唐智新，吴礼云，吴刚，梁红英，孙雪，薛腊梅

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200）

海水淡化技术作为一种解决水资源短缺的重要手段，在全球范围内逐渐得到重视，技术日益成熟。截至2016年底，全球海水淡化装机容量已达88.6×106m3/d[1]，中国海水淡化装机容量约占全球的15%[2]，但很多海水淡化装置处于停产状态，主要原因是海水淡化成本及制水成本较高。因此，当前面临的问题已不是“海水如何淡化”的问题，而是“如何降低海水淡化成本”的问题。国内某公司是第一个沿海建设的大型钢铁联合企业，充分发挥了临海优势，在河北省曹妃甸地区建设成了冶金企业第一个海水淡化项目。该公司根据大型钢铁企业特点，按照“循环经济”的理念，研究开发了“低成本海水淡化”技术。

1 汽轮发电机组与热法海水淡化耦合技术

低温多效蒸馏海水淡化技术是指在真空情况下，海水的最高蒸发温度低于70℃的淡化技术[3]，可以利用各种低品位余热资源。但目前低温多效蒸馏海水淡化装置使用的蒸汽一般来自锅炉专供、汽轮机抽气或高品质余热蒸汽，一般压力较高，使用时需经过降温减压，会造成大量热能损失，导致海水淡化成本较高，其中蒸汽成本约占海水淡化总成本的50%[4]。因此，要想大幅度降低海水淡化成本，必须从汽源方面采取措施。而汽轮机发电机的末端排汽，一般通过间接式换热凝结成水回至锅炉，排汽中大量的潜热被冷却水或冷却空气带走，进而释放至大气中。如果能利用汽轮机发电机的排汽直接供低温多效蒸馏海水淡化装置制水，既能避免能源浪费，又能降低海水淡化成本。

国内外至今还没有对海水淡化联合发电技术进行深入的理论研究及大型工业化应用。国内某公司通过一系列关键技术研究，建成投产了2套12,500m3/d淡化机组联合2套25MW发电机组运行的水电联产系统。与传统发电装置不同，该系统用海水淡化装置替代发电机组的凝汽器，使其不但承担凝汽器的功能，同时还担负着除盐水的任务。通过该技术的研究及应用，海水淡化装置使用的蒸汽参数由原来的0.4MPa、250℃调整为0.035MPa、74℃，从而大幅降低海水淡化的制水成本，其中能源成本降低60%左右，综合成本降低50%左右[5]，同时节省了冷凝器及其附属设施的建设及运行费用，并实现了能量的梯级利用，具有较好的经济效益和环境、社会效益。汽轮发电机组与热法海水淡化耦合工艺如图1。

2 浓海水资源化利用技术

图1 汽轮发电机组与热法海水淡化耦合工艺

目前国内外从事海水淡化的企业很多，但处理淡化后的浓海水尚无经济成熟的技术，海水淡化产生的浓海水一般都直接排回大海。但浓海水的温度及盐度比普通海水高，且含有药剂、重金属等污染物，如果直接排入大海，势必会对海洋的生态环境造成一定的影响[6、7]，且无法充分利用浓海水所携带的能量及化学元素。只有对浓海水进行资源化利用，才能解决海洋污染问题，并进一步降低海水淡化的成本。目前国内外对海水淡化浓海水综合利用的研究较活跃，在海水制盐、提钙、提镁、提钾、提溴等方面开展了相关研究工作，但都尚未形成完整的可供工业化的成套技术。

国内企业在已有热法海水淡化技术的基础上，开发了以“脱硬软化-二次淡化”为核心的浓海水综合利用技术，建成了300t/d的浓海水综合利用实验车间。该技术利用钢铁企业产生的烟道气（CO2）首先对热法海水淡化浓海水进行脱硬预处理，并副产碳酸钙、氢氧化镁等化工原料。脱硬预处理后的浓海水总硬度降至200mg/L以下（以CaCO3计），可以作为膜法海水淡化的原料水，不但大大降低了膜法海水淡化结垢倾向，而且充分利用了浓海水的余热，解决了我国北方冬季海水温度低影响膜法海水淡化的问题。膜法海水淡化产生的二次浓海水含盐量可达180～200g/L，送至化工企业进行制碱，实现浓海水综合利用零排放。

该技术将从根本上解决了浓海水的排放问题，进一步大幅提高了淡水回收率，并能够与盐化工企业相结合，构建海水综合利用新型盐化工产业链，同时可有效利用钢厂、电厂、化工厂的废热废气，实现CO2减排，具有较好的经济效益和环境、社会效益。盐化工产生的收益可以进一步冲减海水淡化成本，甚至可以实现海水淡化“零”成本。海水综合利用工艺流程如图2。

