首鋼國際工程公司創新低溫多效海水淡化技術成功應用
來源:首鋼總公(gong)司環保(bao)產(chan)業事業部 閱讀:3075 更新(xin)時(shi)間(jian):2010-01-27 11:342006年,北京(jing)首(shou)(shou)(shou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)國(guo)際(ji)工(gong)程技(ji)術(shu)有(you)(you)限公(gong)司(si)(si)(si)(以下簡(jian)稱“首(shou)(shou)(shou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)國(guo)際(ji)工(gong)程公(gong)司(si)(si)(si)”)按(an)照國(guo)家發展和(he)改革委員會的(de)(de)(de)批復開(kai)展新建(jian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)廠(chang)——首(shou)(shou)(shou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)京(jing)唐鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)聯合(he)(he)有(you)(you)限責任(ren)公(gong)司(si)(si)(si)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)廠(chang)的(de)(de)(de)設(she)(she)計工(gong)作。此(ci)批復中(zhong)特別強調(diao),鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)廠(chang)需實施循環經濟戰略,節(jie)約(yue)水(shui)資(zi)(zi)源(yuan)、實現可(ke)持續(xu)發展。面對華北地區稀缺的(de)(de)(de)淡(dan)水(shui)資(zi)(zi)源(yuan),開(kai)發利用(yong)海(hai)水(shui)資(zi)(zi)源(yuan)將海(hai)水(shui)轉化為淡(dan)水(shui)成(cheng)為鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)廠(chang)整個(ge)水(shui)系統設(she)(she)計中(zhong)的(de)(de)(de)重點。首(shou)(shou)(shou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)國(guo)際(ji)工(gong)程公(gong)司(si)(si)(si)通過對水(shui)質、水(shui)量進(jin)行(xing)分析、計算,最終(zhong)設(she)(she)計采用(yong)創新的(de)(de)(de)低(di)溫(wen)多(duo)效(xiao)海(hai)水(shui)淡(dan)化技(ji)術(shu)制取(qu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)廠(chang)全廠(chang)除鹽(yan)水(shui),該(gai)低(di)溫(wen)多(duo)效(xiao)海(hai)水(shui)淡(dan)化技(ji)術(shu)能在多(duo)種工(gong)況(kuang)下運行(xing),可(ke)以充分利用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)廠(chang)不同類(lei)型的(de)(de)(de)乏汽(qi)資(zi)(zi)源(yuan),有(you)(you)效(xiao)降低(di)運行(xing)成(cheng)本,符合(he)(he)“循環經濟、節(jie)能減排”的(de)(de)(de)設(she)(she)計理念。首(shou)(shou)(shou)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)京(jing)唐鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)聯合(he)(he)有(you)(you)限責任(ren)公(gong)司(si)(si)(si)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)廠(chang)也因此(ci)成(cheng)為國(guo)內(nei)第(di)一個(ge)采用(yong)海(hai)水(shui)淡(dan)化技(ji)術(shu)解決(jue)供水(shui)問題的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)企業。
1 海(hai)水淡化技術(shu)概況
海(hai)(hai)水淡化(hua)是海(hai)(hai)水綜(zong)合利用中的重要(yao)技術,當(dang)今,通過海(hai)(hai)水淡化(hua)工藝(yi)生產(chan)大量高(gao)質(zhi)量產(chan)品水在技術和經濟(ji)上是可行的。目前,海(hai)(hai)水淡化(hua)技術主要(yao)有(you)兩個發展方向,即(ji)熱法和膜法。
1)熱法
