JP6215750B2 - 冷却水の利用方法 - Google Patents

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Description

本発明は、冷却水の利用方法に関する。
転炉などの炉の冷却には、通常、冷却水が用いられている。具体的には、炉の近傍に設けられた冷却ジャケットに冷却水を通すことで炉の冷却を行う。この場合、冷却水は、冷却ジャケットを含む循環経路内を循環する。循環経路内を循環する冷却水は一定量ずつ排水され、新たな冷却水が循環経路内に供給されることで、水質等の維持が図られている。
従来、廃熱の利用を目的として、転炉の冷却水を熱交換器に導入し、工業用水を温める技術が知られている(特許文献1参照)。
特開平9−125126号公報
冷却水を工場等から排水する場合、公害防止の法律および協定などの関係から処理に手間を要する。このため、最近では、冷却水の排水量を減らすべく、冷却水を有効に再利用する技術が求められている。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、冷却水を有効に利用することが可能な冷却水の利用方法を提供することを目的とする。
本発明の冷却水の利用方法は、炉の冷却に用いた冷却水と第1の温度の工業用水とを混ぜ合わせることで生成される、前記第1の温度よりも高い第2の温度の混合水を、純水製造装置の逆浸透膜に供給することで、純水を生成する
この場合において、前記冷却水を循環させる循環システムから前記冷却水を抜き出し、前記工業用水と混ぜ合わせることとしてもよい。ここで、循環システムとは、炉を冷却する冷却ジャケットからの排水を冷却する冷却器、冷却水を冷却器から冷却ジャケットへ戻す送水機、及びこれらの設備と冷却ジャケットとを接続する配管、を含むシステムである。なお、冷却器には冷却水の貯水槽が付属されていてもよい。また、前記循環システムから抜き出した前記冷却水を一時的にタンクに貯留し、前記タンクから抜き出した冷却水を前記工業用水と混ぜ合わせることとしてもよい。また、前記循環システム内の水量を維持するために前記循環システムに補給水を補給することとしてもよい。また、前記循環システムから抜き出される冷却水のシリカ濃度は100mg/L以下であることとしてもよい。また、前記循環システムから抜き出される冷却水の濁度は5以下であることとしてもよい。前記冷却水の温度は25℃以上でもよい。
また、前記タンク内における前記冷却水の貯留量に応じて、前記循環経路と前記タンクとの間で、前記循環経路から前記タンクに向かう冷却水の一部を抜き出すこととしてもよい。
本発明の冷却水の利用方法は、冷却水を有効利用することができるという効果を奏する。
第1の実施形態に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図である。 図2(a)は第1の実施形態の変形例に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図であり、図2(b)は冷却水および工業用水の温度の一例を示すグラフである。 図3(a)は第2の実施形態に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図であり、図3(b)は第2の実施形態の変形例に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図である。 図4(a)は第3の実施形態に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図であり、図4(b)は第3の実施形態の変形例に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図である。 図5(a)は第4の実施形態に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図であり、図5(b)は第4の実施形態の第1変形例に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図である。 第4の実施形態の第2変形例に係る冷却水利用システムの一例を示す模式図である。
《第1の実施形態》
以下、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る冷却水利用システム100を示す模式図である。冷却水利用システム100は、一例として、転炉や自溶炉などの炉が設置された工場内に設けられるシステムである。
図1に示すように、冷却水利用システム100は、炉の冷却システム10および純水製造装置20を備える。図1(a)中の配管は温水が流れる配管を表す。