图2 海水综合利用工艺流程图

3 低品质余热资源利用技术

目前冶金企业产生的高品质二次余热资源基本上已被利用，如干熄焦、热轧加热炉、炼钢转炉气化冷却及烧结环冷余热锅炉等余热的利用。尚有高炉冲渣水、锅（窑）炉烟气、循环水等低品质余热资源还未回收利用，这些已成为冶金行业做好节能减排的核心内容。如何很好利用此类低品质的余热资源，始终是一项较难攻克的问题，主要原因是没有合适的工艺或设备使用。利用低温多效蒸馏海水淡化技术操作温度低的特点，将此类低品质余热供低温多效蒸馏海水淡化装置制水，建立起以低温多效蒸馏海水淡化装置为依托的低品质余热利用平台，可以有效降低海水淡化成本。

国内企业已开发了冲渣水系统余热用于海水淡化技术（工艺流程如图3），该技术以除盐水为介质，采用防腐、防阻塞换热技术回收冲渣热水余热，采用抽引凝结技术回收冲渣闪蒸汽余热，采用气液两相防腐换热技术回收高炉热风炉废烟气余热。以低压蒸汽为驱动，利用热水闪蒸技术及蒸汽抽射增压技术，向海水淡化装置提供负压蒸汽作为热源进行制水。目前该技术已经完成实验研究，正在进行工程化建设。

图3 冲渣水系统余热用于海水淡化工艺流程图

4 大型热法海水淡化装置现场加工制造总成技术

通过几十年的发展，我国海水淡化在技术研发、设备制造、工程建设等方面都有了长足的进步，但与国际先进水平相比仍存在较大差距，特别是在关键技术和设备，以及集成技术和设备集成制造能力方面。尤其是热法海水淡化装置加工制造技术几乎全部被国外垄断，导致国内热法海水淡化工程投资较高，也是造成国内热法海水淡化成本居高不下的原因之一。因此，必须要加快我国海水淡化技术创新步伐，逐步提高海水淡化技术水平和设备制造能力，特别是在集成技术研发和设备集成制造能力方面，从而提高我国海水淡化的技术竞争力。

国内某公司一期共建设有4套低温多效海水淡化装置，单套产量1.25万t/d，一期一步建设两套装置，全部引进法国技术。京唐公司在引进、消化、吸收国外热法海水淡化技术的基础上，自主创新了热法海水淡化加工制造集成技术，用于一期二步两套海水淡化装置建设中。一期二步两套海水淡化装置加工制造采用的双相不锈钢焊接技术、大型零件防变形技术、高效钻孔技术、全自动穿涨管技术、防污染及酸洗钝化等技术，都已达到国内先进水平甚至是国内首创。完成管板支撑板钻孔总计108.48万个、穿管胀管13.738万根、双相不锈钢的焊接、全封闭的气密性实验、酸洗钝化、焊缝的射线探伤及渗透探伤工作，全部达到美国ASME标准要求；并克服了现场严寒及风沙大的恶劣环境条件，在国内首次实现了海水淡化装置现场加工制造总成与异地加工制造，再采用大型机具运输及吊装，单套海水淡化装置可以节省约700万元。

通过该公司一期二步热法海水淡化项目的建设，掌握了大型热法海水淡化装置现场加工制造总成技术，彻底摆脱了我国热法海水淡化装置加工制造长期依赖外方的现象，不但实现了部分关键技术的自主集成，且主要设备及材料国产化率提高至95%以上，大大降低了热法海水淡化装置投资成本，更重要的是对国内热法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技术的推进做出了贡献。

5 结语

随着我国淡水资源短缺日益严重，海水淡化技术作为解决沿海地区淡水资源短缺的有效手段，逐渐得到各级政府的重视。但海水淡化成本较高，限制了海水淡化产业大规模发展。国内企业结合冶金企业的特点，充分发挥了临海优势，研究开发出一系列低成本海水淡化技术，大幅度降低了海水淡化成本，为冶金及同类企业的海水淡化建设提供了良好示范，并提高了我国海水淡化技术在国际上的竞争力。

[1] 张夏卿，王琪.2015-2016全球海水淡化概况（译文）[J].水处理技术，2017，43（1）：12-16.

[2] 杨尚宝.我国海水淡化产业发展述评2016[J].水处理技术，2017，43（10）：1-3+6.

[3] 高从堦，陈国华.海水淡化技术与工程[M].北京：化学工业出版社，2004.[4] 张忠梅.低温多效蒸馏海水淡化成本影响因素探讨[J].给水排水，2015，51（7）：58-61.

[5] 唐智新，吴礼云，梁红英.低温多效蒸馏海水淡化蒸发器替代汽轮机凝汽器可行性及应用[J].水处理技术，2015，41（10）：113-115.

[6] 马学虎，兰忠，王四芳，等.海水淡化浓盐水排放对环境的影响与零排放技术研究进展[J]. 化工进展，2011，30（1）：233-242.

[7] 黄逸君，陈全震，曾江宁，等.海水淡化排放的高盐废水对海洋生态环境的影响[J].海洋学研究，2009，27（3）：103-110.