熱(re)法主要(yao)有:多(duo)級(ji)(ji)閃蒸(zheng)(zheng)(MSF)、低溫(wen)多(duo)效(xiao)(xiao)(xiao)(LT-MED)兩(liang)種技術(shu)。其中(zhong),多(duo)級(ji)(ji)閃蒸(zheng)(zheng)的運(yun)(yun)行(xing)溫(wen)度(du)、造水(shui)比(bi)和級(ji)(ji)數(shu)分(fen)別在120℃、10和40級(ji)(ji),多(duo)級(ji)(ji)閃蒸(zheng)(zheng)除了消耗一定的加熱(re)蒸(zheng)(zheng)汽外,還要(yao)耗電(dian)能(neng)4~5kWh/m3 用(yong)于(yu)海水(shui)的循環和流體的輸送;低溫(wen)多(duo)效(xiao)(xiao)(xiao)是(shi)在多(duo)效(xiao)(xiao)(xiao)(MED)的基礎上發展起來的,運(yun)(yun)行(xing)溫(wen)度(du)、造水(shui)比(bi)和效(xiao)(xiao)(xiao)數(shu)分(fen)別在70℃以下、大于(yu)10和7效(xiao)(xiao)(xiao),低溫(wen)多(duo)效(xiao)(xiao)(xiao)除了要(yao)消耗加熱(re)蒸(zheng)(zheng)汽外,還要(yao)耗電(dian)能(neng)約1.2kWh/m3 ,用(yong)于(yu)成品水(shui)的輸送。
2)膜法
膜(mo)法(fa)主(zhu)要是(shi)指反滲(shen)透(RO)技(ji)(ji)術,它利用(yong)(yong)半(ban)透膜(mo)在壓力(li)下(xia)允(yun)許水透過而(er)使(shi)鹽份和雜質截(jie)留的技(ji)(ji)術。傳統上膜(mo)法(fa)技(ji)(ji)術普遍應(ying)用(yong)(yong)于對(dui)苦咸水的淡化(hua)中,現在廣泛用(yong)(yong)于海水淡化(hua)中。膜(mo)法(fa)技(ji)(ji)術的脫鹽率可達99.5%,能耗(hao)約在6kWh/m3成品水。
但RO工(gong)藝對(dui)原(yuan)水(shui)水(shui)質、水(shui)溫比(bi)較敏感,并且(qie)對(dui)人工(gong)操作要求(qiu)較高(gao)。為了避免滲透膜被阻塞(sai),必須在反(fan)滲透設(she)備的(de)前端安裝有(you)效的(de)預處理(li)裝置。近(jin)年的(de)實踐(jian)表明,海水(shui)預處理(li)不僅投資高(gao),而且(qie)技(ji)術難(nan)度(du)也較大。所以,在計(ji)劃(hua)采(cai)用膜法海水(shui)淡化技(ji)術的(de)海域一般(ban)需進行(xing)為期一年的(de)預處理(li)中試。
2 不同海水淡化技(ji)術的技(ji)術經濟比較
1)多級閃蒸技術成(cheng)熟可靠,成(cheng)本適中,尤其適合大規模的(de)海水淡化。每噸淡化水需耗電4~5 kWh,耗低壓蒸汽(以2ata壓力(li)計)0.14t。一次性設(she)備(bei)投資稍(shao)高(gao),但(dan)運行維(wei)修費(fei)用低。
2)低(di)溫多效蒸(zheng)餾(liu)技術成(cheng)熟可靠,成(cheng)本(ben)較低(di),近10多年大規(gui)模應用于海水淡(dan)化工程(cheng)。每噸淡(dan)化水需耗(hao)電1.2kWh,耗(hao)低(di)壓蒸(zheng)汽(qi)(以2ata壓力計)0.1t左右,一次性設(she)備投資稍高,但運行維修(xiu)費用較低(di)。
3)反滲透每噸(dun)淡化水需耗電(dian)6kWh左右,一次性設備(bei)投資(zi)稍小,但膜(mo)老化更(geng)換運行(xing)費高,并且需要維護人(ren)員較多。
另(ling)外,即使兩級膜法出(chu)水指(zhi)標(biao)仍低于熱(re)法出(chu)水指(zhi)標(biao),若取得(de)和熱(re)法相同的水質(zhi),后(hou)續(xu)需增加一級膜法或其它除鹽(yan)設施,所以(yi)反滲(shen)透多用于市政等行業(ye)。
通過上述比較并結合實際工程的(de)調研(yan),鑒于熱法中的(de)低(di)溫多效在(zai)多級閃蒸的(de)基礎上有了(le)較多改進(jin)(jin),在(zai)此僅將(jiang)熱法中的(de)低(di)溫多效工藝和(he)膜法進(jin)(jin)行綜合比較。
1)一(yi)般情況下低溫多效工藝比反滲透在一(yi)次投資方面(mian)略高(gao),但考(kao)慮(lv)到曹妃甸(dian)地區預期的入料海水水質較差將引起膜法預處(chu)理裝置復雜,因(yin)此二者投資相(xiang)差不(bu)大。
2)低(di)溫多(duo)效工藝運(yun)行期間的設備(bei)檢修和(he)維護費用相(xiang)當低(di);與同等能力的反(fan)滲透工藝比(bi)較(jiao),低(di)溫多(duo)效裝置對操作人員的要(yao)求較(jiao)低(di)。
3)低溫多效裝(zhuang)置主要能源為蒸汽(qi)(qi),該工藝結合首(shou)鋼京唐鋼鐵聯合有限責任(ren)公司(si)即將建設的(de)2X300MW電站(zhan)和鋼廠內除冬季外排(pai)放的(de)乏(fa)汽(qi)(qi)(100~150t/h),利用(yong)蒸汽(qi)(qi)能源更方便。
