以首鋼為例低溫多效海水淡化

1、項(xiàng)目概況2005 年國(guó)家發(fā)改委下發(fā)關(guān)于首鋼實(shí)施搬遷、結(jié)構(gòu)調(diào)整和環(huán)境治理方案的批復(fù)，批準(zhǔn)首鋼“按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，結(jié)合首鋼搬遷和唐山地區(qū)鋼鐵工業(yè)調(diào)整，在曹妃甸建設(shè)一個(gè)具有國(guó)際先進(jìn)水平的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)”。首鋼京唐公司位于淡水比較匱乏的華北曹妃甸地區(qū)，海水淡化作為水資源的開源增量技術(shù)，可有效緩解當(dāng)?shù)厮Y源短缺形勢(shì)。鋼鐵企業(yè)為耗水大戶，需要大量除鹽水等級(jí)的純水。冶金企業(yè)是綜合性工業(yè)具有大量余熱資源。項(xiàng)目概況首鋼京唐充分利用臨海優(yōu)勢(shì)，根據(jù)渤海水質(zhì)、幾種海水淡化的特點(diǎn)以及廠區(qū)蒸汽資源，采用了法國(guó)SIDEM 公司低溫低溫多效海水淡化技術(shù)多效海水淡化技術(shù)。根據(jù)全廠水質(zhì)、水量分析和平衡的結(jié)果，確定海水淡化工程的設(shè)

2、計(jì)水量為 1773 m3/h，設(shè)計(jì)一期規(guī)模為 50000 m3/d，項(xiàng)目分2步建設(shè)，每步建設(shè)21.25萬 m3/d 裝置，目前已全面投產(chǎn)。每年可為曹妃甸地區(qū)節(jié)約淡水1800萬噸，滿足鋼廠約50%的用水量。主要設(shè)計(jì)條件u海水水質(zhì)及水溫海水水質(zhì)及水溫 見（表1 、表2）u能源條件能源條件海水淡化主體工藝過程的能源消耗主要為蒸汽和電。若選用膜法海水淡化工藝，則其能源消耗主要為電，其用電量約為6kWh/m3 (成品水)；若選用熱法海水淡化工藝，則其能源消耗主要為蒸汽及電，其用蒸汽量約為0.1t蒸汽/m3(成品水)，用電量約為 1.2kWh/m3 (成品水)。電主要來源于新建鋼鐵廠的 2300MW 自備

3、電站及廠外電網(wǎng)，電壓等級(jí)為10kV及 380V；蒸汽主要來源于2300MW自備電站汽輪機(jī)低壓抽汽以及鋼鐵廠區(qū)低壓蒸汽，溫度約為 250。另外，鋼鐵廠擬建設(shè)2座35t啟動(dòng)鍋爐，透平發(fā)電后可提供約 70t/h的低低壓排汽（溫度約70，絕壓0.03MPa)；還有，鋼鐵廠季節(jié)不平衡時(shí)放散的乏汽也可作為熱法海水淡化工藝的動(dòng)力蒸汽 。主要設(shè)計(jì)條件海水水質(zhì)主要設(shè)計(jì)條件海水水溫工藝比選技術(shù)現(xiàn)狀目前，海水淡化技術(shù)主要有兩個(gè)發(fā)展方向，即熱法和膜法。熱法主要有：多級(jí)閃蒸(MSF)、低溫多效(LTMED)兩種技術(shù)。其中，多級(jí)閃蒸多級(jí)閃蒸的運(yùn)行溫度、造水比和級(jí)數(shù)分別在120、10以上和40級(jí)，多級(jí)閃蒸除了消耗一定的加熱