冷却システム10は、冷却ジャケット11、バルブ12、伝送器13およびFIQC(流量コントローラ)14を有する。冷却ジャケット11は、例えば炉の炉体に内蔵され、又は炉体の近傍に設けられ、内部に存在する冷却水により、炉を冷却する機能を有する。冷却ジャケット11には補給水W0が供給され、冷却ジャケット11からは、冷却に用いられた冷却水W1が抜き出されている。冷却水W1の温度は、例えば45℃である。なお、補給水W0の供給量と冷却水W1の抜き出し量とは同量であり、冷却ジャケット11内の水量を維持するために補給水は冷却ジャケット11内に補給されている。
伝送器13は、その上流側および下流側における配管内の流量を検出する。FIQC14は、伝送器13が検出した流量に応じてバルブ12の開閉状態を制御する。
純水製造装置20は、濾過器21、タンク22、ポンプ23および24、ならびにRO(Reverse Osmosis)膜(逆浸透膜)25を有する。
冷却ジャケット11から抜き出された冷却水W1は、濾過器21に供給される。濾過器21は冷却水W1を濾過する。タンク22は濾過器21により濾過された冷却水W1を貯留する。ポンプ23はタンク22に貯留された冷却水W1をくみ上げ、RO膜25に供給する。RO膜25は冷却水W1を浄化する。このRO膜25により浄化された冷却水W1は、不図示のイオン交換膜などによりさらに浄化されることで、純水となる。本第1の実施形態では、純水製造装置20の純水製造能力は、一例として17t/hであるものとする。
なお、図1に破線の矢印で示すように、ポンプ24がタンク22から冷却水W1をくみ上げ、濾過器21に供給することで、濾過器21を洗浄することができる。このとき、RO膜25への冷却水W1への供給は停止する。
ここで、RO膜25に供給される供給水の水温が高いと、RO膜25の透過水量が大きくなり、RO膜25の処理水量が増加する。RO膜25が有効に機能するためには、例えば水温が25℃以上であることが好ましい。図2(b)において後述するように、冷却水W1の温度は、月によらずほぼ一定であり、およそ45℃である。本第1の実施形態では、冷却水W1をRO膜25に供給することとしているので、適切な温度の水をRO膜25に供給することができる。この場合、冷却水をRO膜25に通して純水を製造しているため、工場からの排水量を減らすこともできる。従って、冷却水W1を排出する場合よりも、公害防止協定などにより定められた排水量の規制を遵守することが容易になる。
なお、RO膜25におけるシリカの析出を抑制するため、冷却水W1のシリカ濃度は100mg/L以下が好ましい。また、濾過器21の性能低下を抑制するためには、冷却水W1の濁度は5以下が好ましい。したがって、本第1の実施形態では、シリカ濃度や濁度を基準以下に維持するため、冷却ジャケット11内の冷却水W1を管理することとする。これにより、冷却水W1を純水製造装置20の原水として利用しても、問題なく純水を製造することが可能である。なお、シリカ濃度や濁度以外にも、水の電気伝導率や水に含有される鉄などの不純物の濃度なども管理することが好ましい。
以上、説明したように、本第1の実施形態によれば、炉の冷却に用いた冷却水W1を純水製造装置20の原水として使用するので、冷却水W1を有効利用することが可能であり、工場からの排水量を低減することができる。また冷却水W1の水温は25℃以上であるため、RO膜25を有効に機能させることができる。
次に、第1の実施形態の変形例について、図2に基づいて説明する。図2(a)は、第1の実施形態の変形例に係る冷却水利用システム100aを示す模式図である。
図2(a)に示すように、冷却水利用システム100aにおける純水製造装置20は、図1の構成に加え、タンク26、ポンプ27、およびバルブ28を備える。タンク26と濾過器21とを接続する配管29には、バルブ28が設けられている。なお、図2(a)中の白抜きの配管は常温(外気温と同程度)の水が流れる配管を表し、黒塗りの配管は温水が流れる配管を表す。
ポンプ27は淡水(工業用水W2)をくみ上げ、タンク26に供給し、タンク26は工業用水W2を貯留する。工業用水W2の温度(第1の温度)は外気温と同程度である。すなわち、冷却水W1の温度は、工業用水W2の温度(第1の温度)よりも高い。
冷却ジャケット11から抜き出された冷却水W1は、配管29に供給され、タンク26から流れる工業用水W2と混ぜ合わされる。これにより、工業用水W2の温度(第1の温度)よりも低い第2の温度(例えば、25〜40℃)の混合水W3が生成される。なお、配管29への冷却水W1の供給量は例えば40〜50t/hであるものとする。
濾過器21は混合水W3を濾過する。タンク22は濾過器21により濾過された混合水W3を貯留する。ポンプ23はタンク22に貯留された混合水W3をくみ上げ、RO膜25に供給する。RO膜25は混合水W3を浄化する。このRO膜25により浄化された混合水W3は、イオン交換膜などによりさらに浄化されることで、純水となる。
