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海水淡化

MED-TVC海水淡化項目

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司是結合“循環(huán)經(jīng)濟”的理念,按照21世紀世界最高水平的能耗標準來(lái)進(jìn)行設計和建設的,要求水資源使用要開(kāi)源節流,加強科技攻關(guān),開(kāi)發(fā)出“節能環(huán)保”的制水、用水技術(shù)。同時(shí),新建曹妃甸鋼鐵廠(chǎng)位于地下水和地表水均稀缺的華北地區,因此開(kāi)發(fā)利用非傳統水資源勢在必行。海水淡化項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策,屬于《產(chǎn)業(yè)結構調整指導目錄》中鼓勵的項目。 
海水淡化,就是從海水中脫去鹽分,得到純度較高的淡水的過(guò)程。常見(jiàn)的海水淡化方法分為熱法和膜法兩種。首鋼京唐公司海水淡化項目,充分利用鋼鐵廠(chǎng)的余熱余能,實(shí)行水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜結合的組合模式,一期建造日產(chǎn)5萬(wàn)噸熱法海水淡化裝置,單套日產(chǎn)1.25萬(wàn)噸。走的是一條“引進(jìn)、消化、吸收、提升、創(chuàng )新”的低成本和綜合利用路線(xiàn),在十多年的發(fā)展歷程中不斷創(chuàng )新突破、總結經(jīng)驗,開(kāi)發(fā)出了以設備大型化、國產(chǎn)化和首鋼品牌為引領(lǐng),以工藝路線(xiàn)優(yōu)化和系統集成為手段,以適應渤海灣水文特征和工業(yè)企業(yè)需求為依據,以節能減排和循環(huán)經(jīng)濟為特點(diǎn),以能源綜合利用和資源階梯利用為方向,以降低海水淡化綜合成本為目標的首鋼海水淡化模式,為海水淡化在沿海鋼鐵、石化、電力等行業(yè)大規模發(fā)展應用起到了示范引領(lǐng)作用。與港珠澳大橋、蛟龍號比肩,被評為全國首批“優(yōu)秀海洋工程” 。

 1、開(kāi)發(fā)并實(shí)踐適合渤海灣水質(zhì)特點(diǎn)的熱膜耦合、水電共生的獨有海水淡化路線(xiàn),實(shí)現系統集成創(chuàng )新。 
(1)熱膜耦合
 海水淡化行業(yè)能夠大規模產(chǎn)業(yè)化應用的主要有兩種方式,熱法和膜法,這兩種方式最大的區別就是膜法對海水水溫和水質(zhì)要求較高,在渤海灣地區使用要受到限制,在首鋼模式出現之前,熱膜結合其實(shí)只是單純將兩種方式并聯(lián),到了兩種不同品質(zhì)的淡水,而沒(méi)有真正的做到優(yōu)勢互補,首鋼海水淡化將兩種方法有機的串聯(lián),開(kāi)發(fā)出適合渤海灣海水特性的先熱后膜的熱膜耦合路線(xiàn),實(shí)現了系統集成創(chuàng )新。該模式更好地發(fā)揮兩種淡化方法的優(yōu)勢,一是充分利用熱法海水淡化濃鹽水的余熱,解決了渤海灣冬季水溫過(guò)低的問(wèn)題,減少了能源消耗;二是提高海水的利用效率,減少了海水淡化總的取海水量和排放海水量;三是實(shí)現海水綜合利用,濃鹽水供化工企業(yè)制堿,實(shí)現了海水淡化和化工企業(yè)的產(chǎn)業(yè)融合。