4、蒸汽外，還要耗電能4-5kWh/m3用于海水的循環(huán)和流體輸送；低溫多效低溫多效是在多效(MED)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，運(yùn)行溫度、造水比和效數(shù)分別在70以下、10左右和7效，低溫多效除了要消耗加熱蒸汽外，還要耗電能約1.2kWh/m3用于海水及成品水的輸送。膜法主要是指反滲透反滲透 (RO)(RO)技術(shù)技術(shù)，它利用半透膜在壓力下允許水透過而使鹽份和雜質(zhì)截留的技術(shù)。傳統(tǒng)上膜法技術(shù)普遍應(yīng)用于對(duì)苦咸水的淡化中，現(xiàn)在廣泛用于海水淡化中。膜法技術(shù)的脫鹽率可達(dá)99.5%，能耗約在6kWh/m3成品水 。工藝比選經(jīng)濟(jì)比較a)a)多級(jí)閃蒸多級(jí)閃蒸技術(shù)成熟可靠，成本適中，尤其適合大規(guī)模的海水淡化，一般出水相當(dāng)于除鹽

5、水。每噸淡化水需耗電4-5kWh，耗低壓蒸汽(以2ata壓力計(jì))0.14t。一次性設(shè)備投資稍高，但運(yùn)行維修費(fèi)用低。低溫多效低溫多效技術(shù)成熟可靠，成本較低，近十多年大規(guī)模應(yīng)用于海水淡化工程，一般出水相當(dāng)于除鹽水。每噸淡化水需耗電1.2kWh，耗低壓蒸汽(以2ata壓力計(jì))0.1t左右，一次性設(shè)備投資稍高，但運(yùn)行維修費(fèi)用較低。b)b)反滲透反滲透每噸淡化水需耗電6kWh左右，一般兩級(jí) RO出水相當(dāng)于淡水。一次性設(shè)備投資稍小，但膜老化更換運(yùn)行費(fèi)高。反滲透即使采用兩級(jí)RO，其出水指標(biāo)仍低于熱法出水指標(biāo)，若取得和熱法相同的水質(zhì)，后續(xù)一般需增加一級(jí)RO或其它深度除鹽設(shè)施。反滲透多用于市政等行業(yè)。工藝比選綜

6、合比選通過比較并結(jié)合實(shí)際工程的調(diào)研，鑒于熱法中的低溫多效在多級(jí)閃蒸的基礎(chǔ)上有了較多改進(jìn)，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多。因此僅將熱法中的低溫多效工藝和膜法工藝進(jìn)行綜合比較 ：一般情況下低溫多效工藝比反滲透工藝在一次投資方面略高，但曹妃甸地區(qū)原海水水質(zhì)較差將引起膜法預(yù)處理裝置復(fù)雜，因此二者投資相差不大。低溫多效工藝運(yùn)行期間的設(shè)備檢修和維護(hù)費(fèi)用相當(dāng)?shù)?；與同等能力的反滲透工藝比較，低溫多效裝置對(duì)操作人員的要求較低。低溫多效裝置的主要需要能源為蒸汽，該工藝結(jié)合首鋼京唐鋼鐵公司即將建設(shè)的自備電站和鋼廠內(nèi)夏季放散的乏蒸汽(100-150t/h)，利用蒸汽能源更方便。低溫多效裝置可以一步到位生產(chǎn)相當(dāng)純度的除鹽水(電導(dǎo)小于10

7、S/cm,25)，而且可以為進(jìn)一步的精除鹽(要求鍋爐補(bǔ)充水水質(zhì)小于0.2S/cm)提供較好的原水。工藝比選綜合比選低溫多效裝置對(duì)原海水水質(zhì)的沖擊污染不太敏感。據(jù)有關(guān)資料顯示，曹妃甸地區(qū)的海水已受到相當(dāng)程度的污染且時(shí)有風(fēng)暴潮發(fā)生。低溫多效裝置施工安裝簡(jiǎn)單，且運(yùn)行控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，因?yàn)榈蜏囟嘈аb置適合無人看管下的自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，并對(duì)操作人員的精度要求不高。通過以上比較，考慮到渤海灣水質(zhì)的不確定性，另外 ，又鑒于低溫多效工藝通過增設(shè)TVC裝置，可較好的利用廠 區(qū)蒸汽管網(wǎng)多余的低壓蒸汽，實(shí)現(xiàn)TVC模式、純MED模式及TVC+MED模式的運(yùn)行，以達(dá)到進(jìn)一步降低運(yùn)行成本，減少對(duì)環(huán)境的熱污染，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，因