図2(b)は冷却水W1および工業用水W2の温度変化の一例を示すグラフである。横軸は月、縦軸は温度を表す。冷却水W1の温度は実線、工業用水W2の温度は破線で示している。図2(b)に示すように、冷却水W1の温度は、月によらずほぼ一定であり、およそ45℃である。一方、工業用水W2の温度は月により大きく変化する。例えば、外気温の低い冬季(12〜2月など)においては10℃を下回り、外気温の高い6〜9月には20℃を上回る。
図2(b)に示すように、工業用水W2の温度が25℃を超えるのは8月のみである。したがって、工業用水W2のみをRO膜25に供給しても、RO膜25の処理水量は少ない。これに対応すべく、従来は、高温蒸気を利用して、RO膜25に供給される工業用水W2を加温していた。高温蒸気を利用することで、手間と費用が必要となっていた。これに対し、本第1の実施形態の変形例のように、冷却水W1と工業用水W2を混ぜ合わせた第2の温度(25〜40℃程度)の混合水W3をRO膜25に供給することとしているので、高温蒸気を利用することなく、適切な温度の水をRO膜25に供給することができる。
なお、シリカ濃度や濁度を基準以下に維持するため、冷却ジャケット11内の冷却水W1を管理することとする。これにより、冷却水W1を工業用水W2と混ぜ合わせても、問題なく、純水を製造することが可能である。
以上、説明したように、本第1の実施形態の変形例によれば、冷却水W1を、第1の温度(外気温と同等)の工業用水W2に混ぜ合わせることで生成される、第2の温度(25〜40℃程度)の混合水W3を、純水製造装置20の原水として使用する。このため、RO膜25を有効に機能させることができる。また、従来のように高温蒸気を用いる必要がないため、純水製造に要する費用を低減することができる。また、冷却水をRO膜25に通して純水を製造しているため、工場からの排水量を低減することができる。このように、本第1の実施形態では、冷却水W1を有効利用することが可能である。
《第2の実施形態》
次に、第2の実施形態について説明する。図3(a)は、第2の実施形態に係る冷却水利用システム200の一例を示す模式図である。図3(a)に示すように、冷却水利用システム200の冷却システム10は、第1の実施形態の構成に加え、クーリングタワー15、ポンプ16および17を有している。
冷却ジャケット11、クーリングタワー15、およびこれらを接続する配管は循環経路10aを形成する。この循環経路10aが、冷却水を循環する循環システムである。冷却水W1は、循環経路10aを循環する。循環する水量は、一例として、通常操業時で350〜400t/h程度、昇温操業時で450〜500t/h程度である。
ポンプ16は、冷却ジャケット11から冷却水W1をくみ上げる。冷却水W1の一部はクーリングタワー15に供給される。クーリングタワー15に供給された冷却水W1は45℃程度の温度であるが、その一部はクーリングタワー15において蒸発するため、冷却水W1の温度は例えば40℃に低下する。ポンプ17はクーリングタワー15に貯留されている冷却水W1を冷却ジャケット11に供給する。すなわち、循環経路10aを循環する冷却水W1は、炉の冷却により温度上昇するが、クーリングタワー15により冷却され、再び炉の冷却に用いられる。
ところで、ポンプ16が冷却ジャケット11からくみ上げた冷却水W1の一部(クーリングタワー15に供給されない冷却水W1)は、循環経路10aから純水製造装置20の濾過器21に供給され、第1の実施形態と同様、RO膜25に供給され、純水が製造される。
なお、抜き出される冷却水W1の量やクーリングタワー15で蒸発する冷却水W1の量を補い、クーリングタワー15や冷却ジャケット11内の水量を維持するため、クーリングタワー15や冷却ジャケット11には補給水が供給されている。なお、補給水の供給は、クーリングタワー15に設けられた水位計15aによる計測結果に基づいて行われる。これにより、炉の冷却に十分な量の冷却水W1を循環経路10a内に維持しておくことができる。
以上のように、本第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様、冷却水W1を有効利用することが可能である。
また、本第2の実施形態によれば、冷却水W1を循環させる循環経路10aから冷却水W1を抜き出し、原水として使用する。これにより冷却水W1の一部が補給水と入れ替わるため、循環経路10a内の冷却水W1の水質を維持することができる。これにより、シリカ濃度や濁度などを第1の実施形態で説明した基準値以下に維持することができるので、RO膜25や濾過器21を保護することができる。
なお、上記第2の実施形態では、RO膜25への必要供給水量に応じて、循環経路10aから抜き出す冷却水W1の量を変更してもよい。例えば、RO膜25への必要供給水量を減少させる場合、循環経路10aから抜き出す水量を少なくすればよい。水量の調節はバルブ12の開閉状態の変更により可能である。
