海水資源在沿海鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用實踐及展望

季淑蕊

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

0 前言

海洋擁有巨大的資源和能源，尤其是在我國淡水資源缺乏的地區(qū)，海水資源的開發(fā)利用顯得尤為重要?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》在海洋資源高效開發(fā)利用主題中明確指出：“要發(fā)展海水直接利用技術(shù)”。國家首部《海水利用專項規(guī)劃》明確提出到2020 年，我國海水淡化能力達(dá)到250-300 萬m3/日，我國海水直接利用能力要達(dá)到1 000 億m3/a。海水利用對解決沿海地區(qū)缺水問題的貢獻率為26%～37%，實現(xiàn)海水利用（特別是海水淡化）國產(chǎn)化率達(dá)到90%以上[1]。近年來，高耗水行業(yè)呈現(xiàn)向沿海聚集的趨勢，而鋼鐵企業(yè)是綜合性企業(yè)，是在海水利用方面實現(xiàn)縱向產(chǎn)業(yè)延深、橫向產(chǎn)業(yè)融合的最適合的平臺[2]。

1 海水資源在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用

1.1 海水溫度的應(yīng)用

渤海灣冬季最低水溫在0℃以下，每年有4～5 個月平均水溫低于5℃，曹妃甸地區(qū)的海水溫度最低接近-2.4℃，最高為30.9℃。

在鋼鐵企業(yè)工業(yè)冷卻用水是用水大戶，沿海企業(yè)可用海水替代淡水作為工業(yè)冷卻用水。目前的海水冷卻技術(shù)包括海水直流冷卻和海水循環(huán)冷卻2 種。海水直流冷卻技術(shù)已非常成熟，具有取水溫度低、冷卻效果好和運行管理簡單等優(yōu)點。海水循環(huán)冷卻取排水量小，雖然取排水工程投資小，但是增加了海水冷卻塔，初期投資高于直流冷卻，適合離海岸稍遠(yuǎn)的企業(yè)使用。某鋼鐵廠建有2 座300 MW 燃煤-燃?xì)饣鞜岚l(fā)電機組優(yōu)先采用海水直流冷卻技術(shù)，海水進入電廠冷卻之后再進行煙氣脫硫?qū)崿F(xiàn)海水的串級利用。采用這項技術(shù)后全系統(tǒng)每年節(jié)約淡水資源1 993 萬t。

1.2 海水堿度的利用

海水pH 值在8～9，海水脫硫原理是利用海水的天然堿性溶解和吸收煙氣中SO2，如圖1 所示，近年來海水脫硫技術(shù)應(yīng)用于火電廠。海水脫硫具有節(jié)省脫硫劑、系統(tǒng)簡單、投資省、運行費少、運行穩(wěn)定以及無二次污染等優(yōu)點，脫硫效率可達(dá)90%～95%。適用于燃煤含硫量不高，并以海水為循環(huán)冷卻水的電廠。

某鋼鐵廠已將海水脫硫技術(shù)應(yīng)用于實踐，該廠自備電站采用海水脫硫工藝處理鍋爐煙氣中的 SO2按一爐一塔一曝氣池的方式配置，脫硫效率大于97%，SO2平均排放濃度20 mg/Nm3，遠(yuǎn)達(dá)到《火電廠大氣污染排放物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，年減排SO2約10 000 t。海水脫硫的成功實踐不僅實現(xiàn)了海水資源的綜合利用，并且符合國家可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保政策要求。

1.3 海水礦物質(zhì)及鹽的利用

海水中蘊含豐富的礦物質(zhì)資源，如鉀、鎂、溴等離子及化合物，海水資源利用在制鹽業(yè)和化工行業(yè)已發(fā)揮利用優(yōu)勢。曹妃甸海域鹽度平均值已經(jīng)在33 g/L 左右，高于渤海灣的平均水平27 g/L。將海水中的鹽分分離出來，不僅可用于化工生產(chǎn)，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值，另外除鹽后的淡水可以用于生產(chǎn)及生活用水，大大節(jié)省了購水成本，見表1。

表1 海水中鹽分含量

1.3.1 海水淡化

海水淡化是推動海水資源綜合利用、解決淡水短缺問題的重要途徑。海水淡化項目的建設(shè)把握住了一條重要的科學(xué)規(guī)律：以能源換取資源。鋼鐵行業(yè)實施海水淡化工程項目基于3 個重要條件。1）缺水地區(qū)的環(huán)境條件。2）冶金企業(yè)可擁有大量的余熱資源，用來做低溫低壓發(fā)電則效率很低，而用來做熱法海淡則效率很高，這樣好的能源條件可以充分發(fā)揮利用價值。3）冶金企業(yè)工序生產(chǎn)需要大量高品質(zhì)的除鹽水。以上3 個條件促進了海水淡化在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展。