4)低溫多效裝(zhuang)置可(ke)(ke)以一步到位生產(chan)相當純度的除(chu)鹽水(shui)(shui)(小于10μS/cm),而且可(ke)(ke)以為(wei)進一步的精除(chu)鹽(要(yao)求的鍋爐(lu)補充水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)小于0.2μS/cm))提供(gong)較(jiao)好的原水(shui)(shui)。
5)低溫多效裝置對入料海水水質(zhi)和污染的變(bian)化(hua)不太敏感。據有關資料顯示,曹(cao)妃甸(dian)地區的海水已受到相當程度的污染。
6)低溫多效裝(zhuang)置(zhi)施(shi)工安裝(zhuang)簡單,且運(yun)行控制系統較為簡單,因為低溫多效裝(zhuang)置(zhi)適合(he)無(wu)人(ren)看管下的自動(dong)連續運(yun)行,并對操作人(ren)員的失誤不(bu)敏感。
通過以(yi)上綜(zong)合比較及對全廠(chang)的(de)水平衡計算,決定鋼鐵(tie)廠(chang)一期采用熱(re)法(fa)中的(de)低溫多效工(gong)藝,規(gui)模為50000 m3/d。
3 低溫(wen)多效海(hai)水淡化(hua)裝置主要(yao)參數的確定
首(shou)鋼(gang)國(guo)際工程公司(si)的(de)(de)設(she)計(ji)者通過對(dui)鋼(gang)鐵(tie)廠需水(shui)(shui)量和水(shui)(shui)質(zhi)的(de)(de)合理計(ji)算,并(bing)結合鋼(gang)鐵(tie)廠的(de)(de)運行體制,確定了一期(qi)海(hai)水(shui)(shui)淡化主體設(she)施(shi)分4套(tao)設(she)計(ji)的(de)(de)總(zong)體思路,單套(tao)設(she)施(shi)制水(shui)(shui)能力(li)12500 m3/d,并(bing)確定了其(qi)主要參數,其(qi)工藝(yi)流程簡圖如(ru)圖1(以4效為例(li))。目前(qian)這是(shi)中(zhong)國(guo)國(guo)內已投(tou)產最大的(de)(de)熱法海(hai)水(shui)(shui)淡化設(she)備。
4 低溫多效海水淡化技(ji)術在本工程中(zhong)的主要改進及創新
設(she)(she)計中針對鋼鐵廠的蒸汽平衡和(he)各除鹽水(shui)用戶的不同情況(kuang),設(she)(she)置(zhi)了(le)海水(shui)淡(dan)化(hua)主體(ti)設(she)(she)施(shi)(shi)運(yun)行的邊界(jie)條件及主要工況(kuang),并對涉(she)及海水(shui)淡(dan)化(hua)主體(ti)設(she)(she)施(shi)(shi)運(yun)行的附(fu)屬設(she)(she)施(shi)(shi)及配(pei)套系統進行了(le)合理配(pei)置(zhi)及優化(hua)。
其(qi)中(zhong),海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)設施工(gong)況的(de)(de)(de)確(que)定是(shi)關鍵環(huan)節,它決(jue)定了設施將來的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)水(shui)(shui)平及效(xiao)益。目前,通(tong)(tong)常(chang)的(de)(de)(de)作法(fa)是(shi)從(cong)汽(qi)(qi)(qi)輪機中(zhong)抽(chou)(chou)取(qu)中(zhong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi),該(gai)中(zhong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)為壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力在4ata(ata為絕(jue)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)下kgf/cm2)以上的(de)(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi),然后(hou)通(tong)(tong)過熱壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(即TVC)裝(zhuang)置將中(zhong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)和回流(liu)低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)混合減溫(wen)減壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)后(hou)進入低(di)(di)溫(wen)多效(xiao)裝(zhuang)置進行(xing)海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡化(hua),由于該(gai)方式抽(chou)(chou)取(qu)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力較(jiao)高的(de)(de)(de)中(zhong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)是(shi)汽(qi)(qi)(qi)輪機中(zhong)沒有充分(fen)膨脹做功的(de)(de)(de)優(you)質蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi),蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)價值(zhi)較(jiao)高,由此直(zhi)接影(ying)響發(fa)電效(xiao)率,導致海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)成(cheng)本(ben)較(jiao)高,沒有較(jiao)好體(ti)現低(di)(di)溫(wen)多效(xiao)裝(zhuang)置利用低(di)(di)溫(wen)、低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)的(de)(de)(de)低(di)(di)價值(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)直(zhi)接進行(xing)海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)的(de)(de)(de)技(ji)術優(you)勢;另外通(tong)(tong)常(chang)的(de)(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)專設抽(chou)(chou)汽(qi)(qi)(qi)系(xi)統,沒有較(jiao)好利用其(qi)它富余蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi),造成(cheng)能源浪(lang)費(fei),系(xi)統運(yun)行(xing)不經濟。
為了克(ke)服現有技術中使用(yong)低(di)(di)溫多效海(hai)(hai)水(shui)淡化(hua)工(gong)藝時(shi)抽取汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)中的中壓(ya)(ya)蒸汽(qi)(qi)影(ying)響發電(dian)效率、運(yun)(yun)行成本(ben)高等(deng)問題,本(ben)創新將低(di)(di)溫多效裝置(zhi)與汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)及其(qi)它(ta)低(di)(di)低(di)(di)壓(ya)(ya)汽(qi)(qi)源(yuan)組合(he),可直(zhi)接利(li)(li)用(yong)汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)末端或其(qi)它(ta)低(di)(di)低(di)(di)壓(ya)(ya)汽(qi)(qi)源(yuan)的低(di)(di)溫、低(di)(di)壓(ya)(ya)蒸汽(qi)(qi)進行海(hai)(hai)水(shui)淡化(hua),同(tong)(tong)時(shi)該(gai)工(gong)藝可利(li)(li)用(yong)其(qi)它(ta)壓(ya)(ya)力較高的富(fu)(fu)余(yu)蒸汽(qi)(qi)進行海(hai)(hai)水(shui)淡化(hua),并實現系統的多工(gong)況運(yun)(yun)行。其(qi)中富(fu)(fu)余(yu)蒸汽(qi)(qi)設(she)計(ji)采用(yong)的壓(ya)(ya)力還同(tong)(tong)比降(jiang)低(di)(di)了1~2ata,使噸水(shui)運(yun)(yun)行成本(ben)同(tong)(tong)比下降(jiang)2~3元(yuan),而(er)其(qi)它(ta)工(gong)況設(she)計(ji)利(li)(li)用(yong)基(ji)本(ben)“零”價值(zhi)的蒸汽(qi)(qi)(如(ru)發電(dian)汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)排汽(qi)(qi)等(deng)),使噸水(shui)運(yun)(yun)行成本(ben)同(tong)(tong)比下降(jiang)更多。目前(qian)該(gai)創新已申請(qing)了國家發明專利(li)(li)(專利(li)(li)號:200810103167.5)。另外,設(she)計(ji)還將濃鹽水(shui)送社會(hui)鹽場曬鹽,實現資源(yuan)的綜(zong)合(he)利(li)(li)用(yong),進一(yi)步(bu)降(jiang)耗減(jian)排。
在海(hai)水淡化材(cai)(cai)料(liao)及設(she)備的選擇方面(mian),通過掛片試驗、查閱(yue)資料(liao)、請教專家、調(diao)研廠家等(deng),最(zui)終確定了全部(bu)材(cai)(cai)質,這(zhe)些(xie)材(cai)(cai)質即考(kao)(kao)慮了功(gong)能(neng)需要又考(kao)(kao)慮了價(jia)格因(yin)素,實現“功(gong)能(neng)性(xing)”與“經(jing)濟性(xing)”的統一。其(qi)中(zhong)主要包括:外殼(ke)選用(yong)(yong)進口雙相(xiang)不銹鋼(gang),換熱管分不同部(bu)位采(cai)(cai)用(yong)(yong)進口鈦(tai)材(cai)(cai)和國(guo)產銅(tong)合(he)金,板(ban)式換熱器采(cai)(cai)用(yong)(yong)進口鈦(tai)板(ban),海(hai)水非接觸附(fu)件采(cai)(cai)用(yong)(yong)國(guo)產316L不銹鋼(gang),海(hai)水管道(dao)采(cai)(cai)用(yong)(yong)GRP等(deng)。