なお、純水製造装置20の濾過器21の洗浄をする際には、一時的に純水製造装置20への通水を停止する。この場合は、バルブ12を閉じ、循環経路10aから純水製造装置20への冷却水W1の供給を停止する。
なお、上記第2の実施形態においては、冷却水W1を冷却する冷却部として、クーリングタワーを用いたが、これに限らず、シェルアンドチューブ式熱交換器、またはプレート式熱交換器などの熱交換器を用いることとしてもよい。
次に、第2の実施形態の変形例について説明する。図3(b)は、第2の実施形態の変形例に係る冷却水利用システム200aの一例を示す模式図である。
図3(b)に示すように、冷却水利用システム200aにおける純水製造装置20は、図3(a)の構成に加え、タンク26、ポンプ27、およびバルブ28を備える。循環経路10aから抜き出された冷却水W1は配管29に供給され、工業用水W2と混ぜ合わされ、混合水W3が生成される。
このようにすることで、第1の実施形態の変形例と同様、冷却水W1を有効利用することが可能である。また、循環経路10a内の冷却水W1の水質を維持することができ、RO膜25や濾過器21を保護することができる。
《第3の実施形態》
次に、第3の実施形態について説明する。図4(a)は、第3の実施形態に係る冷却水利用システム300の一例を示す模式図である。図3に示すように、冷却水利用システム300は、冷却システム10および純水製造装置20に加え、リザーブシステム30を備える。
リザーブシステム30は、タンク31、ポンプ32、およびバルブ33を備える。タンク31は、循環経路10aと濾過器21との間に設けられており、循環経路10aから抜き出された冷却水W1を貯留する。なお、冷却水W1のタンク31への供給量は、30〜40t/hであるものとする。ポンプ32はタンク31から冷却水W1をくみ上げ、バルブ33を介して濾過器21に供給する。タンク31から濾過器21への冷却水W1の供給量は、一例として、42〜47t/hであるものとする。
タンク31には、工場内のディーゼルエンジン・ジェネレータ(DEG)において用いられた蒸気が引き込まれている。タンク31では、この蒸気が凝縮して生成される水を冷却水W1とともに貯留する(蒸気ドレン)。これにより、蒸気を有効利用でき、工場における水の使用量を少なくすることができる。
本第3の実施形態では、循環経路10aから抜き出した冷却水W1を一時的にタンク31に貯留し、タンク31から抜き出した冷却水W1を原水として使用する。すなわち、タンク31に貯留された冷却水W1を濾過器21に供給するため、循環経路10aの状態に影響を与えることなく(循環経路10aからの冷却水の抜き出し量を変更したりすることなく)、純水製造装置20に供給する冷却水W1の量を変更することができる。これにより、循環経路10aからタンク31へ一定量の冷却水を抜き出し、かつ純水製造装置20に供給する冷却水W1の量を変更することができる。したがって、循環経路10a内の冷却水W1の水質等を維持しながら、RO膜25への混合水の必要供給水量や、濾過器21の洗浄等に対応することが可能である。
以上、説明したように、本第3の実施形態によれば、第1、第2の実施形態と同様、冷却水W1を有効利用することが可能であるとともに、タンク31を用いることで、循環経路10aの状態に影響を与えることなく、純水製造装置20に供給する冷却水W1の量を変更することができる。
次に、第3の実施形態の変形例について説明する。図4(b)は、第3の実施形態の変形例に係る冷却水利用システム300aの一例を示す模式図である。
図4(b)に示すように、冷却水利用システム300aにおける純水製造装置20は、図4(a)の構成に加え、タンク26、ポンプ27、およびバルブ28を備える。タンク31に貯留された冷却水W1は配管29に供給され、工業用水W2と混ぜ合わされ、混合水W3が生成される。
このようにすることで、第1、第2の実施形態の変形例と同様、冷却水W1を有効利用することが可能である。また、タンク31を用いることで、循環経路10aの状態に影響を与えることなく、工業用水W2と混ぜ合わせる冷却水W1の量を変更することができる。
《第4の実施形態》
次に、第4の実施形態について説明する。図5(a)は、第4の実施形態に係る冷却水利用システム400の一例を示す模式図である。図5(a)に示すように、冷却水利用システム400における冷却システム10は、第3の実施形態の構成に加え三方弁18を有する。また、リザーブシステム30は、第3の実施形態の構成に加え、水位計34を有する。
三方弁18は、循環経路10a、タンク31、および回収経路19に接続されている。回収経路19は例えば工場内のタンク(不図示)などに接続されている。
