基于低溫多效海水淡化鋼鐵廠低品質(zhì)余熱利用技術(shù)探討★

吳 剛， 唐智新， 孫 雪， 李 強(qiáng)， 吳 冰， 陳曉峰

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063200）

隨著水資源的越來越匱乏，海水淡化的發(fā)展越來越受到重視，在沿海鋼鐵企業(yè)，海水淡化是解決企業(yè)用水問題的有效途徑，特別是低溫多效蒸餾海水淡化，由于其操作溫度低的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到沿海鋼鐵企業(yè)的青睞。但是海水淡化目前最大的問題是制水成本較高，如果將占成本最大比例的熱源用鋼鐵廠的低品質(zhì)余熱來替代，則能夠有效地降低海水淡化成本。目前國內(nèi)應(yīng)用最為普遍的低溫多效蒸餾海水淡化蒸汽熱源一般低于70℃，而高爐沖渣水的溫度在75～95℃之間，煙氣余熱溫度在150～200℃之間。如果將低溫多效海水淡化的熱源由鋼鐵廠的高爐沖渣水、煙氣余熱等低品質(zhì)熱源替代，那么低溫多效海水淡化的成本將降低很多。

1 鋼鐵廠低品質(zhì)余熱利用現(xiàn)狀

我國鋼鐵流程的能源利用率僅為27%，其余主要以余能余熱的形式存在[1]。目前鋼鐵產(chǎn)業(yè)余熱余能的回收利用率較低，低溫余熱大多被浪費(fèi)掉而沒有被回收利用，因此，鋼鐵產(chǎn)業(yè)的低溫余熱存在著巨大的回收潛力。高爐在煉鐵工藝過程中，沖渣水吸收鐵渣熱量通過冷卻水塔排入大氣，造成能源的浪費(fèi)，目前鋼鐵廠對(duì)沖渣水余熱的回收主要體現(xiàn)在冬季采暖，但是沖渣水水量大，蘊(yùn)含的熱量很大，而一般廠區(qū)辦公樓的采暖負(fù)荷較小，不能夠?qū)_渣水的余熱能量完全發(fā)揮出來，并且采暖只適用于北方的城市冬季使用，夏季不需要，并且南方城市一年四季都不需要采暖，因此這種方式存在局限性。

2 低品質(zhì)余熱利用技術(shù)

2.1 技術(shù)路線

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司（全文簡(jiǎn)稱京唐公司）海水淡化采用熱法低溫多效（LT-MED）工藝，包括4套日產(chǎn)1.25萬t裝置，產(chǎn)品水電導(dǎo)率小于10 μs/cm，每天可生產(chǎn)淡水5萬t。U1U2以汽輪發(fā)電機(jī)組負(fù)背壓排汽（0.035 MPa，69℃）作為海水淡化熱源、以海水淡化裝置作為汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器使用并達(dá)到兩者協(xié)同啟動(dòng)運(yùn)行，在行業(yè)內(nèi)及國際上均屬首例[2]，U3U4在現(xiàn)場(chǎng)加工制造，對(duì)于國內(nèi)海水淡化裝備制造起到示范作用。為了更好地利用鋼鐵廠的低溫余熱資源，京唐公司提出了以低溫多效蒸餾海水淡化為載體的鋼鐵廠低品質(zhì)余熱資源利用工藝路線。

該技術(shù)路線以低溫多效蒸餾海水淡化為載體，以海水淡化產(chǎn)生的除鹽水為換熱介質(zhì)貫穿始終，除鹽水先與高爐沖渣水換熱，溫度升高后再與熱風(fēng)爐、燃?xì)忮仩t等高溫?zé)煔鈸Q熱，除鹽水溫度進(jìn)一步升高，經(jīng)過兩次換熱的除鹽水在海水淡化區(qū)域經(jīng)閃蒸產(chǎn)生低溫多效蒸餾海水淡化所需要的低低壓蒸汽，該部分蒸汽經(jīng)過海水淡化裝置后冷卻為冷凝水，閃蒸后的除鹽水用于加熱海水淡化裝置原料海水，溫度降低后與冷凝水一起返回至高爐沖渣系統(tǒng)再次完成循環(huán)（見下頁圖1）。

圖1 低品質(zhì)余熱利用路線圖

高爐水沖渣產(chǎn)生的沖渣水回水的溫度一般在75～95℃之間，通過水—水換熱器的熱交換，將該部分熱量傳遞給除鹽水，經(jīng)過換熱沖渣水供水的溫度降到65℃左右達(dá)到?jīng)_渣溫度要求，除鹽水溫度從60℃升高到75℃左右，然后除鹽水再經(jīng)過氣—水換熱器與煙氣余熱進(jìn)行換熱，換熱后煙氣排放，除鹽水溫度進(jìn)一步升高到85℃左右，考慮沖渣水、熱風(fēng)爐、燃?xì)忮仩t煙氣等余熱的波動(dòng)性，在閃蒸前設(shè)置除鹽水穩(wěn)溫裝置，以管網(wǎng)低壓蒸汽作為穩(wěn)定補(bǔ)充熱源，保證除鹽水溫度。