(2)水電共生
 熱法海水淡化大多與大型發(fā)電廠(chǎng)同步建設,所謂的水電聯(lián)產(chǎn)都是從發(fā)電機中抽取中壓蒸汽,減溫減壓后作為海水淡化熱源,這樣會(huì )造成大量熱能損失,其他未被抽取的蒸汽充分做功發(fā)電后變成乏汽,乏汽含有的熱量通過(guò)凝汽器和冷卻塔換熱被釋放至大氣中,這種熱量的低利用率造成海水淡化高昂的能源成本,首鋼熱法海水淡化采用水電共生模式,用熱法海水淡化裝置代替汽輪發(fā)電機的凝汽器,節省凝汽器和冷卻塔投資,利用發(fā)電后的乏汽進(jìn)行海水淡化,不僅避免了中壓蒸汽減溫減壓時(shí)損失的熱量,還回收了乏汽和大氣換熱失掉的熱量,解決了環(huán)保上的“消白”問(wèn)題,水電共生模式?jīng)]有國內熱法海水淡化普遍采用的減溫減壓裝置,做到了發(fā)電機和海淡的無(wú)縫對接,系統整體熱量利用率從20%提高到81.5%,海水淡化能源成本降幅45%以上。該模式將汽輪發(fā)電機和熱法海水淡化創(chuàng )新性的合二為一,為海水淡化產(chǎn)業(yè)提供了一種嶄新的技術(shù),實(shí)現了能源的階梯級利用,大幅度降低了海水淡化制水成本,該模式在世界大型熱法海水淡化裝置中屬首次應用,為沿海鋼鐵、石化、電力等行業(yè)推廣海水淡化起到了示范作用。 
 2、實(shí)現“四個(gè)自主”的首鋼品牌,并沿著(zhù)設備首鋼造、裝置大型化、藥劑國產(chǎn)化路徑大幅度降低海水淡化運行成本。
(1)“四個(gè)自主”及裝置大型化
 首鋼海水淡實(shí)現了“四個(gè)自主”的首鋼品牌,由首鋼國際工程公司設計,由首鋼機電公司機械制造,由首鋼建設集團施工建設,由首鋼京唐公司系統調試及長(cháng)時(shí)間滿(mǎn)負荷運行,蒸發(fā)器的現場(chǎng)加工制造開(kāi)創(chuàng )了國內熱法海水淡化制造領(lǐng)域先河。該模式徹底掌握了熱法海水淡化設備的加工制造技術(shù),也實(shí)現了部分關(guān)鍵技術(shù)的自主集成,設備國產(chǎn)率達到98%以上,目前首鋼正在進(jìn)行3.5萬(wàn)噸/天熱法海水淡化裝置的建設,這也是我國目前單機規模最大的熱法海水淡化裝置。 
(2)化學(xué)清洗及藥劑國產(chǎn)化
海水中含有大量的鈣鎂離子,在運行過(guò)程中隨著(zhù)溫度和濃度的升高,必然會(huì )產(chǎn)生結垢,要定期進(jìn)行化學(xué)清洗,我國一直沒(méi)有海水淡化清洗的相關(guān)標準規范,而且對于硫酸鹽垢一直沒(méi)有去除手段。首鋼海水淡化自投產(chǎn)以來(lái)一直滿(mǎn)負荷連續運行,在這個(gè)過(guò)程中研發(fā)了海水淡化設備的清洗技術(shù)和藥劑,得到很好的應用和驗證,首鋼牽頭制定行業(yè)的酸洗規范,填補了國內空白,對于行業(yè)內普遍認為較難處理的硫酸鹽垢也具有很好的去除效果。另外首鋼自主研發(fā)了海水淡化阻垢劑,使用效果良好,打破了進(jìn)口阻垢劑的壟斷。
3、以海水淡化為核心,結合工業(yè)企業(yè)特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的低品質(zhì)余熱利用、多種能源介質(zhì)零排放為導向的節能減碳系統創(chuàng )新。
(1)低品質(zhì)余熱利用
        在冶金行業(yè)主工藝生產(chǎn)過(guò)程中,會(huì )產(chǎn)生多種低品質(zhì)余熱資源,例如高爐沖渣水的余熱、高爐熱風(fēng)爐煙氣余熱等,如何很好的利用此類(lèi)余能余熱資源,真正意義上的做到能源的梯級利用,始終是一項技術(shù)難題。首鋼海水淡化模式針對不同余熱使用不同工況,解決了企業(yè)余熱品質(zhì)不一難以全部利用的問(wèn)題,將蒸汽轉化為除鹽水,解決煤氣、蒸汽產(chǎn)需不平衡和無(wú)法儲存問(wèn)題,實(shí)現工業(yè)企業(yè)煤氣和蒸汽的零放散。 
(2)耦合式廢水零排放
一般情況下工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的廢水需要通過(guò)深度處理去除鹽分,實(shí)現廢水減量化和無(wú)害化,首鋼是國內第一家使用海水淡化的鋼鐵企業(yè),充分利用淡化水低鹽分的特點(diǎn),提高濃縮倍數和循環(huán)利用率,達到廢水“水量”和“鹽量”的雙平衡,實(shí)現了廢水“耦合式”零排放。該模式在沒(méi)有深度脫鹽設施的情況下,依托海水淡化技術(shù),實(shí)現工業(yè)企業(yè)廢水零排放。
 4、以海水淡化為紐帶、以區域循環(huán)經(jīng)濟為特點(diǎn)的濃海水綜合利用,實(shí)現環(huán)境友好、并降低海水淡化成本。
(1)濃鹽水商品化
海水淡化產(chǎn)生淡水的同時(shí)必然產(chǎn)生濃鹽水,濃鹽水常規處理方法有兩種,一是直接排海,造成一定污染,二是灘涂曬鹽,浪費土地而且效率低下,首鋼海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水輸送至化工企業(yè),將濃鹽水脫鈣脫鎂,進(jìn)行化工制堿,制堿效率明顯提高。該模式利用熱法海水淡化濃鹽水高濃度和高鹽度,構建了海水淡化和鹽化工相結合的濃海水綜合利用模式,不僅解決了濃鹽水的排放問(wèn)題,還帶來(lái)一定的經(jīng)濟效益,有效的降低了海水淡化的綜合成本,取得了較大的社會(huì )效益和環(huán)境效益。
(2)濃海水電站脫硫
 海水脫硫是利用海水的天然堿性溶解和吸收發(fā)電煙氣中的SO2,適用于以海水為循環(huán)冷卻水的電廠(chǎng),首鋼2×300MW發(fā)電機組利用海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水進(jìn)行煙氣脫硫,煙氣脫硫裝置效率大于97%。 該模式利用海水淡化濃鹽水用于電站脫硫,充分利用濃鹽水的高pH值和高堿度,提升了脫硫效果,實(shí)現海水資源的梯級利用,為水電共生的沿海發(fā)電企業(yè)提供很好的借鑒作用。
 5、首鋼海水淡化模式構建的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈
        首鋼海水淡化模式是按照“水電共生、熱膜耦合、低碳環(huán)保、綜合利用”的方向發(fā)展,走一條“熱-電-水-鹽”四聯(lián)產(chǎn)的低成本技術(shù)路線(xiàn),構建了以海水淡化為依托的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈。