8、此，決定一期一步采用熱法中的低溫多效工藝，規(guī)模為25 000m3/d。工藝流程海水取水首鋼京唐公司海水取水后續(xù)工藝為預(yù)處理及熱法海水淡化，要求取水水質(zhì)好，由于取水點(diǎn)位置為其公司內(nèi)港池附近水域，取水特點(diǎn)如下： 1)所需取水量較大，一期和二期共為139160m3/h。 2)具有靠近深港的天然優(yōu)勢(shì)，水深約8m?？紤]到取水量大、內(nèi)港池的水深、后續(xù)工藝的用水要求和處理成本等因素，首鋼京唐公司海水取水方式選用了直接取水方式。海水通過高樁碼頭引流及2個(gè)4000mm4000mm 的方孔導(dǎo)流后進(jìn)人取排水泵站的前池。海水取排水泵站前池容積約為 12000m，可起到很好的初步沉淀作用。為減少海洋微生物對(duì)后續(xù)設(shè)備、設(shè)

9、施的影響，海水取水泵房配置了成套的電解海水制氯裝置。 工藝流程海水輸送管道管材根據(jù)地理位置、輸送介質(zhì)和外部荷載等因素確定輸送海水管道埋深、管徑及管材。曹妃甸地區(qū)土壤鹽含量高，對(duì)混凝土有中等結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕，對(duì)鋼材腐蝕(包括化學(xué)、物理及電化學(xué)腐蝕)則更為嚴(yán)重。另外，輸送海水管道中高速流動(dòng)的海水中攜帶的泥沙也會(huì)加重對(duì)鋼材的腐蝕。首鋼京唐公司輸送海水管道防腐措施采用犧牲陽(yáng)極法犧牲陽(yáng)極法，選用耐海水腐蝕的管材。其中，小管徑管道選用聚氯乙烯聚氯乙烯 (PVC)(PVC)管材管材，大管徑管道大量應(yīng)用玻璃鋼管及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。玻璃鋼玻璃鋼管管造價(jià)與鋼管相近，但其防腐蝕性能遠(yuǎn)高于鋼管；預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼

10、筋混凝土管混凝土管是在鋼筋混凝土管內(nèi)放入鋼筒，段與段之間接口為承插式，承口環(huán)和插口環(huán)與鋼筒焊成一體。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管減少了鋼材與海水及土壤的接觸，從而減輕了海水對(duì)鋼材的腐蝕，且管道荷載能力較強(qiáng)，適用于地下管道。工藝流程海水預(yù)處理工藝渤海地區(qū)原水水質(zhì)具有粉砂多、鹽含量高和水質(zhì)變化幅度大等特點(diǎn)，選擇先進(jìn)的預(yù)處理工藝尤為重要。首鋼京唐公司選用威利雅公司ACTIFLO 高性能沉淀池工藝。該工藝采用斜管沉淀加微砂強(qiáng)化絮凝工藝進(jìn)行處理，與常規(guī)沉淀池工藝相比有顯著優(yōu)勢(shì)。【預(yù)處理流程】渤海灣海水通過內(nèi)港池進(jìn)入海水取水泵站前池，由海水取水泵送至海水預(yù)處理區(qū)，經(jīng)加藥、混凝、注砂、熟化、沉淀后，出水進(jìn)入提升水泵站