圖1 海水脫硫原理

大多膜法海水淡化技術(shù)直接將海水經(jīng)過預(yù)處理后進入膜工藝，而某鋼鐵廠則采用熱膜耦合技術(shù)即膜法海淡采用的是熱法之后的濃鹽水進行再利用，主要體現(xiàn)在4 個方面的優(yōu)勢。1）充分利用濃鹽水的余熱，解決了渤海灣冬季膜法海淡水溫低的難題。2）提高了淡水回收率，減少了海水淡化系統(tǒng)總的取海水量和排放海水量。3）提高濃海水含鹽量，供鹽化工企業(yè)制堿，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)融合。4）由于膜法海水淡化產(chǎn)水含鹽量要高于熱法，可以將2 種水混合并適當(dāng)調(diào)節(jié)比例，滿足不同用戶對不同水質(zhì)需求。

海水淡化的高品質(zhì)除鹽水用于鋼鐵企業(yè)的工序生產(chǎn)，另外海水淡化水作為生活用水在鋼鐵企業(yè)已經(jīng)成功實踐，通過將海水淡化除鹽水經(jīng)過膜處理、消毒等工序，提供更高品質(zhì)的飲用水，如圖2 所示。

圖2 熱膜耦合工藝流程

1.3.2 海水化學(xué)資源利用

海水化學(xué)資源利用已經(jīng)得到了各級政府的高度重視，《海水利用專項規(guī)劃》中指出：“重點開發(fā)利用海水制鹽和海水提取鎂、鉀、溴，以及鈾、氘等重要戰(zhàn)略資源”。渤海是中國最大的半封閉內(nèi)海，整個水體交換能力差，通過濃海水資源利用實現(xiàn)海水淡化后濃海水的閉環(huán)零排放是關(guān)鍵。

濃海水的利用除了采用作為膜法海淡的原料，主要的用途是應(yīng)用于化工行業(yè)，如圖3 所示，鋼鐵企業(yè)通過海水淡化產(chǎn)生濃鹽水，濃鹽水中提取豐富的鈉、鉀、鎂、溴和鋰等寶貴的化學(xué)資源，不僅能實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)與化工行業(yè)的產(chǎn)業(yè)融合，同時能解決淡化后濃鹽水排放問題，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

圖3 濃鹽水鹽化工示意圖

1.3.3 電解海水制氯

海水資源利用過程中解決海洋生物污損是提高海水利用效果的關(guān)鍵問題，電解海水制氯實現(xiàn)了用最經(jīng)濟最有效的途徑，達(dá)到了防污、滅藻的目的。電解海水制氯系統(tǒng)原理為采用次氯酸鈉發(fā)生裝置，含有氯離子的海水流經(jīng)電解槽時，給電解槽通以直流電，在電解槽內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成次氯酸鈉。

目前電解海水制取次氯酸鈉大多數(shù)應(yīng)用于大型電廠，某鋼鐵廠充分利用海水中的鹽分，通過電解含有一定濃度氯離子的海水產(chǎn)生活性有效氯，用于海水淡化、熱電自備電站海水直流冷卻系統(tǒng)，防止海水中的貝類、藻類等大量繁殖，避免影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

2 海水資源利用在鋼鐵企業(yè)的展望

海水資源利用在國家政策的支持下有了更廣闊的發(fā)展前景。1）以循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展為理念的產(chǎn)業(yè)鏈拓展：目前不少鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)了電-水-鹽三位一體的循環(huán)經(jīng)濟，某鋼鐵企業(yè)以海水綜合利用為主線，將鋼鐵、電力、鹽化工各個行業(yè)相結(jié)合，創(chuàng)造了以燃、熱、電、水、鹽五位一體的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，為鋼鐵企業(yè)提供了很好的實踐經(jīng)驗，具有極高的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。利用海水淡化產(chǎn)生的濃海水及淡水打造“一水多用”產(chǎn)業(yè)鏈勢在必行。2）海洋新能源的開發(fā)利用：較高的成本是制約海水淡化發(fā)展的主要因素，開發(fā)太陽能、風(fēng)能、核能等一系列新能源進行海水淡化的新工藝，從而更好地推動海水利用產(chǎn)業(yè)，將成為今后研究的熱點。3）核心技術(shù)的深入發(fā)展：海水資源利用主流技術(shù)日趨成熟，未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展朝著工程大型化、環(huán)境友好化、低成本、低能耗方向發(fā)展，加快提高海水利用創(chuàng)新能力、提高裝備國產(chǎn)化水平需要突破核心技術(shù)瓶頸[3]。

3 結(jié)語

海水資源綜合利用技術(shù)推動了沿海鋼鐵企業(yè)的快速發(fā)展，海水的特性及豐富資源的利用同時以鋼鐵企業(yè)為依托實現(xiàn)了巨大的利用價值，對于實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展、資源能源高效利用、節(jié)能減排、緩解水資源短缺等方面發(fā)揮了重大作用，相信海水資源利用將會在鋼鐵企業(yè)擁有更廣闊的發(fā)展空間。