素ガスを導入して溶存ガスを追い出すガス導入部が真空蒸発部の冷却水導入部分に設けられている上記(6)に記載するスラグ水砕水の処理設備。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の処理方法は、冷却水を循環使用する際に、循環系から抜き出した一部の冷却水を真空蒸発部に導き、循環系の冷却水が保有する熱を利用して真空蒸発させ、蒸発残を系外に排出するので、排出量が大幅に減少し、廃液処理の負担が格段に軽減される。また、真空蒸発された蒸気を冷却凝縮して循環系に戻し再使用するので、補給に必要な水量も大幅に低減される。さらに、冷却水自体が保有する熱量を利用して真空蒸発させるので、熱エネルギーの有効な利用が図れる。
【０００９】
例えば、溶融スラグ水砕水の処理系において、本発明の処理方法は、溶融スラグの水砕に使用した冷却水の一部を循環系から抜き出して真空蒸発させ、その蒸発残を系外に排出するので、廃液量が格段に減少する。また、溶融スラグから冷却水に混入した汚染物は真空蒸発の際に残留物となって残るので、蒸気を冷却凝縮して循環系に戻すことができ、多量の新たな水を補給する必要がない。従って、水資源の有効利用を図ることができる。さらに本発明の処理方法では、冷却水や蒸発水を冷却する自然水の使用量は増加せず、また凝縮水は蒸発して回収したものであるので、純度の高い水が得られる。
【００１０】
また、本発明の処理方法は、溶融スラグと接触して水温が上昇した冷却水の保有する熱量によって真空蒸発を行うので、冷却系の熱エネルギーを有効に利用することができ、エネルギーコストを低減することができる。
【００１１】
本発明の処理方法は、以上のような金属製錬における溶融スラグの水砕用冷却水の他に、溶融炉や製錬炉等の各種炉の水冷ジャケットを循環する冷却水、製鉄の圧延工程の冷却系において循環使用される冷却水、または発電設備の冷却系を循環する冷却水などに広く適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の処理方法は、水温が上昇した冷却水を冷却して循環使用する冷却系において、冷却水の一部を循環系から抜き出して真空蒸発部に導き、循環系の冷却水が保有する熱を利用して真空蒸発させ、蒸発残を系外に排出し、蒸気を冷却凝縮して循環系に戻し再使用することを特徴とする冷却水の処理方法である。
【００１３】
以下、本発明の冷却水の処理方法を金属製錬における溶融スラグの水砕用冷却水を例として説明する。本発明の処理方法ないし処理設備の概略を図１に示す。図示するように、本発明の処理システムは、冷却水を循環使用するための循環系４０を有しており、溶融スラグを冷却水に接触させて砕く水砕部１０と、循環系の冷却水を海水等の自然水によって冷却する冷却部５０が循環系４０に設けられている。なお、説明の都合上、海水や河川水等を自然水と云う。処理コストを低減するうえで自然水の利用が有利である。
【００１４】
本発明の処理方法システムは、さらに冷却水の一部を循環系から抜き出して蒸発させる真空蒸発部２０、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水が保有する熱を加熱源とする真空蒸着部の熱交換部２１、真空蒸発部の真空ポンプ２４、真空蒸発した蒸気を海水等の自然水によって冷却する凝縮部３０、凝縮部に設けた蒸気と海水との熱交換部３１、蒸気を冷却凝縮した凝縮水を循環系に戻す管路３２、蒸発残を系外に排出する管路２２が循環系４０に設けられている。さらに、循環系４０には冷却水の補給用管路６０が接続している。また、好ましくは、冷却水に窒素ガスを導入して溶存ガスを追い出すガス導入部２３が真空蒸発部２０の冷却水導入部分に設けられている。
【００１５】
水砕部１０において、溶融スラグに冷却水を接触させる方法および手段・設備は通常のものでよい。溶融スラグは冷却水によって急激に冷却されることによって熱歪みを生じて割れ、細粒になる。この水砕スラグはセメント等の資源として再利用される。
【００１６】
水砕部１０において溶融スラグに接触した冷却水は例えば水温が約５５℃に上昇する。本発明の処理システムは、この水温が上昇した冷却水が保有する熱を利用して、循環系から抜き出した冷却水を真空蒸発させる。図示する例では、水砕部１０を経過した循環系４０の管路に真空蒸発部２０が設けられている。
【００１７】
真空蒸発部２０の冷却水導入部分にはガス導入部２３が設けられている。溶融スラグに接触した冷却水にはスラグからガス成分が混入して溶存ガスが含まれている場合がある。この溶存ガス量が多いと冷却水を１００℃以下で蒸発させるための真空度を保つのが難しくなるので、このような場合には、真空蒸発部２０の冷却水導入部分にガス導入部２３を設け、循環系から抜き出した冷却水に窒素ガス等を導入して溶存ガスを追い出した後に真空蒸発させると良い。
【００１８】
真空蒸発部２０には熱交換部２１が設けられている。熱交換部２１は、例えば真空蒸発部２０を貫通する多数のパイプ（図示省略）によって形成すれば良く、該パイプは循環系４０の一部を形成しており、溶融スラグに接触して水温が上昇した冷却水が上記パイプを流れる間に、この冷却水の保有する熱量によって真空蒸発部２０が加熱され、真空蒸発部２０に導かれた冷却水が蒸発する。
【００１９】