除鹽水經(jīng)過兩次換熱后，溫度達(dá)到閃蒸需求，進(jìn)過管道輸送到海水淡化區(qū)域，在該區(qū)域進(jìn)入閃蒸罐，除鹽水在閃蒸罐內(nèi)由于壓力降低閃蒸出蒸汽，通過動(dòng)力引射蒸汽的引射作用，產(chǎn)生出32～35kPa、68～70℃的低低壓蒸汽，該部分蒸汽用作海水淡化熱源進(jìn)入海水淡化裝置，與噴淋海水換熱產(chǎn)水二次蒸汽用于制造淡化水供鋼鐵廠用戶使用，同時(shí)該部分低低壓蒸汽被噴淋海水冷卻為蒸汽冷凝水，閃蒸后的除鹽水溫度約為68℃，用于加熱海水淡化裝置原料海水，通過海水淡化板換后除鹽水溫度降低到55℃左右，溫度降低后的除鹽水和蒸汽冷凝水混合后溫度約為60℃，這樣除鹽水通過一系列的換熱，在水量幾乎沒有損失的情況下，將沖渣水余熱和煙氣余熱吸收后轉(zhuǎn)化為海水淡化熱源，然后又返回到流程開端，完成了一次閉路循環(huán)。

2.2 技術(shù)主要特點(diǎn)

1）充分利用鋼鐵企業(yè)低品質(zhì)余熱的不同溫度等級(jí)，串級(jí)加熱除鹽水，先與溫度較低的高爐沖渣水進(jìn)行換熱，然后再與溫度較高的煙氣進(jìn)行換熱，經(jīng)過兩級(jí)加熱達(dá)到閃蒸所需的溫度。

2）閃蒸后的蒸汽以低壓蒸汽（0.6 MPa）為動(dòng)力源進(jìn)行抽射增壓后產(chǎn)生低低壓（32～35 kPa）飽和蒸汽，保證了低溫多效蒸餾海水淡化蒸汽源的穩(wěn)定。

3）考慮沖渣水、熱風(fēng)爐、燃?xì)忮仩t煙氣等余熱的波動(dòng)性，在閃蒸前設(shè)置除鹽水穩(wěn)溫裝置，以管網(wǎng)低壓蒸汽及燒結(jié)余熱鍋爐產(chǎn)低壓蒸汽作為穩(wěn)定補(bǔ)充熱源，保證除鹽水溫度。

4）低溫多效蒸餾熱法海水淡化的入料海水需要加熱到一定溫度才能夠進(jìn)入海水淡化裝置進(jìn)行噴淋，而閃蒸后的除鹽水由于溫度較高無法再次和沖渣水進(jìn)行換熱，該技術(shù)將閃蒸后的除鹽水用于噴淋海水的預(yù)熱，使得兩個(gè)問題都得到解決。

5）除鹽水進(jìn)入閃蒸罐后閃蒸后產(chǎn)生的蒸汽和熱水都通過海水淡化裝置進(jìn)行換熱，溫度降低后又匯合再次和沖渣水進(jìn)行換熱，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)除鹽水的閉路循環(huán)，基本沒有損失。

3 結(jié)語

京唐公司以低溫多效蒸餾海水淡化為載體，本著節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略原則，開發(fā)出了低品質(zhì)余熱利用的技術(shù)路線，對(duì)高爐沖渣水及熱風(fēng)爐、燃?xì)忮仩t煙氣余熱進(jìn)行回收用于海水淡化，大大降低了熱法海水淡化蒸汽成本，在利用海水淡化裝置制造淡化水節(jié)約地表淡水消耗的同時(shí)，進(jìn)一步減少了鋼鐵廠余熱余能的浪費(fèi)，降低鋼鐵廠總體能耗和污染物排放，因此該技術(shù)符合國家有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵(lì)扶持要求，具有經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]代銘玉.鋼鐵制造全流程余熱余能資源的回收利用現(xiàn)狀[J].冶金經(jīng)濟(jì)與管理，2017（2）：52-56.

[2]唐智新，吳禮云，梁紅英.低溫多效蒸餾海水淡化蒸發(fā)器替代汽輪機(jī)凝汽器可行性及應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，2015，41（10）：113-115.