在(zai)最后階段(duan),將電氣(qi)、自(zi)控、通訊(xun)、防(fang)雷接(jie)地等(deng)(deng)系(xi)統(tong)進行了進一步優化,使(shi)得該設(she)施的綜合投(tou)資、運(yun)行成(cheng)本、自(zi)控水平(ping)等(deng)(deng)均達到或超過國際先進水平(ping)。
5 低溫多效海水淡化技術的應用前景
首鋼(gang)(gang)國(guo)(guo)際工程公司首次(ci)在鋼(gang)(gang)鐵(tie)廠中采用的(de)(de)低(di)溫多效(xiao)工藝(yi),不(bu)僅可以在TVC工況下運(yun)行(xing),還可以在純MED工況及(ji)MED+TVC工況下運(yun)行(xing),通(tong)過在不(bu)同工況下的(de)(de)運(yun)行(xing)模式切(qie)換,有效(xiao)利用鋼(gang)(gang)鐵(tie)廠的(de)(de)多種蒸汽能源(yuan),在工藝(yi)流程、設備(bei)配置(zhi)和性能指(zhi)標上均達到世界先進水(shui)平。鋼(gang)(gang)鐵(tie)廠成功應用該創新低(di)溫多效(xiao)海水(shui)淡化技術不(bu)僅節(jie)約(yue)了淡水(shui)資源(yuan),還有效(xiao)降低(di)了海水(shui)淡化的(de)(de)運(yun)行(xing)成本,并提(ti)高了鋼(gang)(gang)鐵(tie)廠的(de)(de)用水(shui)安全性,符合國(guo)(guo)家(jia)“循(xun)環經濟、節(jie)能減排”的(de)(de)要求,對沿海地區(qu)鋼(gang)(gang)鐵(tie)廠及(ji)其它(ta)行(xing)業的(de)(de)建設有一(yi)定(ding)的(de)(de)借鑒(jian)意義。
6 低溫多效海水淡化技術研(yan)發(fa)團隊
為(wei)了(le)(le)研究和創(chuang)新(xin)(xin)該低(di)溫多效海水淡化(hua)(hua)技(ji)術,首鋼國際(ji)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)公司(si)成(cheng)立了(le)(le)由副總(zong)經(jing)理蘭新(xin)(xin)輝掛帥的海水淡化(hua)(hua)系統技(ji)術開發課(ke)題組(zu)(zu)。課(ke)題組(zu)(zu)以動力(li)設計(ji)室主任、教(jiao)授(shou)(shou)級高工(gong)(gong)(gong)(gong)寇(kou)彥德為(wei)課(ke)題組(zu)(zu)組(zu)(zu)長,集中了(le)(le)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)師(shi)張巖(yan)崗、李(li)瑋、吳永(yong)志(zhi),熱(re)力(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)師(shi)周玉磊,電氣專(zhuan)業教(jiao)授(shou)(shou)級高工(gong)(gong)(gong)(gong)劉燕、自動化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)師(shi)羅曉陽等多名(ming)優秀(xiu)人才(cai),并吸納了(le)(le)首鋼京唐公司(si)教(jiao)授(shou)(shou)級高工(gong)(gong)(gong)(gong)李(li)楊(yang)、高級工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)師(shi)吳禮云參與課(ke)題開發。在實際(ji)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)設計(ji)應用(yong)中融(rong)合(he)了(le)(le)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)、熱(re)力(li)、電氣、自動化(hua)(hua)、土建、暖風、總(zong)圖、電信等多個專(zhuan)業,克服了(le)(le)跨(kua)越(yue)專(zhuan)業多、系統復雜(za)等特點,最終(zhong)建成(cheng)了(le)(le)具有創(chuang)新(xin)(xin)性的低(di)溫多效海水淡化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)。
首鋼(gang)國際(ji)工(gong)程公司正(zheng)努力實(shi)現該技(ji)術的標準化(hua)、系列(lie)化(hua)及關鍵部(bu)件的國產(chan)化(hua),并(bing)逐步為國內外鋼(gang)鐵企(qi)業(ye)或相(xiang)關企(qi)業(ye)提供相(xiang)關技(ji)術服務。首鋼(gang)國際(ji)工(gong)程公司愿在(zai)海水淡化(hua)領域(yu)和(he)國內外同行開(kai)展廣(guang)泛合作。