海水淡化

 

MED-TVC海水淡化项目

    

    首钢京唐公司海水淡化项目,按照21世纪世界最高水平的能耗标准来进行设计和建设 █■▄▄■▓,要求水资源使用要开源节流,加强科技攻关 █■▄▄■▓,开发出“节能环保”的制水、用水技术 █■▄▄■▓。同时,新建首钢京唐公司位于地下水和地表水均稀缺的华北地区 █■▄▄■▓,因此开发利用非传统水资源势在必行。海水淡化项目符合国家产业政策 █■▄▄■▓,属于《产业结构调整指导目录》中鼓励的项目 █■▄▄■▓。

    一、项目概况

    根据钢铁厂用水平衡 █■▄▄■▓,首钢京唐公司海水淡化工程设计一期采用热法低温多效蒸馏工艺,产水规模为每天5万吨 █■▄▄■▓,单套装置产水规模每天1.25万吨,产品水电导率小于10μS/ █■▄▄■▓。

每台主体蒸发器由7个相同的效和1个末效冷凝器组成,主要结构均为换热管束 █■▄▄■▓,辅助系统主要由海水补给、浓盐水排放 █■▄▄■▓、蒸汽减温减压及输入、冷凝水输回和产品水排出等分系统构成 █■▄▄■▓。进入系统的海水首先进入末效冷凝器,经预热后由泵送入蒸发器 █■▄▄■▓,用于补给蒸发;从厂区管网蒸汽经调压后进入主体第一效 █■▄▄■▓,将补给的海水蒸发,加热蒸汽冷凝后由泵抽出等量送回蒸汽发生源 █■▄▄■▓。系统被抽到接近真空,故蒸发过程在低于70度的情况就能发生 █■▄▄■▓,海水蒸发产生的蒸汽作为二次热源使下一效海水蒸发,同时冷凝成蒸馏水 █■▄▄■▓,同样的过程在每效中进行,从而实现了每引入1吨蒸汽产生近10吨的蒸馏水的高造水比 █■▄▄■▓。而海水部分蒸发后浓度略为升高(约1.43倍) █■▄▄■▓,称之为浓盐水,由泵排出 █■▄▄■▓。本项目排出浓盐水计划用于南堡盐场制盐,避免造成海洋生态污染 █■▄▄■▓。各效产出的蒸馏水统一收集后同样由泵抽出,送至成品水储存至输送系统 █■▄▄■▓。

10台直径13米、高13米储罐用作成品水储存 █■▄▄■▓,采用食品级的玻璃钢材质,单体容积国内名列前茅 █■▄▄■▓。同时,考虑曹妃甸饮用水的缺乏 █■▄▄■▓,对于蒸馏水矿化用于饮用的方案现也已提上议程。

 

 

二 █■▄▄■▓、项目的主要特点和技术先进性

1. 设施自身的创新设计理念:

主体蒸发器平行六面体形状在国内属于首次使用 █■▄▄■▓,同时利用合理的设备及管道布置,充分实现了结构紧凑 █■▄▄■▓、空间节省,两套装置占地面积不到3 000平方米 █■▄▄■▓,小于同规模其他结构装置占用量,同时该形状下装置内部管束布置更加合理 █■▄▄■▓,使得内部空间更加合理利用,使热交换过程更加完善 █■▄▄■▓。双TVC模式的使用甚至在国外海水淡化设施也很少使用。

2. 多种工况相结合 █■▄▄■▓,在节约能源上进行了全新的尝试:

该项目设置了三种运行工况 █■▄▄■▓:仅仅使用钢铁厂余热蒸汽的模式;使用发电机组或者低品质热源产生的乏蒸汽 █■▄▄■▓,并使用一定量的低压蒸汽作为补充的运行模式;仅仅使用乏蒸汽模式 █■▄▄■▓。其中的乏蒸汽模式目前国内首次使用,该模式的乏蒸汽由于已经做完功 █■▄▄■▓,所以制水成本低廉。

