當前鋼鐵行業(yè)競爭日趨激烈，二次能源再利用已成為不少鋼鐵企業(yè)尋求突圍的重要手段。首鋼京唐公司海水淡化項目，作為低壓余熱利用和水資源開源增量的重要技術(shù)，實現(xiàn)了煤氣、蒸汽的零放散，每年可節(jié)約地表水資源約2400萬噸。
據(jù)了解，華北地區(qū)人均水資源占有量是全國的1/6左右，是世界平均的1/24，水資源嚴重緊缺。鋼鐵企業(yè)作為水資源消耗的大戶，全力推進能源綜合利用成為了企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。作為國家“十一五”規(guī)劃綱要的重點工程，首鋼京唐公司年設(shè)計產(chǎn)能970萬噸，因其身處華北地區(qū)，對水資源利用產(chǎn)生了一定影響。首鋼京唐公司臨海而建，將海水淡化作為水資源開源增量的重要技術(shù)，進一步降低鋼鐵廠對淡水資源使用量。
建設(shè)之初，海水淡化工藝選擇是個難題。首鋼京唐公司根據(jù)鋼鐵生產(chǎn)中煤氣、蒸汽的產(chǎn)生與使用的瞬時變化，總結(jié)煤氣、蒸汽資源供需關(guān)系的變化規(guī)律，科學(xué)地規(guī)劃制定煤氣、蒸汽供應(yīng)與使用間的“不平衡”策略，并多方權(quán)衡多級閃蒸、反滲透、低溫多效等各種海水淡化工藝的利弊，最終選取了低溫多效蒸餾工藝。充分利用煤氣鍋爐、低溫多效海水淡化裝置具有負荷適應(yīng)范圍寬的優(yōu)點，解決了鋼鐵企業(yè)的煤氣、蒸汽動態(tài)平衡及零排放，形成鋼鐵企業(yè)內(nèi)特有的水-汽-水循環(huán)，為鋼鐵企業(yè)余能余熱的高效回收利用開拓了一條有效途徑，也起到節(jié)能環(huán)保的雙重作用。
首鋼京唐公司海水淡化低溫多效蒸餾工藝，操作溫度低、動力消耗低、系統(tǒng)熱效率高，是一項設(shè)備在真空情況下，鹽水的最高蒸發(fā)溫度低于70℃的淡化技術(shù)。項目由4套主體蒸發(fā)器組成，日產(chǎn)水能力50000噸，分兩步建設(shè)。一期一步兩套裝置，全部引進法國技術(shù)。建設(shè)過程中，技術(shù)人員不斷總結(jié)經(jīng)驗，并大量翻閱世界各地海水淡化項目的資料，學(xué)習(xí)借鑒先進技術(shù)經(jīng)驗。經(jīng)過一期一步項目建設(shè)的錘煉，在一期二步項目建設(shè)中，首鋼充分發(fā)揮集團優(yōu)勢，使兩套海水淡化裝置實現(xiàn)了四個自主，并實現(xiàn)多項技術(shù)創(chuàng)新，獲得冶金科學(xué)技術(shù)二等獎、北京市科技進步二等獎等多個獎項，獲得國家專利10項、制訂海水淡化行業(yè)規(guī)范1項，為新型技術(shù)的國產(chǎn)化應(yīng)用開辟了新的途徑。
在自主設(shè)計方面，首鋼京唐公司將一期二步主體蒸發(fā)器設(shè)計平行六面體形狀，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。設(shè)備及管道布置合理，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了檢修單元的空間，便于更換換熱管束。