 

 

(1)、三條縱向資源利用鏈
        海水資源梯級利用(中間):熱法濃鹽水作為膜法水源,膜法濃鹽水作為鹽化工原料,熱膜耦合模式實(shí)現濃海水“零排放”。
        能源資源梯級利用(右側):通過(guò)煤氣鍋爐產(chǎn)生蒸汽先行發(fā)電,再將發(fā)電后的乏汽供給熱法海水淡化,實(shí)現煤氣、蒸汽的“零”放散。 
        淡水資源梯級利用(左側):熱法海淡所生產(chǎn)的除鹽水勾兌污水實(shí)現鋼鐵廠(chǎng)污水耦合式“零”排放。
        (2)、三條橫向資源轉化鏈
        環(huán)境資源轉化(中間):將濃鹽水中有效元素提取,產(chǎn)生經(jīng)濟效益的同時(shí)還產(chǎn)生環(huán)境效益。
        余熱資源轉化(上側):水電共生模式節省了設備投資,又提高了全系統的熱效率,大大降低了海淡成本。
        新能源轉化(下側):將不可儲存的新能源發(fā)電通過(guò)海淡轉換成可儲存的水資源。
        2019年,全國單體規模最大的3.5萬(wàn)噸/天低溫多效海水淡化項目在京唐公司建成投產(chǎn),同時(shí),聯(lián)合燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組順利通過(guò)滿(mǎn)負荷試驗投入運行,構建了全球首例“燃-熱-電-水-鹽”“五效一體”高效循環(huán)利用系統,開(kāi)創(chuàng )了低品質(zhì)能源高效利用的新格局。將有力促進(jìn)鋼鐵廠(chǎng)全系統、全流程、全工序能源成本降低,對進(jìn)一步提升京唐公司綠色制造能力、再次擦亮循環(huán)經(jīng)濟這張京唐“名片”,具有重要意義。
        首鋼海水淡化模式是我國發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)、推進(jìn)海水綜合利用、實(shí)施“海洋強國”戰略的重要技術(shù)儲備,幾年來(lái),首鋼海水淡化已獲得國家專(zhuān)利12項,制定相關(guān)國家標準1項,行業(yè)標準3項,獲得北京市科技進(jìn)步二等獎,河北省科技進(jìn)步二等獎、冶金科技進(jìn)步二等獎等多個(gè)獎項,河北省首個(gè)技術(shù)創(chuàng )新中心在首鋼京唐公司揭牌籌建,首鋼京唐公司將以打造一個(gè)國家級海水淡化和海水資源綜合利用技術(shù)創(chuàng )新高地為總體目標,力爭打造具有國家影響力的海水淡化和資源利用關(guān)鍵技術(shù)的集成創(chuàng )新中心,搭建全國海水淡化學(xué)術(shù)交流、專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)、高端人才培養與交流的平臺,促進(jìn)首鋼在河北省乃至全國的海水淡化領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。