水位計34は、タンク31の水位を計測する。三方弁18はタンク31の水位を水位計34から取得し、水位に応じて開閉状態を切り換える。
本第4の実施形態では、RO膜25への必要供給水量が少ない場合、タンク31から抜き出す水量も少なくなり、タンク31内の水位は上がる。この場合、タンク31の空きが少なくなるため、循環経路10aからタンク31への供給水量を減少させることが好ましい。したがって、例えばタンク31の水位が所定の閾値より大きい場合には、三方弁18は循環経路10aと回収経路19とを接続するように開く。これにより、冷却水W1は回収経路19から排出され、不図示の工場内のタンクに供給される。この排出された冷却水W1は、別の用途の工業用水として利用することができる。
以上、説明したように、本第4の実施形態によれば、第1〜第3の実施形態と同様、冷却水W1を有効利用することが可能である。また、タンク31内における冷却水W1の貯留量に応じて、循環経路10aからタンク31に向かう冷却水W1の一部を、三方弁18および回収経路19を通じて抜き出す。このため、循環経路10aの状態に影響を与えることなく、タンク31内の水量を適量に維持することができる。
次に、第4の実施形態の第1変形例について説明する。図5(b)は、第4の実施形態の第1変形例に係る冷却水利用システム400aの一例を示す模式図である。
図5(b)に示すように、冷却水利用システム400aにおける純水製造装置20は、図4(a)の構成に加え、タンク26、ポンプ27、およびバルブ28を備える。
このようにすることで、第1〜第3の実施形態の変形例と同様、冷却水W1を有効利用することが可能である。また、循環経路10aの状態に影響を与えることなく、タンク31内の水量を適量に維持することができる。
次に、第4の実施形態の第2変形例について説明する。図6は、第4の実施形態の第2変形例に係る冷却水利用システム400bの一例を示す模式図である。
図6に示すように、配管29とタンク31の間に配管35が設けられている。配管35は、バルブ28が閉状態にあるときに、タンク26から流れ出した工業用水W2をタンク31に供給する。この場合、タンク31内において冷却水W1と工業用水W2とが混ざり合う。そして、混ざり合った水は、タンク31から配管29、濾過器21、RO膜25等に供給される。
このようにすることで、タンク31内に流入する冷却水W1の温度が高い(例えば50℃を超える)場合でも、タンク31内で冷却水W1の温度調節を行うことが可能である。
なお、上記各実施形態では、混合水W3を純水の製造に用いる場合について説明したが、これに限られるものではない。すなわち、その他の用途に用いることとしてもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10a 循環経路
12 バルブ
20 純水製造装置
25 RO膜(逆浸透膜)
31 タンク
33 排出経路
W1 冷却水
W2 工業用水
W3 混合水

Claims (8)

  1. 炉の冷却に用いた冷却水と第1の温度の工業用水とを混ぜ合わせることで生成される、前記第1の温度よりも高い第2の温度の混合水を、純水製造装置の逆浸透膜に供給することで、純水を生成することを特徴とする冷却水の利用方法。
  2. 前記冷却水を循環させる循環システムから前記冷却水を抜き出し、前記工業用水と混ぜ合わせることを特徴とする請求項1に記載の冷却水の利用方法。
  3. 前記循環システムから抜き出した前記冷却水を一時的にタンクに貯留し、前記タンクから抜き出した冷却水を前記工業用水と混ぜ合わせることを特徴とする請求項2に記載の冷却水の利用方法。
  4. 前記循環システム内の水量を維持するために前記循環システムに補給水を補給することを特徴とする請求項2または3に記載の冷却水の利用方法。
  5. 前記循環システムから抜き出される冷却水のシリカ濃度は100mg/L以下であることを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載の冷却水の利用方法。
  6. 前記循環システムから抜き出される冷却水の濁度は5以下であることを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載の冷却水の利用方法。
  7. 前記冷却水の温度は25℃以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の冷却水の利用方法。
  8. 前記タンク内における前記冷却水の貯留量に応じて、前記循環システムと前記タンクとの間で、前記循環システムから前記タンクに向かう冷却水の一部を抜き出すことを特徴とする請求項3に記載の冷却水の利用方法。
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