热法装置的浓盐水排放温度平均在33摄氏度左右 █■▄▄■▓,一期的浓盐水排放水量在4800/小时,在工程施工上预留有冬季用热法浓盐水和膜法零下2.4摄氏度的进水海水进行预热的途径 █■▄▄■▓,该途径可实现不同海水淡化方式之间能源的全新组合和利用。

3. 在循环经济模式上的探索 █■▄▄■▓:

首钢京唐公司海水淡化项目包含如下的物质和能量的循环:

1 █■▄▄■▓)钢铁厂内部特有的“水--水”循环:海水淡化产出的成品水进入钢铁冶炼系统 █■▄▄■▓,在钢铁冶炼设备中产生余热蒸汽,余热蒸汽推动汽轮发电机组做功 █■▄▄■▓,做功完毕的乏蒸汽进入海水淡化装置作为热源,这部分热源通过和海水换热 █■▄▄■▓,蒸发海水产出合格的淡化成品水。

这种“水--水”之间的物质循环以及能量的梯级使用 █■▄▄■▓,最大限度上合理的使用了能源。

2 █■▄▄■▓)“海水--海水”的社会大循环:海水进入淡化装置后 █■▄▄■▓,淡化产出的成品水进入生产系统,浓缩的的盐水利用其碱度 █■▄▄■▓,初期进入自备电厂的海水脱硫系统重复使用。下一步利用其经过浓缩后的相对温度较高的海水进入南堡盐场进行制成固体盐 █■▄▄■▓,经过工农业消耗最终汇入大海,这种循环对附近海域的影响基本上最低 █■▄▄■▓,实现了环境的友好。

 4. 由海水淡化产生的耦合式盐平衡模式达到污水零排放 █■▄▄■▓,减少对环境的污染:

该项目的海水淡化系统彻底取代了内陆钢厂传统意义上阳离子交换工艺的软化水系统 █■▄▄■▓。按照唐山地区地表水水质和钢铁厂除盐水用量需求,采用传统工艺 █■▄▄■▓,离子交换需要每月816吨工业盐消耗;采用海水淡化工艺 █■▄▄■▓,这部分消耗为零。在离子交换工艺上 █■▄▄■▓,这部分工业盐直接加入到工业水系统,造成工业循环水中盐量特别是氯离子的大幅度增加 █■▄▄■▓,这将造成水质恶化,加剧用水设备的腐蚀 █■▄▄■▓。同时在污水零排放的前提下,后续系统还需要把这部分加入的工业盐进行脱盐处理 █■▄▄■▓。海水淡化工艺的采用,大大降低了系统后续脱盐的压力 █■▄▄■▓。

同时,优质的海水淡化产水进入工业循环水系统 █■▄▄■▓,通过和地表水的耦合,淡化产水对于系统的盐平衡起到稀释和勾兑的作用 █■▄▄■▓,通过分质供水等手段,一期规模的总用水量和海水淡化产量相匹配 █■▄▄■▓,基本可以实现耦合式污水零排放的要求,为钢铁厂实现污水零排放奠定了坚实的基础 █■▄▄■▓。

5. 设备的国产化和技术的自主集成

项目主体蒸发器加工所用的钛管、铜管全部从陕西 █■▄▄■▓、浙江等地的国内公司采购,蒸发器 █■▄▄■▓、喷射器等主要设备加工一期一步由广东中山市山峰化工机械有限公司制造,除部分关键设备为进口外 █■▄▄■▓,其余设备设施均为国内供货;一期二步由首钢国际工程技术公司总负责 █■▄▄■▓,主体蒸发器由首钢机械厂制造。到目前为止该项目国产化比例在国内最高 █■▄▄■▓,也实现了部分关键技术的自主集成,不仅降低了设备造价 █■▄▄■▓,而且对于国内海水淡化装备制造起到了示范作用,也为国内热法海水淡化的推进做出了一定贡献 █■▄▄■▓。