例えば、水砕部１０を経過した冷却水は溶融スラグとの接触によって約５５℃前後に上昇した冷却水を熱交換部２１に導き、真空蒸発部２０を加熱する。真空蒸発部２０は真空ポンプ２４によって適度な真空に保たれており、循環系４０から抜き出した冷却水を真空下に導くことによって、約５５℃程度の温度下で蒸発させることができる。真空蒸発部２０は減圧密閉容器によって形成することができる。なお、真空ポンプ２４は多量の水蒸気が入り込まないように凝縮部３０の最後部に設けると良い。真空蒸発部２０と凝縮部３０とは真空ポンプ２４の吸引によって該真空蒸発部２０を真空に保つのに十分な口径の管路２５によって連通されている。また、真空蒸発部２０には補助加熱用のヒータを設けてもよい。熱交換部２１を経過した冷却水は熱交換によって水温が約５０℃前後に低下し、これを冷却部５０に導いてさらに冷却する。
【００２０】
一方、真空蒸発部２０において循環系から抜き出した冷却水を蒸発させ、その蒸発残を系外に排出することによって廃液量が大幅に減少し、廃液処理の負担が格段に軽減される。具体的には、例えば、循環系から約１０ｔ/Hrの冷却水を抜き出した場合でも、真空蒸発によって廃液量を約１ｔ/Hrに減量することができ、また溶融スラグとの接触によって冷却水に混入した汚染物の大部分は蒸発せずに残留するので、概ね約９t/Hrの蒸発量を循環系に戻すことができる。従って、循環系に補給する冷却水量は従来の方法よりも格段に少なくて良い。なお、蒸留残には汚染物が濃縮しており、この蒸発残は系外の廃液処理設備に排出される。
【００２１】
真空蒸発した蒸発水（蒸気）は凝縮部３０に導かれる。この凝縮部３０には海水や河川水等の自然水によって蒸気を冷却する熱交換部３１が設けられており、蒸気は冷却されて凝縮水になる。この熱交換部３１は、例えば、海水等を入れた水槽に多数のパイプを設け、このパイプを蒸気が流れる間に海水によって冷却し凝縮する構造などであれば良い。水槽に導入された海水は熱交換の後に外部に排出される。
【００２２】
真空蒸発部２０によって蒸発され、凝縮部３０を通過して冷却された凝縮水は管路３２を通じて循環系４０に戻される。一方、真空蒸発部２０の熱交換部２１を通過した循環系の冷却水の水温は例えば約５０℃前後であるので、これを冷却部５０に導き、海水等の自然水によって約４２℃前後に冷却する。冷却部５０の構造は凝縮部３０と同様に形成することができる。
【００２３】
なお、真空蒸発部２０の熱交換部２１を通過した循環系の冷却水は先に述べたように例えば約５０℃前後の水温を有するので、この熱量を系外の処理工程の熱源、例えば、別系統の廃液を真空蒸発して濃縮するための加熱源などに利用することができる。
【００２４】
冷却部５０を経由して水温を下げた冷却水は循環系４０を通じて水砕部１０に戻され、溶融スラグを水砕する冷却水として再び使用される。なお冷却水が水砕部１０に戻される間に、管路６０を通じて新たな水が補給される。具体的には、水砕部１０において水砕スラグに付着して系外に搬出された水量と、真空蒸発部２０において蒸留残として系外に抜き出された水量の合計量が補給される。先に述べたように、本発明の処理システムでは、真空蒸発によって廃液量が大幅に減量されているので、循環系に補給する冷却水量は従来の方法よりも格段に少なくて良い。
【００２５】
本発明の処理方法は、以上のような金属製錬における溶融スラグの水砕用冷却水の他に、溶融炉や製錬炉等の各種炉の水冷ジャケットを循環する冷却水、製鉄の圧延工程の冷却系において循環使用される冷却水、または発電設備の冷却系を循環する冷却水などに広く適用することができる。
【００２６】
〔実施例〕
図１に示す本発明の処理システムの具体的な適用例を示す。
１５００ｔ/Hrの冷却水を水砕工程に循環して、約１２３０℃の溶融スラグ約５９ｔ/Hrを水砕する場合、約３ｔ/Hrの水量が水砕スラグに付着して系外に搬出される。この水砕によって水温が上昇した冷却水（水温約５５℃）から約１０ｔ/Hrの水量を抜き出して真空蒸発部に送る。残量の冷却水は真空蒸発部の熱交換部を通じて循環系を流れる。この水温の高い冷却水によって真空蒸発部は約３５mmHgの真空下、約５５℃に加熱され、約９ｔ/Hrの冷却水が蒸気になって凝縮部に導かれ、また約１ｔ/Hrの冷却水が蒸発せずに残留し、系外の廃水処理設備に抜き出される。凝縮部には約２０℃の海水が導入されており、凝縮部に導入された蒸気はこの海水によって冷却されて凝縮水になり、循環系の冷却水に合流する。一方、真空蒸発部の熱交換部を経た冷却水（約５０℃）を冷却部に導入し、約４２℃前後に冷却する。この冷却水に管路６０を通じて新たに１３ｔ/Hrの水を補給し後に水砕部１０に供給し、上記水砕工程を繰り返す。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の処理システムを示す概念図
【図２】従来の処理システムを示す概念図
【符号の説明】
【００２８】
１０−水砕部、２０−真空蒸発部、２１−熱交換部、２２−管路、２３−ガス導入部、２４−真空ポンプ、２５−管路、３０−凝縮部、３１−熱交換部、３２−管路、４０−循環系、５０−冷却部、６０−補給用管路。
【図１】
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【図２】
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