11、貯水池，高效沉淀池的底流污泥通過泥漿泵送往污泥處理站進(jìn)行脫水，脫水后的泥餅含水率小于65%，用汽車送往環(huán)保部門指定的場(chǎng)地。預(yù)處理設(shè)計(jì)為4 套沉淀池系統(tǒng)，每套系統(tǒng)的額定產(chǎn)水量為 5000 m3/h，最大產(chǎn)水量為 7000m3/h。工藝流程MED-TVC工藝流程工藝流程MED-TVC工藝流程海水在冷凝器冷凝器內(nèi)首先脫氣脫氣和預(yù)熱預(yù)熱，然后分成兩股水流，一部分返回大海，另一部分被加熱的海水作為蒸餾工藝的入料海水進(jìn)入蒸發(fā)器。經(jīng)升壓后補(bǔ)給水直接進(jìn)入蒸發(fā)器低溫效組低溫效組（五、六、七效），其余部分經(jīng)補(bǔ)給水加熱器再次預(yù)熱后進(jìn)入高溫效組高溫效組中的二、三、四效，最后一部分通過兩級(jí)噴射冷凝器兩級(jí)噴射冷凝器預(yù)熱至

12、接近加熱蒸汽溫度后進(jìn)入蒸發(fā)器第一效。輸入蒸汽被引入到第一效的熱傳導(dǎo)管中，通過蒸汽冷蒸汽冷凝，釋放凝，釋放出潛熱潛熱后傳給熱傳導(dǎo)管外的海水。當(dāng)熱傳導(dǎo)管內(nèi)的蒸汽冷凝發(fā)生時(shí)，幾乎等量等量的蒸發(fā)蒸發(fā)在熱傳導(dǎo)管外產(chǎn)生。為保證蒸餾水的純度，在通過鹽水飛沫分離鹽水飛沫分離器（除霧器）器（除霧器）后，蒸汽被引入到運(yùn)行溫度和壓力稍低的下一效的熱傳導(dǎo)管中。蒸發(fā)冷凝過程蒸發(fā)冷凝過程在所有效段中反復(fù)進(jìn)行反復(fù)進(jìn)行，每一效產(chǎn)出相當(dāng)量的蒸餾水。在最后一效中產(chǎn)生的蒸汽在廢熱冷凝器廢熱冷凝器中通過海水冷卻水冷凝。第四效的一部分蒸汽被抽出來用于對(duì)前四效的海水補(bǔ)給水加熱。工藝流程MED-TVC工藝流程第一效的冷凝水可進(jìn)入海水淡化成

13、品水系統(tǒng)海水淡化成品水系統(tǒng)，也可返回蒸汽發(fā)生地。原動(dòng)力蒸汽產(chǎn)生的二次蒸汽冷凝后流入一系列特殊效罐中，部分蒸餾水閃蒸閃蒸，其余的成品水流走流走。不斷增加的產(chǎn)品水不斷增加的產(chǎn)品水就這樣在各級(jí)中串接并受在各級(jí)中串接并受到閃蒸冷卻到閃蒸冷卻，釋放的熱量提高了工藝效率。冷卻后的產(chǎn)品水最后經(jīng)產(chǎn)品排放泵排放泵送至產(chǎn)品水分配系統(tǒng)產(chǎn)品水分配系統(tǒng)中。工藝流程MED-TVC工藝流程濃鹽水濃鹽水以與蒸餾水以同樣同樣的方式通過一系列鹽水閃蒸罐在各級(jí)中串接并受到閃蒸冷卻回收熱量閃蒸冷卻回收熱量，冷卻后，被鹽水排放泵鹽水排放泵引到社會(huì)鹽場(chǎng)社會(huì)鹽場(chǎng)。從每一根熱傳導(dǎo)管中逸出的不凝結(jié)性氣體，集中地從一效進(jìn)入到下一效。不凝結(jié)性氣體

