基于低温多效海水淡化钢铁厂低品质余热利用技术探讨★

吴 刚， 唐智新， 孙 雪， 李 强， 吴 冰， 陈晓峰

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司， 河北 唐山 063200）

随着水资源的越来越匮乏，海水淡化的发展越来越受到重视，在沿海钢铁企业，海水淡化是解决企业用水问题的有效途径，特别是低温多效蒸馏海水淡化，由于其操作温度低的优点，越来越受到沿海钢铁企业的青睐。但是海水淡化目前最大的问题是制水成本较高，如果将占成本最大比例的热源用钢铁厂的低品质余热来替代，则能够有效地降低海水淡化成本。目前国内应用最为普遍的低温多效蒸馏海水淡化蒸汽热源一般低于70℃，而高炉冲渣水的温度在75～95℃之间，烟气余热温度在150～200℃之间。如果将低温多效海水淡化的热源由钢铁厂的高炉冲渣水、烟气余热等低品质热源替代，那么低温多效海水淡化的成本将降低很多。

1 钢铁厂低品质余热利用现状

我国钢铁流程的能源利用率仅为27%，其余主要以余能余热的形式存在[1]。目前钢铁产业余热余能的回收利用率较低，低温余热大多被浪费掉而没有被回收利用，因此，钢铁产业的低温余热存在着巨大的回收潜力。高炉在炼铁工艺过程中，冲渣水吸收铁渣热量通过冷却水塔排入大气，造成能源的浪费，目前钢铁厂对冲渣水余热的回收主要体现在冬季采暖，但是冲渣水水量大，蕴含的热量很大，而一般厂区办公楼的采暖负荷较小，不能够将冲渣水的余热能量完全发挥出来，并且采暖只适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，因此这种方式存在局限性。

2 低品质余热利用技术

2.1 技术路线

首钢京唐钢铁联合有限责任公司（全文简称京唐公司）海水淡化采用热法低温多效（LT-MED）工艺，包括4套日产1.25万t装置，产品水电导率小于10 μs/cm，每天可生产淡水5万t。U1U2以汽轮发电机组负背压排汽（0.035 MPa，69℃）作为海水淡化热源、以海水淡化装置作为汽轮发电机组凝汽器使用并达到两者协同启动运行，在行业内及国际上均属首例[2]，U3U4在现场加工制造，对于国内海水淡化装备制造起到示范作用。为了更好地利用钢铁厂的低温余热资源，京唐公司提出了以低温多效蒸馏海水淡化为载体的钢铁厂低品质余热资源利用工艺路线。

该技术路线以低温多效蒸馏海水淡化为载体，以海水淡化产生的除盐水为换热介质贯穿始终，除盐水先与高炉冲渣水换热，温度升高后再与热风炉、燃气锅炉等高温烟气换热，除盐水温度进一步升高，经过两次换热的除盐水在海水淡化区域经闪蒸产生低温多效蒸馏海水淡化所需要的低低压蒸汽，该部分蒸汽经过海水淡化装置后冷却为冷凝水，闪蒸后的除盐水用于加热海水淡化装置原料海水，温度降低后与冷凝水一起返回至高炉冲渣系统再次完成循环（见下页图1）。

图1 低品质余热利用路线图

高炉水冲渣产生的冲渣水回水的温度一般在75～95℃之间，通过水—水换热器的热交换，将该部分热量传递给除盐水，经过换热冲渣水供水的温度降到65℃左右达到冲渣温度要求，除盐水温度从60℃升高到75℃左右，然后除盐水再经过气—水换热器与烟气余热进行换热，换热后烟气排放，除盐水温度进一步升高到85℃左右，考虑冲渣水、热风炉、燃气锅炉烟气等余热的波动性，在闪蒸前设置除盐水稳温装置，以管网低压蒸汽作为稳定补充热源，保证除盐水温度。

除盐水经过两次换热后，温度达到闪蒸需求，进过管道输送到海水淡化区域，在该区域进入闪蒸罐，除盐水在闪蒸罐内由于压力降低闪蒸出蒸汽，通过动力引射蒸汽的引射作用，产生出32～35kPa、68～70℃的低低压蒸汽，该部分蒸汽用作海水淡化热源进入海水淡化装置，与喷淋海水换热产水二次蒸汽用于制造淡化水供钢铁厂用户使用，同时该部分低低压蒸汽被喷淋海水冷却为蒸汽冷凝水，闪蒸后的除盐水温度约为68℃，用于加热海水淡化装置原料海水，通过海水淡化板换后除盐水温度降低到55℃左右，温度降低后的除盐水和蒸汽冷凝水混合后温度约为60℃，这样除盐水通过一系列的换热，在水量几乎没有损失的情况下，将冲渣水余热和烟气余热吸收后转化为海水淡化热源，然后又返回到流程开端，完成了一次闭路循环。

2.2 技术主要特点

1）充分利用钢铁企业低品质余热的不同温度等级，串级加热除盐水，先与温度较低的高炉冲渣水进行换热，然后再与温度较高的烟气进行换热，经过两级加热达到闪蒸所需的温度。

2）闪蒸后的蒸汽以低压蒸汽（0.6 MPa）为动力源进行抽射增压后产生低低压（32～35 kPa）饱和蒸汽，保证了低温多效蒸馏海水淡化蒸汽源的稳定。

3）考虑冲渣水、热风炉、燃气锅炉烟气等余热的波动性，在闪蒸前设置除盐水稳温装置，以管网低压蒸汽及烧结余热锅炉产低压蒸汽作为稳定补充热源，保证除盐水温度。

4）低温多效蒸馏热法海水淡化的入料海水需要加热到一定温度才能够进入海水淡化装置进行喷淋，而闪蒸后的除盐水由于温度较高无法再次和冲渣水进行换热，该技术将闪蒸后的除盐水用于喷淋海水的预热，使得两个问题都得到解决。

5）除盐水进入闪蒸罐后闪蒸后产生的蒸汽和热水都通过海水淡化装置进行换热，温度降低后又汇合再次和冲渣水进行换热，整个过程实现除盐水的闭路循环，基本没有损失。

3 结语

京唐公司以低温多效蒸馏海水淡化为载体，本着节能减排可持续发展的战略原则，开发出了低品质余热利用的技术路线，对高炉冲渣水及热风炉、燃气锅炉烟气余热进行回收用于海水淡化，大大降低了热法海水淡化蒸汽成本，在利用海水淡化装置制造淡化水节约地表淡水消耗的同时，进一步减少了钢铁厂余热余能的浪费，降低钢铁厂总体能耗和污染物排放，因此该技术符合国家有关产业政策的鼓励扶持要求，具有经济效益和社会效益。

[1]代铭玉.钢铁制造全流程余热余能资源的回收利用现状[J].冶金经济与管理，2017（2）：52-56.

[2]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.