在工藝調(diào)整上不斷推行創(chuàng)新技術(shù)，采取了多種工況相結(jié)合的運行方式。由于鋼鐵生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生余熱蒸汽和汽輪機發(fā)電機組乏汽，通過調(diào)節(jié)兩種蒸汽的使用量，實現(xiàn)了余熱蒸汽作為主汽源；發(fā)電機組乏汽和低壓蒸汽結(jié)合使用作為汽源；乏汽作為主汽源的3種運行工況，實現(xiàn)了鋼鐵廠余熱蒸汽使用量的動態(tài)調(diào)節(jié)，將熱能轉(zhuǎn)化為水儲存，達到了煤氣、蒸汽零放散的目標。其中，乏汽模式目前在國內(nèi)屬首次使用，海水淡化制水成本降至6.2元/噸。在此基礎(chǔ)上，主體設(shè)備增設(shè)了TVC裝置，可利用其它壓力較高的富余蒸汽將主體裝置中產(chǎn)生的末效蒸汽壓縮以得到更多的加熱蒸汽。
為不斷推動能源綜合利用水平，首鋼京唐公司研究推行了水電共生技術(shù)。將海水淡化蒸發(fā)器代替汽輪機凝汽器，利用發(fā)電后的低品質(zhì)乏汽作為海水淡化動力蒸汽，形成了一種新的余熱余能梯級利用模式，節(jié)省了為發(fā)電機組凝汽器設(shè)置直流冷卻設(shè)施的投資及運行費用，海水淡化制水成本也大幅降低。該項技術(shù)投用后，每年可節(jié)約標煤13.86萬噸。
在自主制造、自主建設(shè)方面，首鋼機電公司承擔了海水淡化蒸發(fā)器、蒸餾水冷凝器、熱壓縮器等主體制造和安裝工作，單臺套總重達560噸。為提高設(shè)備運行穩(wěn)定性，在制造過程中分別采用雙相不銹鋼焊接、零件防變形、鋼酸洗鈍化、管板支撐板的高效鉆孔等6項國內(nèi)先進技術(shù)，共加工孔位73.6萬個，焊接雙相不銹鋼焊縫43公里，27.47萬個管口脹接無泄漏，優(yōu)質(zhì)高效完成了制造、現(xiàn)場總成低溫多效海水淡化裝置。
在自主運營方面。海水淡化成作業(yè)區(qū)建制，由首鋼京唐公司能源與環(huán)境部自主運行、管理，結(jié)合鋼鐵主工序生產(chǎn)實際，能源系統(tǒng)隨時調(diào)整海水淡化運行參數(shù)，提高了鋼鐵廠能源綜合的協(xié)調(diào)同一性，實現(xiàn)了能源效益最大化。
為不斷深化水資源利用，首鋼京唐公司還規(guī)劃有膜法海水淡化，突破熱法之后的濃鹽水再利用(熱膜耦合)。由于膜法海水淡化工藝對原水溫度和水質(zhì)要求較高，而作為水源的低溫多效海水淡化排放出的濃鹽水，以及自備電廠直流冷卻水，其出水溫度、SS、NTU等指標，完全滿足膜法海水淡化的工藝要求，能夠解決北方冬季水溫及污染物問題，并為濃鹽水提升至商品級、產(chǎn)業(yè)鏈延伸至鹽化工領(lǐng)域打好了基礎(chǔ)。目前，已經(jīng)完成熱中空纖維膜法海水淡化中試試驗、膜耦合濃鹽水綜合利用中試試驗及加壓與能量回收一體化裝置試驗研究。
膜法海水淡化產(chǎn)水TDS≤150毫克每升主要用于循環(huán)冷卻水以及市政用水，熱法海水淡化產(chǎn)水TDS≤10毫克每升主要用于工業(yè)用水，使水資源利用合理化、精細化。由于首鋼京唐公司膜法海水淡化工藝所需的原水、電力均產(chǎn)自鋼鐵主工序，工藝運行費用低，今后還將充分利用價格杠桿，推行“競價上網(wǎng)”，在首鋼京唐公司二期海水淡化建成后，將熱法海水淡化產(chǎn)水與膜法海水淡化產(chǎn)水按一定比例勾兌后直供市政管網(wǎng)。