14、（NCG）完全在最冷端效段廢熱回收冷凝器內(nèi)濃縮，并通過蒸氣噴射器將不凝結(jié)氣體抽出。工藝流程MED-TVC工藝流程工藝流程蒸發(fā)器設(shè)計(jì)參數(shù)工藝流程蒸發(fā)器工藝流程蒸發(fā)器1 臺(tái)主體蒸發(fā)器(7效)及其內(nèi)置末效冷凝器：尺寸為36182mm11072mm高9200mm，上三排為鈦管，其余為銅鋁合金。p混凝池:工藝尺寸5200mm5900mm6000mm；p注射池:工藝尺寸5200mm5900mm6000mm；p熟化池:工藝尺寸14000mm7200mm6000mm；p沉淀池:工藝尺寸14000 mm14000mm7310mm。海水增壓泵：1 臺(tái)，額定流量 1 695 t/h，揚(yáng)程 23 m；濃鹽水泵：1 臺(tái)

15、，額定流量 1 321 t/h，揚(yáng)程 30 m；蒸餾水泵：1 臺(tái)，額定流量 527 t/h，揚(yáng)程 49.75 m；凝結(jié)水泵：1 臺(tái)，額定流量 86 t/h，揚(yáng)程 43 m。n冷凝水板式換熱器：1 臺(tái)，換熱面積 65.54 m2，p=0.5MPa，鈦板；n蒸餾水水板式換熱器：1 臺(tái)，換熱面積 667.17 m2，p=0.5MPa，鈦板；n海水預(yù)熱器：1 臺(tái)，換熱面積 236.25 m2，p=0.5MPa，鈦板。1# 熱壓縮器：低壓蒸汽入口參數(shù)Q=38 t/h，P=0.3MPa，T=143，殼體為雙相不銹鋼；2# 熱壓縮器：低壓蒸汽入口參數(shù)Q=15 t/h，=0.3MPa，T=143，殼體為雙相不

16、銹鋼。工藝流程主要設(shè)備可選擇的海水淡化運(yùn)行模式有熱壓縮模式(TVC 模式)、多效模式(MED 模式)和混合模式(MED+TVC 模式)3 種。TVC 模式 僅使用低壓蒸汽(0.40MPa，250)，用量為 57t/h，其中 4t用于抽取不凝結(jié)汽體，用2臺(tái)熱壓縮器抽取二次蒸汽作為熱源。該模式下產(chǎn)水量高，但源利用效率低。MED 模式 僅使用汽輪機(jī)乏汽(0.03MPa，70)作為加熱蒸汽，用量為 62t/h，4噸低壓蒸汽(0.40MPa，250)用于抽取不凝結(jié)汽體。該模式下產(chǎn)水量低，但能源利用效率高。MED+TVC 模式 同時(shí)使用低壓蒸汽與汽輪機(jī)乏汽，1個(gè)熱壓縮器工作。低壓蒸汽用量 19t/h，其中

17、 4t用于抽取不凝結(jié)性氣體，汽機(jī)乏汽用量為 62t/h。運(yùn)行模式（3種）工藝特點(diǎn)根據(jù)鋼鐵廠的燃?xì)?、蒸汽、電、水平衡，能夠在TVC、MED、MED+TVC 3 種工況下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源的最大利用。將低溫多效蒸餾（LT-MED）裝置與發(fā)電凝汽器組合，通過水電聯(lián)產(chǎn)利用乏汽作為海水淡化動(dòng)力蒸汽，可大幅度降低海水淡化制水成本，同時(shí)可節(jié)省為凝汽器設(shè)置直流冷卻設(shè)施的投資。熱法裝置的濃鹽水排放溫度平均在 33左右，在工程施工上預(yù)留有冬季用熱法濃鹽水和膜法 -2.4的進(jìn)水海水進(jìn)行預(yù)熱的途徑，該途徑可實(shí)現(xiàn)不同海水淡化方式之間能源的全新組合和利用。運(yùn)行成本本工程海水淡化生產(chǎn)自用水的成本包括設(shè)備折舊費(fèi)用、耗電費(fèi)用、化學(xué)藥品消耗費(fèi)用、熱力費(fèi)用、人工費(fèi)用、維修費(fèi)用等。單位電費(fèi) 0.8493 元 /t，單位蒸汽